[00831139]茶叶成分近红外光谱分析仪的研究与开发

项目研制开发完成了具有自主知识专权的茶叶成分近红外光谱分析仪，实现了茶叶中多种组分含量的快速无损检测，主要包括光学系统、机械结构系统、光电信号检测系统、数字信号处理系统、定标模型建立及和化学计量软件的研制和开发。根据样品特征和光谱特性，样机采用稳定性高、成本低廉的滤光片型的结构，在机构设计中创新性的使用了旋转样品池内嵌标准漫反射白板的新方法，简化了整体仪器的设计，加快了样品测量速度，同时还提高了测量光谱的稳定性。光电信号检测系统主要包括近红外探测器、仪表放大器、低通滤波器、A/D转换器、MSP430单片机和USB通信模块，还包括两相混合式步进电机、步进电机驱动器和霍尔传感器。信号处理部分的仪表放大器和24位高精度Delta-SigmaA/D转换器的组合进行信号的调理和采集，并进行FIR数字带通滤波器处理，从而进一步提高了信号信噪比(SNR)，提高了光电信号检测的精度。课题组收集了600种茶叶样品，通过对茶叶样品的光谱解析以及多种化学计量学方法的综合比较，定标模型中水分、茶多酚、氨基酸和咖啡碱的检测相对误差小于5%。系统软件集化学计量学算法、数字信号处理和控制等功能于一体。样机经国家农业部茶叶检测中心等多家检测机构试用后表明该仪器测试方法简便，软件分析功能完善，可同时检测出茶叶中水分、茶多酚、氨基酸和咖啡碱等成分的含量，测量结果准确，重复性好，检测过程中无需对样品进行预处理，检测效率高。样机的研制成功为茶叶成分快速检测提供了新方法和新设备，该成果填补国内茶叶常规成分快速、无损检测设备仪器领域的空白，其推广应用将大大提高检测效率，降低检测成本，有良好的推广价值。