超声波技术在食品检测中的应用

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1、52食品与发酵工业FoodandFermentationIndustriesVol.24No.5X超声波技术在食品检测中的应用麻建国周建军(无锡轻工大学食品学院,无锡,214036)(贵州轻纺设计院,贵阳,550002)摘要超声波“无伤探测”技术以其设备投资低、操作简单、适应性强的特点而越来越多地引起食品检测和加工行业的注意。文章简要介绍了这项技术应用的基本原理,并概括地讨论了在一些食品加工和检测领域运用超声波检测技术的可能性和介绍了目前的研究进展。关键词超声波食品工业食品检测随着现代食品工业的发

2、展和为了满足市文涉及的是后一类技术。场竞争的需求,人们越来越多地把主要的精超声波探测技术是利用高频声波与物质力投向开发新产品、降低生产成本及提高产之间的相互作用以获取被测物质内部的物理品质量。为此,研究者和生产者一方面需要从化学性质。这种技术目前已比较成熟地运用基础理论方面了解各种体系中食品组分之间在医学、海洋学、材料工业和化工操作过程中的相互反应以及这些组分的结构与功能的关的生物和非生物物质的检测和研究,但在食[3]系,另一方面要求拥有有效的检测手段以探品体系的应用还是一个新课题。根据超声测上述

3、性质以及监测和控制加工过程中体系波检测的原理以及在其它体系应用的实绩,的各种变化。因此,研制和开发出适用于食品这种技术在食品体系的运用是可行的,尤其体系的检测分析仪器和技术手段已成为促进在光学不透明体系(绝大部分食品体系都有[1]现代食品工业发展的重要因素。根据现代这一性质)有着广泛的应用前景。技术的发展水平和应用程度,我们认为在食声波通过介质时大致表现为三种形式:品加工中引入超声波检测技术是一条可行和压缩波、表面波和切变波。在NDT应用中,有效的途径。较之其它两种形式,压缩波是最重要的考虑因素。

4、这种压缩波在介质中的传递是通过介1超声波检测原理质的压缩和膨胀进行的,但这种介质质点在工业中应用超声波技术分为两种类声波作用下以原始位置为原点所发生的振荡[2]型。一是利用高能量超声波破坏处理对象仍服从Hooke定律,换言之,介质的结构在的结构和组织,象清洗设备和管道、破坏生物声波传递过程中未发生任何根本性的破[4]细胞、影响化学反应和胶体体系的乳化等操坏。作。这种类型超声波的特征是频率较低(不超超声波检测技术最为常用的两个测量参过100kHz)、能量较高(至少达10kW·数是通过介质的声速和振幅

5、衰减。超声波检-2m)和采用连续式操作;另一类技术是利用测技术也分为连续式和脉冲式。前者操作较低能量超声波对处理对象进行无损伤探测复杂,仪器和技术要求较高,测量精度也相应(NDT),其特点是频率较高(介于0.1～0.2高,主要使用在一些专门的研究场所。工业上MHz)、能量较低(往往小于100mW)和大多比较实用的是脉冲式技术,其优点是操作简采用脉冲式操作。因为能量低,所以声波通过单、快速,易于自动化,测量精度对工业过程时不会根本改变介质的物理或化学性质。本的食品体系是足够的。下面简述的测量原理X收

6、稿时间:1998-02-23,改回时间:1998-05-29©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第24卷第5期麻建国等:超声波技术在食品检测中的应用53即属于脉冲式。超声波检测技术的原理可简示于图1。1.1声速测定当一个平面波通过介质时,超声波性质与介质的物理性质可用一个简单的数学式关联:2(JöX)=QöE(1)式中:J=XöC+iA是介质的复合波

7、数,A是衰减系数,C是超声波在介质中的声速;X=2Pf是角频率,f是声波频率;图1超声波原理示意图E是介质的弹性模量;A:脉冲信号发生器B:时间计数器Q是介质密度。C1:发送探头C2:接收探头D:样品声学均匀体系(大多数食品体系如水、分从信号发生器产生一个具有一定频率和子溶液或油脂类属于这类体系)的衰减很小振幅的脉冲电子波,在传至发送探头的同时,(即衰减系数A<

8、超声机定的数值相差很小。此时,上式简化为:械波通过样品压缩传递,被接收探头接收并2C=EöQ(2)再次转化成电子波,然后送至时间计数器记所以只要测出介质的声速,即可探知介质的录停止时间T2。则$T=T2-T1即为超声波物理性质。通过样品的时间。而通过样品的距离(样品厚对固态介质,其弹性模量可表达为度、或柱型容器内径)d已预先利用已知声速E=K+(4ö3)G(3)的物质准确测知,所以声速即可求出。式中:K是体积弹性模量,G是刚性模在两相的界面处,声波可能通过或反射,量。所以在测量中往