南疆溫185核桃的基礎(chǔ)電學(xué)特性

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。

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