食品品质无损检测新技术.ppt

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1、食品品质无损检测新技术2023/4/91现在学习的是第1页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术第一节第一节 常用的力学常用的力学(机械机械)特性特性（1 1）固体物料的力学特性）固体物料的力学特性 质质量量（重重量量）、密密度度、应应力力-应应变变规规律律、冲冲击击、振振动动、屈服强度、硬度、蠕变、松弛、流变模型等；屈服强度、硬度、蠕变、松弛、流变模型等；（4 4）声学特性和超声波特性等声学特性和超声波特性等。（3 3）液体物料的力学特性液体物料的力学特性主要包含流体力学特性、流变特主要包含流体力学特性、流变特性、黏性、粘弹性等；性、黏性、粘弹性等；（2 2）散粒体的力学特性散粒体

2、的力学特性包含摩擦、黏附、变形、流动、离析包含摩擦、黏附、变形、流动、离析等；等；2023/4/92现在学习的是第2页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第一节 常用的力学(机械)特性利用食品与利用食品与农产农产品的力学（机械）特性品的力学（机械）特性进进行品行品质质的的检测检测是是无无损检测损检测最最为为常用的方法之一，及常用的方法之一，及时时控制生控制生产过产过程。程。水果的水果的硬度硬度直接反映出其新鲜度和糖度等内在品质指标。直接反映出其新鲜度和糖度等内在品质指标。浓缩过浓缩过程中，用程中，用表表现现黏度黏度的的变变化确定其化确定其浓缩浓缩点，黏度点，黏度过过大会大会导导致

3、致变变稠，稠，过过低低则则可能出可能出现现脂肪分离与糖沉淀。脂肪分离与糖沉淀。泊松比泊松比可以衡量面包等膨松食品的膨松程度；可以衡量面包等膨松食品的膨松程度；在面包生在面包生产产中，面中，面团团的流的流变变特性特性(弹弹性、延性、延迟弹迟弹性、性、压压力松力松弛等弛等)直接影响到面包的直接影响到面包的质质量；量；2023/4/93现在学习的是第3页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术第二节第二节 利用力学特性的检测技术利用力学特性的检测技术 食品、农产品的力学特性是其成熟状态和品质的一食品、农产品的力学特性是其成熟状态和品质的一个重要指标。个重要指标。果蔬生长和存储过程中，细胞间的

4、结合力发生变化，果蔬生长和存储过程中，细胞间的结合力发生变化，反映细胞间结合力变化的物理指标是其反映细胞间结合力变化的物理指标是其坚实度坚实度。除此。除此之外物料的重量、表面和内部颜色、形状、硬度、黏之外物料的重量、表面和内部颜色、形状、硬度、黏度等指标均会产生一系列的变化。度等指标均会产生一系列的变化。2023/4/94现在学习的是第4页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术检测坚实度的主要原因有下面三个方面：检测坚实度的主要原因有下面三个方面：（1 1）果蔬生长中成熟度的监测和分析，决定合适的收获期。）果蔬生长中成熟度的监测和分析，决定合适的收获期

5、。（2 2）果蔬收获过程按其成熟度分级，以便存储。）果蔬收获过程按其成熟度分级，以便存储。（3 3）果蔬内部品）果蔬内部品质质的的检测检测，保，保鲜鲜、存、存储储期的确定。期的确定。坚实度检查的常用方法是坚实度检查的常用方法是M-T戳穿试验方法。戳穿试验方法。用一定直径的钢制压头，按一定的压缩速度对果蔬进行压缩试验，用一定直径的钢制压头，按一定的压缩速度对果蔬进行压缩试验，同时测量压缩力，压缩力的最大值称为其坚实度。同时测量压缩力，压缩力的最大值称为其坚实度。一、果蔬坚实度的检测一、果蔬坚实度的检测2023/4/95现在学习的是第5页，共59页食品物性测试仪食品物性测试仪（食品质构测定仪）（食

6、品质构测定仪）人民币：人民币：42.3万元万元 英国Stable Micro System2023/4/96现在学习的是第6页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术 在果蔬坚实度无损测量中，组织的杨氏模量是一个重要的基在果蔬坚实度无损测量中，组织的杨氏模量是一个重要的基本参数。本参数。1.1.果蔬组织材料的特性果蔬组织材料的特性结果：结果：杨氏模量径向最大，切向最小，底部比中部和上部大，苹果的杨氏模量径向最大，切向最小，底部比中部和上部大，苹果的材料性能沿圆周方向分布比较一致，但外层和内层材料性能相差较大，材料性能沿圆周方向分布比较一致，但外层和内层材

