科研产出
基于太赫兹光谱技术的D-无水葡萄糖定性定量分析研究
《光谱学与光谱分析 》 2017 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：葡萄糖是生命活动中重要的有机分子,研究葡萄糖在太赫兹波段的吸收特性并开展定性定量分析研究具有重要意义。太赫兹光谱对大分子物质具有特异性,当光谱穿透生物大分子时,由于分子间作用力和分子转动振动等因素影响,会产生太赫兹光谱下的特征指纹峰,不同大分子物质的指纹峰具有特异性,利用这一特征可以对不同大分子物质进行鉴别。本研究选取D-无水葡萄糖为研究对象,首先运用太赫兹时域光谱技术测量得到葡萄糖样品的时域光谱,测得的时域光谱经过傅里叶变换得到频域光谱,再采用Dorney和Duvillaret方法计算得到吸收系数,研究样品的吸收特性,然后开展了数学建模研究并建立了D-无水葡萄糖含量与太赫兹光谱的定量预测数学模型。研究结果表明,D-无水葡萄糖在太赫兹波段呈现明显的吸收特性,比较多元线性回归与偏最小二乘方法建立的回归模型,通过多元线性回归对样品的特征指纹峰建立的回归模型,得到的预测模型精度较高,稳定性较好,模型的校正集相关系数达0.977 2,均方根误差为0.061 6,预测集相关系数为0.992 7,预测均方根误差为0.055 2,从而太赫兹时域光谱技术可用于有效开展D-无水葡萄糖定性定量研究,该研究为运用太赫兹光谱技术手段开展果蔬、食品、药品中葡萄糖含量快速检测提供方法参考。
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小麦播种实时监控系统设计与试验（英文）
《农业工程学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：为实现小麦播种作业性能实时监控,设计了一种基于CAN总线的小麦精密播种机播种实时监控系统,阐述了系统总体结构,设计了系统硬件和软件,并进行了田间试验。该系统包括传感器信号采集单元、播种监测模块、CAN模块和播种监测终端,能够实时监测种管状态、机具前进速度和排种轴转速。采用光电传感器和霍尔传感器分别检测排种管落种状态和地轮转速并输出电压或脉冲信号,播种监测模块根据传感器输出的信号,判断排种管播种状态(正常、堵塞和空管),计算出地轮转速和排种轴转速,并计算出机具前进速度,以上信息通过CAN总线传输给播种监测终端并实时显示。试验结果表明,该系统故障状态监测准确率为>98%,堵塞响应时间<0.2 s,空管报警响应时间<0.5 s。系统工作稳定可靠,抗尘、抗震能力强,能够有效监测小麦播种作业性能。该研究成果能满足小麦播种性能实时监测要求,有助于提高小麦播种作业质量。
关键词： 传感器 设计 农作物 小麦播种 实时监测系统 光电传感器 种管状态 前进速度
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水产品货架期预测模型的研究进展
《食品科学 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：水产品货架期预测的研究为监测和控制水产品安全提供了理论基础。水产品是一类极易腐败变质的产品,利用货架期预测可以对水产品贮藏、运输、销售等流通环节下的品质进行及时监控,从理论上预测水产品剩余货架期。本文分析了影响水产品货架期的主要因素,包括微生物作用、水产品化学反应、水产品物理变化以及环境温度的作用等;提出了2种水产品货架期的建模思路;并总结了几类常用水产品货架期预测模型(基于水产品品质损失的动力学模型、基于温度变化的模型、基于统计学的模型和人工神经网络模型等);最后分析了水产品货架期预测目前存在的问题,为未来研究提供思路。
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光电漫反射式联合收割机谷物产量计量系统研发与性能试验
