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

حسن ذکی دیزجی، دانشجوی دکتری گروه مکانیک ماشین های کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس سعید مینایی، دانشیار گروه مکانیک ماشین های کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس تیمور توکلی هشتجین، استاد گروه مکانیک ماشین های کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس منیژه مختاری دیزجی، دانشیار گروه فیزیک پزشکی دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

استفاده از فن فراصوت در ارزیابی و فراوری مواد غذایی سابقه ای دیرینه دارد اما در مورد محصولات کشاورزی روند تکمیلی را سپری می کند. 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 پیچید‏ه ساختاری آنها مشکل است. بنابراین، اولین مرحله در ارزیابی کیفیت محصولات کشاورزی، طراحی و ساخت سامانه فراصوتی مناسبی است که بتواند شاخص‏های فراصوتی محصولات کشاورزی را اندازه‏گیری کند. در این پژوهش، ابتدا سامانه اندازه‏گیر فراصوتی طراحی و ساخته شد که اساس کار آن، پردازش سیگنال های عبوری از محصولات کشاورزی است. در ادامه و در آزمایش هایی، اثر عوامل مؤثر در اندازه‏گیری شامل ماده واسط، پوشگیری موج، نیروی تماسی، ضخامت نمونه ها، و لایه تأخیر بر سیگنال دریافتی بررسی شد. بخش های اصلی سامانه عبارت­اند از تپ ساز/ تپ گیر، تراگذرهای فرستنده و گیرنده، برنامه کنترل، رایانه، و سامانه جمع آوری داده ها. سامانه با پردازش سیگنال ها به­صورت نیمه خودکار، ویژگی های سرعت و میزان تضعیف سیگنال را تعیین می کند. برای اجرای این آزمایش­ها، نمونه هایی از بافت چند محصول کشاورزی شامل سیب، سیب­زمینی، هویج، خیار، شلیل، به، و موز تهیه شد. طول نمونه ها 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، می توان امواج فراصوت را از بیشتر محصولات کشاورزی عبور داد. با در نظر گرفتن ماده واسط، ضخامت مناسب نمونه، و نیروی تماسی کم (5 نیوتن)، سامانه فراصوتی با دقت خوب، سرعت کمتر از 1 ثانیه و نیمه خودکار، میزان تضعیف و سرعت امواج عبوری از نمونه ها را اندازه گیری می کند. پوشگیری سیگنال موجب افزایش دقت در اندازه گیری شاخص سرعت امواج شد. بررسی طیف بسامدی سیگنال ها نشان داد که برای جلوگیری از جابه­جایی بسامدی بهتر است ضخامت نمونه‏ها یکسان باشد.