7、料性能相差较大，比较成熟时内外层材料性能差异变小。比较成熟时内外层材料性能差异变小。上世纪上世纪7070年代，有人研究了果蔬被切割的方法、位置及方向影响其年代，有人研究了果蔬被切割的方法、位置及方向影响其物理参数。以苹果为例分成上、中、底物理参数。以苹果为例分成上、中、底3 3个高度；东、西、南个高度；东、西、南(光照光照面面)、北、北4 4个方位；考虑径向、切向和垂直个方位；考虑径向、切向和垂直3 3个方向，对这些参数个方向，对这些参数组合下的试样进行了压缩试验。组合下的试样进行了压缩试验。2023/4/97现在学习的是第7页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学

8、特性的检测技术（1 1）检测果蔬坚实度的冲击力方法）检测果蔬坚实度的冲击力方法2 2果蔬坚实度检测方法果蔬坚实度检测方法 基于动力学原理的果蔬坚实度检测方法有多种，如机械基于动力学原理的果蔬坚实度检测方法有多种，如机械冲击产生的声频信号、机械冲击响应的频率分析和果蔬冲击冲击产生的声频信号、机械冲击响应的频率分析和果蔬冲击力等方法。其研究分为两类。力等方法。其研究分为两类。（2 2）检测果蔬坚实度的振动频率分析法）检测果蔬坚实度的振动频率分析法2023/4/98现在学习的是第8页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术利用冲利用冲击击力力检测检测果蔬果蔬坚

9、实坚实度的力学原理是度的力学原理是弹弹性球体与性球体与刚刚性平面性平面的跌落冲的跌落冲击问题击问题。冲。冲击击力与力与弹弹性球性球(即果蔬即果蔬)的的质质量、几何尺寸、量、几何尺寸、材料材料杨杨氏模量等参数有关。研究的核心是当得到冲氏模量等参数有关。研究的核心是当得到冲击击力后如何估力后如何估计计或或计计算出材料的算出材料的杨杨氏模量，并与成熟度氏模量，并与成熟度联联系起来。系起来。（1 1）检测果蔬坚实度的冲击力方法）检测果蔬坚实度的冲击力方法 有有人人提出了一种非提出了一种非线线性的球体与平板冲性的球体与平板冲击击的力学模型，并通的力学模型，并通过过最最小二乘法小二乘法拟拟合出球体的合出球

10、体的刚刚度。度。2023/4/99现在学习的是第9页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术E 果蔬的杨氏模量，果蔬的杨氏模量，MPa；果蔬的密度，果蔬的密度，g/cm3；果蔬的泊松比；果蔬的泊松比；m 果蔬的质量，果蔬的质量，g；归一化频归一化频率，率，Hz；f 果蔬的固有频率，果蔬的固有频率，Hz。模型一模型一 :利用果蔬振动的固有频率检测其坚实度。利用果蔬振动的固有频率检测其坚实度。Cooke等等建立了果蔬简化为线弹性球体的动力学模型，并通过理论分析建立了果蔬简化为线弹性球体的动力学模型，并通过理论分析得到了各向同性的线弹性球状果蔬，固有频率与其材

11、料杨氏模得到了各向同性的线弹性球状果蔬，固有频率与其材料杨氏模量量E的关系为：的关系为：（2 2）检测果蔬坚实度的振动频率分析法）检测果蔬坚实度的振动频率分析法2023/4/910现在学习的是第10页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术苹果的结果：苹果的结果：振动法测定的杨氏模量与压缩试验得到杨氏模量振动法测定的杨氏模量与压缩试验得到杨氏模量相关性较好（相关性较好（0.750.75）；与）；与M-T试验结果相关性较差。试验结果相关性较差。有人有人用冲击振动产生的噪声和振动信号分别研究了水果的坚实度。用冲击振动产生的噪声和振动信号分别研究了水果的坚实度

12、。一般的结论一般的结论：无损检测的坚实度与无损检测的坚实度与M-T试验结果之间的相关性试验结果之间的相关性不可能好，不可能好，M-T测量的是果蔬组织材料压缩和剪切共同引起的测量的是果蔬组织材料压缩和剪切共同引起的破坏强度，它受压缩和剪切弹性模量的共同影响，而振动固有破坏强度，它受压缩和剪切弹性模量的共同影响，而振动固有频率无损检测仅与压缩弹性模量有关。频率无损检测仅与压缩弹性模量有关。桃子的结果：桃子的结果：用固有频率测定桃子的坚实度与用固有频率测定桃子的坚实度与M-T试验结果相试验结果相关性仍不好。关性仍不好。2023/4/911现在学习的是第11页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检

