光电检测技术论文提纲

论文题目：基于光电技术的含脂液体食品质量安全检测关键技术研究

摘要：含脂类液体食品的质量与安全检测是食品检测领域的重点研究方向和前沿课题,然而目前现有的食品测量技术方法在小型化、仪器成本及测量速度上都存在不足。基于光电技术与传感器的检测方法具有响应快、准确度高、成本低等优点,可实现非接触性测量,且近年来光电传感器及其系统越来越趋向于小型化和自动化,因此,基于光电技术的含脂类液体食品质量安全检测的研究具有重要意义。本文根据国内外研究现状,基于光电传感技术和图像处理技术,从典型含脂液体食品的主要成分、食品添加剂和生物性污染方面开展了研究,旨在为含脂类液体食品质量与安全检测体系的建立与完善提供可靠的技术支持。论文的主要创新工作和研究内容如下:（1）设计了基于环状光源传感器的测量系统,实现了含脂液体食品中脂肪含量的测量与方法评估。为了实现仪器的近场实时检测,设计了均匀分布的环状光源传感器测量系统。基于样品吸光度和典型含脂液体食品中的脂肪含量的关系建立模型,并将模型输入至微处理器中完成对测量系统的定标,最终实现脂肪含量的实时检测。同时,利用测量系统评价与分析方法对环状光源传感系统进行评价,验证了测量系统的可靠性。（2）设计了基于Y型光纤传感器的测量系统,实现了含脂液体食品中脂肪含量的测量与评估。为了实现远场的实时检测,设计了基于Y型光纤传感器的测量系统,采用的单探头设计使得光信号能够垂直入射与垂直接收,有效的分离了入射光与出射光。通过样品吸光度与脂肪含量进行建模,实现了含脂液体食品中脂肪的测量。同时,测量系统评价与分析的结果表明了测量系统的可靠性。（3）提出并设计了基于W型光纤传感器测量系统,利用该测量系统实现了含脂液体食品中脂肪含量的测量。由于环状光源与Y型光纤系统在测量过程中会受到镜面反射影响,基于此,创造性的提出了具有双探头结构的W型光纤传感器系统,既能实现远场实时测量,减少杂散光信号的干扰,又能够消除液体样品的镜面反射信号,通过样品吸光度与脂肪含量进行建模,最终实现含脂类液体食品中脂肪含量的测量。（4）基于两种荧光光谱测量技术,即二维荧光光谱和三维荧光光谱法,定量检测了含脂液体食品中荧光增白剂的含量（0-1μg/ml）。在本章中以豆浆为样品进行检测。对于二维荧光光谱,将荧光强度与荧光增白剂含量直接建立模型,从而实现豆浆中荧光增白剂含量的检测;对于三维荧光光谱,将小波分析图像处理方法与支持向量回归机结合,实现了豆浆中荧光增白剂含量的检测。研究结果表明,提出的两种不同的测量方法都能实现荧光增白剂含量的检测,灵敏度高,且三维荧光光谱法的检测结果优于二维荧光光谱法。（5）基于微弱光光电传感器测量系统,同时结合小波分析的图像处理方法,定量检测了含脂液体食品中荧光增白剂的含量（0.02-0.5mg/ml）。本章中以豆浆为样品进行检测。对于采集到的含有荧光增白剂的豆浆样品的微弱荧光图像,提取其小波矩特征值,并根据距离分类法,实现了豆浆中荧光增白剂含量的准确测量。（6）基于BARDOT激光传感器的测量系统,提出了快速检测含脂液体食品中李斯特菌的有效方法。本章中以牛奶作为研究对象进行检测。首先建立了李斯特菌和非李斯特菌的图像数据库,利用BARDOT系统对检测样品图像进行识别分类,从而实现牛奶中李斯特菌的检测。同时采用PCR和qPCR对BARDOT系统检测出的菌落进行验证。结果表明,提出的方法能够有效快速的检测出牛奶中的李斯特菌,实现了无损测量,与美国农业部食品安全检验局的标准方法需要时间（约72小时）相比,BARDOT系统只需34-40小时就可完成检测,大大提高了效率。

