基于led誘導熒光光譜的咖啡濃度檢測系統及方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于LED誘導熒光光譜的咖啡濃度檢測系統及方法。該系統由檢測探頭，數據采集與控制系統和顯示模塊三部分組成。方法具體是光譜采集；主成分分析；建立線性回歸模型；咖啡濃度檢測。本發明利用了熒光光譜的零背景、無損、準確的檢測，成功地將光譜分析應用于具體物質的定量檢測，同時采用了廉價的集成LED，具有壽命長、方便攜帶的特點。
【專利說明】基于LED誘導熒光光譜的咖啡濃度檢測系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于發光二極管(Light Emitting Diode, LED)誘導突光光譜檢測技術，可實現對速溶咖啡中三種主要成分(咖啡、咖啡伴侶、砂糖)的濃度檢測，屬光學傳感【技術領域】以及分析檢驗儀器【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著現代經濟的快速發展以及人民消費水平的提高，食品安全及質量檢測已經受到了國家、相關機構及消費者的普遍關注。尤其對于質量檢測及食品安全監督機構，如何準確、快速、有效地測量食品的質量，成為需要解決的重大課題。與此同時，咖啡作為當今世界三大飲料之一，漸漸成為眾多消費者提神補腦和休閑約會的必須品，隨著咖啡銷量的逐步提高，咖啡的質量及濃度檢測技術成為科研領域的研究內容。
[0003]速溶咖啡由咖啡、咖啡伴侶和砂糖三種主要成分組成，具有適度的香味、口感，且沖泡方式簡單，已經受到消費者的普遍關注。同時，這三種主要成分的含量決定了速溶咖啡的質量和口感，因此測量出這三種物質的濃度，也就實現了對速溶咖啡的質量檢測。
[0004]LED誘導熒光光譜法結合了 LED價格低廉、壽命長和熒光技術零背景、高分辨率的特點，被用于速溶咖啡的濃度定量測量，實現了快速、準確的無損檢測。稱取不同重量的三種物質(咖啡、咖啡伴侶、砂糖)，用于混合成不同配比的速溶咖啡，通過對不同配比速溶咖啡的檢測，驗證此方法的合理性和準確性。

【發明內容】

[0005]本發明針對現有技術的不足，提供了一種基于LED誘導熒光光譜的咖啡濃度檢測系統及方法。
[0006]基于LED誘導熒光光譜的咖啡濃度檢測系統，由檢測探頭，數據采集與控制系統和顯示模塊三部分組成。
[0007]所述的檢測探頭集成了 LED光源，濾光片和光纖。峰值波長為400nm的LED光源用于激發樣品熒光，濾光片用于濾除激發光，光纖用于收集熒光信號。
[0008]所述的數據采集與控制系統由微處理器，驅動電路，光譜儀組成。微處理器通過驅動電路進行LED光源的通斷和發光強度控制。由檢測探頭探測到的樣品熒光信號通過光纖傳輸到光譜儀，收集到光譜信息再經過微處理器預處理和分析。
[0009]所述的顯示模塊由與微處理器相連的顯示屏構成。用于顯示采集到的光譜信號和分析得到的濃度測試結果。
[0010]利用上述系統進行咖啡濃度檢測的方法具體是:
[0011]步驟1.光譜采集:采用波長為400nm的LED光源激發不同濃度速溶咖啡樣本的熒光光譜，使用光譜儀采集樣本300nm-lIOOnm的熒光光譜，以文件的形式存放，共S個樣本，每個樣本采集P次光譜。
[0012]步驟2.對LED光源照射下的預測集速溶咖啡樣本的熒光光譜數據進行主成分分析，將主成分按方差貢獻率由大到小排列，根據對累計貢獻率的要求，取前T個主成分。
[0013]步驟3.建立模型:采用留一法對預測集光譜數據建立線性回歸模型:
[001 4]
【權利要求】
1.基于LED誘導熒光光譜的咖啡濃度檢測系統，由檢測探頭，數據采集與控制系統和顯示模塊三部分組成，其特征在于: 所述的檢測探頭集成了 LED光源，濾光片和光纖；峰值波長為400nm的LED光源用于激發樣品熒光，濾光片用于濾除激發光，光纖用于收集熒光信號； 所述的數據采集與控制系統由微處理器，驅動電路，光譜儀組成；微處理器通過驅動電路進行LED光源的通斷和發光強度控制；由檢測探頭探測到的樣品熒光信號通過光纖傳輸到光譜儀，收集到光譜信息再經過微處理器預處理和分析； 所述的顯示模塊由與微處理器相連的顯示屏構成；用于顯示采集到的光譜信號和分析得到的濃度測試結果。
2.利用權利要求1所述的系統進行咖啡濃度檢測的方法，其特征在于該方法具體是: 步驟1.光譜采集:采用波長為400nm的LED光源激發不同濃度速溶咖啡樣本的熒光光譜，使用光譜儀采集樣本300nm-lIOOnm的熒光光譜，以文件的形式存放，共S個樣本，每個樣本采集P次光譜； 步驟2.對LED光源照射下的預測集速溶咖啡樣本的熒光光譜數據進行主成分分析，將主成分按方差貢獻率由大到小排列，根據對累計貢獻率的要求，取前T個主成分； 步驟3.建立模型:采用 留一法對預測集光譜數據建立線性回歸模型:
Yk = 1，2...N，k 關 i; 1...M 一 ^ k = I, 2...N, k Ti i; 0...tr ^ 0...tr;l...M(I)
? I J = O; Mt J =丨，2崎;印…聯1⑵ 其中Yk = ^wiu...M表示預測集中咖啡濃度矩陣，Ulu表示第j個主成分對第k個樣本的貢獻，Olu表示多個光譜的主成分矩陣，θα? M表示通過線性回歸方程(I)得到的線性系數矩陣；Ν總的光譜樣本數；k表示樣本的具體組數；i表示被剔除的樣本；j表示具體主成分數；M表示光譜中變量的數目，T表示前T個主成分； 步驟4.咖啡濃度檢測:探測新的咖啡樣本，采集其光譜數據后得到對應的主成分系數Φρ;α.ι，跟據預測集建模所得到線性系數矩陣Qtl #1Μ，被測新咖啡樣品的濃度可以表示為:
^l...M — ^ ρ-fl...tr^0...tr1..M (^) 其中P表示新的被測咖啡樣本，Y 表示被測咖啡濃度。
【文檔編號】G01N21/64GK103792217SQ201310590296
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年11月20日 優先權日:2013年11月20日
【發明者】何賽靈, 劉旋 申請人:何賽靈