13、测技术 第二节 利用力学特性的检测技术模型二模型二 理论分析认为坚实度指数应为理论分析认为坚实度指数应为S=2m/3f22（f2第第2固有固有频率）。频率）。有人有人对存储苹果定期进行对存储苹果定期进行0 0600600Hz宽带随机激励，结果表宽带随机激励，结果表明存储期内坚实度指数明存储期内坚实度指数S=2m/3f2 22 2有明显变化。有明显变化。Abott等对苹果的坚实度作了系统深入的工作。对两个主要苹果品等对苹果的坚实度作了系统深入的工作。对两个主要苹果品种用种用固有频率固有频率、M-T试验试验和和苹果组织压缩苹果组织压缩试验试验3 3种方法测量其坚实种方法测量其坚实度，并进行了对比。

14、试验表明：当固有频率在度，并进行了对比。试验表明：当固有频率在480480Hz和和850850Hz有有二阶和三阶共振频率二阶和三阶共振频率f2、f3存在，用存在，用f2，f3计算的坚实度指数相关性计算的坚实度指数相关性很好，因此可以用坚实度指数作为苹果坚实度的非损伤检测指很好，因此可以用坚实度指数作为苹果坚实度的非损伤检测指数。数。2023/4/912现在学习的是第12页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术 人们对检测坚实度的共同认识：人们对检测坚实度的共同认识：(1)(1)试验和理论分析都表明，冲击力和果蔬的固有频率随成熟度变化，试验和理论分析都表

15、明，冲击力和果蔬的固有频率随成熟度变化，这些变化的原因是果蔬组织的杨氏模量的改变。这些变化的原因是果蔬组织的杨氏模量的改变。研究表明，西瓜的固有频率随成熟度的增加而降低，坚实度指数研究表明，西瓜的固有频率随成熟度的增加而降低，坚实度指数与含糖量也存在明显的相关关系。与含糖量也存在明显的相关关系。(3)(3)冲冲击击力和果蔬的固有力和果蔬的固有频频率率这这些参数与些参数与M-T试验结试验结果不完全相果不完全相同，同，这这是两种不同的是两种不同的检验检验手段，因此手段，因此这这两者的相关系数不高是必两者的相关系数不高是必然的。然的。(2)(2)冲击力和冲击引起的振动的固有频率是有潜力成为无损、冲击

16、力和冲击引起的振动的固有频率是有潜力成为无损、在线检测的两个基本物理量。在线检测的两个基本物理量。2023/4/913现在学习的是第13页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术（1 1）果蔬等物料的基本力学特性和生物组织关系的系统研究。）果蔬等物料的基本力学特性和生物组织关系的系统研究。另外，果蔬等生物材料的基本性质随品种和生长地域不同而另外，果蔬等生物材料的基本性质随品种和生长地域不同而异，国外的研究数据不一定能用于我国的情况。异，国外的研究数据不一定能用于我国的情况。需要继续研究的内容：需要继续研究的内容：（4 4）简简便的在便的在线测线测量、分析

17、方法的研究，开量、分析方法的研究，开发发相相应应的的测试设备测试设备，使，使之之实实用化。用化。（3 3）果蔬组织材料特性的时效规律研究，目前试验数据分散）果蔬组织材料特性的时效规律研究，目前试验数据分散和差异很可能是与对这一规律缺乏认识有关系。和差异很可能是与对这一规律缺乏认识有关系。（2 2）将果蔬视为粘弹性、非线性材料，它跌落时与刚性平面）将果蔬视为粘弹性、非线性材料，它跌落时与刚性平面冲击的动力学特性的理论和试验研究。冲击的动力学特性的理论和试验研究。2023/4/914现在学习的是第14页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术二、果蔬的冲击特

18、性的检测二、果蔬的冲击特性的检测检测的意义检测的意义 通常成熟度判断大都采用破坏方法，如硬度、糖酸度测量。也通常成熟度判断大都采用破坏方法，如硬度、糖酸度测量。也有非破坏法，如按颜色、呼吸强度等，一般只能作定性判断，不有非破坏法，如按颜色、呼吸强度等，一般只能作定性判断，不适用于机械化自动分级。为此，通过研究与硬度有关的水果冲击适用于机械化自动分级。为此，通过研究与硬度有关的水果冲击力学特性，建立起恢复系数、能量吸收百分率和冲击力时间特性力学特性，建立起恢复系数、能量吸收百分率和冲击力时间特性参数等与硬度的数学模型。可为设计水果快速检测仪和自动分级参数等与硬度的数学模型。可为设计水果快速检测仪

