專利名稱：電磁波共振腔無(wú)損檢測(cè)雞蛋新鮮度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種電磁波技術(shù)在無(wú)損檢測(cè)禽蛋質(zhì)量上的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
目前，在貿(mào)易網(wǎng)中大都使用感官和物理方法對(duì)雞蛋品質(zhì)進(jìn)行鑒別和分級(jí)，只要雞蛋不是劣質(zhì)蛋，均可投放到市場(chǎng)上。對(duì)少數(shù)農(nóng)村養(yǎng)雞戶來(lái)說(shuō)，可用這種方法粗略地對(duì)雞蛋進(jìn)行鑒別和分級(jí)；但對(duì)大批量生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，用這些方法勞動(dòng)強(qiáng)度大，分級(jí)精度低，而且檢測(cè)結(jié)果缺乏客觀性。
最近，又報(bào)道了幾種無(wú)損檢測(cè)雞蛋品質(zhì)的方法。聲學(xué)沖擊法其原理是根據(jù)敲擊雞蛋所產(chǎn)生的聲脈沖振動(dòng)，做頻譜分析來(lái)檢測(cè)雞蛋的裂紋，好殼蛋檢測(cè)準(zhǔn)確率為85％，這種方法的缺點(diǎn)是只能檢測(cè)蛋殼的好壞。光學(xué)法其原理是利用光的透射、折射和反射現(xiàn)象與雞蛋的內(nèi)部品質(zhì)建立一種關(guān)系，通過(guò)數(shù)學(xué)模型建立其檢測(cè)雞蛋品質(zhì)的方法。其新鮮度分級(jí)準(zhǔn)確率可達(dá)95％以上。這種方法的缺點(diǎn)是成本高，且測(cè)量結(jié)果受蛋殼顏色和內(nèi)部組成成分的影響。動(dòng)力學(xué)法其原理是利用對(duì)雞蛋的沖擊或振動(dòng)特征與雞蛋的品質(zhì)建立起兩者之間的相關(guān)性。例如，Coucke研究了以無(wú)破壞性沖擊雞蛋的振動(dòng)頻率來(lái)設(shè)定蛋殼特性，描述了在最低響應(yīng)頻率時(shí)的三維振動(dòng)模型，并分析了蛋殼指標(biāo)與動(dòng)態(tài)硬度值之間的相關(guān)性，這種方法的缺點(diǎn)是難以實(shí)現(xiàn)雞蛋新鮮度的無(wú)損檢測(cè)。電學(xué)法其原理是利用雞蛋電導(dǎo)率的差異，建立相關(guān)的模型來(lái)檢測(cè)雞蛋的品質(zhì)。例如，劉熙等人對(duì)不同新鮮度的雞蛋進(jìn)行了PH值、TVBN和電導(dǎo)率的檢測(cè)，結(jié)果表明隨著雞蛋新鮮度的降低，雞蛋的電導(dǎo)率呈下降趨勢(shì)。這種方法的缺點(diǎn)是難實(shí)現(xiàn)快速無(wú)損檢測(cè)。微波傳輸反射法其原理是利用微波的透射和反射現(xiàn)象與雞蛋的內(nèi)部品質(zhì)建立數(shù)學(xué)模型來(lái)檢測(cè)雞蛋的新鮮度。例如，Volgyi報(bào)道了在14.2GHz微波輻射下雞蛋的反射實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明反射信號(hào)隨時(shí)間的變化規(guī)律為-1dB/30天。這種方法的缺點(diǎn)是靈敏度低。
同一發(fā)明人的專利號(hào)為02125071.5的中國(guó)專利公開了一種“超高頻諧振腔連續(xù)測(cè)量松散物料流量的方法”，系涉及一種諧振裝置，特別是一種超高頻諧振裝置用于對(duì)松散物料(介質(zhì))的流量進(jìn)行連續(xù)測(cè)量的方法，但該方法僅研究了松散物料流經(jīng)諧振腔的頻偏Δf信息，不能由此計(jì)算出物料的水分含量。
同一發(fā)明人的申請(qǐng)?zhí)枮?00410040027.X的中國(guó)專利公開了“一種物質(zhì)成分和含量的檢測(cè)方法”，系涉及一種電磁波譜技術(shù)在識(shí)別物質(zhì)成分和含量上的應(yīng)用。該方法的核心是考慮了物質(zhì)的弛豫特性，能識(shí)別物質(zhì)的成分和含量。但該方法復(fù)雜，對(duì)雞蛋而言不能通過(guò)升溫獲得其電磁波譜特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種快速、易調(diào)整、免維護(hù)、重復(fù)性好和準(zhǔn)確的檢測(cè)雞蛋新鮮度的方法，即用電磁波共振腔無(wú)損檢測(cè)雞蛋新鮮度的方法。
