用于山核桃品质检测的指纹图谱采集装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于山核桃品质检测的指纹图谱采集装置，包括壳体和传感器阵列；所述壳体由共轴心的第一长方体和第二长方体一体成型而成；所述壳体的中心开有横截面为矩形的通槽；所述壳体的第二长方体的一端开有进气口，第一长方体的一端开有出气口；所述第一长方体的上下表面均开有若干第一圆通槽；所述第二长方体的上下表面均开有与第一圆通槽数量相同的第二圆通槽；所述传感器阵列包括第一组气敏传感器和第二组气敏传感器；所述第一组气敏传感器安装在第一圆通槽上；所述第二组气敏传感器安装在第二圆通槽上。本发明设计巧妙，通过合理设计壳体结构来精简壳体的体积，并使其具有良好的流体特性，有利于其在便携式电子鼻中的应用。
【专利说明】
用于山核桃品质检测的指纹图谱采集装置
技术领域
[0001]本发明涉及食品与农产品检测领域，尤其涉及一种用于山核桃品质检测的指纹图谱采集装置。
【背景技术】
[0002]坚果是我国重要的林国资源，其中山核桃产量居多。2013年，我国山核桃总产量达142万吨，占世界总产量的近一半。然而，山核桃中许多优质的脂肪酸、氨基酸和多种活性成分易受环境、光照、氧气等环境因素的影响而氧化酸败，从而影响其口感和营养价值。因此，实现山核桃品质快速检测具有一定的社会意义。
[0003]现有的检测手段主要包括:I)感官评定，通过人视觉、嗅觉、听觉等对坚果的气味、色泽、质地等进行检测;2)微生物检测，利用微生物技术，对样品中的细菌含量进行测定，从而进行评价;3)酸价和过氧化值的检测；4)游离酯脂肪；5)油酸亚油酸比值等传统检测方法。然而其存在一些缺陷，如:感官评定受个人和环境因素影响较大，难以形成统一标准;微生物检测操作过程繁琐，耗时长;酸价和过氧化值测定操作要求高且仪器不易清洗等。常见的检测方法还有X射线检测分析法、近红外光谱分析法、太赫兹光谱分析、机器视觉分析法等快速检测方法，但因其价格昂贵，且精测精度易受山核桃坚硬外壳的影响，使得其不能得到很好的应用。
[0004]电子鼻是一种模仿动物嗅觉系统的仿生仪器，利用具有交叉敏感性的气敏传感器构成传感器阵列对气体进行检测，得到“指纹图谱”来进行识别和量化被检测气体。由于山核桃内部品质的变化会反映在其挥发性气体中，使得电子鼻技术对于山核桃品质检测具有和很好的应用前景。而现有的电子鼻多为台式设备，体积庞大，不易携带，不利于实现食品和农产品的现场实时检测。而在便携式电子鼻的开发过程中，精简缩小气室对实现便携式电子鼻小型化至关重要。因此设计一款外观小巧，具有良好流体特性的气室，对实现一款能快速检测山核桃品质的便携式电子鼻具有重要意义。
[0005]同时由于山核桃气味成分复杂，且不同品质山核桃之间差异性小，为了提高山核桃品质检测的精确度，需对应用于电子鼻的传感器阵列进行筛选优化，以获得一组能尽可能多表现样品有效信息的阵列。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本发明提供一种用于山核桃品质检测的指纹图谱采集装置，该装置体积小巧且具有良好流体特性，通过该装置获得的指纹图谱，可以构建一套快速、高效的山核桃品质检测系统。
[0007]本发明解决技术问题所采用的技术方案如下:一种用于山核桃品质检测的指纹图谱采集装置，包括壳体和传感器阵列;所述壳体由共轴心的第一长方体和第二长方体一体成型而成;所述第一长方体的横截面的长宽大于第二长方体的横截面的长宽;所述壳体的中心开有横截面为矩形的通槽;所述壳体的第二长方体的一端开有进气口，第一长方体的一端开有出气口；所述通槽分为缓冲段气道和传感器接触段气道;所述缓冲段气道位于第二长方体上;所述第一长方体的上下表面均开有若干第一圆通槽;所述第二长方体的上下表面均开有与第一圆通槽数量相同的第二圆通槽;所述传感器阵列包括第一组气敏传感器和第二组气敏传感器;所述第一组气敏传感器安装在第一圆通槽上;所述第二组气敏传感器安装在第二圆通槽上。
[0008]进一步地，所述缓冲段气道与传感器接触段气道的横截面一致，且横截面的长度和宽度均大于第一圆通槽和第二圆通槽的直径;所述进气口的气体流速不大于0.3m/s;所述缓冲段气道的长度不小于43_。
[0009]进一步地，所述第一组气敏传感器为6引脚气敏传感;所述第二组气敏传感器为4引脚气敏传感器。
