下载文档原格式
农业机械学报第51卷增刊2 2020年12月doi:10.6041/j.issn.1000-1298.2020.S2.060肉品无损检测光学传感器设计与试验郭庆辉1,2彭彦昆1,2李永玉1,2田文健1,2乔鑫1,2(1.中国农业大学工学院，北京100083；2.国家农产品加工技术装备研发分中心，北京100083)摘要：畜肉品质光谱检测过程中，不同样品之间的厚度差异导致肉品表面到光纤探头的检测距离存在差异,对预测结果影响较大。
针对这一问题，设计了一种用于肉品无损检测的光学传感器,并间隔玻璃从下至上对畜肉品质进行检测，消除了样品厚度对检测距离的影响,并分析了光谱曲线随检测距离变化的变化规律。
为探究所设计方案的可行性，搭建了试验平台，包括光谱仪、距离调节机构、光源、石英玻璃、光学传感器和计算机，其中石英玻璃可透过220~2500nm波长范围的光而无吸收,光学传感器可以帮助采集更多的肉品漫反射光。
选择了18个猪肉样品贮藏在4益环境中，并在不同的冷藏时间取岀进行光谱采集(400~1100nm)，采用不同的检测距离(8~22mm,间隔2mm)，最后测量样品的挥发性盐基氮(TVB-N)含量。
在获得样品光谱数据后,分别用1阶导数、多元散射校正(MSC)、标准正态变换(SNV)和1阶导数+SNV等方法进行预处理,并建立猪肉的TVB-N含量的偏最小二乘回归(PLSR)预测模型。
结果表明：当检测距离为16mm,采用1阶导数+SNV预处理时,建立的TVB-N含量预测模型效果最好，校正集相关系数和均方根误差分别为0.98和0.92mg/(100g)，预测集相关系数和预测均方根误差分别为0.97和1.56mg/(100g)。
因此，利用所设计光学传感器对猪肉新鲜度进行检测是可行的。
关键词：猪肉新鲜度；光学传感器；检测距离；可见近红外光谱中图分类号：0657.33；TS251.51文献标识码：A文章编号：1000-1298(2020)S2-0484_07Design and Test of Optical Sensor for Meat Non-destructive DetectionGUO Qinghui1,2PENG Yankun1,2LI Yongyu1,2TIAN Wenjian1,2QIAO Xin1,2(1.College of Engineering,China Agricultural University,Beijing100083,China2.National R&D Center for Agro-processing Equipment,Beijing100083,China)Abstract:In the spectral detection of livestock products quality and safe，the thickness difference between different samples leads to the difference in the distance between the meat surface and the optical fiber probe，which has a great influence on the prediction results.Aiming at this problem，an optical sensor for nondestructive detection of meat was designed,and the quality of pork(Longissimus dorsi muscle)was detected from the bottom to the top through the glass，which eliminated the influence of sample thickness on the detection distance，and the variation law of spectral curve with the change of detection distance was also analyzed.In order to explore the feasibility of the design scheme,a test platform was set up，including spectral acquisition unit，distance control unit，light source，glass，optical sensor and computer.The quartz glass can pass through the wavelength range of220~2500nm without absorption.And optical sensors can help collect more diffuse light from the meat.Eighteen pork samples were stored at4益and taken out at different refrigeration times for spectral collection(400~1100nm) with different detecting