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1、第七章第七章 农业物料的光学特性农业物料的光学特性教学内容教学内容：1 光在农业物料中的传播及其相互作用光在农业物料中的传播及其相互作用 2 农业物料的光学特性农业物料的光学特性 3 在农业工程中的应用在农业工程中的应用学习要求学习要求：1 掌握农业物料的光学特性包括哪些内容掌握农业物料的光学特性包括哪些内容 2了解光学特性在农业工程中的应用了解光学特性在农业工程中的应用 反射、吸收、透光和发反射、吸收、透光和发光等构成了农业物料的光等构成了农业物料的光学特性。光学特性。这些射线能量的大小与这些射线能量的大小与物体特性及入射能大小物体特性及入射能大小有关。有关。第一第一节光在光在农业物料中的物
2、料中的传播播及其相互作用及其相互作用图光在农业物料中的传播荧光荧光是在一定波长内一种物料被能量是在一定波长内一种物料被能量激发激发而放射出的而放射出的光能，它的波长不同于激发能的波长。光能，它的波长不同于激发能的波长。延迟发光是在延迟发光是在除去光源除去光源后由物料发射出来的光。后由物料发射出来的光。研究农业物料的光学特性可了解它们的一些研究农业物料的光学特性可了解它们的一些其他特征，例如成熟度、内部缺陷、组成物其他特征，例如成熟度、内部缺陷、组成物含量等含量等。本章主要讨论诸如反射率和透光率以及它们在农业工本章主要讨论诸如反射率和透光率以及它们在农业工程中的实际应用程中的实际应用,简要介绍延
3、迟发光特性简要介绍延迟发光特性.反射光提供了农产品表面特征的信息，如颜色、表反射光提供了农产品表面特征的信息，如颜色、表面缺陷、病变和损伤等。面缺陷、病变和损伤等。光的吸收和透射则是农产品内部结构组成、内部颜光的吸收和透射则是农产品内部结构组成、内部颜色和缺陷等信息的载体。对这些量的分析可以判断色和缺陷等信息的载体。对这些量的分析可以判断农业物料的不同颜色、区分质量优劣、指示成熟与农业物料的不同颜色、区分质量优劣、指示成熟与否，从而可以对农产品进行分选和质量分析。否，从而可以对农产品进行分选和质量分析。一、光的反射特性一、光的反射特性 当一束平行光照射到农业物料表面时，如果入射光当一束平行光照
4、射到农业物料表面时，如果入射光强度为强度为IO，反射光强度为，反射光强度为IR，则光的反射率，则光的反射率R为被物为被物料反射回来的光波强度料反射回来的光波强度IR与射向物料总光波强度与射向物料总光波强度IO之之百分比，即百分比，即R=（ IR / IO ） 100%第二节第二节 农业物料的光学特性农业物料的光学特性 随着柠檬成熟度提高、表皮逐随着柠檬成熟度提高、表皮逐渐由绿变黄，标志波长反射率逐渐由绿变黄，标志波长反射率逐渐提高。如图渐提高。如图影响农业物料光反射的因素主要有：影响农业物料光反射的因素主要有： (1)物料类型；物料类型； (2)不同发育成熟阶段。不同发育成熟阶段。用透射率用透
5、射率 T 表示，是通过物料的光波强度表示，是通过物料的光波强度 IT 与射向物料与射向物料光波强度光波强度 Io 的百分比：的百分比： T= （ IT /Io ） 100% 吸光度：吸光度：OD=lg(1/T) 二、光的透二、光的透过特性特性 OD 不仅反映物料（水果、蔬菜的外表特性），还能显不仅反映物料（水果、蔬菜的外表特性），还能显示其内部特性。示其内部特性。物料的致密度和厚度对吸光度都有很大影响。此外，物料的致密度和厚度对吸光度都有很大影响。此外，物料对光的折射与散射等对透射率也起一定作用。物料对光的折射与散射等对透射率也起一定作用。透射方式：透射方式：下图表示番茄在不同成熟阶段的透光率
