水果无损伤检测

国外水果无损伤检测技术

　　水果品质的无损伤检测是随着高科技发展应运而生的一门新技术，国外已将此技术成功地运用到农产品的质量检测上，尤其是水果的检测，应用最为广泛。

　　无损伤检测的原理可分为两种，一种是在水果外部发出一种能量，从水果对能量的输入与输出变化中得到水果相关的理化特性；另一种是通过对水果本身的化学发光或红外线放射的能量等来测定水果的质量。目前日本主要使用按前者原理设计制造的检测仪器。水果质量无损伤检测的主要方法有：1、光学检验：包括紫外线检验、可见光检验、近红外线检验、红外线检验；2、力学检验：包括X光及CT检验等。

　　日本利用以上原理开发了可见光和近红外线测定梨、苹果成熟度的传感器，又研制了快速判别水果成熟度和色泽的选果装置，并将此技术用于自动化选果线上，把成熟度、色彩传感器与自动化分级、包装线连在一起，率先实现了水果高度自动化的无损伤检测。

　　国外还研制出一种用计算机视觉对水果进行探伤和按一定标准进行分级的装置。由一个转锥尖和轮子机构使水果的轴处在垂直方向，水果在一个主轴上转360度，由一个64像素扫描摄像机摄像，摄像机和计算机记录的数字图像代表水果的表面状态。反应水果组织损伤的灰度是用还原图像亮度的方法表示，这种数字图像法比通常采用的颜色分级法先进。

　　另一种电子探测计由装在套筒中直径3mm的钢球制成，钢球装有常压弹簧和电子传感器，用手把电子探测计贴在水果表面，让传感器记录水果成熟度。

果实硬度的测定

　　仪器：天津津东机械厂生产HP-30型硬度计和CY-1型果实硬度计。

　　操作方法：测定时，将果实待测部分的果皮削掉，使硬度计插头和削去果皮的果肉相接触，并与果实切面垂直，左手握紧果实，右手持硬度计，缓缓增加压力，直到果肉切面到达压头的刻线为止。这时，游标尺随压力增加而被移动，它所指的数值即表示每cm²上的千克数。

　　GY-1型果实硬度计：这种硬度计虽然也是采用压力来测定果实的硬度，但其读数标尺为圆盘式，当压头受到果实阻力，推动弹簧压箱，使齿条向上移动，带动齿轮旋转，与齿轮同轴的指针也同时旋转，指出果肉硬度的数值。本硬度计可测定苹果、梨等的硬度。测定前，转动表盘，使指针与刻度2kg处重合。

　　压头有圆锥和平压头两种，平压头适用不带皮果肉硬度的测定，圆锥形压头可用于带皮或不带皮的果实硬度的测定。测定方法和HP-30型果实硬度计相同。

注意事项：

　　1、测定果实硬度时，最好是测定果肉的硬度，因为果皮往往掩盖了果肉的真实硬度。
　　2、加压力时，用力要均匀，不可转动压入，亦不能用猛力压入。
　　3、探头必须与果面垂直，不要倾斜压入。
　　4、果实的各个部位硬度不同，所以，测定同一种果实硬度时，必须采用同一部位，以便比较。

果实颜色的仪器测定

1、与标准卡比较法

　　将测定样品同色谱卡比较，可以得到颜色名称。

2、果实内部的非破坏性测定

　　有一种装置，在给予苹果和番茄果实“光”以后，可以测定透过果实的微弱的光。从透过光的光谱特性，可以知道果实内部色素的多少（熟度）和褐变的有无等，被称为IQ（internal quality内部品质）分析器。

气体测试：
　
　　气调库的气体分析主要是指对库内O₂、CO₂和C₂H₄的分析。在各种类型的O₂分析仪中，目前最先进的是以测量氧气磁特性变化的顺磁式测氧仪。此外氧电极测氧仪也是应用很广的氧气测试仪器。其工作原理是基于极谱电极原理，即在一定浓度的电解质溶液中，当输出电压在-0.5～-0.8V的范围内，电流与O₂浓度成正比。氧电极传感器以铂为阴极，阳极为铅或银，聚四氟乙烯薄膜将阴极端与电解质隔开。O₂的渗透量与薄膜内外的气体分压成正比。此传感器也叫氧电池，是一种电化学扩散限制型金属电池。这种传感器制成的O₂测试仪，分辨率高达0.1%，测试精度为0.2%。传感器的使用寿命在2年以上。

　　奥氏气体分析仪在中国、北美和南欧的一些地方仍普遍使用，并用它来检查和校正自动分析仪器的准确性。另外，奥氏气体分析仪的价格相对低的多，且适用于较高的O₂浓度下使用，但操作比较麻烦。正常情况下，气调库内O₂浓度的经常性测试并不采用奥氏气体分析仪，而且它也不适合于测定很低的O₂浓度。

