基于电学参数的货架期红巴梨无损检测

以红巴梨为材料,利用HIOKI 3532-50型LCR测量仪和自制平行板铜电极,在100 Hz～5 MHz频率范围,对果实7 d货架期电学参数的变化进行无损伤测定,研究其与果实品质指标硬度、可溶性固形物含量的相关性,基于此找到与红巴梨果实成熟衰老相关的电学参数,并筛选出电指标最佳测试频率。结果表明,随着测试频率升高,果实阻抗和电感呈幂函数递减,电容和电导呈不规则变化。随着货架期延长,果实阻抗和电感显著下降（P=0.01）,电容和电导呈上升趋势。100 Hz～1 MHz范围内,随测试频率升高,果实阻抗、电感和电容与果实硬度相关性逐渐增大,相关系数分别由100 Hz时的0.45、0.45、0.37升高到1 MHz时的0.84、0.83、0.73,高于1 MHz时相关性下降或变化不大。果实阻抗、电容和电感可以作为标志红巴梨果实成熟衰老的电学指标,1 MHz为最佳测试频率。     

基于交流阻抗法的豆浆电特性检测

为实现豆浆品质快速检测和通电加热电源频率的优化,该文利用精密阻抗分析仪和DJS-10电导电极通过50 mV的激励电压在20 Hz～12 MHz频率范围内测量了不同温度（30～85℃）和不同固形物含量（1.01%～9.58%）的豆浆的交流阻抗。试验结果表明,豆浆阻抗模值与阻抗相位角随测量频率变化具有明显规律。豆浆的阻抗特性与温度以及固形物含量关系显著,且阻抗Nyquist 图存在明显差异。在全频段,豆浆阻抗模值随着温度和固形物含量的升高而减小;在低频段,豆浆阻抗相位角随温度以及固形物含量的升高而增大;在高频段,豆浆阻抗相位角随温度以及固形物含量的升高而减小。同时,研究提出了豆浆的电阻R、电容C、恒相位元件CPE（constant phase element）三元件等效电路模型,并用ZSimpWin软件进行拟合得到了试验条件下豆浆的等效电路元件参数。基于豆浆阻抗随频率变化规律及豆浆等效电路模型分析得出,豆浆通电加热电源的频率应在300 Hz～300 kHz范围内。豆浆的等效电阻R与温度以及固形物含量之间具有良好的负指数关系。CPE参数Q值随温度的升高而降低,当固形物含量超过3.5%后,Q值随固形物含量的升高迅速增加。CPE参数n值随温度的升高而升高,但在本研究中的固形物含量范围内n值并未随固形物含量的改变发生明显变化。本研究为豆浆通电加热电源的频率选择提供了参考依据,同时为基于豆浆电特性分析实现豆浆品质的快速检测奠定基础。     

葡萄冷藏中电学参数与质地特性变化规律

为了探讨采后葡萄电学参数与质地特性的变化规律,以红地球葡萄为材料,利用HIOKI 3532-50型LCR测量仪和自制平行板铜电极,在0.1～3?980 kHz频率范围内选取24个频率点,对采后冷藏果实进行了电学参数的动态测定,并研究了其与果实质地参数硬度、咀嚼性、黏着性和弹性之间的相关性,筛选出了电学参数较佳测试频率,建立了电抗X与质地参数的二元二次回归方程。结果表明,葡萄果实复阻抗Z、电感Lp、电抗X和电阻Rp随测试频率升高呈指数形式下降;在同一频率下,果实Z、Lp、X和Rp随着贮藏时间的增加呈线性下降趋势。随着果实的衰老,质地参数硬度和咀嚼性逐渐下降,黏着性绝对值和弹性呈上升趋势。在较佳测试频率0.1 kHz下,电学参数与质地参数呈现较高相关性,其中电抗X与硬度、弹性、黏着性呈现显著相关性（P<0.05）,同时与咀嚼性达到较高相关性,并建立了二者之间的关联方程,为实现葡萄无损检测提供了依据。     

