專利名稱：電磁波共振腔無損檢測雞蛋新鮮度的方法
技術領域：
本發明涉及到一種電磁波技術在無損檢測禽蛋質量上的應用。
背景技術：
目前，在貿易網中大都使用感官和物理方法對雞蛋品質進行鑒別和分級，只要雞蛋不是劣質蛋，均可投放到市場上。對少數農村養雞戶來說，可用這種方法粗略地對雞蛋進行鑒別和分級；但對大批量生產來說，用這些方法勞動強度大，分級精度低，而且檢測結果缺乏客觀性。
最近，又報道了幾種無損檢測雞蛋品質的方法。聲學沖擊法其原理是根據敲擊雞蛋所產生的聲脈沖振動，做頻譜分析來檢測雞蛋的裂紋，好殼蛋檢測準確率為85％，這種方法的缺點是只能檢測蛋殼的好壞。光學法其原理是利用光的透射、折射和反射現象與雞蛋的內部品質建立一種關系，通過數學模型建立其檢測雞蛋品質的方法。其新鮮度分級準確率可達95％以上。這種方法的缺點是成本高，且測量結果受蛋殼顏色和內部組成成分的影響。動力學法其原理是利用對雞蛋的沖擊或振動特征與雞蛋的品質建立起兩者之間的相關性。例如，Coucke研究了以無破壞性沖擊雞蛋的振動頻率來設定蛋殼特性，描述了在最低響應頻率時的三維振動模型，并分析了蛋殼指標與動態硬度值之間的相關性，這種方法的缺點是難以實現雞蛋新鮮度的無損檢測。電學法其原理是利用雞蛋電導率的差異，建立相關的模型來檢測雞蛋的品質。例如，劉熙等人對不同新鮮度的雞蛋進行了PH值、TVBN和電導率的檢測，結果表明隨著雞蛋新鮮度的降低，雞蛋的電導率呈下降趨勢。這種方法的缺點是難實現快速無損檢測。微波傳輸反射法其原理是利用微波的透射和反射現象與雞蛋的內部品質建立數學模型來檢測雞蛋的新鮮度。例如，Volgyi報道了在14.2GHz微波輻射下雞蛋的反射實驗，結果表明反射信號隨時間的變化規律為-1dB/30天。這種方法的缺點是靈敏度低。
同一發明人的專利號為02125071.5的中國專利公開了一種“超高頻諧振腔連續測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松散物料(介質)的流量進行連續測量的方法，但該方法僅研究了松散物料流經諧振腔的頻偏Δf信息，不能由此計算出物料的水分含量。
同一發明人的申請號為200410040027.X的中國專利公開了“一種物質成分和含量的檢測方法”，系涉及一種電磁波譜技術在識別物質成分和含量上的應用。該方法的核心是考慮了物質的弛豫特性，能識別物質的成分和含量。但該方法復雜，對雞蛋而言不能通過升溫獲得其電磁波譜特性。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術的缺陷，提供一種快速、易調整、免維護、重復性好和準確的檢測雞蛋新鮮度的方法，即用電磁波共振腔無損檢測雞蛋新鮮度的方法。
由電磁場理論可知，對于圖1所示的中間填充了物質的圓柱形E010模金屬共振腔，其場分量為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a、b、c區的相應值。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，僅需測量出樣品進入共振腔前后的頻偏Δf＝f1-f0和電磁波信號的衰減，即可反演出樣品的介電常數εc。
分析雞蛋的介電特性可知，雞蛋的主要成份為蛋白質、脂肪和水。雞蛋的新鮮度與其水分含量、蛋白質和脂肪品質有關。由于水的介電常數遠大于蛋白質和脂肪的介電常數，雞蛋內水含量對電磁波的影響極大。因此，本發明介紹的電磁波共振腔無損檢測雞蛋新鮮度的方法具有重復性好、易調整、免維護、能快速和準確地檢測雞蛋的新鮮度。
實驗結果在圖2所示的實驗條件和25℃的室內環境下，用昆明金匯通無線與微波技術研究所開發的電磁波波譜儀測量結果見圖3所示。電磁波信號的衰減與雞蛋儲存時間的關系見圖4，電磁波信號的頻率與雞蛋儲存時間的關系見圖5。以上實驗結果與理論分析一致。
另一方面，不同新鮮度雞蛋引起的金屬共振腔的頻偏Δf和電磁波信號的衰減不僅與雞蛋的重量有關，還與溫度有關。因此，必須對測量系統進行恒溫，恒溫后才能用于測量雞蛋的新鮮度。為此，再增加實時連續測量雞蛋重量的電子秤和恒溫裝置后即可連續測量雞蛋的新鮮度。校準定標過程如下將不同重量、相同新鮮度的雞蛋送入共振腔，同時測量共振腔的瞬時頻偏Δf和電磁波信號的衰減，列表存入計算機；將相同重量、不同新鮮度的雞蛋送入共振腔，同時測量共振腔的共振頻偏Δf和電磁波信號的衰減，列表存入計算機，完成定標校準過程。正常使用時，在取樣時刻計算機從USB接口讀取雞蛋進入圓柱形金屬共振腔后產生的瞬時頻偏Δf、電磁波信號的衰減和重量，經查表等處理后即可顯示該時刻共振腔內雞蛋的新鮮度。
本發明所述的電磁波共振腔無損檢測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、傳送帶和計算機，所述的金屬共振腔為被電磁波激勵的、恒溫的金屬共振腔，所述的傳送帶通過金屬共振腔，重量傳感器的一端與傳送帶連接，另一端與計算機連接，重量傳感器用于稱量進入金屬共振腔的一個雞蛋的重量，該方法包括以下步驟(一)、事先對不同重量和不同新鮮度的雞蛋進入共振腔內的頻偏Δf與電磁波信號的衰減進行測量列表存入計算機，完成定標校準過程；(二)、讓需檢測的雞蛋依次進入共振腔，在取樣時刻計算機讀取雞蛋引起的瞬時頻偏Δf、電磁波信號的衰減和重量，經查表等處理后即可顯示該時刻傳送帶上該雞蛋的新鮮度。
