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        南疆溫185核桃的基礎(chǔ)電學特性

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

        郝中誠 張宏 蘭海鵬等

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

        關(guān)鍵詞:核桃;電壓;頻率;電學特性

        中圖分類號: S664.101 文獻標志碼: A

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

        素有“長壽果”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)檢測工序尚無專業(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)濟價值。核桃自身的物性特征與基于電學特性的無損檢測技術(shù)具有較高的匹配特性,測試頻率和測試電壓等基礎(chǔ)測量參數(shù)的選取是闡明核桃電學特性的首要問題,更是該技術(shù)在核桃檢測加工中能否應(yīng)用的瓶頸。針對溫185核桃研究其電學特性檢測的基礎(chǔ)測量參數(shù)具有重要的理論意義和實踐價值。

        在農(nóng)業(yè)物料電學特性的研究方面,國內(nèi)外學者的研究涉及較多的品種,如早期的Dunlap等應(yīng)用18 kHz~5 MHz頻段的電容測量法對胡蘿卜進行了測量研究,研究結(jié)果表明,介電常數(shù)和電導率隨含水率的不同而變化顯著,且試驗受到如測試頻率、溫度、密度等諸多因素的影響,胡蘿卜的含水率在6%~8%時,介電常數(shù)以及電導率變化不顯著,而當含水率較高時,介電常數(shù)會迅速升高[1]。Tulasidas等在2.45 GHz下對葡萄的電學特性進行了試驗,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,介電常數(shù)有明顯的變化[2]。針對含水率相對較低的農(nóng)產(chǎn)品,電學特性應(yīng)用較廣泛。Nelson等采用1~5 MHz頻段的電容測量法對美洲山核桃進行了研究,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)物料電學特性的無損檢測技術(shù)研究上作出了突出貢獻[7-9]。而針對于南疆溫185核桃電學特性的探討尚處于空白階段,研究其基礎(chǔ)測量參數(shù)的變化規(guī)律,對基于電學特性無損檢測手段的應(yīng)用具有重要的意義。

        本研究以溫185核桃為對象,研究不同的測試頻率和電壓對核桃電學特性的影響規(guī)律,旨在明確適合于溫185核桃的基礎(chǔ)電學測量參數(shù)的應(yīng)用范圍,為核桃電學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,剔除有機械損傷及病蟲害的核桃。

        1.2 設(shè)備

        高頻LCR數(shù)字電橋測量儀(TH2828S,常州市優(yōu)高電子科技有限公司);游標卡尺(0.02 mm,桂林量具刃具廠);電熱鼓風干燥箱(GZX-9140MBE,上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠)等。

        1.3 試驗方法

        試驗溫度控制在25 ℃,相對濕度控制在55%;使用電熱鼓風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個銅質(zhì)探頭作為夾持裝置,同時精確控制對核桃的夾持力,測量系統(tǒng)原理見圖1。

        1.4 頻率、電壓的測量

        使用高頻LCR數(shù)字電橋?qū)颂疫M行測試頻率、測試電壓2個參數(shù)的測量,以Cp、Cs、Q、R、D為考核指標,采用單因素試驗的設(shè)計方法[10],試驗的因素水平編碼見表1,考核指標見表2。

        1.5 數(shù)據(jù)處理

        試驗重復(fù)10次取平均值,采用Excel軟件和Origin軟件對數(shù)據(jù)進行處理分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 測試頻率與電學參數(shù)的關(guān)系

        在測試電壓為1.0 V時,核桃的電學特性參數(shù)與測試頻率之間的關(guān)系見圖2。結(jié)果表明,頻率小于0.5 kHz時各參數(shù)急劇變化,而頻率超過1.0 kHz以后圖形趨于平穩(wěn)。頻率小于 0.5 kHz時,測試電壓對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烈干擾,當頻率超過1.0 kHz以后則對這些參數(shù)的影響不顯著,當頻率在0.5~1.0 kHz之間時對這些參數(shù)的影響穩(wěn)定且顯著。

        2.2 測試電壓與電學參數(shù)的關(guān)系

        當測試頻率為1.0 kHz時,核桃的電學特性參數(shù)與測試電壓之間的關(guān)系見圖3。當電壓小于0.5 V時圖形各參數(shù)急劇變化,而當電壓超過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,測試電壓對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烈干擾,而當電壓超過1.0 V以后則對這些參數(shù)影響不顯著。

        3 結(jié)論

        在測量參數(shù)范圍內(nèi),當頻率處于0.5~1.0 kHz之間時對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時對這些參數(shù)的影響不規(guī)律,超過1.0 kHz以后則對這些參數(shù)的影響不顯著。電壓處于0.5~1.0 V之間時對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時對這些參數(shù)的影響不規(guī)律,超過1.0 V以后對這些參數(shù)的影響不顯著。

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

        參考文獻:

        [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)無損檢測技術(shù)的研究進展[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報,2001,17(5):1-5.

        [7]郭文川,郭康權(quán),王乃信. 電激勵信號的頻率和電壓對果品電特性的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報,2004,20(2):62-65.

        [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)工程學報,2008,24(5):289-292.

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

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

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