Измерительная сеть на основе электронного диафаноскопа ЯНТАРЬ

Данная статья является продолжением публикации «Экспресс-анализатор стекловидности зерна диафаноскоп ЯНТАРЬ» , размещенной в номере 5 журнала Хлебопродукты за 2019 г. Речь шла об истории создания диафаноскопа Янтарь и основной идее его разработки – обеспечение объективного, быстрого анализа стекловидности зерна. Результатом этой работы стало внедрение прибора во многие, в том числе государственные, лаборатории.

В предыдущей статье также была обозначена одна из основных проблем стандартного метода определения стекловидности – отсутствие единых эталонов. В связи с этим возникают серьезные ограничения при попытках обеспечить единство измерений в нескольких лабораториях. В случае использования диафаноскопа ДС-1 на практике это неосуществимо, так как реальная межлабораторная погрешность стандартного метода анализа значительно превышает нормативную и может составить более 20 единиц. При использовании диафаноскопа Янтарь процесс согласования измерений становится возможным и проводится следующим образом:

1. В одной лаборатории в условиях повторяемости (на одном оборудовании, одним оператором, в течение короткого промежутка времени) определяется стекловидность нескольких проб пшеницы. Стекловидность этих образцов принимается за эталонную.
2. Полученные эталонные образцы распространяются среди всех лабораторий.
3. В каждой лаборатории производится настройка диафаноскопа Янтарь для автоматической работы по эталонным образцам.

Несмотря на то, что подход в целом рабочий, он имеет два существенных недостатка. Во-первых, чтобы согласовать работу приборов необходимо организовать процесс физической отправки образцов. Во-вторых, реальный образец зерна – не лучший эталон, поскольку деградирует со временем и имеет случайную погрешность, связанную с отбором и разделением пробы на части. Также следует помнить, что каждое отдельное зерно в пробе неоднородно по своей внутренней и внешней структуре. Поэтому его оптические свойства зависят от положения, в котором оно просвечивается. Другими словами, на результат влияет не только, как проба была отобрана, но и как она была размещена в приборе.

По этим причинам мы начали поиск эталона без перечисленных недостатков.

Основная задача, которую он должен решать – получение возможности согласовать работу двух и более приборов удаленно без физической транспортировки диафаноскопов и эталонов

После рассмотрения различных вариантов нами была реализована идея использования эталонов на основе оптических фильтров. Такие эталоны обладают одинаковыми оптическими свойствами и практически неограниченным сроком эксплуатации. Кроме того, плоский фильтр, установленный в специальную оправку в фиксированное положение, решает проблему погрешности отбора пробы, характерную для эталона на основе реального образца зерна.

Суть работы эталона на основе оптического фильтра изображена на рисунке 1. В программу передается изображение зерна. Данное изображение отличается от прибора к прибору ввиду разброса яркости источников света, их естественного старения и других факторов. Но периодически в прибор устанавливается пластина с эталонными фильтрами с известными оптическими свойствами, поэтому в программном обеспечении диафаноскопа доступна информация о текущей яркости источника света. Это позволяет скорректировать изображение, скомпенсировав факторы, влияющие на разницу изображений в разных приборах. Таким образом, нормализованное изображение пробы перестает зависеть от прибора, на котором оно получено.

В свою очередь, данный факт позволяет, используя одинаковые критерии для оценки зерна, получать одинаковые результаты на разных прибора.

Рис.1. Схема работы эталона на основе оптических фильтров

Процедура согласования приборов осуществляется следующим образом:

1. В одной лаборатории проводится процедура настройки диафаноскопа по реальным образцам пшеницы. То есть формируется критерий для оценки стекловидности.
2. Данные настройки рассылаются в остальные лаборатории с использованием интернета.
3. После установки настроек все диафаноскопы работают согласованно.

