天然橡胶是一种从天然胶乳获得的可更新资源,它比从石油制得的合成橡胶在环境和生态效益方面都有很大的优势。天然橡胶价格的波动以及需求量的巨大已经受到了广泛的关注。天然胶乳中的干胶含量是决定其价格的关键因素。因此,为了推动天然橡胶市场的公平高效,预防影响天然橡胶价格和生产的欺诈行为,研究一种天然胶乳中干胶含量测量的有效方法具有重要意义。从对天然胶乳中干胶含量测量的研究现状来看,在国外有化学的方法以及核磁共振法、微波法、介电法、红外光谱法等,在国内主要有浮力法、微波衰减法等,现有的测量技术方法在集成度、测量成本以及测量速度上都有一定的缺陷,迄今尚未发现有结合光电技术的测量方法。根据国内外研究现状,本文围绕光电技术、光纤传感技术和图像处理等关键技术开展研究。本文设计了基于Y型光纤和基于环状光电传感器的两种小型便携式的天然胶乳干胶含量测量系统,并以实测验证了系统对干胶含量进行实时和定量测量的可行性。设计的系统成本低、测量速度快,同时消耗样品数量少,是一种无损快速的测量新方法;同时还基于小波矩图像处理技术,提出了一种小波域荧光图像的干胶含量测量方法,通过提取天然胶乳荧光图像的特征实现干胶含量的测量,这是一种采用微弱光图像实现干胶含量测量的新方法;另外,本文还将设计的小型便携式测量系统推广至用于乳状液体中的主成分含量测量。本文研究为乳状液体的生产、加工和使用提供了重要的研究基础。论文主要创新工作和研究内容如下:(1)提出并设计了基于Y型光纤的天然胶乳干胶含量测量系统,实现了Y型光纤传光通路并结合光电技术的测量。设计的测量系统基于漫反射吸光度和天然胶乳中的干胶含量呈线性的关系进行建模,通过对测量系统的标定,实现了对天然胶乳中干胶含量的实时和无损测量。设计的测量系统体积小、成本低,测量的结果表明测量系统的精度高,并且通过测量系统分析验证了系统的稳定性、偏倚性、线性以及重复性和再现性。(2)提出并设计了基于环状光电传感器的天然胶乳干胶含量测量系统,将环状光电传感器应用于测量天然胶乳中的干胶含量。测量系统通过对漫反射吸光度和干胶含量的建模,实现了对干胶含量的实时无损测量。本文通过实验验证了测量系统对干胶含量进行定量分析的可行性,测量系统分析的结果也表明了该测量系统能够满足测量的需要。(3)为了对设计的两种便携式测量系统进行样品温度补偿,设计了基于热电制冷器的小型模糊温控系统,实现了动态温度下样品吸光度的测量。温控系统采用模糊控制算法,驱动热电制冷器对样品进行恒温控制。设计的系统体积小、成本低,在不影响测量系统集成化的前提下能够准确控制样品的温度,不仅可以用于液体样品的温控,还可实现固体导热样品的温度控制。(4)利用小波矩图像处理技术,提出了基于荧光图像的天然胶乳干胶含量测量方法。对采集的天然胶乳的荧光图像进行分析,用优化的小波矩特征值对不同干胶含量的天然胶乳进行建模。根据最小距离分类法,实现了干胶含量的准确测量。研究结果表明,提出的测量方法准确度较高,并且该方法对设备要求低,消耗样品数量少,降低了测量的成本。(5)将设计的两种测量系统推广应用于含有一种或者多种大分子物质的乳状液体主成分含量定量分析。给出了实现推广应用的测量方法和步骤,并且通过牛奶这种典型的乳状液体中脂肪含量的测量,验证了推广应用的可行性。