19、和自动分级机提供科学依据。机提供科学依据。果蔬的冲果蔬的冲击击力特性参数主要有恢复系数、能量吸收率和力特性参数主要有恢复系数、能量吸收率和时间时间特特性参数。性参数。2023/4/915现在学习的是第15页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术 测试测试系系统统。在金属平板下安装在金属平板下安装3 3只只压压力力传传感器，等感器，等边边三角放三角放置，置，边长为边长为2020cm。压压力力传传感器型号感器型号为为CL-YB-11，量程，量程5 5kg，精度等，精度等级级0.30.3。桃子在桃子在一定高度自由下落至金属平板上，下落同一定高度自由下落至金属

20、平板上，下落同时时由触由触发发器引器引发发示波器示波器记录仪记录仪表。桃子的硬度由表。桃子的硬度由TG-2型水果硬度型水果硬度计测计测得。得。2023/4/916现在学习的是第16页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术1 1冲击力特性图冲击力特性图 下面以桃子的下面以桃子的为为例，介例，介绍绍有关冲有关冲击击特特性性检测检测中的基本定中的基本定义义和方法。和方法。在高度和在高度和质质量一定量一定时时，桃子硬度不同冲，桃子硬度不同冲击击力特性也不力特性也不同。桃子硬度越高，同。桃子硬度越高，连续连续2 2次冲次冲击击的的时间间时间间隔隔长长,在在接触接

21、触过过程中，接触程中，接触冲冲击击力开始由零快速升到峰力开始由零快速升到峰值值，随后又快速下降，随后又快速下降，这这期期间间力作用力作用时间较时间较短。短。2023/4/917现在学习的是第17页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术（1 1）恢复系数）恢复系数 r 恢复系数恢复系数 r 的的测测定定类类似于工程材料中的恢复系数的似于工程材料中的恢复系数的测测定，可由定，可由自由下落至金属平板的自由下落至金属平板的试验测试验测得。恢复系数的定得。恢复系数的定义为义为：r 恢复系数，恢复系数，%；V1 物料冲击前的速度，物料冲击前的速度，m/s；V2 物

22、料冲击后的速度，物料冲击后的速度，m/s。如果能测得自由下落第一次碰撞结束时到回弹再次开始如果能测得自由下落第一次碰撞结束时到回弹再次开始碰撞时的时间间隔碰撞时的时间间隔 t，在不计空气阻力时有：，在不计空气阻力时有：2023/4/918现在学习的是第18页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术 恢复系数计算的公式恢复系数计算的公式:h 物料的自由下落高度，物料的自由下落高度，m；g 重力加速度，重力加速度，m/s2。硬度高，硬度高，t 值大，值大，r 值变大。实际上，恢复系数为下落后值变大。实际上，恢复系数为下落后最初两次碰撞中的第二次碰撞冲量与第一

23、次碰撞冲量之比，故最初两次碰撞中的第二次碰撞冲量与第一次碰撞冲量之比，故 r 是与冲量有关的参数。是与冲量有关的参数。2023/4/919现在学习的是第19页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术（2 2）能量吸收率）能量吸收率 E E 第第1 1次碰撞回弹高度势能为物料碰撞后所具有的机械能：次碰撞回弹高度势能为物料碰撞后所具有的机械能：hl为为回回弹弹高度高度，m。金属平板质量远大于桃子质量且冲击变形极小，其能量金属平板质量远大于桃子质量且冲击变形极小，其能量吸收可不计。因此物料本身吸收的能量百分率吸收可不计。因此物料本身吸收的能量百分率 E 为：为

24、：2023/4/920现在学习的是第20页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术（3 3）冲击力时间特性参数）冲击力时间特性参数 c 冲冲击击力力时时间间特特性性参参数数定定义义为为冲冲击击力力峰峰值值与与到到达达冲冲击击力力峰峰值值所所经经过过的的时时间间之之比比。由由前前面面的的图图可可得得物物料料的的冲冲击击力力峰峰值值fp、达到最大力峰值所需时间达到最大力峰值所需时间tp。由此可算得冲击力时间特性参数。由此可算得冲击力时间特性参数c c：c 物物料料的的冲冲击击时时间间特特性性，N/s；fp 物料的最大冲击力，物料的最大冲击力，N；tp 到达最

25、大冲到达最大冲击击力的力的时间时间，s。2023/4/921现在学习的是第21页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术2 2冲击力特性参数与硬度的关系冲击力特性参数与硬度的关系双曲线模型双曲线模型：指数曲线模型：指数曲线模型：(1)(1)恢复系数恢复系数r r与硬度与硬度H H的关系的关系由图可知，桃子硬度高，恢复系数也由图可知，桃子硬度高，恢复系数也高，两者关系类似于指数曲线或双曲线。高，两者关系类似于指数曲线或双曲线。2023/4/922现在学习的是第22页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术(2)(2)