　　比较先进的CO₂的测定方法是采用红外线CO₂测定仪。采用CO₂红外线传感器测定CO₂，分辨率可达0.1%，测试精度可达0.2%，传感器的使用寿命为10年。

　　检测低浓度的乙烯含量（0.01×10^-6～1×10^-6）必须采用气相色谱仪，由于该仪器比较昂贵，在国外也仅局限于大型气调库使用。

O₂、CO₂测定仪

　　O₂、CO₂分析可通过奥氏气体分析仪和CYS-1型数字式测氧仪以及CYES-Ⅱ型氧、二氧化碳气体测试仪来完成。CYS-1型数字式测氧仪和CYES-Ⅱ型氧、二氧化碳气体测试仪为自动分析仪，精度高、应答快、最小显示度为0.1%，反映时间数秒钟；奥式气体分析仪为人工手动操作，造价低，可靠性高，只是测定速度较慢，它们配合使用可以达到理想的分析效果。

湿度测量装置

　　至今气调库内极对湿度的准确测定，仍是一大难题。主要是由于气调库一直处在一种低湿高温状态（指加湿后），用普通在干湿球温度计测定相对湿度比较困难。例如，当库内湿度在0～2℃，相对湿度在90%以上时，干球温度和湿球温度的差值小于0.6℃，这么小的差值，在干湿球湿度计中很难反映出来，操作人员也很难读得准确。毛发湿度计在使用中需经常干燥和浸润，一般用了3～4天就须从库内取出对其进行干燥和浸润处理，若将其长期置于库内不拿出来加工处理，其在高湿气体的作用下，毛发会过渡延伸，检测误差很大，因此气调库很少采用。先进的电容式相对湿度传感器在80%左右的相对湿度下，测定的精度可达±2%，但当相对湿度长升高至90%以上时，其测定精度显著下降，误差达±5%以上。鉴于湿度检测仪的现状，气调库相对湿度的控制和调节，在很大程度上仍要依靠或者结合管理人员的经验。

选择湿度传感器时需要考虑的几点事项

1.确定测量范围

　　和测量重量、温度一样，选择湿度传感器首先要确定测量范围。除了气象、科研部门外，搞温、湿度测控的一般不需要全湿程（0～100％RH）测量。在当今的信息时代，传感器技术与计算机技术、自动控制拄术紧密结合着。测量的目的在于控制，测量范围与控制范围合称使用范围。当然，对不需要搞测控系统的应用者来说，直接选择通用型湿度仪就可以了。用户根据需要向传感器生产厂提出测量范围，生产厂优先保证用户在使用范围内传感器的性能稳定一致，求得合理的性能价格比，对双方来讲一件相得益彰的事情。

2.选择测量精度

　　和测量范围一样，测量精度同样是传感器最重要的指标。测量精度每提高—个百分点，对传感器来说就是上一个台阶，甚至是上一个档次。因为要达到不同的精度，其制造成本相差很大，售价也相差甚远。例如，进口的1只廉价的湿度传感器只有几美元，而1只供标定用的全程湿度传感器要几百美元，相差近百倍。所以使用者一定要量体裁衣，不宜盲目追求“高、精、尖”。

　　生产厂商往往是分段给出其湿度传感器的精度的。如中、低温段（0～80％RH）为±2％RH，而高湿段（80%～100％RH）为±4％～5%RH。而且此精度是在某一指定温度下（如25℃）的值。如在不同温度下使用湿度传感器，其示值还要考虑温度漂移的影响。众所周知，相对湿度是温度的函数，温度严重地影响着指定空间内的相对湿度。温度每变化0.1℃，将产生0.5％RH的湿度变化（误差）。使用场合如果难以做到恒温，则提出过高的测湿精度是不合适的。　　

　　所以控湿首先要控好温，这就是目前大量应用的往往是温湿度—体化传感器而不单纯是湿度传感器的缘故。

　　多数情况下，如果没有精确的控温手段，或者被测空间是非密封的，±5％RH的精度就足够了。对于要求精确控制恒温、恒湿的局部空间，或者需要随时跟踪记录湿度变化的场合，可选用±3％RH以上精度的湿度传感器。与此相对应的温度传感器，其测温精度须在±0.3℃以上，起码是±0.5℃的。而精度高于±2％RH的要求，恐怕连校准传感器的标准湿度发生器也难以做到，更何况传感器自身了。国家标准物质研究中心湿度室的文章认为：“相对湿度测量仪表，即使在20～25℃下，要达到2％RH的准确度仍是很困难的。”

3．考虑时漂和温漂

　　几乎所有的传感器都存在时漂和温漂。由于湿度传感器必须和大气中的水汽相接触，所以不能密封。这就决定了它的稳定性和寿命是有限的。一般情况下，生产厂商会标明1次标定的有效使用时间为一年或两年，到期负责重新标定。请使用者在选择传感器时考虑好日后重新标定的渠道，不要贪图便宜或迷信洋货而忽略了售后服务问题。