葡萄电学参数与质地特性变化研究

以红地球葡萄为材料,利用HIOKI 3532-50型LCR测量仪和自制平行板铜电极,在0.1 kHz～3980 kHz频率范围内选取24个频率点,对采后冷藏果实进行了电学参数的动态测定,并研究了其与果实质地参数硬度、咀嚼性、黏着性和弹性之间的相关性,筛选出了电学参数最佳测试频率,建立了电抗X与质地参数的二元二次回归方程。结果表明,葡萄果实复阻抗Z、电感Lp、电抗X和电阻Rp随测试频率升高呈指数形式下降;在同一频率下,果实Z、Lp、X和Rp随着贮藏时间的增加呈线性下降趋势。果实质地参数硬度和咀嚼性随着果实的衰老逐渐下降,黏着性绝对值和弹性呈上升趋势。在最佳测试频率0.1 kHz下,电学参数与质地参数呈现较高相关性,其中电抗X与硬度、弹性、黏着性呈现显著相关性（P <0.05）,同时与咀嚼性达到较高相关性,并建立了二者之间的关联方程,为实现葡萄无损检测提供了依据。     

电激励信号的频率和电压对果品电特性的影响

采用无损接触检测及交叉试验法研究了电激励信号的频率和电压对果品电特性的影响。研究结果表明：在0.2～2.5 V的电压范围内，苹果电参数存在一电压临界值。若信号电压小于临界值，苹果的电容、电阻以及损耗角正切值保持不变，若电压大于该值，随着电压的增大，电容和电阻值迅速下降，损耗角正切值急剧增大；电压临界值与频率有关，在5～100 kHz的频段内，30 kHz下的电压临界值最大；猕猴桃、梨同苹果电参数的频率特性相同，而且也存在电压临界值；10 kHz下，苹果、猕猴桃和梨的电压临界值分别为0.8、1.8和1.4 V。文中提出了基于电压临界值的果品种类识别方法，验证结果表明，该方法对苹果、猕猴桃和梨的识别率分别为100%，93%和90%。     

利用电学阻抗技术检测巴氏杀菌乳的物理特性

阻抗特性作为宏观的电学参数可以实现对牛乳的理化性质评估。在20 Hz～12 MHz频率区间采用带螺旋测微仪的平行板测量系统连接阻抗分析仪研究了3类巴氏杀菌的全脂乳、低脂乳和脱脂乳在不同稀释比例及开封后室温储藏时的阻抗特性。提出巴氏杀菌乳的RC等效电路并采用ZSimpWin软件拟合得到了乳样的电学元件参数,发现低脂乳的稀释比例和其等效电阻呈指数关系,决定系数为0.8337(P<0.05)。各类巴氏杀菌乳的阻抗幅值随频率的提高而降低,相位角则呈现先减少后增加的趋势,其阻抗特性与脂肪含量无明显规律性,但与稀释比例存在显著性关系,20 Hz和1033 Hz时的全脂乳和脱脂乳的相位角与稀释比例具有良好的指数回归关系,决定系数为0.9887和0.9493(P<0.01),而低脂乳于11.4 kHz下相位角与稀释比例呈线性回归,决定系数为0.9846(P<0.01)。室温下开封储藏的乳品内部发生复杂的生化反应且伴随有机物分解,全脂乳和脱脂乳存放时间与其阻抗特性无显著性关系,但低脂乳在207 Hz的激发电场频率下的相位角与储藏时间呈现对数回归关系,决定系数为0.889(P<0.05)。该研究为实现生产中巴氏杀菌乳的浓度和储藏时间分析评估提供了快速而可靠的方法。     

马铃薯糊化过程中介电特性和热特性的分析(简报)

该文采用介电特性测定仪(DES100)和示差扫描量热仪(DSC120)对马铃薯片(含水率80.7%,淀粉含量16.5%)介电特性和热特性进行了比较研究,以确定马铃薯淀粉糊化过程中各特征参数值之间的关系。由介电特性曲线得出:在1～100kHz频率范围内的,65～80℃温度范围内,介电常数e′随温度的升高出现跃变型变化,67℃时变化速率最大,之后逐渐下降;由热吸收曲线得出热焓值的变化与e′变化规律相同,其糊化的3个特征温度(糊化起始、峰值、结束)分别是65、67和80℃,从两曲线得到的各特征值基本一致,说明利用马铃薯的介电特性和热特性的综合分析可以更准确地掌握其糊化过程,为进一步利用和控制马铃薯的糊化作用提供参考。     

