第二章食品无损检测：力学机械特性检测.ppt

南京农业大学食品科技学院 南京农业大学食品科技学院 食品无损检测 潘磊庆 南京农业大学食品科技学院 * 南京农业大学食品科技学院 * 第二章 力学和声学特性检测 了解： 1．力学特性和声学特性的应用。 2．力学和声学特性的检测设备和仪器。 掌握： 1．食品和农产品的常用力学和声学特性； 2．力学和声学特性无损检测原理； 3．食品与农产品力学和声学特性检测技术和方法。 * 南京农业大学食品科技学院 * 研究内容： ① 固体物料的力学特性主要包含：质量(重量)、密度、应力-应变规律、冲击、振动、屈服强度、硬度、蠕变、松弛、流变模型等； ② 散粒体的力学特性包含：摩擦、黏附、变形、流动、离析等； ③ 液体物料的力学特性主要包含：流体力学特性、流变特性、黏性、黏弹性等； ④声学特性和超声波特性等。 第一节 常用的力学声学特性 * 南京农业大学食品科技学院 * 第二节 力学特性检测 一、果蔬坚实度的检测 1.原理 果蔬生长和贮存过程中，细胞间的结合力变化，反映细胞间结合力变化的物理指标是坚实度。同时物料的质量、表面和内部颜色、形状、硬度、黏度等物理指标均会产生一系列的变化。 2.坚实度检测意义 ① 果蔬生长中成熟度的监测和分析，决定合适的收获期。 ② 果蔬收获过程按其成熟度分级，以便贮存。 ③ 果蔬内部品质的检测，保鲜期、贮存期的确定。 * 南京农业大学食品科技学院 * 坚实度检测传统方法： M-T戳穿试验 (Magness Taylor puncture test) 该方法是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。 优点：简单易行。 缺点： ☆ 损伤性的，不可能逐个检测，对 大样本的试验无法实现。 ☆ 果蔬不同位置的M—T试验的结果 有较大的差异。 * 南京农业大学食品科技学院 * （一）果蔬坚实度检测方法 果蔬组织材料的特性：时变和各向异性（苹果） 1． 冲击力检测果蔬坚实度 原理： 弹性球体与刚性平面的跌落冲击。 冲击力与果蔬 (即弹性球)的质量、几何尺寸、材料弹性模量等参数有关。 * 南京农业大学食品科技学院 * 实例： 西红柿的冲击力/西红柿坚实度分级 一种传送带，将西红柿从7 cm高度落在力传感器上，根据冲击力估计西红柿的坚实度，可将西红柿分成三个等级 。 研究表明: 冲击速度控制为常数(冲击速度对结果的影响很大) 桃品种：一点红 下落高度：2cm和4cm 传感器为：CA-YD-106； 质量：4g * 南京农业大学食品科技学院 * 2．振动频率分析法 基本原理：经测量得到固有频率f 后，由式可以估算出果蔬的弹 性模量，从而确定其坚实度。 公式： 式中： E—果蔬的弹性模量，MPa； ρ—果蔬的密度，g/cm3； μ—果蔬的泊松比； M—果蔬的质量，g； Ω—归一化频率，Hz； f—果蔬的固有频率，Hz。 * 南京农业大学食品科技学院 * 成就： 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，这些变化的根本原因是果蔬组织的弹性模量的改变。 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在线检测的两个基本物理量。 ③ 冲击力和果蔬的固有频率这些参数与M—T试验结果不完全相同，这是两种不同的检测手段，因此这两者的相关系数不高是必然的。 * 南京农业大学食品科技学院 * 实例：冲击振动检测西瓜的成熟度 1.西瓜的力学和物理特性 1）瓜皮的弹性模量是瓜瓤的5倍左右，瓜瓤的各部分弹性模量 也不相同，但差异不显著。 2）瓜瓤弹性模量的变化关系到西瓜的振动特性——振动无损 检测西瓜成熟度。 * 南京农业大学食品科技学院 * 2. 原理 作为近似和简化，西瓜可以视为多层球状弹性体。当其受到瞬态冲