26、能能量量吸吸收收率率E与与硬硬度度H的的关系关系 图图表表示示了了桃桃子子能能量量吸吸收收率率与与硬硬度度之之间间的的关关系系曲曲线线。硬硬度度越越高高，桃桃子子的的吸吸收收能能量量下下降降。同同样样，将将试试验验所所得得数数据据分分别别用用指数曲线模型：指数曲线模型：双曲线模型：双曲线模型：2023/4/923现在学习的是第23页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术（3 3）冲冲击击力力时时间间特特性性参参数数C与硬度与硬度H H的关系的关系 图图表表示示了了桃桃子子的的冲冲击击时时间间特特性性与与硬硬度度之之间间的的关关系系曲曲线线。硬硬度度增增

27、加加，冲冲击击力力时时间间特特性性参参数数值值变变大大。将将试试验验所所得数据分得数据分别别用用：和和双曲线模型：双曲线模型：模型模型拟拟合合。2023/4/924现在学习的是第24页，共59页关系关系a a 值值 b b 值值数学模型数学模型F F 值值拟合结果拟合结果0.7520.752-13.55-13.557.347.34(0.05)(0.05)双曲线更双曲线更佳佳 0.9620.96237.74037.74042.2242.22(0.01)(0.01)57.46557.4654.2494.24989.5589.55(0.01)(0.01)指数曲线指数曲线更佳更佳 0.0170.017

28、-0.062-0.06221.7221.72(0.01)(0.01)17.00117.001-23.732-23.73275.0475.04(0.01)(0.01)双曲线双曲线更佳更佳 0.0520.0522.5512.551380.5380.5(0.01)(0.01)表表2-1 3个冲击力参数与硬度的回归数学模型及个冲击力参数与硬度的回归数学模型及F检验检验现在学习的是第25页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 力学特性的检测技术方法方法:将将桃桃子子按按硬硬度度(成成熟熟度度)不不同同分分成成3 3个个等等级级：过过于于成成熟熟；刚刚成熟和已成熟；成熟和已成熟；未成熟

29、。未成熟。(4)3(4)3个冲击力参数比较个冲击力参数比较 结论：结论：通过通过F 检验：检验：3 3个冲击力参数对成熟度均呈极显著的个冲击力参数对成熟度均呈极显著的相关关系。与桃子质量的关系均不显著，相关关系。与桃子质量的关系均不显著，将桃子按质量不同进行冲击力特性试验，结果见表将桃子按质量不同进行冲击力特性试验，结果见表2-22-2。2023/4/926现在学习的是第26页，共59页表表2-2 不同成熟度、质量桃子的不同成熟度、质量桃子的3个冲击力参数值（每个重复个冲击力参数值（每个重复8次）次）成成熟熟度度等等 级级质量质量m/g恢复系数恢复系数r能能 量量 吸吸 收收率率 E/%/%冲

30、冲击击力力时时间间特性特性c/N/ms/N/ms95950.389(0.0290.389(0.029)72.90(4.37)72.90(4.37)6.92(0.43)6.92(0.43)1201200.358(0.0530.358(0.053)74.30(8.31)74.30(8.31)6.57(0.57)6.57(0.57)1451450.319(0.0480.319(0.048)73.00(8.34)73.00(8.34)7.02(0.63)7.02(0.63)95950.498(0.0310.498(0.031)65.80(3.40)65.80(3.40)10.67(0.92)10.67

31、(0.92)1201200.479(0.0200.479(0.020)65.75(2.65)65.75(2.65)9.98(0.72)9.98(0.72)1451450.415(0.0470.415(0.047)62.90(4.10)62.90(4.10)11.31(0.81)11.31(0.81)95950.604(0.0530.604(0.053)58.31(6.98)58.31(6.98)16.85(0.98)16.85(0.98)1201200.581(0.0610.581(0.061)60.74(3.29)60.74(3.29)15.90(1.32)15.90(1.32)145145

32、0.549(0.0620.549(0.062)61.35(5.30)61.35(5.30)15.80(1.33)15.80(1.33)现在学习的是第27页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术三、梨的三、梨的动态动态力学特性的力学特性的检测检测 研研究究梨梨的的动动态态特特性性发发现现，在在不不同同预预加加载载荷荷、激激振振功功率率、成成熟熟程程度度等等条条件件下下梨梨果果实实动动态态试试验验的的弹弹性性模模量量和和相相位位角角明明显显不不同同。在在相相同频率下，随预加载荷的增加弹性模量增加；在相同频率下，随预加载荷的增加弹性模量增加；在相梨子动态轴向