基于阻抗特性和神经网络的鸡胸肉冻融次数鉴别方法

为了探究利用肉的介电特性检测冷冻肉品质的可能性,研究了新鲜鸡胸肉和不同冻融次数的鸡胸肉的品质以及阻抗的幅值和相位角变化状况。在0.05~200 kHz频率范围内,选择了16个不同的频率点进行阻抗特性分析。试验结果表明:鸡胸肉阻抗的幅值会随着频率上升而下降,相位角则相反。冷鲜肉与冷冻肉高频段相位角相差一个数量级,低频段阻抗的幅值差异也极显著(P0.01)。多次冻融处理后,解冻损失、丙二醛含量上升显著(P0.05),pH值变化不明显(P0.05)。反复冻融后低频段阻抗幅值降低(P0.05),大于50 kHz时,相位角有增大的趋势(P0.05),这与正常1次冻结-解冻肉的相位角变化趋势相反。利用径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络提取阻抗和幅值信息建立判别模型可以对不同冻融次数的肉进行较为准确的分类。研究结果表明,阻抗测量作为一种冷冻肉快速无损检测方法具有很大的发展潜力。     

苹果内部品质自动化无损检测系统的原理与实现

介绍了一个苹果内部品质自动检测系统的原理性样机，该样机在计算机控制下基于介电特性实现苹果品质检测。待检测苹果的介电参数通过两只电容传感器和LCR(电感-电容-电阻)测量仪进行采样并输入样机内的控制计算机。选择等效电容(介电参数之一)作为苹果等级分类变量。对于一批待检测的苹果，其最佳分类阈值可通过对抽选出的合格和等外样本的在线学习获得。试验结果表明，该样机可获得良好的分类效果。在待检苹果直径为7.0 cm～8.5 cm，坏损部分的直径大于2 cm，电容传感器工作频率为1 kHz时，以学习得到的最佳分类阈值进行分类，分级正确率大于80%，分级效率达到2.5 s分选一个苹果，接近人工分选效率。     

小麦叶片电特性与外加电压和频率的关系研究

为了研究小麦叶片含水率快速无损检测的方法,该文以小麦幼苗叶片为材料,用自制的平行板电容式电极研究不同含水率小麦叶片的生理电容、生理电阻对外加测试频率、电压的影响.结果表明:在测试电压1.25V,频率为15.7～150kHz的条件下,小麦的生理电容只因含水率差异而不同,而不受测试频率的影响,但生理电阻在5～150kHz之间与频率呈显著的负相关关系;当测试频率固定为75kHz,电压在0.1V至2.5V之间变化时,小麦的生理电容变化与含水率相关,受电压影响较小,生理电阻与电压为负的乘幂关系;在测试频率为75kHz,电压1.0V时,小麦叶片的生理电容、电阻与含水率均呈现显著相关关系,但利用生理电容变化测定小麦幼苗叶片含水率较用生理电阻测定结果准确.因此,可以利用叶片电特性,尤其是生理电容进行小麦叶片含水率快速无损检测.     

基于介电特性的燕麦含水率预测

为了给基于介电特性的小杂粮含水率测量仪的开发提供基础数据,该文以燕麦为对象,利用同心圆柱形电容器研究了测试信号频率(103～106Hz)、燕麦含水率(12%～21%)、温度(5～40℃)和体积密度(671～787kg/m3)对相对介电常数ε′和介质损耗因数ε″的影响,分析了介电参数变化的原因;建立了部分频率下燕麦介电参数与主要影响因素的关系模型,验证了模型的精度;检验了基于介电参数预测含水率的精度和可行性。结果表明,在103～106Hz频段内,燕麦的ε′和ε″均随测试信号频率的增大而减小,但随含水率、温度和体积密度的增大而增大;可用三元或二元三次方程描述介电参数和主要影响因素的关系,且各模型的决定系数皆大于0.96;同烘干法获得的含水率相比,基于介电参数预测燕麦含水率的误差范围在±1.2%,说明基于介电特性预测含水率是可行的。本研究对了解燕麦的介电特性以及燕麦含水率检测仪的开发有重要的指导意义。     

苹果内部品质的电特性无损检测研究

利用智能LCR测试仪、圆形平板电极系统和PC计算机及自主开发的水果电特性无损检测软件,用非接触式无损检测方法在线测定了不同内部品质的苹果的电特性的差异。结果表明,在5～100 kHz的频率范围内,有腐烂或损伤的苹果的阻抗比完好的要小,但测试结果受频率漂移影响较大;在33～100 kHz频率范围内,有腐烂或损伤的苹果的相对介电常数比完好的要大,测试频率的变化对相对介电常数基本无影响;损耗因数的变化则无一定的规律性。因此,用相对介电常数来进行水果内部品质的判别是可行的。     

