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      南疆溫185核桃的基礎(chǔ)電學(xué)特性

      2015-07-31 18:32:44郝中誠(chéng)張宏蘭海鵬等
      江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年3期
      關(guān)鍵詞:核桃頻率電壓

      郝中誠(chéng) 張宏 蘭海鵬等

      摘要:以南疆溫185核桃為研究對(duì)象,應(yīng)用基于LCR數(shù)字電橋的農(nóng)業(yè)物料電學(xué)特性檢測(cè)系統(tǒng),分別在不同的測(cè)試頻率和測(cè)試電壓下研究電學(xué)指標(biāo)的變化規(guī)律,應(yīng)用Excel和Origin軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。結(jié)果表明,在測(cè)量參數(shù)范圍內(nèi),測(cè)試頻率和測(cè)試電壓對(duì)溫185核桃的電學(xué)特性影響顯著;并聯(lián)等效電路和串聯(lián)等效電路的等效形式對(duì)電學(xué)特性影響不顯著;適合于溫185核桃的基礎(chǔ)測(cè)量條件為頻率處于0.5~1.0 kHz之間、電壓處于0.5~1.0 V之間。研究結(jié)果可為核桃電學(xué)特性的相關(guān)研究提供參考。

      關(guān)鍵詞:核桃;電壓;頻率;電學(xué)特性

      中圖分類號(hào): S664.101 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A

      文章編號(hào):1002-1302(2015)04-0391-03

      素有“長(zhǎng)壽果”之稱的溫185核桃是南疆林果業(yè)主要特產(chǎn)之一,目前,核桃的品質(zhì)檢測(cè)工序尚無(wú)專業(yè)的技術(shù)和設(shè)備,破壞性的人工抽檢是核桃加工企業(yè)的主要應(yīng)用方式,一定程度上消減了核桃的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。核桃自身的物性特征與基于電學(xué)特性的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有較高的匹配特性,測(cè)試頻率和測(cè)試電壓等基礎(chǔ)測(cè)量參數(shù)的選取是闡明核桃電學(xué)特性的首要問(wèn)題,更是該技術(shù)在核桃檢測(cè)加工中能否應(yīng)用的瓶頸。針對(duì)溫185核桃研究其電學(xué)特性檢測(cè)的基礎(chǔ)測(cè)量參數(shù)具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。

      在農(nóng)業(yè)物料電學(xué)特性的研究方面,國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究涉及較多的品種,如早期的Dunlap等應(yīng)用18 kHz~5 MHz頻段的電容測(cè)量法對(duì)胡蘿卜進(jìn)行了測(cè)量研究,研究結(jié)果表明,介電常數(shù)和電導(dǎo)率隨含水率的不同而變化顯著,且試驗(yàn)受到如測(cè)試頻率、溫度、密度等諸多因素的影響,胡蘿卜的含水率在6%~8%時(shí),介電常數(shù)以及電導(dǎo)率變化不顯著,而當(dāng)含水率較高時(shí),介電常數(shù)會(huì)迅速升高[1]。Tulasidas等在2.45 GHz下對(duì)葡萄的電學(xué)特性進(jìn)行了試驗(yàn),結(jié)果表明,隨著含水率的下降,葡萄的耗散因數(shù)和介電常數(shù)都隨之下降,在高溫和低含水率時(shí),介電常數(shù)有明顯的變化[2]。針對(duì)含水率相對(duì)較低的農(nóng)產(chǎn)品,電學(xué)特性應(yīng)用較廣泛。Nelson等采用1~5 MHz頻段的電容測(cè)量法對(duì)美洲山核桃進(jìn)行了研究,得出在某一頻段內(nèi)山核桃的介電常數(shù)隨頻率的增加而均勻減小的結(jié)論[3-6]。郭文川等在板栗等農(nóng)業(yè)物料電學(xué)特性的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究上作出了突出貢獻(xiàn)[7-9]。而針對(duì)于南疆溫185核桃電學(xué)特性的探討尚處于空白階段,研究其基礎(chǔ)測(cè)量參數(shù)的變化規(guī)律,對(duì)基于電學(xué)特性無(wú)損檢測(cè)手段的應(yīng)用具有重要的意義。

      本研究以溫185核桃為對(duì)象,研究不同的測(cè)試頻率和電壓對(duì)核桃電學(xué)特性的影響規(guī)律,旨在明確適合于溫185核桃的基礎(chǔ)電學(xué)測(cè)量參數(shù)的應(yīng)用范圍,為核桃電學(xué)特性的研究提供參考依據(jù)。

      1 材料與方法

      1.1 材料

      核桃樣品:試驗(yàn)采用含水率為5%~7%、果徑為45~50 mm 的南疆溫185薄皮核桃,剔除有機(jī)械損傷及病蟲害的核桃。

      1.2 設(shè)備

      高頻LCR數(shù)字電橋測(cè)量?jī)x(TH2828S,常州市優(yōu)高電子科技有限公司);游標(biāo)卡尺(0.02 mm,桂林量具刃具廠);電熱鼓風(fēng)干燥箱(GZX-9140MBE,上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠)等。

