1、小型近紅外光穀物水份測定器之研製曾瑞田 林達德台灣大學生物產業機電工程學研究所大 綱前言研究目的設備與方法數位訊號處理結果與討論結論與建議水稻生產情形民國稻穀851,930,897862,041,843871,859,157881,916,305單位：公噸民國稻穀87358,40588353,122單位：公頃中華民國農業統計年報大 綱前言研究目的設備與方法數位訊號處理結果與討論結論與建議研究目的特徵波長反射量與穀物含水率的關係光感測器的開發設計小型化大 綱前言研究目的設備與方法數位訊號處理結果與討論結論與建議特徵波長 940 940 nmnm1460 nm1460 nm1940 nm1940
2、nm1300 nm1300 nm-0.8-0.30.20.71.21.7300600900120015001800210024002700波長（nm）log(1/R)34.06%31.63%17.90%0%近紅外線光源0102030405060050010001500200025003000波長（nm）能量(W/cm2/nm)105 紅外光感測器種類量子型光傳導型 Photo conductive,PC 被動元件光起電力型 Photo voltaic,PV 主動元件熱感型Vs=KsT鹵素燈泡 OSRAM DECOSTAR 51 10o 12V 50W交流與直流電源的光源特性44.24.44.6
3、4.855.25.45.65.86051015202530354045時間（分）電壓差V（Volt）6.46.56.66.76.86.977.17.27.37.40306090120150180210240時間（分）電壓差V（Volt）交流電源直流電源光柵外型設計光柵轉速設計時間電壓差四分之一六分之一二分之一光柵外型與訊號關係（定轉速）濾波放大電路 Pentium 微電腦 研華 AD/DA卡 鹵素燈 光柵 雙凸透鏡 雙凸透鏡 雙凸透鏡 樣本 濾鏡 感測模組 馬達 光學系統設計樣本裝填系統固定樣本數量固定照射位置容易裝填容易清理BK7系統架設圖光柵濾鏡轉盤感測器樣本大 綱前言研究目的設備與方法數
4、位訊號處理結果與討論結論與建議數位訊號處理AD轉換訊號處理軟體平滑化極值演算法反射量正規化含水率量測軟體反射反射光譜分析方法反射率 RI/I0校正反射量 RRsample/Rstandard吸收度 Alog(1/R)反射量正規化以鋁板當標準反射版y=0.6224x+0.0195R2=0.9974y=0.4582x+0.0182R2=0.9946y=0.3655x+0.0487R2=0.995400.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.511.522.53鋁板反射值（Volt）同一稻穀反射值（Volt）94014601940 y=0.5339x+0.0463R2=0.999
5、100.511.522.533.50123456鋁板反射值（Volt）同一稻穀反射值（Volt）1300大 綱前言研究目的文獻探討設備與方法數位訊號處理結果與討論結論與建議吸收度檢量線86個不同含水率的稻穀樣本l校正組46個l預測組40個吸收度檢量線940、1460、1940與1300nm y=0.8767x+0.0249R2=0.87670.0%5.0%10.0%15.0%20.0%25.0%30.0%35.0%40.0%0.0%10.0%20.0%30.0%40.0%實際值含水率（）預測值含水率（）y=0.8394x+0.0386R2=0.86880.0%5.0%10.0%15.0%20.
6、0%25.0%30.0%35.0%40.0%0.0%10.0%20.0%30.0%40.0%實際含水率（）預測含水率（）校正組預測組吸收度檢量線1460、1940與1300nm y=0.9048x+0.0192R2=0.90480.0%5.0%10.0%15.0%20.0%25.0%30.0%35.0%40.0%0.0%10.0%20.0%30.0%40.0%實際含水率（）預測含水率（）y=0.8384x+0.0359R2=0.86440.0%5.0%10.0%15.0%20.0%25.0%30.0%35.0%40.0%0.0%10.0%20.0%30.0%40.0%實際含水率（）預測含水率（
7、）校正組預測組吸收度檢量線1940與1300nm y=0.8633x+0.0276R2=0.86330.0%5.0%10.0%15.0%20.0%25.0%30.0%35.0%40.0%0.0%10.0%20.0%30.0%40.0%實際含水率（）校正含水率（）y=0.8541x+0.0345R2=0.85930.0%5.0%10.0%15.0%20.0%25.0%30.0%35.0%40.0%0.0%10.0%20.0%30.0%40.0%實際含水率（）預測含水率（）校正組預測組吸收度檢量線吸收度之結果R2吸收度選定波長(nm)校正樣本（46）預測樣本（40）SEC%RSEC%R2SEP%R
8、SEP%Bias%RPD1460+19400.862.1512.280.862.1813.30-0.482.601460+1940+13000.901.8110.960.862.1212.85-0.32.68940+1460+1940+13000.882.0912.680.872.1513.41-0.62.64吸收度檢量線之t分配觀察值吸收度變數個數432截距-9.0017-12.6913-10.0305 940nm1.0873-1460nm1.9561 2.3902-1940nm1.7784 3.0406 1.9701 1300nm5.3497 5.7913 7.1578 0.050.025
9、411.683352.01995421.682702.01890431.682052.01785d.f檢量線吸收度3波長預測45個樣本SEP2.7RSEP14.28Bias=-0.07%RPD=2.36 y=0.8681x+0.0118R2=0.8710.0%5.0%10.0%15.0%20.0%25.0%30.0%35.0%0.0%5.0%10.0%15.0%20.0%25.0%30.0%35.0%實際含水率（）預測含水率（）檢量線吸收度3波長預測另一批次30個樣本 y=0.8829x+0.0036R2=0.87970.0%5.0%10.0%15.0%20.0%25.0%30.0%35.0%
10、0.0%5.0%10.0%15.0%20.0%25.0%30.0%35.0%實際含水率（）預測含水率（）SEP2.92RSEP16.19Bias=1.98%RPD=2.16結論與建議結論l1460、1940與1300nm吸收度lRc2=0.90、SEC=1.81%、RSEC10.96 RP2=0.86、SEP=2.12%、RSEP12.85、RPD2.68l不同批次的樣本也有良好的量測性能lRP2=0.87、SEP 2.7、RSEP14.28、RPD=2.36lRP2=0.88、SEP 2.92、RSEP16.19、RPD=2.16結論與建議建議l小型化l光柵與濾鏡結合l光源耗電量lLED光源l穩定燈源l各特徵波長量測間的燈源變異謝 謝 指 教誤差因素探討儀器因素l1/fl光源穩定性l溫度l選擇的波長l平滑化l電源供應品質l元件老化l光學玻璃樣本因素l假密度l樣本的質地l樣本、環境溫度操作因素l樣本數l粒徑大小l清潔l樣本準備