[0010]进一步地，所述4引脚气敏传感器的数量为4个，由TGS2602、TGS2444、TGS2611和TGS2620组成;所述6弓I脚气敏传感的数量为4个，由TGS816、TGS822、TGS825和MQl 38组成。[0011 ] 进一步地，所述TGS2602的平均微分值、TGS2444的平均微分值、TGS2611的面积值、TGS2620的稳定值、TGS816的面积值、TGS822的平均微分值、TGS825的稳定值和面积值、MQ138的稳定值构成山核桃品质检测的指纹图谱。
[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明设计巧妙，通过合理设计壳体结构来精简壳体的体积，并使其具有良好的流体特性，有利于其在便携式电子鼻中的应用。同时，依据不同传感器的不同特征值在模式识别中所表现的不同特性，选择包含有效信息且数据相关性低的特征值构成山核桃品质检测“指纹图谱”，后续通过模式识别算法，有效提高电子鼻对不同品质山核桃的区分及预测能力，从而构建出一套快速、高效的山核桃品质检测系统。
【附图说明】
[0013]图1是本发明的外观图；
[0014]图2是本发明的剖面图；
[0015]图3是本发明实施例的透视图；
[0016]图4是初始指纹图谱PCA得分图；
[0017]图5是用于山核桃品质检测的指纹图谱采集装置所获取的指纹图谱的PCA得分图；
[0018]图中，第一长方体1、第二长方体2、通槽3、进气口4、出气口5、缓冲段气道6、传感器接触段气道7、第一圆通槽8、第二圆通槽9。
【具体实施方式】
[0019]参照图1，图2，本【具体实施方式】采用以下技术方案:本发明包括壳体和传感器阵列;所述壳体由共轴心的第一长方体I和第二长方体2—体成型而成；由于气敏传感器的尺寸及长度不一，为了使得传感器很很好地安装在气室上，且使得传感器在气室外部没有凸起，故所述第一长方体I的横截面的长度大于第二长方体2的横截面的长度;所述第一长方体I的横截面的宽度大于第二长方体2的横截面的宽度;所述壳体的中心开有横截面为矩形的通槽3;所述壳体的第二长方体2的一端开有进气口 4，第一长方体I的一端开有出气口 5;所述通槽3分为缓冲段气道6和传感器接触段气道7;所述缓冲段气道6位于第二长方体2上；所述第一长方体I的上下表面均开有若干第一圆通槽8;所述第二长方体2的上下表面均开有与第一圆通槽8数量相同的第二圆通槽9;
[0020]所述传感器阵列包括第一组气敏传感器和第二组气敏传感器；由于4引脚气敏传感器尺寸较小，长度较短，6引脚传感器尺寸相对较大，长度相对较长，因此设定6引脚气敏传感器为第一组气敏传感器，4引脚气敏传感器为第二组气敏传感器，且所述第一组气敏传感器安装在第一圆通槽9上;所述第二组气敏传感器安装在第二圆通槽8上。
[0021 ]为保证气体在气道内能均匀的流动，且使得气体能与气敏传感器的响应区域充分接触，故设定所述缓冲段气道6与传感器接触段气道7横截面的保持一致，且横截面的长度和宽度均大于第二圆通槽9的直径。
[0022]通过构建指纹图谱采集装置三维模型及进行网格划分，并经Fluent流体分析可知，气体从进气口 3进入缓冲段气道6后，流速呈上升趋势，且经过一段距离的缓冲，气体在气室内的流速趋于稳定。通过分析不同长度气道的内部流体特性，可以发现在气体入口速度相同的情况下，气道内气体流速达到稳定值的距离与气道的整体长度无关，而与气体入口速度增大及气道横截面减小，该缓冲距离将增大。当设定气体入口速度为0.lm/s，且横截面为以第二圆通槽直径为边长的正方形时，气体经缓冲达到稳定时，其流速为0.2m/s，故考虑到气体流速过快将会影响气体与传感器的接触效果，且缓冲距离过长，会限制该指纹图谱采集装置在便携式电子鼻中的应用，故设定所述进气口 3的气体速度不大于0.3m/s。在该流速下，且在横截面为以第二圆通槽7的直径为边长的正方形的情况下，从Fluent的分析结果的数据中测得气体缓冲距离为43mm，故设定所述缓冲段气道长度不小于43mm。
[0023]如图3所示，第一组气敏传感器为6引脚气敏传感器;所述第二组气敏传感器为4引脚气敏传感器;根据传感器在典型山核桃气体中的响应信号，确定所述4引脚气敏传感器的数量为4个，由TGS2602、TGS2444、TGS2611和TGS2620组成；所述6引脚气敏传感的数量为4个，由TGS816、TGS822、TGS825和MQ138组成;各传感器相对独立，且可以进行随意拆卸;上述传感器均为各专业企业制作，可通过市场售卖够得，但对于不同类型传感器，其后端硬件电路需进行独立设计，以与信号采集硬件部分进行连接。
