新型漆酚铁树脂修饰的固体传感器的制备及应用

研究了一种用漆酚铁树脂进行化学修饰的固体传感器的制备方法,并初步探讨了其提高金属离子测定灵敏度的机理。在HOAc+NaOAc和KNO3混合介质中,该传感器测定铜离子的线性范围为4×10-9mol/L至2.5×10-7mol/L之间,富集20min后铜离子的检出限为8×10-11mol/L。用于实际水样的测定,平均回收率可达99.10%,结果满意。     

基于视触觉与深度学习的猕猴桃无损硬度检测方法

硬度是确定猕猴桃成熟度的重要指标之一,对其贮藏周期与销售节点均具有重要指导意义。针对现阶段缺乏使用简易、成本低且精度高的猕猴桃无损硬度检测方法的问题,提出了一种基于视触觉与深度学习的猕猴桃硬度检测方法,通过分析柔性触觉传感层与猕猴桃接触时的形变,获取猕猴桃的动态触觉信息,并据此推断其硬度。以树莓派开发板为机电控制平台,制作了猕猴桃视触觉序列图像采集装置,并对装置按压猕猴桃间隔3h后接触面果肉与非接触面果肉的CIELAB颜色分量平均数进行差异显著性检验,随后采集了猕猴桃视触觉序列图像数据集600组,分别搭建了CNN网络、CNN-LSTM迁移学习网络、CNN-LSTM联合学习网络对视触觉序列图像进行分析及硬度预测。研究结果表明,接触面果肉与非接触面果肉颜色L*、a*、b*三通道分量下平均值无显著差异;深度学习模型LSTM引入长时和短时信息可以动态关联CNN提取的单帧图像特征,从而有效推断猕猴桃硬度,其中CNN-LSTM联合学习模型预测效果最优,其均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、决定系数R2分别为 1.611N、1.360N、0.856,优于现阶段光谱技术检测猕猴桃硬度的结果,随后将模型嵌入树莓派中制作了猕猴桃硬度自动检测装置,可实现短时间内猕猴桃硬度的较为准确检测。因此,结合视触觉传感方法与联合学习模型可以实现对单个猕猴桃硬度的准确无损测量。     

基于GC-MS和电子鼻的面粉中粮虫快速检测方法

储粮害虫会降低粮食及其产品的重量、品质和营养健康指数,并且我国粮虫检测方式仍然以人工检测为主。为满足储粮害虫快速检测的需求,采用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）获得了赤拟谷盗（Tribolium castaneum（Herbst））的主要特定挥发性有机化合物（VOCs）,根据这些化合物的性质筛选出多个金属氧化物气敏传感器,并以传感器阵列为核心开发了储粮害虫电子鼻检测装置。该装置采集了赤拟谷盗、被赤拟谷盗侵染的面粉、被长头谷盗（Latheticus oryzae Waterhouse）侵染的面粉3种实验对象的气味信息,提取每条响应曲线的相对变化值和相对积分值作为原始特征矩阵（10×2）,使用主成分分析（PCA）和偏最小二乘回归算法（PLSR）对原始特征矩阵进行分析,并通过建立回归预测模型,实现了对面粉中赤拟谷盗和长头谷盗虫口密度的预测。优化后的传感器数量由10个减少至8个,赤拟谷盗样品的两个主成分累计的贡献率为79.4%。基于PLSR的预测模型对面粉中赤拟谷盗的数量有很好的预测效果（校正集：相关系数r=0.88,均方根误差为8.09;验证集：r=0.89,均方根误差为7.75）;该预测模型对面粉中长头谷盗的数量也有很好的预测效果（校正集：r=0.94,均方根误差为5.85;验证集：r=0.94,均方根误差为6.08）。研究结果表明：该装置能够满足判别储粮中不同虫口密度样本的基本需要,并且具有可靠的稳定性。     