由電磁場(chǎng)理論可知，對(duì)于圖1所示的中間填充了物質(zhì)的圓柱形E010模金屬共振腔，其場(chǎng)分量為Hθ＝[AJ1(βr)+BY1(βr)]ejωtEz=-jμϵ[AJ0(βr)+BY0(βr)]ejωt]]>上式中，A、B和β=ϵμ·ω]]>分別是腔內(nèi)a、b、c區(qū)的相應(yīng)值。利用邊界條件可得AaJ0(βaa)+BaY0(βaa)＝0AaJ1(βab)+BaY1(βab)-AbJ1(βbb)-BbY1(βbb)＝0AaϵaJ0(βab)+BaϵaY0(βab)-AbϵbJ0(βbb)-BbϵbY0(βbb)=0]]>AbJ1(βbc)+BbY1(βbc)-AcJ1(βcc)＝0AbϵbJ0(βbc)+BbϵbY0(βbc)-AcϵcJ0(βcc)=0]]>
上式中，βa=ωμaϵa,βb=ϵbϵaβa,βc=ϵcϵaβa]]>定義M1＝J0(βbb)Y1(βbc)-J1(βbc)Y0(βbb)M2＝J1(βbb)Y1(βbc)-J1(βbc)Y1(βbb)M3＝J0(βbb)Y0(βbc)-J0(βbc)Y0(βbb)M4＝J1(βbb)Y0(βbc)-J0(βbc)Y1(βbb)M=Y1(βab)/J1(βab)-Y0(βaa)/J0(βaa)Y0(βab)/J0(βab)-Y0(βab)/J0(βaa)]]>=1+1F·ab·J0(βaa)J1(βaa)]]>F=[Y0(βaa)J0(βab)-Y0(βab)J0(βaa)]πβaa2]]>利用上述方程簡(jiǎn)化后得ϵcϵa=b2c2[1+(βab)28][M-Mb(1-(βab)28)]1+(βab)28[M-Mb]]]>Q1=Q0[a2c2Fb2+b2c2(ϵbϵa-1)][1-2βc(b-c)J1(βcc)J0(βcc)]+ϵc-ϵbϵaaa+lf0f1[a(a+l)l2Fb2+b2c2(ϵb-1ϵa)][1-2βb(b-c)J1(βcc)J0(βcc)+ϵc-ϵbϵa]]]>+2Q02b-ccϵbϵatgδb]]>由上式可見，僅需測(cè)量出樣品進(jìn)入共振腔前后的頻偏Δf＝f1-f0和電磁波信號(hào)的衰減，即可反演出樣品的介電常數(shù)εc。
分析雞蛋的介電特性可知，雞蛋的主要成份為蛋白質(zhì)、脂肪和水。雞蛋的新鮮度與其水分含量、蛋白質(zhì)和脂肪品質(zhì)有關(guān)。由于水的介電常數(shù)遠(yuǎn)大于蛋白質(zhì)和脂肪的介電常數(shù)，雞蛋內(nèi)水含量對(duì)電磁波的影響極大。因此，本發(fā)明介紹的電磁波共振腔無(wú)損檢測(cè)雞蛋新鮮度的方法具有重復(fù)性好、易調(diào)整、免維護(hù)、能快速和準(zhǔn)確地檢測(cè)雞蛋的新鮮度。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果在圖2所示的實(shí)驗(yàn)條件和25℃的室內(nèi)環(huán)境下，用昆明金匯通無(wú)線與微波技術(shù)研究所開發(fā)的電磁波波譜儀測(cè)量結(jié)果見圖3所示。電磁波信號(hào)的衰減與雞蛋儲(chǔ)存時(shí)間的關(guān)系見圖4，電磁波信號(hào)的頻率與雞蛋儲(chǔ)存時(shí)間的關(guān)系見圖5。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析一致。
另一方面，不同新鮮度雞蛋引起的金屬共振腔的頻偏Δf和電磁波信號(hào)的衰減不僅與雞蛋的重量有關(guān)，還與溫度有關(guān)。因此，必須對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行恒溫，恒溫后才能用于測(cè)量雞蛋的新鮮度。為此，再增加實(shí)時(shí)連續(xù)測(cè)量雞蛋重量的電子秤和恒溫裝置后即可連續(xù)測(cè)量雞蛋的新鮮度。校準(zhǔn)定標(biāo)過(guò)程如下將不同重量、相同新鮮度的雞蛋送入共振腔，同時(shí)測(cè)量共振腔的瞬時(shí)頻偏Δf和電磁波信號(hào)的衰減，列表存入計(jì)算機(jī)；將相同重量、不同新鮮度的雞蛋送入共振腔，同時(shí)測(cè)量共振腔的共振頻偏Δf和電磁波信號(hào)的衰減，列表存入計(jì)算機(jī)，完成定標(biāo)校準(zhǔn)過(guò)程。正常使用時(shí)，在取樣時(shí)刻計(jì)算機(jī)從USB接口讀取雞蛋進(jìn)入圓柱形金屬共振腔后產(chǎn)生的瞬時(shí)頻偏Δf、電磁波信號(hào)的衰減和重量，經(jīng)查表等處理后即可顯示該時(shí)刻共振腔內(nèi)雞蛋的新鮮度。
