(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211332484.0 (22)申请日 2022.10.28 (71)申请人 中国农业大 学 地址 100083 北京市海淀区清华 东路17号 (72)发明人 李永玉　马劭瑾　彭彦昆　 (74)专利代理 机构 北京中安信知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11248 专利代理师 李彬　徐林 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/64(2006.01) (54)发明名称 四方对称光源的LED诱导荧光辣椒色价检测 系统及方法 (57)摘要 本发明涉及一种四方对称光源的LED诱导荧 光辣椒色价检测系统及方法， 检测系统包括探 头、 可见‑近红外光谱仪和计算机； 探头包括比色 皿底座、 灯 杯、 聚光和滤光模块和光纤固定座； 聚 光和滤光模块包括透镜固定座、 滤光片、 滤光片 固定座、 滤光片垫片和透镜。 方法包括： 步骤1、 样 品制备； 步骤2、 获取辣椒皮粉样品以及辣椒颗粒 样品的荧光光谱信息； 步骤3、 利用丙酮 ‑超声波 提取法获取每个辣椒皮粉样品以及辣椒颗粒样 品的色价标准理化值； 步骤4、 建立色价预测模 型； 步骤5、 对待测的未知辣椒皮粉或者辣椒颗粒 样品的色价进行预测。 本发明提供的检测系统及 方法具有低成本、 高灵敏度的优点， 且待测样品 无需前处 理， 分析过程 不需要消耗有机试剂。 权利要求书3页 说明书9页 附图3页 CN 115524292 A 2022.12.27 CN 115524292 A 1.一种四方对称光源的LED诱导荧光辣椒色价检测系统， 其特征在于： 所述检测系统包 括探头(12)、 可 见‑近红外光谱仪(13)和计算机(14)； 所述探头(12)包括比色皿底座(1)、 灯杯(3)、 聚光和滤光模块和光纤固定座(6)； 比色皿底座(1)包括外部的座体以及内部的比色皿放置平台， 其中， 所述座体为一底部 封闭、 上部敞口， 从而具有一容纳空间的圆柱体； 座体的上部设有内螺旋， 座体的底部设有 比色皿放置平台； 比色皿(2)放置在比色皿放置平台上； 辣椒 皮粉样品或辣椒颗粒样品填充 于比色皿(2)中， 辣椒皮粉样品或辣椒 颗粒样品的上表面 为一水平面； 灯杯(3)位于比色皿 放置平台的上 方； 灯杯(3)内部沿圆周方向等角度排布的长方形通孔用于放置四方对称的LED光源； 灯杯 (3)中心的正方 形空腔用于 定位比色皿(2)； 灯杯(3)中设有四个用于放置PCB板(11)的沿圆周方向等角度排布的长方形卡槽 (303)， PCB板(11)上焊接LED灯珠(10)， 四个带有LED灯珠(10)的PCB板(11)对称设置在灯 杯 (3)中心的正方 形空腔中， 各LED灯珠(10)的中心位于同一水平面上； 灯杯(3)的上部中心位置处设有圆形孔； 灯杯(3)的底部设有外螺旋， 灯杯(3)的外螺旋的上方沿圆周方向共设置四对双孔 (301)， 分别用于穿过四个LED灯珠(10)的正负极导线； 四对双孔(301)的上方的外轮廓为四 方形结构； 比色皿(2)的各表面与上述四方 形结构的各对应表面相互平行； 灯杯(3)底部的外螺旋与比色皿底座(1)的座体的内螺旋配合； 当比色皿放置平台的上 表面与灯杯(3)的下表面相接触时， 比色皿(2)的上表面与LED灯珠(10)的中心所在水平面 之间的距离最优， 辣椒皮粉样品或辣椒 颗粒样品的荧 光信号在该位置处时强度最大； 所述聚光和滤光模块包括透镜固定座(4)、 滤光片(5)、 滤光片固定座(7)、 滤光片垫片 (8)和透镜(9)； 透镜固定座(4)包括一圆柱体以及位于圆柱体外部的法兰； 透镜固定座(4)的圆柱体底 部设有内孔， 透镜(9)放置于透镜固定座(4)的内孔底部； 透镜固定座(4)的法兰 下方的圆柱 体通过灯杯(3)上部的圆形孔进入灯杯(3)的内部的正方形空腔中， 从而使透镜(9)与辣椒 皮粉样品或辣椒颗粒样品上表面的距离尽可能小以减少荧光信号的损失； 透镜固定座(4) 的圆柱体的上部设有内螺纹； 滤光片垫片(8)直接设置在透 镜(9)上方， 与透镜(9)接触； 滤光片(5)由滤光片垫片(8)承载并放置 于透镜(9)上方； 透镜固定座(4)位于灯杯(3)上 方； 透镜固定座(4)与灯杯(3)固定连接； 滤光片固定座(7)的外部设有外螺纹， 滤光片固定座(7)的内部设有内螺纹； 滤光片固 定座(7)通过螺 旋从透镜固定座(4)上 方拧入其内部， 并与滤光片垫片(8)接触； 光纤固定座(6)的座体上设有外螺纹， 光纤固定座(6)的内部设有阶梯孔； 光纤固定座 (6)的外螺纹与滤光片固定座(7)的内螺纹配合； 光纤固定座(6)拧入滤光片固定座(7)时， 光纤收集到的信号强度会因为其入射口与透镜(9)焦点之间的距离的变化而改变； 当光纤 收集到的信号强度最大时， 即停止拧入， 此时光纤入射口到透镜(9)之间的距离等于透镜 (9)的有效焦距。 