اندازه گیری خصوصیات دی الکتریک میوه های تازه و خشکبار در فرکانس رادیویی و مایکروویو بوسیله تکنیک خط انتقال کوآکسیال

نویسندگان

چکیده

اندازه‌گیری خصوصیات دی‌الکتریک مواد غذایی و کشاورزی برای توسعه فنّاوری‌های الکتریکی مانند گرم‌کن‌های مایکروویو و بسامد رادیویی، اندازه‌گیری غیر مخرب رطوبت در صنایع کشاورزی و غذایی بسیار حائز اهمیت است. در این مقاله، یک سیستم خط انتقال کوآکسیال دو دهانه برای اندازه‌گیری خصوصیات دی‌الکتریک مواد غذایی و کشاورزی در بسامد رادیویی و مایکروویو ارائه شد. پراب کوآکسیال طراحی گردید و به‌وسیله استیل ضدزنگ ساخته شد. پراب طراحی‌شده می‌تواند خصوصیات دی‌الکتریک مواد با اندازه‌های کوچک یا مقادیر کم را در درجه حرارت‌های مختلف اندازه‌گیری نماید. خصوصیات دی‌الکتریک سیب‌درختی زرد و قرمز به‌عنوان میوه تازه و گردو و پسته به‌عنوان خشکبار در محتوی رطوبت اولیه اندازه‌گیری شد. تمامی آزمایش‌ها در پنج سطح درجه حرارت از ??-?? درجه سانتی‌گراد و در چهار بسامد ??، ??، ?? و ??? مگاهرتز اندازه‌گیری شده‌اند. برای تهیه مخلوط همگن از میوه‌های تازه و خشکبار از آسیاب استفاده گردید. محتوی رطوبت اولیه سیب قرمز، سیب زرد، پسته و گردو به ترتیب ??، ??، ? و ?% (بر اساس وزن‌تر) است. خصوصیات دی‌الکتریک نمونه‌ها به‌وسیله خط انتقال کوآکسیال دو دهانه و دستگاه وکتور نتورک آنالایزر اندازه‌گیری شد. نتایج نشان دادند که ثابت دی‌الکتریک و فاکتور افت دی‌الکتریک با افزایش بسامد کاهش‌یافته است. ثابت دی‌الکتریک و فاکتور افت دی‌الکتریک با درجه حرارت رابطه مستقیم نشان داد، اما در بسامد مایکروویو ??? مگا‌هرتز تقریباً ثابت می‌گردد. نتایج همچنین نشان دادند که مقدار ثابت دی‌الکتریک و فاکتور افت دی‌الکتریک سیب‌درختی به دلیل محتوی رطوبت بالا بیشتر از گردو و پسته با محتوی رطوبت پایین است. عمق نفوذ با افزایش بسامد و افزایش دمای نمونه کاهش یافت.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Measuring the dielectric properties of fresh fruits and kernel nuts at Radio frequency and microwave by using Coaxial transmission line technique.

نویسندگان [English]

  • Motahareh Vaezi Zadeh Roukerd
  • Mohsen Shamsi
  • Kambiz Afrooz
  • Mohammad Ali Rostami

چکیده [English]

Information on dielectric properties of food and agriculture materials is needed for developing of electrical technologies in the agricultural and food industries such as radio frequency and microwave heating and non-destructive moisture measurement. In this study, a simple procedure based on two port coaxial transmission/reflection line is presented to measure the dielectric properties of biomaterials and agricultural products at radio frequency (RF) and microwave (MW) frequencies. The transmission line was designed and manufactured by stainless steel. The designed set up can measure the dielectric properties of small values of little objects like insects in different temperatures. The dielectric properties of 'Golden Delicious (GD)', 'Red Delicious (RD)' apples, as fresh fruit and walnut, and pistachio as kernel nuts at initial moisture content were measured. The tests were carried out at five temperature levels between ?? to ??? and four frequencies i.e. ??, ??, ?? and ??? MHz, which are allocated for ISM (Industrial, Scientific and Medical) applications. The electric bender is used to cut fruit flesh into paste and the nut kernel to powder. The initial moisture content of Red Delicious, Golden Delicious apples, pistachio, and walnut samples were ??, ??, ?, and ?% w.b, respectively. The dielectric properties of samples were measured by the two-port coaxial probe transmission line and the vector network analyzer. The results showed that dielectric constant and dielectric loss factor decreased with increasing frequency. The dielectric constant and dielectric loss factor for all tested materials increased with temperature. The dielectric loss factor of fresh fruits and kernel nut increased almost linearly with increasing temperature at radio frequency, but remained nearly constant at ??? MHz microwave frequency. The results showed that dielectric constant and dielectric loss factor of apple with high moisture content were larger than pistachio and walnut with low moisture content. The penetration depth decreased with increasing the frequency and temperature.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dielectric constant
  • Dielectric loss factor
  • Coaxial transmission line
  • Radio frequency
  • Microwave