传感器阵列对浓香型白酒发酵中黄水的检测研究

黄水是白酒在固态发酵过程的副产物,含有大量发酵产物,黄水的成分一定程度反映了固态发酵的信息。基于白酒固态发酵只能在线检测温度这一现状,设计了针对白酒副产物黄水的一种传感器阵列检测装置,用于检测黄水的总酸和残余葡萄糖。该传感器阵列由电导率传感器、pH传感器和氧化还原传感器构成。采用主成份分析、判别函数分析印证了传感器数据对不同样品的区分作用,再采用多元线性回归对黄水样品建立了预测模型,结果显示:该传感器阵列装置对黄水的总酸和残余葡萄糖的预测偏差分别为0.39和0.45。     

畜禽养殖疾病诊断智能传感技术研究进展

畜牧业是我国农业的重要组成部分,目前我国畜牧业向着规模化、集约化发展,同时也增加了畜禽疾病诊断的难度。为提高畜禽养殖中的动物福利水平,并降低畜牧养殖中因动物疫病与健康异常带来的经济损失与公共卫生安全风险,近年出现了一批通过数字化、智能化手段实现畜禽疫病诊疗的自动化方法,如机器视觉分析、动物音频分析、红外温度感知、深度学习分类等,这些方法可以有效提高对患病或异常畜禽动物的诊断效率、缩短诊断周期、降低畜牧养殖中人工巡检劳动力。畜禽疫病自动诊疗方法不同于常规的基于病理学知识的诊断方法,其主要通过各类传感器自动获取畜禽在养殖过程中的图像、声音、体温、心率、排泄物等各类特征信息,而后通过梅尔倒谱系数、Logistics回归分析等数学模型和支持向量机、深度学习等智能算法对采集的信息进行综合分析与处理,并对动物的健康状态做出评价与预测。文章分别从畜禽形态诊断技术、行为诊断技术、声音诊断技术、体温诊断技术、其他生理参数诊断技术等几个方面总结阐述了目前动物疫病智能诊断技术研究的进展和一些基础的方法原理,这些方法基于动物外型与体尺、行为与动作、鸣叫与声音、体温、排泄物、呼吸与心率等数字化特征,通过数学模型对传感器采集到的特征进行实时分析与分归类,基本实现了对理想环境下动物健康状态的评价。目前的畜禽动物疾病自动诊疗技术研究成果丰富,但相关诊断方法大多是在理想环境下进行,而实际的生产养殖环境中干扰因素很大,目前的诊断方法大多无法很好地排除干扰并精确提取出所需特征信息;并且目前的数字化禽畜疾病诊断方法多是基于禽畜的一种特征信息进行分析诊断,这使得诊断系统的诊断准确度受到影响,诊断结果说服力不足。同时目前的大多数数字化禽畜疾病诊断方法还存在诊断泛化能力差、抗干扰能力差等问题,这些问题制约了其推广与应用。未来畜禽疾病自动诊断的研究重点是提高其传感算法的精度和数学模型的适用性与鲁棒性,并进一步发展基于多种特征耦合与数据融合的智能化畜禽疾病诊疗专家系统,争取实现实时、高效、智能、精准的畜禽健康诊断。     

农用无人车环境感知技术发展现状及趋势分析*

传统农业随着人口老龄化、生产劳动强度大等原因导致其发展受到制约。近年来随着信息化技术、智能控制技术、传感器技术的快速发展,使得农用无人车的应用成为可能,实现传统农业向智慧农业的转变。对目前农用无人车发展情况介绍的基础上,重点阐述农用无人车环境感知技术的发展现状,对不同传感器技术的特点和应用情况进行总结,并比较分析不同传感器技术的优缺点;同时在对目前传感器信息融合技术发展情况总结分析的基础上,指出农用无人车环境感知技术的发展与应用没能够遵循精细化农业的发展方向,对于农业生产环境结构化研究欠缺。对此文章融合精细农业思想,提出作业对象结构化和作业机器传感器融合技术并重的解决策略,最后为降低成本、提高普及性,指出农用无人车的环境感知技术层可拓展性等发展趋势。     