《农业工程学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了进一步提高联合收割机谷物产量计量系统的精度,自主研发了基于光电漫反射原理的谷物产量计量系统。系统主要由传感器模块、数据处理模块、GPS模块和谷物产量计量显示终端组成。光电式谷物产量计量系统计量作业时,当联合收割机籽粒升运器刮板输送谷物经过漫反射型谷物体积传感器时,会间歇性的阻断光路,从而产生脉宽信号,脉宽信号大小与刮板上谷物厚度成正比,同时升运器转速传感器输出转速信号,谷物产量计量数据处理模块将采集到的2路传感器信号进行放大、滤波和A/D转换后与GPS模块采集的联合收割机行进速度、经纬度信息由RS485总线传输至光电谷物产量计量软件系统,经光电式谷物产量模型处理后,将产量信息、速度信息、位置信息等实时显示在终端上。为了验证光电式谷物产量计量系统的性能,分别开展了室内主要传感器性能台架试验和系统田间动态性能验证试验,试验中谷物喂入量在0.1~6 kg/s范围内,台架试验表明升运器转速传感器测量误差小于2.00%,漫反射型谷物体积传感器测量误差小于3.50%。田间动态性能验证试验结果表明光电式谷物产量计量系统运行稳定,系统检测结果与实际测量结果决定系数R~2达到0.848 4,测产误差最大为3.51%,满足田间实际测产需要,为精准农业变量作业提供了科学依据。
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利用挥发物红外光谱鉴别牛肉变质状态
《光谱学与光谱分析 》 2017 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：牛肉在运输过程中极易受到微生物的感染而变质,对牛肉变质的监测十分重要。我们利用长光程FTIR光谱检测牛肉变质时产生的挥发性物质。证明了牛肉在变质过程中产生的主要挥发性物质是氨气和二氧化碳。并定量分析牛肉变质产生的氨气和二氧化碳的变化规律,以判断牛肉的状态。采用主成分分析法(PCA)实现对挥发性物质的红外光谱分类,进而可以准确的区分新鲜和变质的牛肉。我们采用化学计量学方法软独立建模聚类分析法(SIMCA)和偏最小二乘判别分析(PLS-DA)对特征波段内的光谱进行分类,两种方法具有很好的判断率。结果表明长光程FTIR结合化学计量学方法能够区分新鲜和变质的牛肉。
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IEA-I型航空植保高速风洞的设计与校测
《农业工程学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对固定翼农用飞机所搭载航空喷头施药雾滴分布研究的需要,该文依照低湍流度风洞设计原理设计了IEA-I型高速风洞.该风洞型式为直流开口式,主要由动力段、过渡段、扩散段、稳定段、收缩段及试验段等部分组成,风洞总体尺寸为9.8 m×1.2 m×1.8m(长×宽×高);动力段选用离心风机;扩散段为小角度扩散,扩散角5°;稳定段采用六角形蜂窝器和9层阻尼网组合设计;收缩段缩比10.24;试验段截面直径为300 mm.该文采用热线风速仪,皮托管和高速PIV系统测定了风洞试验段气流品质,试验结果表明:试验段风速7.6~98 m/s连续可调,气流紊流度小于1.0%,试验段风场均匀度小于0.4%,平均气流偏角小于0.2°,气流动压稳定系数小于2.0%,归一化轴向静压梯度小于0.02.该风洞能模拟固定翼农用飞行器作业飞行条件,为进一步研究航空喷头的参数优化提供试验平台.
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温度对改良A~2/O工艺反硝化除磷性能的影响
《农业工程学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：温度是影响微生物代谢活动的重要物理因素。为了提高生物同步脱氮除磷的效率,该研究采用改良A2/O反应器处理模拟城市污水,考察温度对活性污泥反硝化除磷性能和缺氧区微生物代谢动力学行为的影响,以期为反硝化除磷工艺的实际应用提供理论指导和技术支持。结果表明,当温度低于12℃时,改良系统化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)和总氮(total nitrogen,TN)去除率明显下降,PO3-4-P去除率变化较小。通过污泥反硝化除磷性能测试发现,温度过高或过低均会导致释磷速率和吸磷速率的变化;温度对活性污泥中反硝化聚磷菌(denitrifying phosphorus accumulation organisms,DPAOs)比例影响较大,当温度为27℃时,DPAOs/PAOs达到最高值(56.16%),吸磷速率、硝酸盐还原速率以及聚-β-羟基丁酸盐(poly-β-hydroxybutyric acid,PHB)氧化速率达到最大,分别为5.15 mg/(g·h)、7.13 mg/(g·h)和0.81 mmol/(g·h)。通过拓展的阿伦尼乌斯方程对试验结果进行拟合,缺氧区动力学过程的温度系数分别为1.120~1.164和1.137~1.153,所有的缺氧化学计量学均对温度变化敏感。
