نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دانش‌آموخته دکتری مکانیک ماشین های کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس
2 دانشیار گروه مکانیک ماشین های کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس
3 استاد گروه مکانیک ماشین های کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس
4 دانشیار گروه فیزیک پزشکی دانشگاه تربیت مدرس
چکیده
استفاده از فن فراصوت در ارزیابی و فراوری مواد غذایی سابقه‌ای دیرینه دارد اما در مورد محصولات کشاورزی روند تکمیلی را سپری می‌کند. آزمون فراصوتی، یکی از روشهای آزمون غیر مخرب است که در ارزیابی محصولات کشاورزی روندی رو به گسترش دارد. برای آزمون محصولات کشاورزی به روش فراصوت عبوری، بهطور معمول از دو شاخص فراصوت استفاده
میشود: یکی سرعت امواج و دیگری میزان تضعیف. اندازه‌گیری شاخصهای فراصوتی مواد بیولوژیک بهدلیل ویژگیهای پیچیدة ساختاری آنها مشکل است. بنابراین، اولین مرحله در ارزیابی کیفیت محصولات کشاورزی، طراحی و ساخت سامانة فراصوتی مناسبی است که بتواند شاخصهای فراصوتی محصولات کشاورزی را اندازه‌گیری کند. در این پژوهش، ابتدا سامانة اندازهگیر فراصوتی طراحی و ساخته شد که اساس کار آن، پردازش سیگنال‌های عبوری از محصولات کشاورزی است. در ادامه و در آزمایش‌هایی، اثر عوامل مؤثر در اندازه‌گیری شامل مادة واسط، پوشگیری موج، نیروی تماسی، ضخامت نمونه‌ها، و لایة تأخیر بر سیگنال دریافتی بررسی شد. بخش‌های اصلی سامانه عبارتاند از تپ‌ساز/ تپ‌گیر، تراگذرهای فرستنده و گیرنده، برنامة کنترل، رایانه، و سامانة جمع‌آوری داده‌ها. سامانه با پردازش سیگنال‌ها بهصورت نیمه خودکار، ویژگیهای سرعت و میزان تضعیف سیگنال را تعیین می‌کند. برای اجرای این آزمایشها، نمونه‌هایی از بافت چند محصول کشاورزی شامل سیب،
سیبزمینی، هویج، خیار، شلیل، به، و موز تهیه شد. طول نمونه‌ها با توجه به نوع محصول از 5 تا 120 میلیمتر متغیر بود. نتایج نشان داد که با استفاده از امواج غیر پیوسته (تپی) با بسامد 40 کیلوهرتز و توان نسبتاً کم، می‌توان امواج فراصوت را از بیشتر محصولات کشاورزی عبور داد. با در نظر گرفتن مادة واسط، ضخامت مناسب نمونه، و نیروی تماسی کم (5 نیوتن)، سامانة فراصوتی با دقت خوب، سرعت کمتر از 1 ثانیه و نیمه خودکار، میزان تضعیف و سرعت امواج عبوری از نمونه‌ها را اندازه‌گیری می‌کند. پوشگیری سیگنال موجب افزایش دقت در اندازه‌گیری شاخص سرعت امواج شد. بررسی طیف بسامدی سیگنال‌ها نشان داد که برای جلوگیری از جابهجایی بسامدی بهتر است ضخامت نمونه‌ها یکسان باشد.
عنوان مقاله [English]
Development of an Ultrasonic System and Evaluation of Effective Parameters in Ultrasonic Measurement of Agricultural Products
چکیده [English]
Ultrasonic testing (UT), a nondestructive testing (NDT) method, is under development for quality determination of agricultural products, although it has long been used in the food industry. Determination and measurement of product quality are important in modern agricultural research. Noninvasive/nondestructive quality determination is a novel aspect of the postharvest process in which parameters measured by NDT methods are correlated with product quality. Reviews show that the “through-transmission method” is better than other UT methods for examination of agricultural products. The main parameters of the through-transmission method are wave velocity and attenuation. In this research, a UT system was designed and developed to analyze a signal passing through a product. The system consisted of a set of fabricated pulser/receiver units with ultrasonic transducers, control software and a data acquisition system. The system semi-automatically determined the two important ultrasonic parameters of wave velocity and attenuation coefficient by signal processing. The effect of couplant type, contact force, enveloping, delay line, and sample thickness were investigated using the signal. Several types of fruits and vegetables having differing tissue types (apple, potato, nectarine, banana, carrot, cucumber and quince) were selected for testing. The thicknesses of the samples were 5cm to 12cm. Results demonstrated that using couplant, enveloping signal, low contact force (5N) and suitable sample thickness, the ultrasonic measurement system could measure ultrasonic parameters effectively at a suitable response speed. The ultrasonic wave was transmitted through most of these products using a pulse signal with 40kHz excited frequency at low power. The precision of the time-of-flight measurement increased with enveloping of the transmitted signal.
کلیدواژه‌ها [English]
- attenuation
- Nondestructive Testing
- Pulse Wave
- Qualimeter
- Wave Velocity
)