33、加载试验装置系统图梨子动态轴向加载试验装置系统图同同预预载载荷荷、激激振振功功率率和和频频率率，未未成成熟熟梨梨的的动动态态试试验验相相位位角角较较小小，成成熟熟梨梨的的相相位位角角较较大大，未未成成熟熟梨梨的的动动态态试试验验弹弹性性模模量量较较大大，成成熟熟梨梨的的弹弹性性模量较小。模量较小。2023/4/928现在学习的是第28页，共59页梨子的应力与应变相位角的关系梨子的应力与应变相位角的关系梨的应力与应变相位角图梨的应力与应变相位角图2023/4/929现在学习的是第29页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术四、利用蜂蜜的四、利用蜂蜜的黏黏

34、度特性度特性检测检测其品其品质质 糖糖蜜蜜是是指指以以蔗蔗糖糖代代替替蜜蜜饲饲喂喂蜂蜂群群产产生生（配配制制）的的蜜蜜或或在在蜂蜂蜜蜜中中掺掺入蔗糖配制成的蜜，蔗糖含量大于入蔗糖配制成的蜜，蔗糖含量大于5%5%。蜂蜂蜜蜜和和糖糖蜜蜜均均属属于于牛牛顿顿流流体体。蜂蜂蜜蜜和和糖糖蜜蜜的的黏黏度度与与含含水量和其组成成分有关，可回归得到如下关系式：水量和其组成成分有关，可回归得到如下关系式：蜂蜜粘度蜂蜜粘度 糖蜜粘度糖蜜粘度 式式中中：物物料料的的粘粘度度，Pa.s；混混合合液液体体的的含水量，含水量，mL/mL；还原糖含量，还原糖含量，g/mL蔗糖含量，蔗糖含量，g/mL。2023/4/930现

35、在学习的是第30页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术五、利用冲五、利用冲击击振振动检测动检测西瓜的成熟度西瓜的成熟度 1 1西瓜的力学和物理特性西瓜的力学和物理特性 一一种种传传统统、公公认认、客客观观地地描描述述西西瓜瓜成成熟熟度度的的检检验验方方法法是是测测量量其其果果汁汁的的含含糖糖量量。但但这这种种方方法法需需要要切切开开西西瓜瓜，是是损损坏坏性性的的，不不可可能能大大样样本数本数检测检测，更不能逐个，更不能逐个检验检验。西瓜内部西瓜内部结结构分构分为为瓜皮和瓜瓤。从力学角度，瓜瓤各部位性能相差瓜皮和瓜瓤。从力学角度，瓜瓤各部位性能相差较较

36、大，瓜瓤又可分大，瓜瓤又可分为为3 3层层，第，第1 1层为层为接近瓜皮部分，第接近瓜皮部分，第2 2层为层为中中间层间层，第第3 3层为层为中心部分。西瓜在成熟中心部分。西瓜在成熟过过程中，瓜皮的硬度和程中，瓜皮的硬度和弹弹性模性模量逐量逐渐渐增加，但内部瓜瓤增加，但内部瓜瓤组织细组织细胞胞间间的的结结合力随成熟而合力随成熟而变变小。小。因此，瓜瓤因此，瓜瓤变变得松、脆，即常得松、脆，即常说说的的“沙瓤沙瓤”，瓜瓤的，瓜瓤的弹弹性模量随成性模量随成熟而熟而变变小。小。2023/4/931现在学习的是第31页，共59页表表2-3 2-3 某一品种西瓜各部位材料的弹性模量某一品种西瓜各部位材料的

37、弹性模量西瓜部位西瓜部位弹性模量弹性模量 E/MPa1 1#西瓜，含糖西瓜，含糖 9.0%9.0%2 2#西瓜，含糖西瓜，含糖 11.0%11.0%瓜皮（硬皮内侧）瓜皮（硬皮内侧）2.202.202.402.40外层（瓜瓤外层）外层（瓜瓤外层）0.510.510.420.42中间层（瓜瓤中间）中间层（瓜瓤中间）0.440.440.320.32中心层（瓜瓤中心）中心层（瓜瓤中心）0.400.400.300.301 1#西瓜含搪量为西瓜含搪量为9.0%9.0%，成熟度为中等，成熟度为中等，2 2#西瓜含搪量为西瓜含搪量为11.0%11.0%成熟度为较好。成熟度为较好。现在学习的是第32页，共59页