2.如权利要求1所述的四方对称光源的LED诱导荧光辣椒色价检测系统， 其特征在于： 所述比色皿 放置平台为与座体同心的空心圆柱体。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115524292 A 23.如权利要求1所述的四方对称光源的LED诱导荧光辣椒色价检测系统， 其特征在于： 比色皿(2)为四面透光的石英材质。 4.如权利要求1所述的四方对称光源的LED诱导荧光辣椒色价检测系统， 其特征在于： 所述比色皿(2)的上表面与LED灯珠(10)的中心所在水平面之间的最优距离为 4.5mm。 5.如权利要求1所述的四方对称光源的LED诱导荧光辣椒色价检测系统， 其特征在于： 灯杯(3)的底部和比色皿底座的顶部均设置倒角， 便于装配； 滤光片固定座(7)的外螺纹起 始处和透 镜固定座(4)内螺纹的起始处均设置倒角， 便 于装配。 6.如权利要求1所述的四方对称光源的LED诱导荧光辣椒色价检测系统， 其特征在于： 所述透镜(9)与辣椒皮粉样品或辣椒 颗粒样品上表面的距离为9 ～10mm。 7.如权利要求1所述的四方对称光源的LED诱导荧光辣椒色价检测系统， 其特征在于： 滤光片垫片(8)为具有方 形阶梯孔的圆形垫片。 8.一种利用权利要求1～7任一项所述的四方对称光源的LED诱导荧光辣椒色价检测系 统的检测方法， 其特 征在于： 所述方法包括以下步骤： 步骤1、 样品制备： 制备不少于10 0个辣椒皮粉样品和不少于10 0个辣椒颗粒样品； 步骤2、 获取辣椒皮粉样品以及辣椒 颗粒样品的荧 光光谱信息； 步骤2.1、 光谱采集时， 将辣椒皮粉样品填充于比色皿(2)中， 并用比色皿盖子将辣椒皮 粉的上表面压实， 使得辣椒皮粉样品或辣椒颗粒样品的上表面为一水平面， 以保证检测高 度一致； 步骤2.2、 装有辣椒皮粉样品的比色皿(2)放置于比色皿放置平台中， 向上拧动比色皿 底座， 直至无法拧动； 此时， 比色皿 放置平台的上表面和灯杯(3)的下表面相接触； 透镜固定座(4)法兰下方的圆柱体部分通过灯杯(3)上部的圆形孔进入灯杯(3)内部腔 体中， 从而使透镜(9)与样 品上表面的距离尽可能小； 透镜(9)的上方放置滤光片垫片(8)； 滤光片垫片(8)直接设置在透镜(9)上方， 与透镜(9)接触； 滤光片固定座(7)在放置完滤光 片(5)后拧入透 镜固定座(4)中， 最终与滤光片垫片(8)接触； 滤光片固定座(7)的内螺纹与光纤固定座(6)的外螺纹相互配合； 光纤固定座(6)拧入 滤光片固定座(7)时， 光纤收集到的信号 强度会因为其入射口与透镜(9)焦点之间的距离的 变化而改变； 当光纤收集到的信号强度最大时， 即停止拧入， 此时光纤入射口到透镜(9)之 间的距离等于 透镜(9)的有效焦距； 光纤收集到的信号经过可见 ‑近红外光谱仪(13)传输给计算机(14)， 得到辣椒皮粉样 品的荧光光谱信息； 步骤2.3、 将辣椒颗粒样品填充于四面透光的石英比色皿(2)中， 重复步骤2.2， 得到辣 椒颗粒样品的荧 光光谱信息； 步骤3、 利用丙酮 ‑超声波提取法获取每个辣椒皮粉样品以及辣椒颗粒样品的色价标准 理化值； 步骤4、 对于所采集到的辣椒皮粉样品和辣椒颗粒样品荧光光谱信 息， 使用标准化进行 预处理， 采用CARS方法获取特征波长， 得到特征筛选后的光谱变量； 利用偏最小二乘回归算 法， 建立特 征筛选后的光谱变量和色价标准理化 值之间的关系， 即 建立色价预测模型； PLSR算法的具体步骤为： 假定光谱矩阵X为n ×p维自变量矩阵， 色价标准理化值Y为n × 1维因变量矩阵， 其中， n为待测样品数， p为荧光光谱波长点数， 则Y与X之间建立如下线性模权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115524292 A 3