distances in the range of8~22mm at approximately2mm intervals.Finally，the TVB-N content of the samples were measured.After obtaining the spectral data of the samples，the methods such as first derivative，multiplicative scattering correction(MSC)，standard normal variate (SNV)and first derivative plus SNV were used to pretreat the spectral data of the samples，and the partial least squares regression(PLSR)prediction model of the content of pork's TVB-N was established.The results showed that when the detection distance was16mm，the prediction model of pork's TVB-N using the1st DER plus SNV preprocessing method had the best prediction effect.The 收稿日期：20200810修回日期：20200918基金项目：国家重点研发计划项目(2017YFC1600800)作者简介：郭庆辉(1993—)，男，博士生，主要从事农产品无损检测技术与装备研究,E-mail：**********************通信作者：彭彦昆(I960—)，男，教授,博士生导师,主要从事农产品无损检测技术与装备研究，E-mail：ypeng@增刊2郭庆辉等：肉品无损检测光学传感器设计与试验485correlation coefficient and RMS error of correction set were0.98and0.92mg/(100g),respectively, and the correlation coefficient and RMS error of prediction set were0.97and 1.56mg/(100g), respectively.Therefore，it was feasible to detect pork freshness with the designed optical sensor.Key words:pork freshness;optical sensor；detection distance;visible near infrared spectrum0引言猪肉含有15%脂肪、20%的蛋白质、1%的碳水化合物以及必要的维生素［1］o由于猪肉含有丰富的营养物质和水分,卫生条件和冷藏设施不足容易滋生细菌腐败变质［2］,为保证猪肉安全品质、需要对猪肉的安全品质指标进行检测分类［3］o TVB-N 是指在微生物的作用下，肉品中蛋白质被分解成的氨和胺类化合物等碱性含氮物质，因此,TVB-N含量是衡量肉品是否腐败变质的重要指标⑷。
第23卷第3期光电工程V ol.23, No.3 1996年6月Opto-Electro nic Engineering June,1996 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室简介A Brief Introduction to the State Key Laboratoryof Precision Measuring Technology&Instruments,Tianjin University1 概 况精密测试技术及仪器国家重点实验室是世界银行贷款“重点学科发展项目”计划建设的75个国家重点实验室之一。
经国家计委于1990年批准建立,集中了天津大学和清华大学两校在精密测试技术及仪器领域的优势学科联合组建,于1995年建成。
实验室覆盖天津大学和清华大学两校有关的“精密测试技术及仪器”、“光学仪器”与“精密机械仪器”三个硕士点、三个博士点及“仪器仪表”等两个博士后流动站。
2 主要研究方向实验室科研工作是以国民经济建设中在精密测试技术及仪器方面的关键技术为重点,以研究光、机、电及微机等各种新技术紧密结合的测试技术为特色。
(1)激光及光电测试技术主要研究应用激光及光电测试技术的无接触、在线与动态检测的原理、方法及系统,计算机视觉三维检测技术,光纤传感技术,现代质量工程理论与技术。
(2)误差补偿、修正及分离技术与精密测量主要研究误差自动补偿、修正及分离技术,空间三维坐标与形位精密测量。
(3)非接触智能传感技术及智能仪器主要研究新型非接触智能传感器(如全息光学头、激光光触针、电容传感器、光栅多普勒传感器、半导体调频光纤位移传感器、超低频测振传感器等)及其在工业测量中的应用。
(4)纳米测量技术主要研究纳米测量与超微加工技术。
(5)微细尺寸的高精度测量主要研究微细尺寸测量、定位、位移、对准及微图形测量等。
包括激光外差干涉技术、激光频率分裂测量技术、红外傅里叶光谱技术等。