基于电学特征的苹果水心病无损检测

为了探寻快速而准确的苹果水心病无损检测新方法,该文以‘秦冠’水心病疑似病果和好果作为试材,逐果采集11个电学指标在100 Hz~3.98 MHz间13个频率点的特征值,然后切开并统计真实发病情况。利用主成分分析结合不同分类模型进行好果与病果判别分析,结果选取方差累积贡献率大于90%的主成分15个,Fisher判别、多层感知器人工神经网络(multi-layer perceptron,MLP)对好果和病果的判断正确率均随着主成分数的增加而增大,并分别在主成分数量达到前13、10时趋于稳定水平93.3%、95.4%。径向基人工神经网络(radical basis function,RBF)结合15个主成分判别的正确率75.1%。水心病引起介电损耗系数D、复阻抗相角deg、串联等效电容Cs和并联等效电容Cp及相对介电常数(ε')、损耗因子(ε")共6个参数在低频区(100~10 000 Hz)的观测值高于好果,是电学法能够对水心病果和好果进行‘识别’的原因。同时发现,利用低频率下(100~25 100 Hz)损耗因子(ε")值结合MLP或RBF人工神经网络模型对水心病果和好果识别正确率均能达到100%,是一种简便而高效的苹果水心病无损检测方法,可为今后进一步研发苹果果实水心病在线无损检测仪器提供理论与技术依据。     

低频超声雾化栽培喷头阻抗特性的数值模拟

为了加速低频超声雾化栽培喷头的设计制造进程、降低研发成本,该文提出了其阻抗的测试原理电路图,建立了阻抗分析的有限元模型,在大型通用有限元分析软件ANSYS中进行了静态分析、模态分析和谐响应分析。应用静态分析、模态分析以及谐响应分析分别确定了静态电容、谐振频率和反谐振频率以及动态电阻、半功率点频率、动态电感、机械品质因数。利用阻抗分析仪PVC 70A对该喷头的阻抗特性进行了测量,并与有限元模拟结果进行了比较,结果表明各个参数可以作为设计超声波发生器的计算依据。     

无线电波频率和温度变化对狭鳕鱼糜介电特性的影响

为获得狭鳕鱼糜低温低频加热下的介电特性,采用同轴探针方法测定-18~18℃,频率2.1~1000 MHz内狭鳕鱼糜的介电常数和介电损失。结果表明,狭鳕鱼糜的介电常数随着频率增大而减小,随着温度升高呈先增大后减小趋势;当温度一定时,狭鳕鱼糜的介电损失随着频率增大而减小。当加热频率为27.1 MHz时,狭鳕鱼糜的介电损失值大于915 MHz时的介电损失,27.1 MHz的穿透深度远高于915 MHz频率下的穿透深度。微波具有穿透深度小的局限性,无线电波较微波更适合解冻大型物料。本研究结果为应用无线电波解冻狭鳕鱼糜提供了有效的技术手段和参考依据。     

利用介电参数和变量筛选建立玉米籽粒含水率无损检测模型

为了实现玉米含水率的快速无损检测,该文利用精密阻抗分析仪和自制介电参数测量传感器通过激励电压在1 kHz～5.462 MHz频率范围内测量了热风干燥过程中不同含水率与不同温度下玉米籽粒的介电常数ε''和介电损耗ε"。通过对双介电参数频谱的分析,对含水率回归模型建模频段进行了初步选择,以1.072～5.462 MHz之间15个测量频点的双介电参数和温度值T共计31维变量作为支持向量回归机（support vector regression,SVR）模型的输入全变量,分别利用竞争性自适应重加权算法（competitive adaptive reweighted sampling,CARS）、迭代保留信息变量算法（iteratively retains informative variables,IRIV）和CARS-IRIV联合算法筛选特征变量,建立全变量、CARS、IRIV和CARS-IRIV筛选特征变量与玉米籽粒含水率的SVR模型。引入鲸鱼优化算法（whale optimization algorithm,WOA）优化SVR模型参数c（惩罚因子）和g（核函数参数）,结果表明CARS-IRIV筛选特征变量（ε''3.854MHz、ε"3.854MHz、ε''5.462MHz、ε"5.462MHz、T）建立的SVR模型经WOA优化后（CARS-IRIV-WOA-SVR）具有最优的预测精度,预测集决定系数、预测集均方根误差和剩余预测偏差分别为0.998 4,0.40%和24.55,且模型复杂度最低。该研究为基于双介电参数和支持向量回归机实现玉米含水率快速无损检测提供了新的研究思路和基础数据。     