本發(fā)明所述的電磁波共振腔無(wú)損檢測(cè)雞蛋新鮮度的方法所使用的裝置包括金屬共振腔、重量傳感器、傳送帶和計(jì)算機(jī)，所述的金屬共振腔為被電磁波激勵(lì)的、恒溫的金屬共振腔，所述的傳送帶通過(guò)金屬共振腔，重量傳感器的一端與傳送帶連接，另一端與計(jì)算機(jī)連接，重量傳感器用于稱量進(jìn)入金屬共振腔的一個(gè)雞蛋的重量，該方法包括以下步驟(一)、事先對(duì)不同重量和不同新鮮度的雞蛋進(jìn)入共振腔內(nèi)的頻偏Δf與電磁波信號(hào)的衰減進(jìn)行測(cè)量列表存入計(jì)算機(jī)，完成定標(biāo)校準(zhǔn)過(guò)程；(二)、讓需檢測(cè)的雞蛋依次進(jìn)入共振腔，在取樣時(shí)刻計(jì)算機(jī)讀取雞蛋引起的瞬時(shí)頻偏Δf、電磁波信號(hào)的衰減和重量，經(jīng)查表等處理后即可顯示該時(shí)刻傳送帶上該雞蛋的新鮮度。
本發(fā)明是提供一個(gè)電磁波與雞蛋的強(qiáng)相互作用區(qū)，即金屬共振腔，采用分布參數(shù)諧振腔會(huì)使檢測(cè)精度更高。所述的金屬共振腔可以是開放式的，也可以是封閉式的，其形狀可為多種形狀，如圓柱形、方形、平面形等；當(dāng)金屬共振腔為封閉時(shí)，腔壁上應(yīng)有開口，讓傳送帶從中穿過(guò)；當(dāng)共振腔為開放時(shí)，傳送帶應(yīng)靠近共振腔，其距離應(yīng)小于激勵(lì)的共振腔的電磁波的一個(gè)波長(zhǎng)；所述的傳送帶不吸收電磁波。一般說(shuō)來(lái)，被檢物品單個(gè)進(jìn)入共振腔，檢測(cè)較為簡(jiǎn)單。
根據(jù)上面的方法，本專業(yè)的普通技術(shù)人員就可以實(shí)施本發(fā)明技術(shù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與光學(xué)法比較，本發(fā)明測(cè)量穩(wěn)定性好、易調(diào)整、免維護(hù)，并且測(cè)量結(jié)果不受蛋殼顏色的影響；與電學(xué)法相比，本發(fā)明易于快速實(shí)現(xiàn)雞蛋的新鮮度檢測(cè)；與微波傳輸反射法比較，本發(fā)明靈敏度高，測(cè)量準(zhǔn)確。本發(fā)明可適用于所有禽蛋新鮮度的檢測(cè)。


圖1為圓柱形金屬共振腔及其坐標(biāo)系。
圖2為內(nèi)設(shè)置傳送帶的圓柱形金屬共振腔。
圖3為在圖2所示實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)量的不同新鮮度雞蛋的電磁波波譜圖。
圖4為雞蛋儲(chǔ)存時(shí)間與電磁波信號(hào)衰減的關(guān)系圖。
圖5為雞蛋儲(chǔ)存時(shí)間與電磁波共振腔頻偏Δf的關(guān)系圖。
圖6為實(shí)施例中的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為實(shí)施例中的電路方框圖。
圖中1-待檢測(cè)雞蛋，2-傳送帶，3-金屬共振腔，4-電磁波耦合器裝置，5-孔，6-發(fā)射系統(tǒng)，7-接口，8-接收系統(tǒng)，9-計(jì)算機(jī)，10-重量傳感器。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例如圖6、圖7所示。
本實(shí)施例采用圓柱形金屬共振腔3，其高度為20mm，直徑為300mm，材質(zhì)為黃銅，傳送帶2材質(zhì)為聚四氟乙烯，金屬共振腔3的腔壁上有60×60mm的中心方孔5，傳送帶2穿過(guò)其中心方孔5，直徑3mm、長(zhǎng)為10mm的電磁波耦合器裝置4用于耦合發(fā)生電磁波，電磁波由掃頻電路產(chǎn)生，通過(guò)耦合裝置饋送到共振腔；6為電磁波發(fā)射系統(tǒng)，由掃頻電路組成，用于產(chǎn)生電磁波；7為接口電路，分別用于將計(jì)算機(jī)與發(fā)射系統(tǒng)連接、將接收系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)連接和稱重裝置與計(jì)算機(jī)連接；8為接收系統(tǒng)，由檢波放大電路和DSP組成；9為計(jì)算機(jī)；稱重系統(tǒng)10為電子秤；中空心箭頭表示傳送帶運(yùn)動(dòng)方向。
