طراحی و ساخت سامانة سنجش فراصوتی و بررسی عوامل مؤثر در اندازه‏گیری شاخص‏های فراصوتی محصولات کشاورزی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری گروه مکانیک ماشین‌های کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس

2 دانشیار گروه مکانیک ماشین‌های کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس

3 استاد گروه مکانیک ماشین‌های 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. 

کلیدواژه‌ها


Abbott, J. A. 1999. Quality measurement of fruits and vegetables. Postharvest Biol. Technol. 15, 207-225.

Abbott, J. A., Lu, R., Upchurch, B. L. and Stroshine, R. L. 1997. Technologies for nondestructive quality evaluation of fruits and vegetables. Hortic. Rev. 20, 1-120.

Bechar, A., Mizrach, A., Barreiro, P. and Landahl, S.2005. Determination of Mealiness in Apples using Ultrasonic Measurements. Biosys. Eng.91(3): 329-334.

Butz, P., Hofmann, C. and Tauscher, B. 2005. Recent developments in noninvasive techniques for fresh fruit and vegetable quality analysis. J. Food Science. 70(9): 131-141.

Cartz, L. 1998. Nondestructive testing, Radiography, Ultrasonics, Liquid Penetrant, Magnetic Particle, Eddy Current. ASM International. USA.

Cheng, Y. and Haugh, C. G. 1994. Detecting Hollow Heart in Potatoes Using Ultrasound. Trans. ASAE. 37(1): 217-222.

Gaete-Garretón, L., Yolanda Vargas-Hernndez, Y., Cristian León-Vidal, C. and Alex Pettorino-Besnier, A. 2005. A novel noninvasive ultrasonic method to assess avocado ripening. J. Food Sci. 70(3):187-191.

Gaonkar, A. G. 1995. Food Processing Recent Developments. Elsevier Science. Amsterdam. Netherlands.

Hurng, H. Y., Lu, F. M. and Ay, C. 2007. Evaluating and modeling physiological tissue texture of mango immersed in water by using ultrasonic. Inter. Agric Eng. J. 16(1-2), 1-13.

Kim, K. B., Jung, H. M., Kim, M. S. and Kim, G. S. 2004. Evaluation of fruit firmness by ultrasonic measurement. Advances in Nondestructive Evaluation. PT 1-3 Key Engineering Materials. 270-273: 1049-1054. Part 1-3.

Jivanuwong, S. 1998. Nondestructive detection of hollow heart in potatoes using ultrasonics. M.Sc. Thesis in Biological Systems Engineering. Faculty of the Virginia Polytechnic Institute and State University.

Mizrach, A., Galili, N. and Rosenhouse, G. 1989. Determination of fruit and vegetable properties by ultrasonic excitation. Trans. ASAE. 32(6): 2053-2058.

Mizrach, A., Galili, N., Teitel D. C. and Rosenhouse, G. 1994. Ultrasonic evaluation of some ripening parameters of autumn and winter-grown ‘Galia’ melons. Scientia Hortic. 56(4): 291-297.

Mizrach, A., Galili, N., Gan-mor, S., Flitsanov, U., and Prigozin, I., 1996. Model of ultrasonic parameters to assess avocado properties and shelf life. J. Agric. Eng. Res. 65, 261-267.

Mizrach, A., Flitsanov, U., Schmilovitch, Z. and Fuchs, Y. 1999. Determination of mango physiological indices by mechanical wave analysis. Postharvest Biol. Technol. 16,179-186.

Mizrach, A., Bechar, A., Grinshpon, Y., Hofman, A., Egozi, H. and Rosenfeld, L. 2003. Ultrasonic classification of mealiness in apples. Trans. ASAE. 46(2): 397–400.

Mizrach, A., Schmilovitch, Z., Avidan, B. 2006. Maturity Measurements of Olive Fruits using Acoustic and Compression Methods. CIGR. World Congress of Agricultural Engineering for a Better World. Sep. 3-7. Berlin. Germany.

Mizrach, A. 2007. Nondestructive ultrasonic monitoring of tomato quality during shelf-life storage. Postharvest Biol. Technol. 46, 271-274.

Prakash, M. N. K. and Ramana, K. V. R. 2003. Ultrasound and its application in the food industry.  J. Food Sci. Technol. 40(6): 563-570.

Porteous, R. l., Muir, A. Y. and Wastie, R. L. 1981. The identification of diseases and defects in potato tubers from measurements optical spectral reflectance. Journal of Agricultural Engineering Research. 26: 151-160.

Raj, B., Rajendran, V. and Palanichamy, P. 2007. Science and Technology of Ultrasonic. Alpha Science International Ltd. Pangbourne. U. K.

Rose, J. L. 2004. Ultrasonic Waves in Solid Media. Cambridge University Pub. Cambridge. UK.

Sarkar, N. and Wolfe, R. R. 1983. Potential of ultrasonic measurements in food quality evaluation. Trans. ASAE. 26(2): 624-629.

Self, G. K., Ordozgoiti, E., Povey, M. J. W. and Wainwright, H. 1994. Ultrasonic evaluation of ripening avocado flesh. Postharvest Biol.Technol. 4, 111-116.

Shewfelt, R. L. 1999. What is quality?. Postharvest Biol. Technol. 15(3): 197-200.

Verlinden,B. E., Smedt, V. D. and Nicola, B. M. 2004. Evaluation of ultrasonic wave propagation tomeasure chilling injury in tomatoes. Postharvest Biol. Technol. 32, 109-113.

Hedrick, W. H, Heykes, D. L. and Starchman, D. E. 2005. Ultrasound Physics and Instrumentation. 4th Ed. Elsevier Mosby. Philadelphia. US.

Subramanian, C. V. 2006. Practical Ultrasonic. Alpha Science International Ltd. Oxford. UK.