38、第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术2 2冲击振动响应方法无损检测西瓜成熟度的原理冲击振动响应方法无损检测西瓜成熟度的原理 西西瓜瓜可可以以视视为为多多层层球球状状弹弹性性体体。当当其其受受到到瞬瞬态态冲冲击击时时，球球体体将将产产生生振振动动响响应应。按按照照弹弹性性体体振振动动理理论论，由由冲冲击击造造成成的的振振动动响响应应的的频频率率是是弹弹性性体体的的固固有有频频率率。球球体体的的固固有有频频率率与与其其材材料料的的密密度、几何尺寸和弹性模量等因素有关。度、几何尺寸和弹性模量等因素有关。可可以以证证明明，球球体体的的拉拉压压弹弹性性模模 E 量量与与

39、固固有有频频率率f、质质量量m 之间的关系为：之间的关系为：已知西瓜的固有频率和质量后，就可以确定其弹性模量。已知西瓜的固有频率和质量后，就可以确定其弹性模量。2023/4/933现在学习的是第33页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术3 3西瓜固有频率的测量西瓜固有频率的测量 西瓜固有西瓜固有频频率率测测量量试验试验装置装置、频频率响率响应应函数函数等等如如图图所示所示：2023/4/934现在学习的是第34页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术第三节第三节 利用利用声学特性的检测技术声学特性的检测技术 一、声学特性检测技术研究概况一、

40、声学特性检测技术研究概况 利利用用食食品品与与农农产产品品声声学学特特性性对对其其进进行行无无损损检检测测和和分分级级具具有有适适应应性性强强、检检测测灵灵敏敏度度高高、对对人人体体无无害害、使使用用灵灵活活、设设备备轻轻巧巧、成成本本低低廉廉、可可在在野野外外及及水水下下等等各各种种环环境境中中工工作作和和易易实实现现自自动动化化等等优优点点,是是一一项项正正在在飞飞速速发发展展的的新新技技术术,利利用用食食品品与与农农产产品品的的声声学学特特性性对对食食品品与与农农产产品品品品质质(尤尤其其是是内内部部品品质质)进进行无行无损检测损检测的巨大潜力。的巨大潜力。2023/4/935现在学习的

41、是第35页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第三节 利用声学特性的检测技术食食品品与与农农产产品品的的声声学学特特性性是是指指食食品品与与农农产产品品在在声声波波作作用用下下的的反反射射特特性性、散散射射特特性性、透透射射特特性性、吸吸收收特特性性、衰衰减减系系数数和和传传播播速速度度及及其其本本身身的的声声阻阻抗抗与与固固有有频频率率等等，它它们们反反映映了了声声波波与与食食品品或或农农产产品品相相互互作作用用的的基基本本规规律律。食食品品与与农农产产品品声声学学特特性性的的检检测测装装置置通通常常由由声声波波发发生生器器、声声波波传传感感器器、电电荷荷放放大大器器、动动态态

42、信信号号分分析析仪仪、微型微型计计算机、算机、绘图仪绘图仪或打印机等或打印机等组组成成。二、食品与农产品的声学特性及检测原理二、食品与农产品的声学特性及检测原理2023/4/936现在学习的是第36页，共59页 苹果硬度检测系统苹果硬度检测系统第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第三节 利用声学特性的检测技术 三、声学特性检测的典型实例三、声学特性检测的典型实例1.1.利用利用测测定共振定共振频频率确定苹果硬度率确定苹果硬度 图图为为一一苹苹果果硬硬度度的的检检测测系系统统,测测试试时时,用用榔榔头头轻轻叩叩苹苹果果,由由苹苹果果另一另一侧侧的声波的声波传传感感即可求出硬度。即可求出硬度。

43、器采集声脉冲响器采集声脉冲响应应信号信号,放大后送到放大后送到动态动态信号分信号分析析仪仪,经经快速傅立叶快速傅立叶变变换换可求得其共振可求得其共振频频率率f 根据苹果硬度与成正比根据苹果硬度与成正比的关系的关系:2023/4/937现在学习的是第37页，共59页甜瓜贮藏时间与声波传播速度的关系第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第三节 利用声学特性的检测技术 2.2.利用测定声波传播速度确定甜瓜的成熟度利用测定声波传播速度确定甜瓜的成熟度 随着甜瓜的成熟随着甜瓜的成熟,声波在甜瓜中的传播速度和共振频率均声波在甜瓜中的传播速度和共振频率均将将降降低低,其其变变化化趋趋势势完完全全一一致致。

