食用豆类介电特性的研究

论文摘要

随着人们生活水平的提高,人们对食用豆类品质有了更高的要求。含水率是影响食用豆类品质的最主要因素,因此对其含水率进行准确、快速的测定具有十分重要的意义。而传统的含水率测定方法及仪器不仅费时费力,同时也不适用于食用豆类的测定。与之相比,利用食用豆类介电特性对其含水率进行测定,具有传统方法不可比拟的优点。为了给基于介电特性的食用豆类含水率检测仪的开发奠定基础,本研究采用平行极板技术,以绿豆、红小豆为对象,研究了测量信号频率、含水率、温度和容积密度对其介电参数(相对介电常数εr’和介质损耗因数εr")的影响,建立了含水率检测的数学模型,并验证了模型的正确性。得到以下结论:(1)在1k~1MHz频段内,绿豆和红小豆的相对介电常数和介质损耗因数均随着测量信号频率的增大而逐渐减小,并且在确定的容积密度下,含水率越高减小速度越快,变化趋势越明显。当频率小于100kHz时,相对介电常数和介质损耗因数下降趋势较显著;当频率大于100kHz时,相对介电常数和介质损耗因数的变化趋势趋于平缓。与相对介电常数相比,介质损耗因数的减小趋势更加显著且变化的范围更宽。(2)测量信号频率为恒定值时,对于一定容积密度的绿豆和红小豆,其相对介电常数都随含水率的升高而增大,高含水率时的增大速率比低含水率下大;在不同的测量信号频率下,随着含水率的增大,绿豆的介质损耗因数和红小豆的介质损耗因数也随之增大,且当测量信号频率不断增大的同时,变化趋势逐步平缓。当频率为2kHz左右时,ε"r随着含水率的增大表现出最显著的变化趋势。(3)对于确定的频率和容积密度,绿豆、红小豆的相对介电常数和介质损耗因数随着温度的升高皆呈单调递增趋势。含水率越高,其相对介电常数增大趋势越明显;此外,对于不同频率的测量信号,相对于高频信号作用下,低频时相对介电常数和介质损耗因数相对于温度的变化趋势更为显著。(4)一定的温度条件下,在确定的测量信号频率和测量信号频率相对变化两种条件下,发现对于高频和低频信号的作用,容积密度的变化对于绿豆相对介电常数的影响无规律性;相同条件下,绿豆的介质损耗因数随容积密度变化未呈现出明显的规律性。红小豆的相对介电常数和介质损耗因数随着容积密度的增大呈现逐渐变大的趋势,而且低频比高频时变化趋势显著。(5) 500kHz时,建立了绿豆介电参数(相对介电常数εr’和介质损耗因数ε"r)与含水率、温度的三次回归方程;同时建立了关于绿豆含水率的数学模型,并对模型进行了验证,表明利用介电特性进行绿豆含水率测试是准确可行的。500kHz时,建立了红小豆介电参数(相对介电常数εr’和介质损耗因数ε"r)与含水率、温度、容积密度的数学模型;同时建立了关于红小豆含水率的数学模型,并对模型进行了验证,表明利用介电特性进行红小豆含水率测试是准确可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 本研究的背景及意义
• 1.2 介电特性基本理论
• 1.2.1 介电特性概念
• 1.2.2 介电特性的主要参数
• 1.3 国内外常用的介电特性测量技术
• 1.3.1 平行极板技术
• 1.3.2 同轴探头技术
• 1.3.3 传输线技术
• 1.3.4 自由空间法
• 1.3.5 谐振腔技术
• 1.4 粮食、谷物和豆类介电特性研究及应用
• 1.4.1 粮食、谷物和豆类介电特性研究进展
• 1.4.2 基于介电特性的农产品含水率检测仪的研发现状
• 1.4.3 基于介电特性的介电分选研究现状
• 1.5 本论文的主要内容
• 第二章 材料和方法
• 2.1 试验材料及处理
• 2.2 测量方法
• 2.2.1 介电特性测量系统和方法
• 2.2.2 含水率测量方法
• 2.2.3 容积密度测量方法
• 2.2.4 温度测量方法
• 2.3 测量步骤
• 2.4 数据处理分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 绿豆的介电特性
• 3.1 引言
• 3.2 试验中所用绿豆的含水率与容积密度
• 3.2.1 绿豆的含水率
• 3.2.2 各含水率下绿豆的容积密度
• 3.3 结果和分析
• 3.3.1 频率对绿豆介电特性的影响
• 3.3.2 含水率对绿豆介电特性的影响
• 3.3.3 温度对绿豆介电特性的影响
• 3.3.4 容积密度对绿豆介电特性的影响
• 3.3.5 基于介电特性的绿豆含水率检测的数学模型
• 3.4 本章小结
• 第四章 红小豆的介电特性
• 4.1 引言
• 4.2 试验中所用红小豆的含水率与容积密度
• 4.2.1 红小豆的含水率
• 4.2.2 各含水率下红小豆的容积密度
• 4.3 试验结果与分析
• 4.3.1 频率对红小豆介电特性的影响
• 4.3.2 含水率对红小豆介电特性的影响
• 4.3.3 温度对红小豆介电特性的影响
• 4.3.4 容积密度对红小豆介电特性的影响
• 4.3.5 基于介电特性的红小豆含水率检测的数学模型
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介