探索新的方法無損測定水果質量 水果電池

2021-09-24 11:07:12 字數 1725 閱讀 6644

每當我們拿起外表看似鮮美的水果,卻被開啟後內部的潰爛所驚嚇到。我們就不由得想,能否在開啟之前就知道水果的好壞呢。

ndt(無損檢測)技術是在不破壞被檢物件的前提下,運用各種物理學的方法如:聲,光,電,影象視覺技術等手段對物料進行檢測分析的一種方法和技術。主要是基於被檢物體的物理性質如密度,硬度,形態和顏色,進而判斷成熟程度,以及 內部的含糖量,糖酸比,水分,內部病變等,在獲採樣品資訊的同時保證了樣品的完整性,檢測速度較傳統的化學方法迅速,且能有效地判斷處從外觀無法得出的樣品內部品質資訊。

當前已有的檢測技術大概有這麼幾種

聲學無損檢測技術(超聲方法)

光檢測技術(近紅外光譜分析)

軟x射線檢測技術(x射線&ct量)

嗅探器(日本)【折光率與氧換算】

還有就是我要介紹的水果介電常數法,也就是利用水果電池的靈感及逆行延伸。

以上的幾種技術較介電特性的檢測成熟,已經經過各界人士的調研和實驗已經能夠很大程度上解決問題。但對於介電特性的檢測,仍然是建立在巨集觀階段,儘管20世紀70年代就已經引起人們的關注,但想達到實用階段還需要一段時間。

耳聞這個水果無損檢測這個想法之後,我第一時間想起的是做過的水果電池的實驗,於是靈感就從此處開始…

首先我想介紹下背景

水果的生理變化伴隨著電介質特徵引數變化,而這一變化可以通過對巨集觀介電特性引數的檢測感知。實驗中計算出同種水果不同等級的介電特性引數,以此作為理論引數,並將其儲存在計算機中,然後利用實驗裝置檢測水果的實際介電特性引數,輸出到計算機後與理論引數進行比較,從而得到被測水果的品質等級,日本的家藤巨集郎於2023年研製出了最早的真正意義上的介電特性果蔬無損檢測系統,但其頻率點過於稀疏,無法精確的反映各引數的頻率特性,達不到更高的要求,我國在這方面起步較為晚,應用方面較為缺失,目前基於介電特性的水果無損檢測系統都沒有達到實用階段。

其次我想解釋下水果電池的原理

兩種金屬片的電化學活性是不一樣的,其中更活潑的那邊的金屬片能置換出水果中的酸性物質的氫離子,由於產生了正電荷,整個系統需要保持穩定(或者說是產生了電荷,電荷造成下列結果),所以在組成原電池的情況下,自由電子從迴路中保持系統的穩定,理論上來說電流大小直接和果酸濃度相關。

對於上述描述,如果是要表達為乙個函式關係的話,那麼這個函式其實是和離子強度有關的而且還是定量關係,和離子濃度有定性的關係。

得益於原理,確實,不可否認的是介電特性與水果的新鮮度及腐爛程度間存在密切關係已經得到證實。

水果電池試驗階段只是進行了定性的分析,通過外界負載例如燈泡,觀察燈泡的亮度和亮的時間來評判相關標準。其最大的缺點就在於電壓太小,電阻太大,且不穩定。例如乙個桔子的電壓大概在0.5v左右。當接入電流錶進行電流的檢測時,發現電流錶基本不偏轉。

針對介電特性引數的測量,我參考了一篇**《食品介電特性引數實驗機理分析》了解介電引數的物理意義和使用條件,找出最佳測量頻率。

通過以上方法測量單種水果生命週期各階段引數和多種水果生命週期同階段(相對)的引數,進行資料籌集,當達到一定數量級的時候(有一定的說服力度),將資料集放進hadoop進行資料分析,建模,找到較為合適的函式和運算關係,將最合適的模型提取出。再進行模型的訓練實驗,將新的水果檢測結果按已有模型匹配,把最終結果與水果實際質量或者用其他四種方法檢測結果 進行對比,能夠在誤差允許範圍內說明問題。

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