第十章无损检测3.ppt
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1、第十章 无损检测,10.1 无损检测技术及其特点 10.2 计算机图像处理的检测技术 10.2.1 计算机图像处理技术 10.2.2 计算机图像处理技术在食品检测中的应用 10.3 食品物性的力学、声学、电学、光学检测技术 10.3.1食品的力学检测技术及其在食品检测中的应用 10.3.2食品的声学检测技术及其在食品检测中的应用 10.3.3食品的电学检测技术及其在食品检测中的应用 10.3.4食品的光学检测技术及其在食品检测中的应用 10.4 传感器检测技术 10.4.1电子鼻、电子舌检测技术 10.4.2 生物传感器检测技术,10.3.3食品的电学检测技术及其在食品检测中的应用,第一节 介
2、电特性检测原理 1)介电参数: 介电常数:综合反应介质极化行为的一个宏观物理量 介质损耗:可反映材料内部缺陷等特性,2)农产品的介电特性 农产品生物分子中的束缚电荷(只能在分子线度范围内运动的电荷),对外加电场的响应特性 食品的组织、成分、结构、状态等和它们的电特性都有着密切的关系,食品与农产品的成分、状态或品质的检测是研究其电特性的主要目的之一。食品与农产品电特性的变化主要表现在电流密度、磁导率、绝对介电常数(电容率)、电导率等方面。,介电常数测量方法: 当给农业物料层施加静电场时,其内部的无机物分子极化形成正负离子。正离子负离子在静电场的作用下向阴阳两极移动形成反电势,是测量的电流值随时间
3、按指数规律减小,即随时间增加电阻率增加,此时出现电容效应,因为利用静电场测量不易实现物料介电参数的快速测量,直流介电常数的测量 电桥法测量低频介电常数 谐振电路法测定介电常数 传输线法 微波测量,生物组织的阻抗特性一般用Hayden 模型描述,第二节 介电特性在水果品质检测中的应用 1)基本概念:,复阻抗(复导纳):水果的物理常数,与水果的个体尺寸相关 复介电常数:水果内部物质特性的反应,与水果的个体尺寸无关,2)水果的新鲜度介电特性间的关系,水果的细胞组成:,随着水果新鲜度的降低,细胞膜的电阻增加,电容减小 表现在切片组织的电特性上,使由细胞组成的果肉组织等效阻抗增大,相对介电常数及损耗因数
4、减小 当水果果实从树上采摘下来后,光合作用减弱甚至停止,由呼吸作用生成的二氧化碳量增加,此时果实组织细胞间的弱酸性环境使细胞电阻增大,电阻比较大的薄细胞膜,具有离子导电性的小电阻的细胞液,水果的新鲜度介电特性间的关系:,水果新鲜度的检测,测试系统及仪器,对象:金帅苹果 第一组:冰箱取出,室温存放10-12h 第二组:室温2025,空气相对湿度8890%,放置6天 第三组:室温2025,空气相对湿度8890%,放置21天 测试三组苹果的电特性,研究结果表明,相对介电常数和介电损耗因数随着金帅苹果新鲜度的降低而减小,其中,相对介电常数在储藏6天的苹果中减小的幅度较小,而损耗因数减小的幅度较大,水果
5、损伤程度的检测:,研究表明,正常组织与死亡组织的阻抗有明显差别,正常组织具有阻抗,死亡组织的阻抗为零。正常组织在低频下具有高阻抗,高频下有低阻抗,即正常组织的阻抗是随着频率而变化的,而死亡组织的阻抗不随频率而变化。 正常组织在高频的情况下阻抗接近于零,这与死亡组织的的电容为零相似。因此低频阻抗和高频阻抗之比便代表了生物组织的损伤程度,它可用等效并联电阻与电容测得,谷物中的水分子 结合水:以化学吸附与谷物组织相结合的水,是在谷粒成长过程中自然形成的胶状结合水,不参加导电,但是电特性分析仍保持强极型分子的介电特性。 游离水:可通过毛细管的呼吸作用进入谷粒内部,靠分子间作用力吸附的这部分水 影响谷物
