基于柔性电子技术的袋装水果原位无损无线传感系统研发与应用

本文创新性地开发了基于柔性电子技术的原位柔性无线光谱传感系统(IFWS)，通过激光蚀刻Cu/PI薄膜集成可见光谱传感器与微控制器，突破传统刚性传感器在袋栽水果检测中的空间限制。研究采用多元线性回归(MLR)模型分析光谱数据与品质参数(SSC、TA、L/a/b)的关联性，预测糖积累(R2cv=0.865)和色素合成(R2cv>0.86)，验证集RPD值达2.7-3以上，为智慧农业精准化管理提供关键技术支撑。

　　

Highlight

本研究成功设计出适用于袋栽水果质量监测的原位柔性无线光谱传感系统(IFWS)，其核心突破在于：

1. 1.

   通过激光蚀刻Cu/PI薄膜制备柔性电路，集成AS7262可见光谱传感器与ESP8266微控制器，实现传感器在果实表面的完美贴合

2. 2.

   系统具备毫米级弯曲半径(3.5mm)和0.15mm超薄厚度，能适应袋内复杂环境而不损伤果面

Result and discussion

当IFWS部署于富士苹果种植园时，系统成功捕捉到果实发育过程中糖酸代谢的动态变化：

• •

  糖度(SSC)预测模型表现优异(R²_cv=0.865)，验证集RPD达2.7

• •

  对果皮色素参数(L/a/b)的预测精度更胜一筹，所有RPD值均突破3.0大关

• •

  时空双维度监测显示，果实群体间糖度差异可达2.1°Brix，单果发育后期日均糖积累速率达0.35°Brix/day

Conclusion

这项研究将柔性电子技术与机器学习算法创新融合，开发的IFWS系统犹如给水果装上"智能皮肤"，实现了：

1. 1.

   袋内果实生长状态的"无感式"监控

2. 2.

   糖酸代谢与色素合成的数字化解析

3. 3.

   为果园精准管理提供实时数据支持，推动农业监测技术从"抽样破坏"迈向"原位感知"新时代