[0024]对上述所选4个4引脚气敏传感器，4个6引脚气敏传感器分别提取平均微分值、稳定值、面积值构成特征矩阵，并依据非搜索性特征选择策略，依次通过均值分析、变异系数分析、聚类分析、相关性分析及方差膨胀因子分析对特征矩阵进行优化，并最终确定所述TGS2602的平均微分值、TGS2444的平均微分值、TGS2611的面积值、TGS2620的稳定值、TGS816的面积值、TGS822的平均微分值、TGS825的稳定值和面积值、MQ138的稳定值构成山核桃品质检测的指纹图谱。
[0025]本发明的工作过程如下:
[0026]通过对具有耐热性、化学惰性的高性能材料如聚四氟乙烯进行加工，得到专利所述的用于山核桃品质检测的指纹图谱采集装置的壳体，根据所选择的气敏传感TGS2602、TGS2444、TGS2611、TGS2620、TGS816、TGS822、TGS825、MQ138 的实际尺寸，在壳体外壁开出相应的圆通槽并进行传感器的安放。通过外部的信号处理及信号采集装置，对该指纹图谱采集装置中的传感器信号进行处理采集，并用上位机提取TGS2602的平均微分值、TGS2444的平均微分值、TGS2611的面积值、TGS2620的稳定值、TGS816的面积值、TGS822的平均微分值、TGS825的稳定值和面积值及MQl 38的稳定值来获得样品的指纹图谱。
[0027]实施例采用用于山核桃品质检测的指纹图谱采集装置对新鲜、陈化5天、陈化10天、陈化15天山核桃进行检测，并分析各传感器响应信号。通过上位机获取上述传感器的平均微分值、稳定值、面积值构成初始指纹图谱，并获取专利所述各传感器对应的特征值来获得不同品质山核桃样品对应指纹图谱，并采用PCA算法对上述两类指纹图谱进行处理，其结果如图4和图5所示。通过对比可知，优化的阵列相比于优化前，其能有效区分不同陈化时间的山核桃，且各类山核桃的类内矩也明显变小，即聚集度提高，故该用于山核桃品质检测的指纹图谱采集装置对于有效区分不同品质山核桃具有切实有效的帮助。
【主权项】
1.一种用于山核桃品质检测的指纹图谱采集装置，其特征在于:包括壳体和传感器阵列等;所述壳体由共轴心的第一长方体(I)和第二长方体(2) —体成型而成;所述第一长方体(I)的横截面的长宽大于第二长方体(2)的横截面的长宽;所述壳体的中心开有横截面为矩形的通槽(3);所述壳体的第二长方体(2)的一端开有进气口(4)，第一长方体(I)的一端开有出气口(5);所述通槽(3)分为缓冲段气道(6)和传感器接触段气道(7);所述缓冲段气道(6)位于第二长方体(2)上;所述第一长方体(I)的上下表面均开有若干第一圆通槽(8);所述第二长方体(2)的上下表面均开有与第一圆通槽(8)数量相同的第二圆通槽(9);所述传感器阵列包括第一组气敏传感器和第二组气敏传感器;所述第一组气敏传感器安装在第一圆通槽(8)上;所述第二组气敏传感器安装在第二圆通槽(9)上。2.根据权利要求1所述的用于山核桃品质检测的指纹图谱采集装置，其特征在于:所述缓冲段气道(6)与传感器接触段气道(7)的横截面一致，且横截面的长度和宽度均大于第一圆通槽(8)和第二圆通槽(9)的直径;所述进气口(3)的气体流速不大于0.3m/s;所述缓冲段气道(6)的长度不小于43mm。3.根据权利要求1所述的用于山核桃品质检测的指纹图谱采集装置，其特征在于:所述第一组气敏传感器为6引脚气敏传感;所述第二组气敏传感器为4引脚气敏传感器。4.根据权利要求3所述的用于山核桃品质检测的指纹图谱采集装置，其特征在于:所述4引脚气敏传感器的数量为4个，由了632602、了632444、了632611和了632620组成;所述6引脚气敏传感的数量为4个，由TGS816、TGS822、TGS825和MQl 38组成。5.根据权利要求4所述的用于山核桃品质检测的指纹图谱采集装置，其特征在于:所述TGS2602的平均微分值、TGS2444的平均微分值、TGS2611的面积值、TGS2620的稳定值、TGS816的面积值、TGS822的平均微分值、TGS825的稳定值和面积值、MQ138的稳定值构成山核桃品质检测的指纹图谱。
【文档编号】G01N27/00GK106053535SQ201610321639
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】王俊, 徐克明, 何焯亮
【申请人】浙江大学