(6)大型机械的机械量和几何量测量及运行中的动态监测主要研究大型机械的机械量和几何量测量及运行中的动态监测、预报、包括误差分离技2光电工程 第23卷第3期术。
传感器介绍一．PASCO传感器综述PASCO传感器分有模拟/数字传感器配合计算机接口的数十种传感器，单独或组合应用于：力学、热力学、波和声学、光学、电力和磁力学、原子和核子学。
1994首次出版用于配合PASCO的ScienceWorkshop 接口和传感器；带有240多个预设实验，方便老师和学生直接调用；方便直观的用户使用界面，令数据记录、监控变得简单；数据/图形可存储/编辑/打印；方便学生完成实验报告；并可转存EXECL/ WORD 文档进行编辑整理；数据/图形处理包含最大/小值、平均、偏差统计；曲线适配、积分、微分多种功能；实时数据显示；同时最多显示5种关系曲线；虚拟仪器仪表（示波器/FFT/电压电流表）同步显示真实数据。
下面分别介绍本实验室所用的传感器。
二．加速度传感器CI-6558图3-2-1 加速度传感器外形图1．范围：+5g 0.01g分辨率加速度传感器是一个独特的传感器类型，它可以记录几乎所有应用中的加速度数据。
直接将传感器接入“科学工作室500型”接口就可以制成一个轻便的加速度测量设备。
2．典型应用：动力小车碰撞实验，升降机实验，汽车以及过山车实验。
3．仪器包括：加速度传感器（附有2米连接线缆）动力小车所附带的托架及其它硬件设备4．技术指标：范围：+5g；灵敏度：0.01g零函数：按键；零重力输出；传感器应答设置：可选开关；“slow”用于减少升降机加速实验，过山车实验及汽车实验测量中的高频震荡与噪声；“fast”用于测量瞬时实验数据如小车碰撞实验；连接器：计算机接口与传感器连接线缆。
三．力传感器CI-6537图3-3-1 力传感器外形图它是物理实验中用于测量力效果最好的传感器，它的能力是能够除去不是直接作用在运动方向坐标轴上的力从而产生更精确的读数。
它的+50N 范围以及0.03N 的分辨率可以适用于大部分物理实验。
1． 特色：tare 按键：按下此键可以忽略小的力值。
过载保护：防止超过最大范围的力损坏设备。
传感器与检测实验室简介重点
传感器与检测实验室简介
名称：传感器与检测技术实验室
使用专业：机械制造及其自动化交通运输等四个专业
开设主要实验：
1、三种实用应变电桥的性能比较
2、电涡流传感器位移实验
3、电容式传感器的位移实验
4、压电式传感器测振动实验
5、霍尔测速实验
6、磁电式转速传感器测速实验
7、压电式传感器测振动实验
8、光纤传感器的位移特性实验
9、气敏传感器实验
10、集成温度传感器的特性实验
传感器与检测实验室是根据测试技术与原理以及传感器原理等课程设置，以帮助学生进一步学习工程测试理论及常用工程测试装置的特性和应用。
掌握传感器常用测量电路及测量方法，掌握传感器系统误差分析与综合的方法，给学生正确的感性认识，增强对工程测试技术及传感器实际应用的理解和操作。
为今后从事工程测试工作打下坚实的理论和实际应用根底。
1 / 1。
西华大学实验报告（理工类）开课学院及实验室：自动检测及自动化仪表实验室实验时间：年月日一、实验目的1．观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式；2．测试应变梁变形的应变输出；3．比较各桥路间的输出关系；4．比较金属应变片与半导体应变片的各种的特点。
二、实验原理应变片是最常用的测力传感元件。
当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。
通过测量电路，转换成电信号输出显示。
三、实验设备、仪器及材料直流稳压电源（±4V档）、电桥、差动放大器、箔式应变片、测微头、（或双孔悬臂梁、称重砝码）、电压表。
四、实验步骤（按照实际操作过程）1．调零。
开启仪器电源，差动放大器增益置100倍（顺时针方向旋到底），“＋、－”输入端用实验线对地短路。
输出端接数字电压表，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。
调零后电位器位置不要变化，调零后关闭仪器电源。
2．按图1.1将实验部件用实验线连接成测试桥路。
桥路中R1、R2、R3、和WD为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R为金属箔式应变片（可任选上、下梁中的一片工作片）。
直流激励电源为±4V。
3．确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。
测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。
调整电桥WD电位器，使测试系统输出为零。
4．旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，以悬臂梁水平状态下电路输出电压为零为起点，向上和向下移动各5mm，测微头每移动0.5mm记录一个差动放大器输出电压值，并列表。
5．直流半桥：保持差动放大器增益不变，将R2换成与应变片R工作状态相反的另一金属箔式应变片，（若R拉伸，换上去的应为压缩片）形成半桥。