本發明是提供一個電磁波與雞蛋的強相互作用區，即金屬共振腔，采用分布參數諧振腔會使檢測精度更高。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；當金屬共振腔為封閉時，腔壁上應有開口，讓傳送帶從中穿過；當共振腔為開放時，傳送帶應靠近共振腔，其距離應小于激勵的共振腔的電磁波的一個波長；所述的傳送帶不吸收電磁波。一般說來，被檢物品單個進入共振腔，檢測較為簡單。
根據上面的方法，本專業的普通技術人員就可以實施本發明技術，實現發明目的。
本發明的優點與光學法比較，本發明測量穩定性好、易調整、免維護，并且測量結果不受蛋殼顏色的影響；與電學法相比，本發明易于快速實現雞蛋的新鮮度檢測；與微波傳輸反射法比較，本發明靈敏度高，測量準確。本發明可適用于所有禽蛋新鮮度的檢測。


圖1為圓柱形金屬共振腔及其坐標系。
圖2為內設置傳送帶的圓柱形金屬共振腔。
圖3為在圖2所示實驗條件下測量的不同新鮮度雞蛋的電磁波波譜圖。
圖4為雞蛋儲存時間與電磁波信號衰減的關系圖。
圖5為雞蛋儲存時間與電磁波共振腔頻偏Δf的關系圖。
圖6為實施例中的裝置結構示意圖。
圖7為實施例中的電路方框圖。
圖中1-待檢測雞蛋，2-傳送帶，3-金屬共振腔，4-電磁波耦合器裝置，5-孔，6-發射系統，7-接口，8-接收系統，9-計算機，10-重量傳感器。
具體實施例方式
實施例如圖6、圖7所示。
本實施例采用圓柱形金屬共振腔3，其高度為20mm，直徑為300mm，材質為黃銅，傳送帶2材質為聚四氟乙烯，金屬共振腔3的腔壁上有60×60mm的中心方孔5，傳送帶2穿過其中心方孔5，直徑3mm、長為10mm的電磁波耦合器裝置4用于耦合發生電磁波，電磁波由掃頻電路產生，通過耦合裝置饋送到共振腔；6為電磁波發射系統，由掃頻電路組成，用于產生電磁波；7為接口電路，分別用于將計算機與發射系統連接、將接收系統與計算機連接和稱重裝置與計算機連接；8為接收系統，由檢波放大電路和DSP組成；9為計算機；稱重系統10為電子秤；中空心箭頭表示傳送帶運動方向。
待檢測的雞蛋1排列在傳送帶2上，依次通過圓柱形金屬共振腔3，從計算機USB口讀出雞蛋進入共振器時的頻偏Δf和電磁波信號的衰減。
該實施例中，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。
以上實例僅對發明做進一步的說明，而本發明的范圍不受所舉實施例的局限。
權利要求
1.一種電磁波共振腔無損檢測雞蛋新鮮度的方法，其特征在于所使用的裝置包括金屬共振腔、重量傳感器、傳送帶和計算機，所述的金屬共振腔為被電磁波激勵的、恒溫的金屬共振腔，所述的傳送帶通過金屬共振腔，所述的重量傳感器的一端與傳送帶連接，另一端與計算機連接，重量傳感器用于稱量進入金屬共振腔的一個雞蛋的重量，該方法包括以下步驟(一)、事先對不同重量和不同新鮮度的雞蛋進入共振腔內的頻偏Δf與電磁波信號的衰減進行測量，列表存入計算機，完成定標校準過程；(二)、讓需檢測的雞蛋依次進入共振腔，在取樣時刻計算機讀取雞蛋引起的瞬時頻偏Δf、電磁波信號的衰減和重量，經查表等處理后即可顯示該時刻傳送帶上該雞蛋的新鮮度。
2.如權利要求1所述的電磁波共振腔無損檢測雞蛋新鮮度的方法，其特征在于所述的金屬共振腔是分布參數諧振腔。
3.如權利要求1或2所述的電磁波共振腔無損檢測雞蛋新鮮度的方法，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，其距離小于激勵的共振腔的電磁波的一個波長。
4.如權利要求1或2所述的電磁波共振腔無損檢測雞蛋新鮮度的方法，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。
5.如權利要求1所述的電磁波共振腔無損檢測雞蛋新鮮度的方法，其特征在于所述的傳送帶不吸收電磁波。
全文摘要
本發明涉及到一種電磁波技術在無損檢測禽蛋質量上的應用。本發明所述方法所使用的裝置包括金屬共振腔、重量傳感器、傳送帶和計算機，該方法包括以下步驟(一)、事先對不同重量和不同新鮮度的雞蛋進入共振腔內的頻偏Δf與電磁波信號的衰減進行測量，列表存入計算機，完成定標校準過程；(二)、讓需檢測的雞蛋依次進入共振腔，在取樣時刻計算機讀取雞蛋引起的瞬時頻偏Δf、電磁波信號的衰減和重量，經查表等處理后即可顯示該時刻傳送帶上該雞蛋的新鮮度。本發明靈敏度高，測量準確。本發明可適用于所有禽蛋新鮮度的檢測。
文檔編號G01N23/00GK1789992SQ20051004869
公開日2006年6月21日 申請日期2005年12月15日 優先權日2005年12月15日
發明者黃銘, 余江, 宗容, 楊明華, 蔡光卉, 施繼紅, 楊晶晶 申請人:云南大學