　　选择湿度传感器要考虑应用场合的温度变化范围，看所选传感器在指定温度下能否正常工作，温漂是否超出设计指标。要提醒使用者注意的是：电容式湿度传感器的温度系数α是个变量，它随使用温度、湿度范围而异。这是因为水和高分子聚合物的介电系数随温度的改变是不同步的，而温度系数α又主要取决于水和感湿材料的介电系数，所以电容式湿敏元件的温度系数并非常数。电容式湿度传感器在常温、中湿段的温度系数最小，5～25℃时，中低湿段的温漂可忽略不计。但在高温高湿区或负温高湿区使用时，就一定要考虑温漂的影响，进行必要的补偿或订正。

4．对市场上湿度传感器产品的几点分析

　　国内市场上出现了不少国内外湿度传感器产品中，电容式湿敏元件较为多见。感湿材料种类主要为高分子聚合物、氯化锂和金属氧化物。

　　电容式湿敏元件的优点在于响应速度快、体积小、线性度好、较稳定，国外有些产品还具备高温工作性能。但是达到上述性能的产品多为国外名牌，价格都较昂贵。市场上出售的一些电容式湿敏元件低价产品，往往达不到上述水平，线性度、一致性和重复性都不甚理想，30%RH以下，80%RH以上感湿段变形严重。有些产品采用单片机补偿修正，使湿度出现“阶跃”性的跳跃，精度降低，出现一致性差、线性差等缺点。

　　无论高档次或低档次的电容式湿敏元件，长期稳定性都不理想，多数长期使用后漂移严重，湿敏电容容值变化为pF级，1%RH的变化不足0.5pF，容值的漂移改变往往引起几十RH%的误差。大多数电容式湿敏元件不具备40℃以上温度下工作的性能，往往失效和损坏。电容式湿敏元件抗腐蚀能力也较欠缺，往往对环境的洁净度要求较高。有的产品还存在光照失效、静电失效等现象。陶瓷湿敏电阻具有湿敏电容相同的优点，但尘埃环境下，陶瓷细孔被封堵，元件就会失效。往往需采用通电除尘的方法来处理，但效果不够理想，且在易燃易爆环境下不能使用。氧化铝感湿材料无法克服其表面结构“天然老化”的弱点，阻抗不稳定。陶瓷湿敏电阻也同样存在长期稳定性差的弱点。

　　氯化锂湿敏电阻，具有最突出的优点是长期稳定性极强，因此通过严格的工艺制作，制成的仪表和传感器产品可以达到较高的精度，稳定性强是产品具备良好的线性度、精密度及一致性，是长期使用寿命的可靠保证。氯化锂湿敏元件的长期稳定性是其它感湿材料无法取代的。

温度测定装置和传感器

　　铂电阻温度传感器工作原理。铂电阻温度传感器是利用金属铂在温度变化时自身电阻值也随之改变的特性来测量温度的，显示仪表将会指示出铂电阻的电阻值所对应的温度值。当被测介质中存在温度梯度时，所测得的温度是感温元件所在范围内介质层中的平均温度。铂电阻温度传感器按其外形结构分为 铂电阻温度传感器（Ⅰ） ；铂电阻温度传感器（Ⅱ）， 其中铂电阻温度传感器（Ⅰ）为行业专用型温度传感器，铂电阻温度传感器（Ⅱ）为通用型温度传感器。

技术指标：

名称	分度号	测温范围℃	精度等级	误差Δt℃
铂电阻	Pt100 Pt500 Pt1000	-200～600	1/3DIN	±(0.10+0.0017| t | )
A级		±(0.15±0.002 | t | )
B级		±(0.30±0.005 | t | )

　　湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要电阻式、电容式两大类。

1． 湿敏电阻

　　湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸汽吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电阻的种类很多，例如金属氧化物湿敏电阻、硅湿敏电阻、陶瓷湿敏电阻等。湿敏电阻的优点是灵敏度高，主要缺点是线性度和产品的互换性差。

2．湿敏电容

　　湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酷酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。湿敏电容的主要优点是灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化，其精度一般比湿敏电阻要低一些。国外生产湿敏电容的主厂家有Humirel公司、Philips公司、Siemens公司等。以Humirel公司生产的SH1100型湿敏电容为例，其测量范围是（1%～99%）RH，在55%RH时的电容量为180pF（典型值）。当相对湿度从0变化到100%时，电容量的变化范围是163pF～202pF。温度系数为0.04pF/℃，湿度滞后量为±1.5%，响应时间为5s。

　　除电阻式、电容式湿敏元件之外，还有电解质离子型湿敏元件、重量型湿敏元件（利用感湿膜重量的变化来改变振荡频率）、光强型湿敏元件、声表面波湿敏元件等。湿敏元件的线性度及抗污染性差，在检测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露在待测环境中，很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。

 

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