基于电学参数的苹果可溶性固形物含量预测

为实现苹果可溶性固形物含量的无损检测，该研究提出了一种长短期记忆编解码和多层感知机（LSTMED-MLP,long short-term memory encoder-decoder-multi-layer perceptron）融合的介电特征预测方法。在0.158～3 980 kHz频率范围内的9个频率点下，采用介电谱测量仪获取300个富士苹果的电学参数，其中每个频率点对应15项电学参数，即每个苹果对应135项电学特性参数，之后通过苹果基因组学理化分析方法，获取可溶性固形物含量；根据电学参数与可溶性固形物含量，构建苹果关键基因组学参数的回归预测模型。为简化模型输入，提取样本变量特征，使用主成分分析（principal component analysis,PCA）和LSTMED模型，提取每个样本的40项特征值，作为非线性回归模型多层感知机（MLP）和XGBoost的输入，建立可溶性固形物含量预测模型。试验结果表明，LSTMED具有更好的适用性，且LSTMED-MLP模型的预测效果最好，在校正集和预测集上，决定系数分别为0.95和0.90，均方根误差分别为0.77和0.84，且对不同种...     

电阻抗分析在菊苣根冻害检测中的应用研究

以菊苣(CichoriumintybusLvarfoliosumcv.)根为试材,分析了低温下电阻抗和钾离子渗漏速率的变化及其与细胞膜透性变化的定量关系。结果表明:随着低温贮藏时间的延长和冻害的发展,菊苣根细胞膜透性增大,钾离子渗漏速率上升,组织的电阻抗值下降。3种温度下(0℃,-1℃,-3℃)贮藏的菊苣根其电阻抗值的变化均与钾离子渗漏速率呈显著的负相关关系。电阻抗对频率作图显示,在低频率范围(20～100Hz)可得到最大而且较稳定的电阻抗值。因此,电阻抗分析方法可以用来检测和评价植物的冻害     

后熟过程中植物生长调节剂对猕猴桃电阻抗图谱特性的影响

为了探索植物生长调节剂对后熟过程中猕猴桃电阻抗图谱的影响,检测了膨大果和未处理的对照果的电阻抗图谱,观察了2类猕猴桃果肉组织细胞微观结构的变化,利用Hayden等效电路模型分析了后熟过程中猕猴桃果肉组织细胞外液电阻、细胞内液电阻和细胞膜阻抗的电学特性变化。后熟过程中,低频时膨大果阻值较大但变化较小,高频时2类猕猴桃阻值趋于一致;频率为12k Hz时相位角最大;2类果的Cole-cole图均为一段圆弧,对照果的圆弧半径变化较大;膨大果细胞膜阻抗差异不显著,对照果从第7天开始细胞膜阻抗急剧减小;对照果细胞外液电阻低于膨大果,从第7天开始2类果均呈现减小趋势。电阻抗图谱法揭示了后熟过程中对照果与膨大果的电阻抗特性变化规律,为猕猴桃膨大果的检测识别提供了研究基础。     

山区土地利用多功能时空分异特征及影响因素分析

射频加热作为一种新型的热加工技术,在果蔬烫漂工艺中应用潜力巨大。介电特性是影响果蔬射频加热的主要因素,其大小受到电磁场频率、温度以及水等因素的影响,依据介电特性变化可以对果蔬烫漂工艺进行优化改进。该文选用富士和秦冠2个苹果品种,采用末端开路同轴探头技术测定了不同温度(20、40、60、80、95 ℃),不同频率（12～3 000 MHz）下,苹果的介电特性的变化规律。采用6 kW、27.12 MHz的射频加热系统在不同极板间距（110、120、130 mm）下,对苹果块进行加热处理,通过荧光光纤测温探头监测样品的中心温度,得到3种不同极板间距下苹果块中心温度从25升至95 ℃的升温曲线和升温速率。用红外热像仪测定加热前后苹果块表面的温度分布,研究了苹果块射频加热均匀性。结果表明：苹果果肉的介电常数和损耗因子在12～3 000 MHz之间随着频率的增大先降低,后增大,再降低;温度对苹果果肉的介电常数和损耗因子的影响没有特定的规律;射频加热苹果块时,极板间距110 mm时升温最快,130 mm时升温最慢,各需要120和150 s。且苹果块中心温度随时间近似线性增长,射频加热过程中,苹果块表面温度分布表现出中心加热现象,即中心温度高,边缘温度低。