首页 > 论文 > 光谱学与光谱分析 > 37卷 > 10期(pp:3103-3107)

拉曼高光谱成像系统中光在奶粉层的穿透深度研究

Measurement of Light Penetration Depth through Milk Powder Layer in Raman Hyperspectral Imaging System

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摘要

拉曼高光谱成像技术不仅可以获取样本的空间分布信息, 图像上每个像素点还包括了完整的光谱信息, 因其信息量丰富的特点已在食品安全检测方面得到了应用。 本研究探索拉曼高光谱成像系统中光在奶粉层中的穿透深度, 以及采集参数和奶粉类型对穿透深度的影响。 实验选取均匀奶粉层样品放置于厚度为5 mm的三聚氰胺样本之上, 检测奶粉层厚度为0.8~4.0 mm时的三聚氰胺特征峰强度, 以此评估光在奶粉层中的穿透性和信号衰减情况。 结果显示当奶粉层厚度一定时, 随着激光功率变大, 拉曼特征峰值随之增加, 此外更长的曝光时间也可以使拉曼信号得到增强。 在激光功率不小于2 W且曝光时间不小于500 ms时, 光在全脂奶粉层的穿透深度可达4 mm。 奶粉层厚度在0.8~4.0 mm范围内, 穿透奶粉层的拉曼信号随着奶粉层厚度增加呈指数式衰减。 在激光功率为8 W、 曝光时间为1 000 ms的条件下, 光在全脂、 低脂和脱脂奶粉层的穿透深度均达到了4 mm。 在相同测量厚度下, 通过脱脂奶粉层接收的拉曼信号弱于通过全脂和低脂奶粉层接收的拉曼信号强度。 研究结果为拉曼高光谱检测中奶粉样品的前处理提供了有益参考。

Abstract

The use of Raman hyperspectral imaging technique can obtain not only the spatial distribution information of samples, but also the spectral information of each pixel on the image. It has been applied in food safety testing for its abundant information. This study was aimed at quantitatively analyzing of light penetration depth through milk powder in Raman hyperspectral imaging, and exploring the influences of system parameters and types of milk powders. The attenuation of Raman signal in milk powder layer was also discussed. Milk powder layers with five different thicknesses ranging from 0.8~4.0 mm were prepared on the top of a melamine layer with 5 mm thick. The penetration depth of light was evaluated by detecting the characteristic peaks of melamine. The results showed that the Raman characteristic signal was enhanced with a bigger laser intensity and longer exposure time at the same thickness of milk powder layer. When the laser intensity was not less than 2 W and the exposure time was not less than 500 ms, the light penetration depth in whole milk powder was 4 mm at least. The peak intensities of melamine decayed in exponent with the thickness of milk powder layer increasing from 0.8 to 4.0 mm. The light penetration depths in whole milk powder, low fat milk powder and skim milk powder were all 4 mm at least when the laser intensity was 8 W and the exposure time was 1 000 ms. The Raman signal through the skim milk powder layer was weaker than those through the whole milk powder layer and the low fat milk powder layer at the same thickness. Therefore, the light penetration depth of the skim milk powder layer was less than those of the whole milk powder layer and the low fat milk powder layer. The results provide a useful reference for the pretreatment of milk powder in safety and quality detection by Raman hyperspectral imaging.

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补充资料

中图分类号:O657.3

DOI:10.3964/j.issn.1000-0593(2017)10-3103-05

基金项目:北京市农林科学院青年科研基金(QNJJ201423)和国家自然科学基金项目(31501216)资助

收稿日期:2016-08-09

修改稿日期:2016-12-30

网络出版日期:--

作者单位    点击查看

刘 宸:西北农林科技大学机械与电子工程学院, 陕西 杨凌 712100国家农业智能装备工程技术研究中心, 北京 100097农业部农业信息技术重点实验室, 北京 100097农业智能装备技术北京市重点实验室, 北京 100097
王庆艳:国家农业智能装备工程技术研究中心, 北京 100097农业部农业信息技术重点实验室, 北京 100097农业智能装备技术北京市重点实验室, 北京 100097
黄文倩:国家农业智能装备工程技术研究中心, 北京 100097农业部农业信息技术重点实验室, 北京 100097农业智能装备技术北京市重点实验室, 北京 100097
陈立平:西北农林科技大学机械与电子工程学院, 陕西 杨凌 712100国家农业智能装备工程技术研究中心, 北京 100097农业部农业信息技术重点实验室, 北京 100097农业智能装备技术北京市重点实验室, 北京 100097
杨桂燕:国家农业智能装备工程技术研究中心, 北京 100097农业部农业信息技术重点实验室, 北京 100097农业智能装备技术北京市重点实验室, 北京 100097
王晓彬:国家农业智能装备工程技术研究中心, 北京 100097农业部农业信息技术重点实验室, 北京 100097农业智能装备技术北京市重点实验室, 北京 100097

联系人作者:刘宸(xmyliuchen@126.com)

备注:刘 宸, 1987年生, 西北农林科技大学机械与电子工程学院博士研究生

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引用该论文

LIU Chen,WANG Qing-yan,HUANG Wen-qian,CHEN Li-ping,YANG Gui-yan,WANG Xiao-bin. Measurement of Light Penetration Depth through Milk Powder Layer in Raman Hyperspectral Imaging System[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2017, 37(10): 3103-3107

刘 宸,王庆艳,黄文倩,陈立平,杨桂燕,王晓彬. 拉曼高光谱成像系统中光在奶粉层的穿透深度研究[J]. 光谱学与光谱分析, 2017, 37(10): 3103-3107

被引情况

【1】张 旭,王 爽,李 洁,秦 杰,王凯歌,白晋涛,贺庆丽. 基于逆向空间偏移拉曼光谱分析技术的无损药物检测方法研究. 光谱学与光谱分析, 2019, 39(5): 1472-1476

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