      1.3 試驗(yàn)方法

      試驗(yàn)溫度控制在25 ℃,相對(duì)濕度控制在55%;使用電熱鼓風(fēng)干燥箱把樣品的含水率控制在5%~7%;為減小外部環(huán)境的干擾,用直徑為10 mm的2個(gè)銅質(zhì)探頭作為夾持裝置,同時(shí)精確控制對(duì)核桃的夾持力,測(cè)量系統(tǒng)原理見(jiàn)圖1。

      1.4 頻率、電壓的測(cè)量

      使用高頻LCR數(shù)字電橋?qū)颂疫M(jìn)行測(cè)試頻率、測(cè)試電壓2個(gè)參數(shù)的測(cè)量,以Cp、Cs、Q、R、D為考核指標(biāo),采用單因素試驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法[10],試驗(yàn)的因素水平編碼見(jiàn)表1,考核指標(biāo)見(jiàn)表2。

      1.5 數(shù)據(jù)處理

      試驗(yàn)重復(fù)10次取平均值,采用Excel軟件和Origin軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 測(cè)試頻率與電學(xué)參數(shù)的關(guān)系

      在測(cè)試電壓為1.0 V時(shí),核桃的電學(xué)特性參數(shù)與測(cè)試頻率之間的關(guān)系見(jiàn)圖2。結(jié)果表明,頻率小于0.5 kHz時(shí)各參數(shù)急劇變化,而頻率超過(guò)1.0 kHz以后圖形趨于平穩(wěn)。頻率小于 0.5 kHz時(shí),測(cè)試電壓對(duì)Cp、Cs、D、R等參數(shù)的影響極不穩(wěn)定,受到了外在因素的強(qiáng)烈干擾,當(dāng)頻率超過(guò)1.0 kHz以后則對(duì)這些參數(shù)的影響不顯著,當(dāng)頻率在0.5~1.0 kHz之間時(shí)對(duì)這些參數(shù)的影響穩(wěn)定且顯著。

      2.2 測(cè)試電壓與電學(xué)參數(shù)的關(guān)系

      當(dāng)測(cè)試頻率為1.0 kHz時(shí),核桃的電學(xué)特性參數(shù)與測(cè)試電壓之間的關(guān)系見(jiàn)圖3。當(dāng)電壓小于0.5 V時(shí)圖形各參數(shù)急劇變化,而當(dāng)電壓超過(guò)1.0 V以后各參數(shù)變化趨于平穩(wěn)。表明電壓小于0.5 V時(shí),測(cè)試電壓對(duì)Cp、Cs、Q、R等參數(shù)的影響極不穩(wěn)定,受到了外在因素的強(qiáng)烈干擾,而當(dāng)電壓超過(guò)1.0 V以后則對(duì)這些參數(shù)影響不顯著。

      3 結(jié)論

      在測(cè)量參數(shù)范圍內(nèi),當(dāng)頻率處于0.5~1.0 kHz之間時(shí)對(duì)Cp、Cs、D、R等參數(shù)的影響穩(wěn)定且顯著,而頻率低于0.5 kHz時(shí)對(duì)這些參數(shù)的影響不規(guī)律,超過(guò)1.0 kHz以后則對(duì)這些參數(shù)的影響不顯著。電壓處于0.5~1.0 V之間時(shí)對(duì)Cp、Cs、Q、R等參數(shù)的影響穩(wěn)定且顯著, 而電壓低于0.5 V時(shí)對(duì)這些參數(shù)的影響不規(guī)律,超過(guò)1.0 V以后對(duì)這些參數(shù)的影響不顯著。

      適合于溫185核桃的基礎(chǔ)測(cè)量條件為頻率處于0.5~10 kHz之間、電壓處于0.5~1.0 V之間。此試驗(yàn)結(jié)果可為核桃電學(xué)特性的研究方法提供參考。

      參考文獻(xiàn):

      [1]Dunlap J R,Makower B. Radio-frequency dielectric properties of dehydrated carrots application to moisture determination by electrical methods[J]. The Journal of Physical Chemistry,1945,49(6):601-622.

      [2]Tulasidas T N,Raghavan G S V,vau de Voort F,et al. Dielectric properties of grapes and sugar solutions at 2.45 GHz[J]. The Journal of Microwave Power and Electromagnetic Energy,1995,30(2):117-123.

      [3]Nelson S O,Guo W C,Trabelsi S,et al. Dielectric properties of watermelons for quality sensing[J]. Measurement Science and Technology,2007,18:1887-1892.

      [4]Guo W C,Nelson S O,Trabelsi S,et al. 10~1 800 MHz dielectric properties of fresh apples during storage[J]. Journal of Food Engineering,2007,83(4):562-569.

      [5]Nelson S O. RF impedance sensing for moisture content in individual dates[J]. Transactions of the ASAR,2007,37(3):887-891.

      [6]郭文川,朱新華,郭康權(quán). 果品內(nèi)在品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2001,17(5):1-5.

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      [8]郭文川,Stuart O N,Samir T,等. 蜜瓜和西瓜果汁的射頻介電特性及其與糖度的關(guān)系[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2008,24(5):289-292.

      [9]郭文川,朱新華. 國(guó)外農(nóng)產(chǎn)品及食品介電特性測(cè)量技術(shù)及應(yīng)用[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2009,25(2):308-312.

      [10][ZK(]蘭海鵬,唐玉榮,劉文亮,等.成熟期基庫(kù)爾勒香梨電學(xué)特性研究[J]. 農(nóng)機(jī)化研究,2014(7):178-181.

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