基于RFID与ZigBee的羊场养殖信息管理系统

为了选育性状优良的羊进入核心种群,将RFID射频识别、ZigBee无线通信与ARM嵌入式技术相结合,研制了一套羊场养殖信息管理手持终端。手持终端包括基于S3C6410处理器的ARM核心板、125 kHz RFID阅读器、基于CC2530芯片的ZigBee无线通信模块以及多功能底板。软件开发过程中,构建了包含设备驱动的Linux系统环境,利用Qt/Embedded的信号/槽机制实时接收RFID数据,基于OSAL操作系统的ZigBee2007协议栈实现ARM与ZigBee网络之间的通信,在Qt中设计触摸屏图形界面以及串口通信、通信指令、软键盘、蜂鸣器、中文显示等后台程序,具有日常管理、育种管理及疫病管理等模块功能。现场测试结果表明,手持终端能够实时采集、录入、存储、拷贝、查询养殖信息并通过ZigBee无线网络与上位机通信,可满足羊场信息化管理的需要。     

Simple and Rapid Quality Control of Sulfated Glycans by a Fluorescence Sensor Assay—Exemplarily Developed for the Sulfated Polysaccharides from Red Algae Delesseria sanguinea

Sulfated polysaccharides (SP) from algae are of great interest due to their manifold biological activities. Obstacles to commercial (especially medical) application include considerable variability and complex chemical composition making the analysis and the quality control challenging. The aim of this study was to evaluate a simple microplate assay for screening the quality of SP. It is based on the fluorescence intensity (FI) increase of the sensor molecule Polymer-H by SP and was originally developed for direct quantification of SP. Exemplarily, 65 SP batches isolated from the red alga Delesseria sanguinea (D.s.-SP) and several other algae polysaccharides were investigated. Their FI increase in the Polymer-H assay was compared with other analytical parameters. By testing just one concentration of a D.s.-SP sample, quality deviations from the reference D.s.-SP and thus both batch-to-batch variability and stability can be detected. Further, structurally distinct SP showed to differ in their concentration-dependent FI profiles. By using corresponding reference compounds, the Polymer-H assay is therefore applicable as identification assay with high negative predictability. In conclusion, the Polymer-H assay showed to represent not only a simple method for quantification, but also for characterization identification and differentiation of SP of marine origin.     

基于离散元法的茶园仿生铲减阻性能研究

针对茶园土壤板结较为严重、行距小、耕作阻力大且易使耕作机构发生缠绕等问题,提出了一种基于离散元法的仿生铲,并对其进行减阻性能研究。使用离散元仿真与试验结合的方法对茶园板结土壤的物理参数进行测量。以鼹鼠爪趾为原型,结合其挖掘动作,设计出基于四杆机构的耕作机构,并使用离散元的方法研究鼹鼠爪趾的趾尖、趾廓及两者复合的仿生特征的减阻效果。离散元仿真结果表明,在各个耕作条件下,趾尖仿生特征的平均扭矩减小比例和功耗减少比例分别为1.72%~5.04%和1.58%~4.84%,趾廓仿生特征的平均扭矩减小比例和功耗减少比例分别为34.06%~39.29%和29.02%~34.73%,复合仿生特征的平均扭矩减小比例和功耗减少比例分别为36.61%~42.06%和30.84%~38.15%,说明趾尖和趾廓两个仿生特征的减阻效果在一定程度上可以叠加,复合后的仿生特征有更好的减阻效果。     

面向农业环境的无线传感器网络部署算法研究

设计了基于改进微粒群和初始能量分配的综合优化算法。通过合理的无线传感器网络节点部署,在保证网络通讯质量的同时,根据不同节点的实际功耗,均衡每个节点的能量,有效延长整个网络的生命周期,促进无线传感器网络技术在农业环境监测中更广泛的应用。