山药内部品质无损快速检测装置设计与实验

来源：农业机械学报杂志2025年第2期北京时间：

作者：王威，李永玉，彭彦昆，马劭瑾，吴继峰，张悦湘

单位：中国农业大学,中国农业大学,中国农业大学,中国农业大学,中国农业大学,中国农业大学,

摘要：随着山药加工产业的发展,山药品质快速无损检测分级对产业链的健康发展具有实用意义。以研发山药多品质无损快速检测装置为目的,基于可见/近红外局部漫透射原理,根据山药特殊外观特点设计了山药专用检测探头,通过对比实验设计光路,研制了一种手持式山药多品质无损检测装置。装置整体尺寸为150mm×80mm×150mm,质量约590g。基于研发装置采集了150 个山药的光谱信息,采集的光谱经多元散射校正(Multiplicative scatter correction,MSC)后再利用随机蛙跳算法(Shuffled frog leaping algorithm,SFLA)筛选特征波长,建立了山药干 物质、淀粉、蛋白质含量的偏最小二乘回归(Partial least squares regression,PLSR)预测模型,其干物质、淀粉、蛋白质 含量的验证集相关系数分别为 0.965 3、0.967 5、0.956 3,均方根误差( Root mean square error,RMSE) 分别为 1.09% 、 0.83% 、0.15% ,剩余预测偏差(Residual predictive deviation,RPD)分别为3.67、3.50、3.37。 基于Qt开发工具利用C语言编写了实时分析控制软件,并将预测模型植入装置中,进行了外部验证。利用研发装置对50个未参与建模的山药样品干物质、淀粉、蛋白质含量进行了5次重复检测,其变异系数分别为1.0%~1.2%、1.5%~1.7%、1.4%~1.6%;50个山药样本干物质、淀粉、蛋白质含量装置检测结果和标准理化值最大残差绝对值分别为1.83%、1.64%、0.26%。结果表明,研发的手持式山药多品质无损检测装置可以满足现场实时检测需求。

关键词：山药;局部漫透射;品质参数;无损检测

基金资助：国家重点研发计划项目(2021YFD1600101-06)