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乳腺炎是奶牛常见疾病之一。其发病率高,危害严重,长期困扰着我国奶牛养殖业的健康和稳定发展。很多国家已将牛乳体细胞数（SCC）作为监控奶牛乳腺炎以及评价牛乳质量的黄金标准。因此,快速、准确检测牛乳SCC对于预防乳腺感染,诊断乳腺炎和降低乳腺炎发病率具有重要意义。已有少量研究表明,基于可见/近红外光谱和介电频谱可以预测牛乳SCC,但是检测机理不明确,检测方法有待完善,且缺乏快速、低成本的牛乳SCC检测仪。针对上述问题,本文以近红外（833-2500 nm）、可见/短波近红外（633-1122 nm）和介电频谱（20-4500 MHz）为检测技术,通过分析不同乳腺炎等级（阴性、弱阳性和阳性）对牛乳样本光谱和介电频谱的影响,明确其SCC检测机制。分别基于不同SCC牛乳样本的近红外、可见/短波近红外和介电频谱预测牛乳SCC,并分析不同方法精度存在差异的原因。基于介电频谱技术研发牛乳SCC快速检测仪,并探索融合可见/短波近红外光谱提升检测仪精度的潜力。主要研究内容及结论如下:（1）分析了不同乳腺炎等级牛乳样本近红外、可见/短波近红外和介电频谱的差异,并对不同技术检测SCC的机制进行了分析。研究结果表明,对于近红外和可见/短波近红外光谱,阴性样本的吸光度均低于弱阳性和阳性样本。当频率小于100 MHz时,不同乳腺炎等级牛乳样本的相对介电常数ε’没有明显差异。当频率大于100 MHz时,阳性样本的ε’明显低于阴性和弱阳性样本。在整个频率范围内,给定频率下牛乳样本介电损耗因数ε"随乳腺炎等级的增加而增大。牛乳脂肪、全固体和电导率的变化是近红外光谱技术检测SCC的主要依据,而牛乳SCC和蛋白质的变化使得可见/短波近红外光谱技术能够检测SCC。介电频谱检测SCC的主要原因在于乳腺炎导致牛乳SCC、脂肪、蛋白质、全固体、电导率和p H发生变化。（2）基于近红外和可见/短波近红外光谱的牛乳SCC预测方法研究。采集了不同SCC牛乳样本的近红外和可见/短波近红外光谱,在提取对SCC敏感的光谱特征基础上,建立了SCC定量预测模型。研究结果表明,对于近红外光谱,使用主成分分析和无信息变量消除（UVE）方法为数据压缩方法所建立的支持向量回归（SVR）模型为最佳SCC预测模型,其预测集均方根误差（RMSEP）均为0.30 log SCC/m L,预测集相关系数（Rp）分别为0.84和0.80,剩余预测偏差（RPD）均为1.67。基于可见/短波近红外光谱全谱（FVS）和回归特征消去法（RFE）所建立的SVR模型具有最优的SCC预测性能,其RMSEP分别为0.26和0.25 log SCC/m L,Rp均为0.89,RPD分别为2.15和2.24。结果说明,近红外光谱仅可反映SCC的大小关系,而可见/短波近红外光谱能粗略实现SCC的定量预测。（3）基于介电频谱的牛乳SCC预测方法研究。采集了不同SCC牛乳样本的介电频谱,在提取对SCC敏感的介电特征基础上建立了SCC定量预测模型。研究结果表明,采用不同数据压缩方法建立的SCC预测模型中,SVR模型的整体性能要明显优于其他模型。其中最佳模型为基于介电频谱全谱（FDS）所建SVR模型,其RMSEP、Rp和RPD分别为0.20 log SCC/m L、0.90和2.32,可实现SCC的定量预测。（4）基于介电频谱的牛乳SCC检测仪的开发与验证。基于构建的相对复介电常数计算模型,以树莓派为控制器,以具有明显价格优势的mini VNA为介电频谱采集模块,以低成本同轴探头为测试件,研发了便携式、低成本介电频谱仪。使用该介电频谱仪采集了不同SCC生鲜牛乳样本的介电频谱,建立了牛乳SCC定量预测模型。将最优模型导入介电频谱仪中后完成牛乳SCC检测仪的研发,并验证了检测仪精度。研究结果表明,对于ε’和ε",相对复介电常数计算模型的相对误差均在±5%以内。在整个频率范围内,介电频谱仪具有良好的稳定性和准确性,ε’和ε"的变异系数均小于1%和2%,相对误差分别在±3.4%和±6.0%以内。基于该介电频谱仪采集不同SCC牛乳样本的介电频谱后建立的牛乳SCC最优预测模型为RFE-SVR和基于FDS的Nu SVR（FDS-Nu SVR）模型,其RMSEP均为0.28 log SCC/m L,Rp分别为0.90和0.89。以RFE-SVR和FDS-Nu SVR为模型,该检测仪对SCC的RPD分别为2.11和2.40,表明所开发检测仪可实现牛乳SCC的定量预测。（5）融合可见/短波近红外对SCC检测仪精度影响分析。使用自制介电频谱仪和团队自研可见/短波近红外光谱采集装置,分别采集不同SCC牛乳样本的介电频谱和可见/短波近红外光谱。在提取对SCC敏感的介电和光谱特征基础上分别建立基于介电频谱、可见/短波近红外和二者相融合的牛乳SCC定量预测模型。研究结果表明,对于介电频谱,最优模型为基于变量投影重要性指标的SVR和UVE-SVR,其RMSEP分别为0.23和0.22 log SCC/m L。基于可见/短波近红外光谱,最优模型FVS-SVR和RFE-SVR的RMSEP分别为0.25和0.27 log SCC/m L。融合介电频谱和可见/短波近红外光谱SVR模型的RMSEP最小为0.21 log SCC/m L,小于基于介电频谱最优模型UVE-SVR的0.22log SCC/m L,二者RPD分别为2.47和2.37。本文指出,可见/短波近红外光谱比近红外光谱能更好地预测SCC,而介电频谱的预测性能明显优于光谱;所研发SCC检测仪具有较好的检测精度;融合可见/短波近红外后对牛乳SCC检测仪预测精度提升不明显。本文为基于光谱和介电频谱的SCC检测提供了理论基础,也研发成本低廉的便携式和在线式SCC检测仪提供了技术支撑。