液态食品品质近红外在线检测系统开发

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液态食品是食品中重要的种。类之一,在人们的日常生活中占有。重要的地位。在食品加。工过程中,及时获取产品的关键品质指标信息对生产过程调控和产品质量控制具有重要的意义。课题设计了一套液态食品品质近红外在线检测系统,该系统既可作为实验室用的液态食品品质在线检测和分级的中试平台;又可用于食品科学专业本科生和研究生了解现代智能型、智慧型食品加工生产线的在线检测技术的发展趋势的教学演示,设计检测-分析-反馈-控制的闭环工艺参数调节模拟系统,达到最大的资源利用率、提高产品质量和产量,获得最大生产效率的目的。课题主要工作内容如下:(1)通过对近红外在线检测系统性能和功能的分析,对系统的硬件和软件进行了总体的设计,讨论了液体在线检测的几种采样方式,最终确定采用透射式在线检测的方案;为了考证设计方案的可行性,对4种浓度(20%、30%、40%和50%)酒精溶液进行模拟动态光谱的采集和对比分析,结果表明4个浓度下的光谱标准偏差的最大值不超过0.002,证明设计方案是合理和可行的;(2)完成了液态食品品质近红外在线检测系统的硬件设计和主要元器件的选型。设计了包括上料混合模块、检测模块和控制模块的结构形式,对主要非标零部件进行了设计和外包加工;设计了包括电源、光源、光纤、石英棒和流通池的近红外检测组件,实现了液态食品品质在线检测的功能;完成了控制平台、传感器以及动作执行部件的选型;完成了检测系统空间布局、管道对接和电气接线等方面的设计;(3)完成了液态食品品质近红外在线检测系统软件部分的设计,其中分为上位机。软件、下位机软。件和上下位机联合协作等3部分的软件设计。上位机软件包括通讯、光谱采集、谱图显示和模型预测等功能;下位机软件包括通讯设置、温度计算、流量计算、液位检测和触摸屏点动控制等功能;联合协作软件包括下位机接口、上位机指令、上料混合、在线检测控制和动画模拟等功能;实现并完成了执行部件、传感器、近红外光谱仪等部件的控制和系统的联机安装调试;(4)测试了液态食品品质近红外在线检测系统的性能,分别进行了光源稳定性、静/动态检测状态下的近红外光谱仪的基线稳定性和吸光度的测试,测试结果表明:液态食品品质近红外在线检测系统稳定可靠,具有良好连续工作的能力;(5)以酒精溶液为检测对象,进行了酒精浓度在线检测的应用。在10%~60%浓度范围内,配制了26个1 L的测试样品,在线检测了他们的近红外光谱,在不进行预处理情况下,按照3:2的比例划分校正集和预测集,使用SWR、PCR和PLSR等3种方法建立了3个校正模型,试验证明:3个模型都有很好的预测精度,试验时,选用现在常用的抗干扰性较强的PCR和PLSR的模型进行在线检测;采用建好的校正模型,验证了液态食品品质近红外在线检测系统正常工作状态时的实际检测能力,采用自动上料混合的方式,系统自动配制约50%、40%和30%左右的酒精溶液,经系统全自动的检测结果表明:PCR和PLSR的两个模型都得到了较好的预测结果,两者预测浓度与真实值偏差都不超过0.5%(V/V)。
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