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有机栽培水肥一体化系统设计与试验
《农业机械学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：设计了一种有机栽培水肥一体化系统,该系统集有机液肥制备、肥料配比和自动灌溉于一体,在各子程序控制下分别进行有机物料的有氧发酵、原液过滤、配比与稀释、决策灌溉与执行,实现了有机栽培的营养液制备与管理一体化,水肥管理的高效化和精细化。为验证有机水肥一体化系统的可靠性与适用性,以椰糠为有机基质,在日光温室内开展了有机无土黄瓜栽培试验。结果表明,有机栽培水肥一体化系统运行稳定,较好地实现了有机液肥制备、黄瓜生产液肥配置及灌溉的机械化、自动化,大幅降低了劳动成本,提高了生产效率;发酵系统中循环系统和搅拌系统的周期性自动运行创造了良好的发酵条件,制备的3种有机液肥经过逐级过滤后达到了120目滴灌要求,适用于微灌灌溉;所含必需营养元素浓度较高,稀释几倍到数十倍后仍能满足黄瓜的养分需求;配肥系统中水泵和吸肥电磁阀在程序控制下执行开闭命令,参照设定的混液桶液位和灌溉液肥电导率上下限值完成每次灌溉液肥配制;灌溉系统完全执行了灌溉决策命令,即整点打开田间电磁阀进行灌溉,当流量计反馈的本次灌溉量达到设定值时,关闭对应电磁阀,结束本次灌溉;系统的稳定运行为有机黄瓜生产提供了所需水分和养分,确保了黄瓜的产量和品质,产量达48 165 kg/hm2,其品质指标可溶性总糖为2.7%,还原型维生素C为99.2 mg/kg,可滴定酸度为0.08%。
关键词： 水肥一体化 发酵系统 灌溉系统 有机液肥 有机栽培
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近红外光谱的苹果内部品质在线检测模型优化
《现代食品科技 》 2016 EI 北大核心
摘要：利用近红外光谱技术在线检测水果内部品质的关键是获取精度高稳健性好的定量分析模型。研究开发了短波近红外光谱苹果品质在线检测系统,试验时苹果样本传输速度为5个/s,以漫反射方式采集,有效光谱范围为500~1100 nm。经光谱强度标准化校正后,有比较的采用遗传算法、连续投影算法和蚁群优化算法等提取特征变量,分别建立偏最小二乘模型,同时分析了这三种方法提取光谱特征变量的搜索机制。特征变量提取方法建立的预测模型所用变量显著减少,预测效果均优于全光谱模型,且能提高运算速度,增强模型的稳健性;其中又以蚁群优化算法的模型预测能力最佳,预测集相关系数R为0.9358,预测均方根误差RMSEP为0.2619。研究结果表明,近红外光谱结合特征变量提取方法可以建立高效的苹果可溶性固形物含量在线检测模型,在产业化应用方面具有很大潜力。
关键词： 近红外光谱 在线检测 特征提取 蚁群优化算法 遗传算法 连续投影算法
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基于MATLAB仿真的非规则齿轮行星系扎穴机构的优化设计
《农业工程学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：为更好地满足深施型液态施肥机喷肥针入土垂直度及穴口较小的农艺要求,采用MATLAB GUI开发平台,编写了非规则齿轮行星系扎穴机构的反求设计与运动学分析仿真软件。该软件避免了正求方法试凑参数的盲目性,通过改变静轨迹上若干型值点的坐标,控制喷肥针尖姿态,直观动态地显示出反求过程、结果以及机构仿真运动过程,优化出最佳参数:穴口宽度为28 mm,静轨迹的高度为252 mm、宽度为182 mm。为了验证扎穴轨迹的正确性进行高速摄像试验,观察和分析了实际作业过程中喷肥针尖的相对运动轨迹、关键点姿态。试验结果表明:喷肥针尖轨迹高度246 mm、宽度188 mm,在试验误差允许范围内,轨迹的高度和宽度与理论仿真软件优化结果基本一致,充分验证反求设计分析的准确性和可行性。该研究为扎穴机构的反求设计提供了参考。
关键词： 机械化 优化 计算机仿真 液肥 喷肥针 反求设计 软件
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