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  • 探索新的方法无损测定水果质量--水果电池

    每当我们拿起外表看似鲜美的水果,却被打开后内部的溃烂所惊吓到。我们就不由得想,能否在打开之前就知道水果的好坏呢。

    NDT(无损检测)技术是在不破坏被检对象的前提下,运用各种物理学的方法如:声,光,电,图像视觉技术等手段对物料进行检测分析的一种方法和技术。主要是基于被检物体的物理性质如密度,硬度,形态和颜色,进而判断成熟程度,以及 内部的含糖量,糖酸比,水分,内部病变等,在获取样品信息的同时保证了样品的完整性,检测速度较传统的化学方法迅速,且能有效地判断处从外观无法得出的样品内部品质信息。

    当前已有的检测技术大概有这么几种

    声学无损检测技术(超声方法)

    光检测技术(近红外光谱分析)

    软X射线检测技术(x射线&CT量)

    嗅探器(日本)【折光率与氧换算】

    还有就是我要介绍的水果介电常数法,也就是利用水果电池的灵感及逆行延伸。

    以上的几种技术较介电特性的检测成熟,已经经过各界人士的调研和实验已经能够很大程度上解决问题。但对于介电特性的检测,仍然是建立在宏观阶段,尽管20世纪70年代就已经引起人们的关注,但想达到实用阶段还需要一段时间。

    耳闻这个水果无损检测这个想法之后,我第一时间想起的是做过的水果电池的实验,于是灵感就从此处开始…

    首先我想介绍下背景

    水果的生理变化伴随着电介质特征参数变化,而这一变化可以通过对宏观介电特性参数的检测感知。实验中计算出同种水果不同等级的介电特性参数,以此作为理论参数,并将其存储在计算机中,然后利用实验装置检测水果的实际介电特性参数,输出到计算机后与理论参数进行比较,从而得到被测水果的品质等级,日本的家藤宏郎于1988年研制出了最早的真正意义上的介电特性果蔬无损检测系统,但其频率点过于稀疏,无法精确的反映各参数的频率特性,达不到更高的要求,我国在这方面起步较为晚,应用方面较为缺失,目前基于介电特性的水果无损检测系统都没有达到实用阶段。

    其次我想解释下水果电池的原理

    两种金属片的电化学活性是不一样的,其中更活泼的那边的金属片能置换出水果中的酸性物质的氢离子,由于产生了正电荷,整个系统需要保持稳定(或者说是产生了电荷,电荷造成下列结果),所以在组成原电池的情况下,自由电子从回路中保持系统的稳定,理论上来说电流大小直接和果酸浓度相关。

    对于上述描述,如果是要表达为一个函数关系的话,那么这个函数其实是和离子强度有关的而且还是定量关系,和离子浓度有定性的关系。

    得益于原理,确实,不可否认的是介电特性与水果的新鲜度及腐烂程度间存在密切关系已经得到证实。

    水果电池试验阶段只是进行了定性的分析,通过外界负载例如灯泡,观察灯泡的亮度和亮的时间来评判相关标准。其最大的缺点就在于电压太小,电阻太大,且不稳定。例如一个桔子的电压大概在0.5v左右。当接入电流表进行电流的检测时,发现电流表基本不偏转。

    针对介电特性参数的测量,我参考了一篇论文《食品介电特性参数实验机理分析》了解介电参数的物理意义和使用条件,找出最佳测量频率。

    通过以上方法测量单种水果生命周期各阶段参数和多种水果生命周期同阶段(相对)的参数,进行数据筹集,当达到一定数量级的时候(有一定的说服力度),将数据集放进Hadoop进行数据分析,建模,找到较为合适的函数和运算关系,将最合适的模型提取出。再进行模型的训练实验,将新的水果检测结果按已有模型匹配,把最终结果与水果实际质量或者用其他四种方法检测结果 进行对比,能够在误差允许范围内说明问题。

    让对手感动,让对手恐惧
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