便携式伏安型电子舌检测系统的研制及其在黄酒品质检测中的应用

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味觉品质是液态食品的主要特征之一,与食品内在物质的组分和含量密不可分。以电化学为基础的电子舌技术,凭借其交叉响应、快速高效、全面评价的特点,在液态食品味觉品质检测领域迅速发展。但是,当前的伏安型电子舌检测系统,一般系统功能不完善、智能程度低、实用性差,难以满足食品快速检测的需求,因此本文研制了一台便携式伏安型电子舌系统,并基于QT4.8.2开发了一套功能完善的上位机交互软件。系统硬件模块可实现数据采集、自动进样、恒温加热等功能,交互软件可实现底层通讯、自动存储数据、结果判别等功能。最后,对主要功能模块进行了测试与优化,并将其应用于黄酒类别、酒龄与甜度的检测之中,以验证系统的检测性能。本文的主要内容和结论如下:(1)该便携式伏安型电子舌检测系统包括:5个主要功能模块。其中,5个主功能模块分别为:自动进样功能模块、恒温加热功能模块、仿生味觉功能模块、下位机功能模块以及上位机功能模块。仿生味觉功能模块是伏安型电子舌检测系统的核心所在,由组合电极、转换与调理电路与16位AD7606数据采集模块构成,可有效实现对样品特征信息的全面获取。上位机是基于QT 4.8.2开发的人机交互界面,包含1个主功能界面与5个子菜单功能界面。上位机软件嵌入了数据处理与结果判别模型,增强了系统自动化分析能力。下位机采用STM32F4系列的单片机作为底层控制中枢。上位机与下位机之间通过USB数据线实时进行信息传输。(2)为了提升便携式伏安型电子舌检测系统的工作性能,对仿生味觉功能模块、恒温加热功能模块进行了性能测试与优化。仿生味觉功能模块经测试与优化后:采样信号幅值稳定、噪声小;组合电极在长期使用中性能稳定,在20天内,Ag、Au、Pt、Rh工作电极的特征值偏差均小于5%。在20℃~50℃范围内,模块的温场均匀度<1℃,各位点温度偏差、波动度<0.5℃,能为检测样品提供相对稳定的检测环境。(3)为验证便携式伏安型电子舌检测系统的检测性能,开展了对黄酒类别、酒龄与甜度的检测实验。系统采用PCA、离散小波算法有效降低了原始数据维数,并以KNN、BP、SVM算法建立判别模型,均获得较好的区分效果,说明该系统可有效用于黄酒品质的检测。此外,研究中发现样品响应信号还受到电极表面气泡以及激发脉冲信号的频率与幅值的影响,操作人员需要综合考虑上述因素,以获得最佳的检测效果。
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