重复单臂电桥的步骤；6．直流全桥：保持差动放大器增益不变，将R1换成与应变片R工作状态相反的另一金属箔式应变片，（若R拉伸，换上去的应为压缩片），将 R3换成与应变片R工作状态相同的另一金属箔式应变片，形成全桥。
传感器原理与检测技术-传感器原理及应用实验室建设方案目录1单片机-嵌入式接口技术-传感器实验室 .......................................... - 3 -1.1总体规划............................................................ - 3 -2实验设备.................................................................... - 3 -2.1智能硬件原理机.......................................... 错误!未定义书签。
2.1.1硬件描述............................................ 错误!未定义书签。
2.1.2功能描述............................................ 错误!未定义书签。
2.2绿色家居系统套件.................................................... - 3 -2.2.1图文介绍............................................ 错误!未定义书签。
2.2.2产品参数............................................ 错误!未定义书签。
2.2.3课程资源............................................ 错误!未定义书签。
1传感器原理与检测技术-传感器原理及应用实验室1.1总体规划传感器原理与检测技术-传感器原理及应用实验室主要用于对传感器原理与检测技术、传感器原理及应用等核心课程的知识点学习，能够服务于相关课程的实验和实训需求。
核心课程主要针对学科基础技术的培养，掌握传感器原理与检测技术、传感器原理及应用的配置、维护和开发，接入等知识。
传感器与自动检测技术CSY－998型传感器系统实验仪使用说明一、实验仪简介CSY－998型传感器系统实验仪是由浙江大学杭州高联传感技术有限公司研制生产的一种专门用于传感器与自动检测技术课程实验教学的仪器，该实验仪如图一所示。
它主要由各类传感器（包括应变式、压电式、磁电式、电容式、霍尔式、热电偶、热敏电阻、差动变压器、涡流式、气敏、湿敏、光纤传感器等）、测量电路（包括电桥、差动放大器、电容放大器、电压放大器、电荷放大器、涡流变换器、移相器、相敏检波器、低通滤波器等）及其接口插孔组成。
该系统还提供了直流稳压电源、音频振荡器、低频振荡器、F/V表、电机控制等。
图一CSY－998型传感器系统实验仪二、可开设的实验目前，根据教学工作的需要和实验大纲要求，基于该实验平台，可以向学生开设9个操作实验，即：实验一金属应变片：单臂、半桥、全桥功能比较（验证）实验二差动变压器特性及应用（综合）实验三差动螺线管电感式传感器特性（设计）实验四差动变面积式电容传感器特性（验证）实验五压电加速度传感器特性及应用（验证）实验六磁电式传感器特性（验证）实验七霍尔式传感器特性（验证）实验八热敏电阻测温特性（设计）实验九光纤位移传感器特性及应用（验证）三、主要技术指标1、差动变压器量程：≥5mm2、电涡流位移传感器量程：≥1mm3、霍尔式传感器量程：≥1mm4、电容式传感器量程：≥2mm5、热电偶：铜－康铜6、热敏电阻温度系数：负25℃阻值：10K7、光纤传感器：半圆分布、LED发光管8、压阻式压力传感器量程：10Kpa（差压）供电：≤6V9、压电加速度计：安装共振频率：≥10KHz10、应变式传感器：箔式应变片阻值：350欧11、PN结温度传感器：灵敏度约－2.1mV/℃12、差动放大器：放大倍数1～100倍可调四、使用注意1、应在确保接线无误后才能开启电源。
2、迭插式插头应避免拉扯，以防插头折断。
3、对从电源、振荡器引出的线要特别注意，不要接触机壳造成断路，也不能将这些引线到处乱插，否则，很可能引起仪器损坏。
检测实验室介绍
检测实验室是进行各种检测和分析的专业实验室，其主要任务是对各种样品进行物理、化学、生物等方面的检测和分析，以确定其质量、成分、性质等指标。
检测实验室通常配备有各种先进的检测设备和仪器，如光谱仪、色谱仪、质谱仪、显微镜、生化分析仪等，这些设备和仪器可以对样品进行各种分析和检测。
检测实验室的检测范围非常广泛，涵盖了食品、药品、化妆品、环境、化工、材料等多个领域。
在食品领域，检测实验室可以对食品中的营养成分、添加剂、重金属、农药残留等进行检测；在药品领域，检测实验室可以对药品的成分、质量、纯度等进行检测；在化妆品领域，检测实验室可以对化妆品中的成分、重金属、微生物等进行检测。
检测实验室的检测结果对于保障公众健康和安全、维护市场秩序、促进经济发展等方面都具有重要意义。
因此，检测实验室通常需要遵守严格的质量管理体系和操作规范，确保检测结果的准确性和可靠性。
一、霍尼韦尔公司简介：霍尼韦尔是《财富》百强公司，总部位于美国。