待檢測(cè)的雞蛋1排列在傳送帶2上，依次通過(guò)圓柱形金屬共振腔3，從計(jì)算機(jī)USB口讀出雞蛋進(jìn)入共振器時(shí)的頻偏Δf和電磁波信號(hào)的衰減。
該實(shí)施例中，電磁波共振電路含有電磁波共振腔、掃頻電路、檢波器、放大器和DSP。
以上實(shí)例僅對(duì)發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，而本發(fā)明的范圍不受所舉實(shí)施例的局限。
權(quán)利要求
1.一種電磁波共振腔無(wú)損檢測(cè)雞蛋新鮮度的方法，其特征在于所使用的裝置包括金屬共振腔、重量傳感器、傳送帶和計(jì)算機(jī)，所述的金屬共振腔為被電磁波激勵(lì)的、恒溫的金屬共振腔，所述的傳送帶通過(guò)金屬共振腔，所述的重量傳感器的一端與傳送帶連接，另一端與計(jì)算機(jī)連接，重量傳感器用于稱量進(jìn)入金屬共振腔的一個(gè)雞蛋的重量，該方法包括以下步驟(一)、事先對(duì)不同重量和不同新鮮度的雞蛋進(jìn)入共振腔內(nèi)的頻偏Δf與電磁波信號(hào)的衰減進(jìn)行測(cè)量，列表存入計(jì)算機(jī)，完成定標(biāo)校準(zhǔn)過(guò)程；(二)、讓需檢測(cè)的雞蛋依次進(jìn)入共振腔，在取樣時(shí)刻計(jì)算機(jī)讀取雞蛋引起的瞬時(shí)頻偏Δf、電磁波信號(hào)的衰減和重量，經(jīng)查表等處理后即可顯示該時(shí)刻傳送帶上該雞蛋的新鮮度。
2.如權(quán)利要求1所述的電磁波共振腔無(wú)損檢測(cè)雞蛋新鮮度的方法，其特征在于所述的金屬共振腔是分布參數(shù)諧振腔。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電磁波共振腔無(wú)損檢測(cè)雞蛋新鮮度的方法，其特征在于所述的金屬共振腔是開放式的，所述的傳送帶靠近共振腔，其距離小于激勵(lì)的共振腔的電磁波的一個(gè)波長(zhǎng)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的電磁波共振腔無(wú)損檢測(cè)雞蛋新鮮度的方法，其特征在于所述的金屬共振腔是封閉式的，其腔壁上有開口，所述的傳送帶從中穿過(guò)。
5.如權(quán)利要求1所述的電磁波共振腔無(wú)損檢測(cè)雞蛋新鮮度的方法，其特征在于所述的傳送帶不吸收電磁波。
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種電磁波技術(shù)在無(wú)損檢測(cè)禽蛋質(zhì)量上的應(yīng)用。本發(fā)明所述方法所使用的裝置包括金屬共振腔、重量傳感器、傳送帶和計(jì)算機(jī)，該方法包括以下步驟(一)、事先對(duì)不同重量和不同新鮮度的雞蛋進(jìn)入共振腔內(nèi)的頻偏Δf與電磁波信號(hào)的衰減進(jìn)行測(cè)量，列表存入計(jì)算機(jī)，完成定標(biāo)校準(zhǔn)過(guò)程；(二)、讓需檢測(cè)的雞蛋依次進(jìn)入共振腔，在取樣時(shí)刻計(jì)算機(jī)讀取雞蛋引起的瞬時(shí)頻偏Δf、電磁波信號(hào)的衰減和重量，經(jīng)查表等處理后即可顯示該時(shí)刻傳送帶上該雞蛋的新鮮度。本發(fā)明靈敏度高，測(cè)量準(zhǔn)確。本發(fā)明可適用于所有禽蛋新鮮度的檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01N23/00GK1789992SQ20051004869
公開日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2005年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月15日
發(fā)明者黃銘, 余江, 宗容, 楊明華, 蔡光卉, 施繼紅, 楊晶晶 申請(qǐng)人:云南大學(xué)