온라인 품질인자 측정 시스템의 적정 작동 조건

그림 4-32는 온라인 고춧가루 품질 예측 시스템의 광 조사부, 레퍼 런스 패널, 고춧가루 시료 및 컨베이어 벨트 위치에 대한 설정 위치를 표시한 것으로서 광 포화가 발생하지 않으면서 최대의 반사도 세기와 안 정적인 신호가 획득될 때의 거리를 찾고자 하였다. 그림에서와 같이 probe 끝단에서 조사되는 광은 12.7°의 분산각(divergence angle)을 가지 고 레퍼런스 패널, 고춧가루 시료 및 컨베이어 벨트에 조사하게 된다.

Fig. 4-32 P1: End of optic probe to reference panel surface, P2: End of optic probe to red-pepper powder surface, P3: End of optic probe to conveyor belt surface.

그림 4-32와 4-33에서 P1은 probe 끝단에서 레퍼런스 패널 표면까 지의 거리와 그 위치에서의 광 조사 면적, P2는 probe 끝단에서 고춧가 루 표면까지의 거리와 그 위치에서 광 조사 면적, P3는 probe 끝단에서 컨베이어 벨트 바닥 표면까지의 거리(㎜)와 그 위치에서의 광 조사 면적 (㎟)을 나타낸 것이다. 그림 4-33에서와 같이 광이 조사되는 probe 끝단

에서의 거리가 멀어질수록 관측 범위(FOV; Field of View)의 면적은 증 가하지만 반사도의 세기는 약해지게 된다. 즉, 광 probe가 고춧가루에 근 접할수록 광량과 반사 스펙트럼의 세기는 증가되지만 광이 고춧가루 표 면에 조사되는 FOV(field of view)는 감소하게 된다.

Fig. 4-33 Light illumination shape at surface of reference panel (P1), red-pepper powder (P2), and conveyor belt (P3).

레퍼런스 패널에 광이 조사되고 반사되는 표 4-13은 레퍼런스 패널 에서 최대 반사도를 획득하기 위한 요인실험 결과로서 높이 조절이 가능 한 광 probe의 높낮이를 조절하면서 광 probe 끝단에서 P1, P2, P3 위치 까지의 거리 및 그 위치에서 조사되는 광 조사 면적(FOV)을 계산하였 다. 이때 획득한 레퍼런스 패널에 대한 반사 스펙트럼은 그림 4-34와 같 으며 H1 및 H2 위치에서는 그래프에서와 같이 광 포화가 일어났으며 H4 및 H5의 위치에서는 너무 낮은 반사도가 측정되었다. H3를 최적의 지점으로 선택했으며 그림 4-35와 같이 광 probe 끝단에서 레퍼런스 표 면까지의 거리는 6 ㎜, FOV 면적은 18.1 ㎟였으며 660 ㎚에서 확인된 최대 반사도 세기(intensity)는 약 52,800 (counts)으로 측정되었다.

Probe positions Distance to position of quality factor measurement system for red pepper powder

Fig. 4-34 Change in intensity energy intensity of red-pepper powder due to different probe positions.

Fig. 4-35 Field of view of the bifurcated fiber optic probe.

4.3.3.2. 고춧가루 분말 시료의 유효 흡광 스펙트럼 검출

흡광 스펙트럼을 측정하는 대상 영역은 그림 4-36과 같이 시료의 성형상태에 따라 3영역(region)으로 나눌 수 있으며 첫 번째 영역(R-1) 은 표면이 균일화된 고춧가루 표면이 통과하는 영역이고 두 번째 영역 (R-2)는 고춧가루 표면이 균일하게 형성되기 전(before)과 후(after) 시점 에 고춧가루의 표면이 불완전하게 성형되는 영역이고 세 번째 영역 (R-3)는 고춧가루가 없이 컨베이어 벨트의 흡광 스펙트럼을 획득하는 영역이다.

그림 4-38은 R-1, R-2 및 R-3에 대한 흡광 스펙트럼을 도시한 것 으로서 균일화된 고춧가루 표면(R-1)의 흡광 스펙트럼은 500 ㎚에서의 흡광도 세기가 1로서 높게 획득되었으며 컨베이어 벨트(R-3)에 대한 흡 광 스펙트럼은 0이하의 값을 나타내고 있다. 즉 고춧가루는 컨베이어 벨 트와 비교해서 많은 광을 흡수하고 있으며 이러한 특정 파장대역에서의 흡광도 세기 차이를 이용하여 불필요한 컨베이어 벨트의 스펙트럼을 품 질 예측 알고리즘 개발에서 제외할 수 있다. 이때 적용된 threshold 값은 500 ㎚ 대역에서 흡광도 비(ratio)가 0.5 이하의 흡광 스펙트럼은 유효 스펙트럼에서 제외시켰다. 하지만 그림 4-37에서와 같이 고춧가루의 표

면이 불규칙하게 성형되는 영역(R-2)에서의 스펙트럼은 균일한 표면의 스펙트럼과 유사하게 측정되어 비(ratio)를 이용하여 제외시키기에는 어 렵기에 추가적으로 스펙트럼을 필터링할 수 있는 알고리즘을 적용하였 다.

Fig. 4-36 Schematic view of the condition for absorbance spectra acquisition.

먼저 그림 4-37에서와 같이 R-1 영역과 R-2 영역에서 순차적으로 획득된 전체 스펙트럼 중에서 전반부 및 후반부의 R-2 영역에서 측정된 흡광 스펙트럼으로 의심되는 스펙트럼을 사전에 설정하여 제외시키는 것 이다. R-2 영역에서는 0 ∼ 2회 정도의 스펙트럼이 측정되기 때문에 최 대 획득된 전체 스펙트럼에서 전반부와 후반부의 스펙트럼 2개씩을 삭제 하여 알고리즘 개발에 사용하였다.

다음으로는 R-1 영역에서 획득한 스펙트럼 중에서 고춧가루의 표면 이 갈라지거나 끊긴 경우에는 정상적인 스펙트럼과 다른 흡광도 세기를 나타내게 되며 프로그램에서는 전체 정상적인 스펙트럼의 평균값과 비교 해서 설정해놓은 값보다 높거나 작게 되면 그 스펙트럼을 선택하여 제외 하였다.

Fig. 4-37 Spectrum shapes measured from even or uneven surface of red pepper powder and from belt surface.

4.3.4. 색상 값을 이용한 capsaicinoids 함량 예측 모델 개발