Необходимо еще раз подчеркнуть, что в ходе процедуры нет необходимости физической перевозки образцов по всем лабораториям. С этого момента можно говорить об организации измерительной сети диафаноскопов

Впервые такой подход был апробирован на базе ФГБУ «Россельхозцентр». В составе организации находятся 15 филиалов с лабораториями, в каждой из которых установлен диафаноскоп Янтарь. Филиалы располагаются на большом удалении друг от друга. Для получения единого критерия для классификации зерна на стекловидное, частично стекловидное и мучнистое была выбрана одна лаборатория, результаты определения которой были приняты за эталон. В данной лаборатории были сформированы пробы мягкой и твердой пшеницы со  стекловидностью от 12 до 97. Необходимо отметить, что критерии для твердой и мягкой пшеницы  различаются, поэтому фактически мы имели два набора образцов. Из каждого набора были выделены тестовая и настроечная выборки. В ходе работы диафаноскопы были снабжены калибровочными эталонами на основе оптических фильтров. Далее один из приборов (базовый) был настроен по образцам пшеницы. Полученный критерий стекловидности был распространен на остальные диафаноскопы.

Для оценки корректности использованного алгоритма согласования был проведен эксперимент: на каждом диафаноскопе были измерены образцы тестовой выборки. Полученные результаты представлены на рисунках 2 и 3. На графиках горизонтальная ось соответствует показаниям прибора, который настраивался по реальным образцам пшеницы, а вертикальная – показаниям остальных 15-ти приборов.

Рис.2 Результаты измерения тестовой выборки мягкой пшеницы

Рис.3 Результаты измерения тестовой выборки твёрдой пшеницы

Вычисленное среднеквадратическое отклонение воспроизводимости измерений составило:

для мягкой пшеницы – 3.8 ед;
для твердой пшеницы – 1.2 ед.

Анализируя результаты эксперимента, можно заключить, что межприборная погрешность при определении стекловидности пшеницы с использованием диафаноскопа Янтарь значительно ниже, чем при использовании органолептического метода анализа

Итог проведенной работы позволяет рекомендовать использование нового подхода для согласования анализов стекловидности в масштабах предприятий и организаций.

Таким образом, задача по согласованию определения стекловидности пшеницы на базе диафаноскопа Янтарь между лабораториями  была решена путем использования эталонов на основе оптических фильтров. Результатом стала реализация измерительной сети диафаноскопов Янтарь на базе предприятий Россельхозцентра. Важно отметить, что выпущенные к настоящему моменту приборы также могут быть включены в существующую измерительную сеть посредством их оснащения эталонами и обновлением программного обеспечения.

Р.Ю.Антонов, инженер-исследователь ООО «ЭКАН»

Т.С.Рутковская, директор по маркетингу ООО «ЭКАН»

Печатные источники:

1. Антонов Р.Ю., Рутковская Т.С. Измерительная сеть на основе электронного диафаноскопа «ЯНТАРЬ» // Хлебопродукты 2019 №11 с.34-36,
скачать в формате .PDF

P.S.

Прочитанная Вами статья является отчётом к долголетней, продолжительной работе нашего коллектива в области компьютерно-оптической диагностики качества зерна и продуктов его переработки. Электронный диафаноскоп Янтарь – первый прибор из этой серии, доведённый до серийного производства, не имеющий мировых аналогов и заслуживший признание пользователей.

Он кардинальным образом изменяет труд лаборантов, избавляя их от рутины, и исключает множество субъективных факторов при оценке стекловидности зерна. Трудно себе представить, что государственные организации, отвечающие за нормативно-правовую базу в области оценки качества зерна, этого не заметили. Но ГОСТ 10987-76 уверенно идёт к своему полувековому юбилею.

К нашему глубокому удовлетворению мы находим понимание как среди отдельных предприятий, так и среди крупных государственных структур, занимающихся оценкой качества зерна. На базе лабораторий Россельхозцентра мы создали сеть из 15 приборов, обеспечивающих их согласованную работу.

Касаясь вопроса определения стекловидности мы не можем не остановится на ещё одном факте. Прибор, активно продвигаемый иностранными агентами на территории РФ в качестве базового при создании так называемой российской зерновой сети, в последнее время оснащается и калибровочными уравнениями для определения стекловидности.

Это такой же фейк, как и определение аминокислотного состава ИК-методом и прочие мифы, о чём мы неоднократно писали и заявляли. Мы разрабатываем и производим ИК-анализаторы и отлично понимаем возможности метода.

Обращаем внимание российских зернопроизводителей на недобросовестную рекламную деятельность ряда зарубежных компаний и их представителей на рынке лабораторного оборудования.

Г.П.Петров, генеральный  директор ООО «ЭКАН»