致力于发明制造先进技术以应对全球宏观趋势下的严苛挑战，例如生命安全、安防和能源。
公司在全球范围内拥有大约130,000 名员工，其中包括19,000 多名工程师和科学家。
霍尼韦尔在华的历史可以追溯到1935年。
当时，霍尼韦尔在上海开设了第一个经销机构。
1973年美国总统尼克松访华时，应中国政府之邀从十大领域推荐精英企业来华推动两国双向交流，并促进中国的现代化建设。
其中炼油石化领域唯一被选中推荐给中国政府的美国环球油品公司，正是霍尼韦尔旗下的子公司。
80年代的改革开放成为了霍尼韦尔融入中国经济发展的又一个新起点，作为首批在北京设立代表处的跨国企业，霍尼韦尔在彼时开始了一系列的高品质投资。
目前，霍尼韦尔四大业务集团均已落户中国，旗下所辖的所有业务部门的亚太总部也都已迁至中国，并在中国的20多个城市设有多家分公司和合资企业。
目前，霍尼韦尔在中国的投资总额超10亿美金，员工人数超过12,000名。
主要产品及服务：家具与消费品——环境自控解决方案及产品航空与航天——航空航天UOP中国传感与控制生命安全与安防——霍尼韦尔安全产品安防气体探测技术建筑、施工与维护——环境自控解决方案及产品安防英诺威发泡剂极冷致制冷剂传感与控制——扫描与移动生产力扫描与移动技术工业过程控制——无线自动化解决方案环境自控解决方案及产品传感与控制气体探测技术能效与公共事业——环境自控解决方案及产品无线自动化解决方案传感与控制汽车与运输——极冷致制冷剂传感与控制石油、天然气、炼油、石油化工与生物燃料——环境自控解决方案及产品UOP中国无线自动化解决方案传感与控制气体探测技术安防医疗保健——扫描与移动技术阿克拉薄膜传感与控制Burdick & Jackson 溶剂和试剂化学品、特殊材料与化肥——Burdick & Jackson 溶剂和试剂阿克拉薄膜尼龙6树脂UOP中国极冷致制冷剂OS有机硅密封胶添加剂制造——环境自控解决方案及产品尼龙6树脂A-C高性能添加剂传感与控制无线自动化解决方案温度传感器：1、Megopak热电偶霍尼韦尔Megopak热电偶将多年研究和现场试验的成果相结合，其简单坚固的设计非常适合恶劣工业环境下的大范围温度测量。
第38卷，第12期红外43新闻动态News美国HRL 实验室的红外探测技术研究简介（上）2017年10男，美匿H R L 实藤室宣布从美爵国家情报主任办公室（ODNI )旗下的情报高级研 究计划局（I A R P A )获得了 一笔专项资金，他们将 为其研制球形曲面短波红外（S W I R )和中波红外(M W I R )成像传感器…此前，该实验室已经在曲面可见光成像传感器技术方面取得了突破性进 展。
与平面成像传感器相比，曲面传感器具有性能高、成本低、重量轻以及光具体积小等优点4 图1为H R L 实验室基于此项技术研制的原型相 机（//1.2)所获得的一幅颇具代表性的浅景深图 像。
曲面传感器技术将有望用于摄影摄像、计算 柷视觉及自动化、侦察与监枧成像、显微成像以 及望远镜系统等光学相关领域，项目负责人G eoff M eK n ig h t 表示，红外传感/hw I nfrared (monthly )/V ol .38, No .12, D ec201744红外2017年12月器及其光具的研制工作需要应对与可见光成像 仪不同的挑战.比如，它们通常需要工作在非常 低的温度下，此时传感器的收缩会引入热庳力. 在对紅外_传感器进行弯曲加工之i t ，他们必须将 其冷却至很低的工作温度。
在热应力和弯曲应力 的综合作用下，红外探测器可能会出现性能退化 或者断裂现象。
这个为期I 2个月的球.繼曲面红外_成像传感 器（见图2)项目旨在研发相关基础性技术，并帮 助人们更好地理解弯曲加工过程对基于I I I -V 族 半导体材料的S W IR /M W IR 成像传感器性能的影 响情况。
作为该项目的一部分，他们将检验曲面 传感器是否会给红外镜头_设计带来利_好。
因为'传 铳的玻璃材料无法透射某些红外波段的光线，所 以需要使用不同的透镜材料。
与破璃栢比，这些 替代材料不仅成本过高，而且通常还不耐用。
在 制造传统的可见光相机时，有各种各#的破璃材 料可供选择.为了实现最佳的光学性能，人们可 以综合地匹配使用这些材料.然而在红外透镜方 面，镜片材料的选择余地非常有限，使得其镜头 设计颇具挑战性《Geoff M c K n ig h t 指出，由于可选的无件材料相对匮乏，曲面传感器在热成像领域的应用可能 会比可见光領域更有价值。
传感器与检测实验室简介
名称：传感器与检测技术实验室
使用专业：机械制造及其自动化交通运输等四个专业
开设主要实验：
1、三种实用应变电桥的性能比较
2、电涡流传感器位移实验
3、电容式传感器的位移实验
4、压电式传感器测振动实验
5、霍尔测速实验
6、磁电式转速传感器测速实验
7、压电式传感器测振动实验
8、光纤传感器的位移特性实验
9、气敏传感器实验
10、集成温度传感器的特性实验
传感器与检测实验室是根据测试技术与原理以及传感器原理等课程设置，以帮助学生进一步学习工程测试理论及常用工程测试装置的特性和应用。
掌握传感器常用测量电路及测量方法，掌握传感器系统误差分析与综合的方法，给学生正确的感性认识，增强对工程测试技术及传感器实际应用的理解和操作。
为今后从事工程测试工作打下坚实的理论和实际应用基础。