44、利利用用传传播播速速度度来来确确定定甜甜瓜瓜成成熟熟度度,不不需需测测定定质质量量,也也不不需需进进行行快快速速傅傅里里叶叶变变换换。因因此此,与与共共振振频频率率相相比比,声声波波传传播播速速度度是是易易测测定定的的指指标标。试试验验表表明明,适适宜宜成成熟熟甜甜瓜瓜的的声声波波传传播速度播速度为为37375050m/s。2023/4/938现在学习的是第38页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第三节 利用声学特性的检测技术 图图是是利利用用声声学学特特性性检检测测西西瓜瓜成成熟熟度度的的装装置置原原理理图图。该该检检测测系系统统主主要要由由物物料料台台、声声波波传传感感器器

45、、放放大大器器、磁磁带带记记录录仪仪、计计算算机机和和打打印印机等设备组成。机等设备组成。3.3.利用声学特性利用声学特性检测检测西瓜的成熟度西瓜的成熟度2023/4/939现在学习的是第39页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术(a)(c)(b)西瓜果实打击音波波形a-未熟果;b-适熟果;c-过熟果成熟度成熟度 质量质量m/g 体积体积V/cm3密度密度/(g/cm3)糖度糖度Bm/%对对 称称 度度 衰衰 减减 率率 频频 率率ftt/Hz未成未成熟熟34523452349734970.9870.9876.86.80.400.400.0.76760.550.550.800.80

46、164164280280适成适成熟熟38943894396539650.9820.9829.69.60.120.120.0.18180.920.920.980.98132132164164过成过成熟熟37853785388238820.9750.9759.29.20.100.100.0.16160.900.900.970.97107107130130现在学习的是第40页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术(a)(b)西瓜打击音波功率谱密度西瓜打击音波功率谱密度a-a-未熟果未熟果;b-;b-适熟果适熟果 上图是西瓜的打击音波功率密度曲线。分析打击音波功率谱密度上图是西瓜的打击音波功

47、率密度曲线。分析打击音波功率谱密度可知，未熟西瓜的打击音波含有多种频率成分，而且峰值频率可知，未熟西瓜的打击音波含有多种频率成分，而且峰值频率ft 较较高，约为高，约为164164280Hz280Hz，随成熟增加，随成熟增加，ft逐渐减少，在收获适期，为逐渐减少，在收获适期，为132132164Hz164Hz，仅有一种频率成分。过熟果的，仅有一种频率成分。过熟果的ft进一步减小到进一步减小到107107130Hz130Hz，在，在ft 上下，又出现较小的峰值。上下，又出现较小的峰值。2023/4/941现在学习的是第41页，共59页4.4.利用利用测测定声定声压压确定谷物的水分确定谷物的水分现

48、在学习的是第42页，共59页现在学习的是第43页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第四节利用超声波的检测技术 第四节第四节 利用超声波的检测技术利用超声波的检测技术 二、超声波在食品与二、超声波在食品与农产农产品品品品质检测质检测中的中的应应用用 1 1超声波超声波检测检测技技术术在乳状液体系中的在乳状液体系中的应应用用 2 2利用超声波利用超声波检测马铃检测马铃薯空心薯空心 3 3利用超声波利用超声波检测检测受受钻钻蛀虫侵蛀虫侵扰扰的的樱樱桃桃树树 一、超声波一、超声波检测检测原理原理 1 1超声波的声速超声波的声速检测检测 2 2超声波的衰减超声波的衰减检测检测 2023/

49、4/944现在学习的是第44页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第四节 利用超声波的检测技术 一、超声波一、超声波检测检测原理原理 用用高高频频声声波波与与物物质质间间相相互互作作用用获获取取被被测测物物质质的的理理化化性性质质。运运用用在在医医学学、海海洋洋学学、材材料料和和化化工工操操作作过过程程中中的的生生物物和和非非生生物物物物质质的的检检测测和研究，但在食品与农产品体系的应用较少。和研究，但在食品与农产品体系的应用较少。压缩波的传递是通过介质的压缩和膨胀进行的，质点在声波作用压缩波的传递是通过介质的压缩和膨胀进行的，质点在声波作用下以原位置为原点发生的振荡仍服从虎克定

50、律，即：介质的结构在下以原位置为原点发生的振荡仍服从虎克定律，即：介质的结构在声波传递过程中未发生任何根本性的破坏。声波传递过程中未发生任何根本性的破坏。声波通过介质时的主要声波通过介质时的主要3 3种形式：压缩波、表面波和切变波。种形式：压缩波、表面波和切变波。压缩波是最常用的超声波形式，其他形式用得比较少。压缩波是最常用的超声波形式，其他形式用得比较少。2023/4/945现在学习的是第45页，共59页第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第四节 利用超声波的检测技术 超超声声波波检检测测技技术术最最为为常常用用的的两两个个测测量量参参数数是是通通过过介介质质的的声声速速和和振振幅幅衰衰