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农产品品质检测与分级,是农产品流通和加工过程中的一个重要环节。电子鼻技术作为一种无损检测的新技术,在农产品品质检测领域起到越来越重要的作用。我国的电子鼻检测技术研究工作起步较晚,尤其是在农产品品质检测领域,实际应用的产品大多是进口国外成熟的商用化电子鼻设备。农产品气味组成复杂,气体成份达上百种,商用化的电子鼻系统所包括的传感器在农产品品质应用范围较窄。
本研究在国家自然科学基金项目(项目编号:30971685)支持下,自主研制了用于农产品品质检测的电子鼻检测柔性平台,用于检测农产品的风味特征。主要研究内容包括:
1、电子鼻系统设计:电子鼻系统主要设计了包括以传感器信号采集调理电路板和PLC电气装置为核心实现对待测气体信号采集的硬件模块；基于组态软件和Delphi分别进行的触摸屏控制程序和上位机监测控制程序等软件设计。
2、硬件模块的实现。选取日本费加罗公司金属氧化物型气体传感器TGS2600,2602,2610,2611,813,822,822TF,825,826,880和固体电解质型5042,4160共12个传感器组成检测传感器阵列,采用台达公司的EH-02作为PLC系统的处理单元,并采用数据采集卡DVP04AD与触摸屏技术,设计出满足检测精度、可视化、便于操作的控制系统。针对传感器性能的不同和输出电信号的差异,选用不同的放大器(AD708,TLC271)组成测试回路。考虑到电源性能对传感器造成的影响,选用低压差线性稳压器LM317作为稳压器。
3、软件设计的实现。包括实现电气控制功能的组态软件编程设计和由Delphi设计的上位机监测程序。上位机监测程序采用面向对象的编程语言Delphi,利用其强大的数据库功能,开发了电子鼻系统的上位机监测程序,可以通过串口通讯读取PLC主机中保存的数据,数据的实时显示与保存。利用数据库ADO控件开发了对数据保存为Excel数据库格式等功能,为离线数据分析提供保证。
4、利用电子鼻采集得到农产品品质信号并对其进行识别。利用研制的电子鼻系统eNose205对三种不同风味的果酱进行测试,并采用主成份分析法提取特征向量,对冗余的数据量进行降维处理；选用线性识别(LDA)和BP神经网络的方法进行模式识别,同时对训练过程中的特征提取等参数进行优化。成功地实现了对这三种风味果酱的区分,识别效果达到95％。
本课题研发的用于农产品检测的电子鼻检测柔性平台,可实现对农产品风味特征的检测,为农产品品质检测提供新的思路和手段,研究的成果对提高我国农产品品质的自动化检测水平有积极的意义。