6、介电特性的主要因素是谷物中的游离水分。,第三节 介电特性在谷物品质检测中的应用,利用谷物的电特性检测含水率 a. 测量谷物含水率的电容方法分析,L是圆柱形容器的高度,D为外电级的内径,d为内电极的外径, 为真空中的介电系数, 为谷物相对介电系数 ,C为电容量,缺点: 在含水率等同条件下,电容量的值与谷物品种有关 同一品种的谷物也会出现测量误差 测量时,温度和空气中的相对湿度对测量只有直接的影响,温度高,湿度大,使谷物膨胀变得松软,会引起介电系数改变 由于谷物的相对介电系数受到诸多因素的影响,致使电容量的值与谷物的含水率不成线性关系,2.利用谷物介电特性的品质检测和分级 品种和籽粒质量相同的谷物
7、,介电常数愈大,其活力越低,品质越差,而介电常数小的谷物则具有较高的活力和较好的品质,这为介电分选原理实现按谷物活力进行品质的分选提供了理论依据,1.利用生物电特性鉴别受精蛋,国内种蛋孵化场用的方法:人工光照法剔除无精蛋和死胚 蛋,在孵化的第5天进行光照,剔出无精蛋。 浪费蛋:新鲜蛋孵化72h后,就不适合加工成蛋制品,浪费大量食用蛋,消耗无用的能量,而且孵不出雏鸡的蛋中的细菌又污染正常的孵化蛋。,鸡蛋的生物电现象:,生物电现象是生命组织普遍存在的一种生理现象,凡有生命的细胞都会产生生物电流。鸡蛋的生物电现象是这一生命单元在不同时期生命活动的表现。 研究表明,种蛋的生物电与其受精与否、鸡胚雌雄性
8、别以及蛋品新鲜度之间存在较大的相关性,可以成为鉴别和剔除无精蛋、弱精蛋和死胚蛋的一种新的技术和方法。,鸡蛋的各种内容物(胚胎、蛋黄、蛋白)之间的电位差产生一个电场,电场的变化可以在蛋壳外测得,它包括电极、鸡蛋夹紧装置、放大器、AD采集器、计算机和监控示波器等。 电极从蛋壳外采集的电信号送入放大器后分成两路:一路接示波器;一路接AD采集器。采样后数据送入计算机,供处理分析用。,受精蛋与无精蛋的生物电信号的波形有较大的差异。通过100只样本(60只种蛋和40只无精蛋)连续10d的跟踪观测,发现无精蛋的电信号的波幅很小,其时域信号大多近乎直线;受精蛋的生物电信号较为丰富,其时域信号波形如图317所示
9、。,无精蛋的电信号的波幅很小,其时域信号大多近乎直线;受精蛋的生物电信号较为丰富,,利用紫外、可见、红外等光线与物体的相互作用而产生的反射、散射和吸收等现象,用于食品品质检验是20世纪60年代开始的新方法。,光学特性可以反映食品与农产品物料的: 表面颜色、内部颜色、内部组成结构以及某种特定物质的含量,进而反映了食品与农产品物料的某些重要的品质指标,目前发达国家已把光学特性检测和分选技术应用于食品与农产品的物料质量评定和质量管理的许多方面。,10.3.4食品的光学检测技术及其在食品检测中的应用,紫外分光法检测技术 主要是在紫外光源照射下,导致荧光物质发光而进行目标检测的,从破损的细胞中漏出果皮表
10、面 紫外光(激发光源) 精油 发出强荧光(波长560nm ) 220nm和365nm两处波长 正常柑橘不释放 利用正常部位与损伤部位的荧光发光强度的不同,通过计算机进行数据处理后即可以进行柑橘的分级。,柑橘损伤,2.可见分光法的检测技术 选择一个合适的光学特性和一个质量特征是建立光学质量指标的关键 通常选择光指标的程序是研究产品光谱在不同波长的响应,选择一个或者一系列与质量特性相关的波长,测量标准根据采用的变量形式分为以下五类: (1)单波长测量:在某一特殊波长物体的光特性被作为一个指标 (2)差分测量:测量两个不同波长的光密度差 (3)比率测量:取两种不同波长的光的特征之比 (4)复合测量:
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- 第十 无损 检测
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