基于近红外光谱的便携式油菜籽品质检测装置研制

为解决油菜籽收获、运输、存储、销售等过程中对含油量、蛋白质、硫苷等内部品质的检测需求,实现油菜籽多指标、便携式、快速无损的检测目标,该研究设计了一种基于近红外光谱的便携式油菜籽内部品质检测装置,集成微型光谱仪、LCD触摸屏、树莓派处理器、箱体、样品杯和电源,装置尺寸为246 mm×128 mm×127 mm,可在户外环境稳定工作6 h以上。以不同产区的65个油菜籽品种为研究对象,采集900～1633 nm的近红外漫反射光谱,使用竞争性自适应重加权、最小角回归、无信息变量消除等降维算法与偏最小二乘、极限学习机、支持向量等回归算法,建立了含油量、蛋白质、硫苷、含水率和芥酸高精度预测模型,决定系数R²分别为0.949、0.861、0.730、0.976、0.862,均方根误差RMSE分别为1.39%、1.46%、20.7 μmol/g、0.36%、3.63%。使用 QT Creator 作为集成开发环境, PyTorch 作为框架,实现了模型的嵌入式部署与应用,实现了油菜籽的多品质参数一键式无损检测。
使用Flask、MQTT等技术,开发了APP端、网页端和小程序端软件,实现了预测数据的多端同步和实时监控。经检验测试,含油量、蛋白质、硫苷、含水率和芥酸的预测决定系数R²分别为0.932、0.855、0.734、0.968、0.761,均方根误差RMSE分别为1.35%、1.67%、19.6 μmol/g、0.34%、2.96%,检测过程为13 s,在相对湿度40%～70%、温度15～35 ℃的环境下,装置对含杂量不大于2%、质量3～7 g的成熟期油菜籽具有数据采集稳定性;该仪器可用于对油菜籽的快速无损检测。