关键词：食品检测;脂肪含量;光电传感器;小波矩;质量安全

学科专业：光学工程

摘要

Abstract

注释表

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 含脂液体食品的质量与安全研究进展

1.2.1 含脂液体食品质量方面的研究进展

1.2.2 含脂液体食品安全方面的研究进展

1.3 含脂液体食品质量与安全检测方法

1.3.1 化学分析法

1.3.2 色谱法

1.3.3 质谱分析法

1.3.4 色谱-质谱联用法

1.3.5 光谱分析法

1.3.6 生物检测法

1.3.7 超声波法

1.3.8 电化学分析法

1.3.9 电子鼻技术

1.4 光电技术在含脂液体食品质量与安全检测中的应用

1.5 本论文的主要研究内容

第2章 基于环状光源传感器实现食品中脂肪近场测量系统设计与评估

2.1 系统设计与搭建

2.2 测量原理与样品

2.2.1 测量原理

2.2.2 测量样品

2.2.3 测量样品预处理

2.2.4 测量方法

2.3 系统硬件设计

2.3.1 发光模块选择

2.3.2 感光模块选择

2.3.3 环状光源传感器设计

2.3.4 微处理器与A/D转换模块设计

2.3.5 显示模块设计

2.3.6 升降台模块设计

2.3.7 温控模块设计

2.4 系统软件设计

2.4.1 测量系统整体流程

2.4.2 数据采集流程

2.4.3 数据处理流程

2.4.4 温控模块流程

2.5 测量结果与讨论

2.5.1 测量最佳距离

2.5.2 测量最佳温度

2.5.3 豆浆中脂肪含量预测

2.6 测量系统分析与评价

2.7 本章小结

第3章 基于Y型光纤传感器实现食品中脂肪远场测量的系统设计与评估

3.1 测量系统设计

3.1.1 系统总体结构

3.1.2 Y型光纤传感器结构

3.1.3 系统软件设计

3.2 测量结果与讨论

3.2.1 测量最佳距离

3.2.2 豆浆中脂肪含量定标

3.2.3 豆浆中脂肪含量预测

3.3 测量系统评价与分析

3.3.1 系统稳定性分析

3.3.2 系统偏倚分析

3.3.3 系统线性分析

3.3.4 系统重复性和再现性分析

3.4 本章小结

第4章 基于W型光纤的含脂液体食品中脂肪的测量系统设计与评估

4.1 测量原理分析及总体结构

4.1.1 总体结构设计

4.2 测量样品与方法

4.2.1 测量原理与模型建立

4.2.2 测量样品及其成分介绍

4.2.3 测量样品预处理

4.2.4 测量方法

4.3 系统硬件设计

4.3.1 光源的选择

4.3.2 W型光纤传感器设计

4.4 测量结果与分析

4.4.1 测量距离优化

4.4.2 最佳温度选择

4.4.3 牛奶中脂肪含量预测

4.5 测量系统评价与分析

4.5.1 系统稳定性分析

4.5.2 系统偏倚分析

4.5.3 系统线性分析

4.5.4 系统重复性和再现性分析

4.6 本章小结

第5章 基于荧光光谱的含脂液体食品中荧光增白剂的检测方法研究

5.1 测量仪器

5.2 二维荧光光谱测量豆浆中荧光增白剂含量

5.2.1 测量样品

5.2.2 测量方法

5.2.3 测量结果与讨论

5.3 三维荧光光谱测量豆浆中荧光增白剂含量

5.3.1 测量样品

5.3.2 测量方法

5.3.3 分析方法

5.3.4 测量结果与讨论

5.4 本章小结

第6章 基于微弱光成像的含脂液体食品中荧光增白剂的检测方法研究

6.1 测量样品与仪器

6.1.1 测量样品

6.1.2 测量仪器

6.2 微弱光图像采集系统

6.2.1 系统总体结构

6.2.2 光源的选择

6.2.3 光学滤波片的选择

6.3 分析方法

6.3.1 模板图像数据库的建立

6.3.2 距离分类法

6.4 测量结果与讨论

6.4.1 荧光图像的采集与预处理

6.4.2 小波矩特征值的选择

6.4.3 荧光增白剂的预测

6.5 本章小结

第7章 基于激光传感器的含脂液体食品中李斯特菌的快速检测方法研究

7.1 BARDOT系统测量原理与结构

7.2 样品与测量方法

7.2.1 致病菌种类及生长条件

7.2.2 致病菌特性

7.2.3 BARDOT数据库建立

7.2.4 单一李斯特菌的检测

7.2.5 混合致病菌中李斯特菌的检测

7.2.6 实时荧光定量PCR检测

7.2.7 聚合酶链式反应(PCR)检测

7.2.8 致病菌表面蛋白表达研究

7.3 结果与讨论

7.3.1 致病菌特性

7.3.2 富养李斯特菌的浓度

7.3.3 数据库的建立

7.3.4 BARDOT系统检测结果

7.3.5 qPCR和 PCR检测结果

7.3.6 致病菌表面蛋白表达影响

7.4 本章小结

第8章 总结与展望

8.1 全文总结

8.2 创新点总结

8.3 展望

参考文献

致谢