6、曲线。由图可知，在波下图表示番茄在不同成熟阶段的透光率曲线。由图可知，在波长长 675nm 附近有明显吸收带，随着番茄不断成熟，吸光度逐附近有明显吸收带，随着番茄不断成熟，吸光度逐渐下降渐下降。绿色的含有叶绿素的农产品如番茄、桔子、柿子、绿色的含有叶绿素的农产品如番茄、桔子、柿子、茶叶等在用光照射激励后的若干秒内其表面会发光，茶叶等在用光照射激励后的若干秒内其表面会发光，我们把这种现象称作延迟发光。我们把这种现象称作延迟发光。延迟发光与光合作用的可逆性有关。延迟发光与光合作用的可逆性有关。延迟发光强度与农产品叶绿素含量有明显的相关延迟发光强度与农产品叶绿素含量有明显的相关性。随着这些产品的成熟
7、度不断地提高。叶绿素含性。随着这些产品的成熟度不断地提高。叶绿素含量不断地下降，延迟发光强度也随之下降。量不断地下降，延迟发光强度也随之下降。三、物料的延三、物料的延迟发光特性光特性 第三第三节 在在农业工程中的工程中的应用用颜色和成熟度检测，如园艺产品成熟度、农产品颜色评颜色和成熟度检测，如园艺产品成熟度、农产品颜色评定等；定等；成分分析，如谷物和肉产品的含水量、牛奶脂肪含量等。成分分析，如谷物和肉产品的含水量、牛奶脂肪含量等。内部缺陷检测，如苹果水心、马铃薯空心、鸡蛋中血点内部缺陷检测，如苹果水心、马铃薯空心、鸡蛋中血点和小麦黑穗病检测等。和小麦黑穗病检测等。自动化分选，如马铃薯和土块分离
8、、颜色或成熟度自动自动化分选，如马铃薯和土块分离、颜色或成熟度自动分级等。分级等。利用近利用近红外可以外可以检测豆豆浆的的浓度，度，为添加适量的凝固添加适量的凝固剂提供依据。提供依据。瓶瓶装装腐腐乳乳中中成成分分的的快快速速检检测测3.3.近红外仪在苹果糖度检测上的应用近红外仪在苹果糖度检测上的应用水果品质检测实例水果品质检测实例可见可见/ /近红外光谱分析的一般流程近红外光谱分析的一般流程1 1、水果漫反射光谱采集系统、水果漫反射光谱采集系统例例1 西梅样品近红外漫反射光谱图2 2、水果、水果SSCSSC破坏性检测破坏性检测(RMSEC=0.355；RMSEP=0.447)西梅SSC建模与预
9、测结果3 3、可溶性固形物含量检测结果、可溶性固形物含量检测结果例例21 1、漫透射光谱采集系统、漫透射光谱采集系统 2 2、光谱指标、光谱指标 吸收率吸收率 透过率透过率 ：波长为时样品光谱强度； ：是波长为时暗场光谱的强度； ：波长为时参比光谱的强度。3 3、光谱采集中主要需要注意的几个问题、光谱采集中主要需要注意的几个问题： 积分时间（integration time） 、离散光谱累计采集次数（Average）、厢车法平滑宽度（Boxcar）等。 样品光谱图4 4、品质指标破坏性检测方法及仪器、品质指标破坏性检测方法及仪器可溶性固形物含量(SSC)西瓜样品的可见/近红外光谱SSC检测建模
10、结果散点图及预测结果散点图 乙烯催熟瓜与正常成熟瓜分类试验研究 近红外光谱定性判别分析步骤：近红外光谱定性判别分析步骤： 1 1）标准样品集光谱建立；标准样品集光谱建立； 2 2）光谱校正及预处理；）光谱校正及预处理； 3 3）光谱特征提取；）光谱特征提取； 4 4）定性判别模型的建立与评价；）定性判别模型的建立与评价； 5 5）未知样品定性判别分析。）未知样品定性判别分析。例例2 5.4.4 5.4.4 高高浓度外源乙度外源乙烯催熟瓜与正常成熟瓜分催熟瓜与正常成熟瓜分类试验研究研究 试验材料及方法材料及方法 购置采摘前后均未使用乙烯利催熟的上海产“早春红玉”西瓜150颗（其中50颗为人工挑选
11、的未熟瓜），将浓度为40%的乙烯利水剂配制为浓度为0.05%的乙烯利溶液，均匀喷淋于50颗未熟西瓜表面，将所有西瓜困置于温度为22的室内60小时后，采用前述光谱采集系统进行漫透射光谱采集。 试验结果果未经乙烯处理和经乙烯处理西瓜光谱对比图 (1)透过率之比判别分析法透过率之比判别分析法(2) 727nm和810nm处有两个重要的特征峰，对于经乙烯处理和未经乙烯处理的西瓜来说727nm处和810nm处的透过率之比有较为明显的差异。(2) 马斯距离判别结果马斯距离判别结果西瓜在西瓜在线检测实验台台软、硬件系、硬件系统 西瓜在线检测实验台软件界面全图 Thanks for your attention
