اندازه گيري صوتي حجم گردو، مبتني بر امواج ايستاي تشديد كننده هلمهولتس

Acoustical Measurement of Walnut Volume by Standing Waves of a Helmholtz Resonator

نفوذ آب به درون بافت مواد، با تاثير گذاري روي خواص فيزيكي آنها باعث شده تا اندازه گيري حجم به كمك آب، در مورد برخي مواد و محصولات قابل استفاده نباشد. روش حجم سنجي آكوستيك، مبتني بر فركانس تشديد رزوناتور هلمهولتس، به تازگي در مورد برخي محصولات كشاورزي مانند سيب و انگور با دقت نسبتا مطلوب مورد آزمايش قرار گرفته ( 0.97 = r2) اماناچيز بودن تغييرات فركانس تشديد هلمهولتس نسبت به تغيير حجم مواد (حدود Hzcc 0/1 ) باعث شده تا استفاده از اين روش در عمل با محدوديت مواجه گردد. بر اين اساس در تحقيق حاضر يكي از فركانسهاي فرعي حاصل از امواج ايستاي تشديد كننده، به جاي فركانس تشديد اصلي آن مورد استفاده قرار گرفت. براي اين منظور ابتدا يك تشديد كننده هلمهولتس، اختصاصا براي حجم سنجي گردو طراحي شد بطوري كه داراي حداكثر تغييرات فركانس اصلي نسبت به تغييرات حجم باشد( Hz / cc 1/3). سپس تشديد كننده مورد نظر ساخته شد و در كل طيف شنوايي انسان، با حجمهاي كره اي شكل شاهد در اندازه هاي مختلف آزمايش گرديد تا تغييرات فركانسهاي فرعي تشديد كننده نسبت به تغيير حجم كره ها آشكار گردد. آنگاه مناسبترين فركانس فرعي تشديد كننده با وضوح Hz / cc 22 شناسايي و پس از كاليبراسيون با كره هاي استاندارد و نيل به حداكثر عدم قطعيت 47cc/ ، مجددا توسط گردوهايي با حجم هاي متفاوت مورد ارزيابي قرار گرفت. ضريب تعيين بين حجمهاي اندازه گيري شده با آب، نسبت به حجم سنجي صوتي، خوب بوده ( 0.98 = r2) و گردوهاي منفرد، به صورت كاملا غير مخرب حجم سنجي شدند. ضمنا ميتوان اين دستگاه را به راحتي براي اندازه گيري حجم ساير مواد كشاورزي و غذايي مثل خاك دانه ها با مواد غذايي فرايند شده كه نمي توان روش حجم سنجي مايع را در مورد آنها بكار برد، تعميم داد.

Density is one of the important quality indices for agricultural products. Differences of density have been utilized for inspection of quality, structure, stiffness, maturity and seed viability. Density is calculated from mass and volume of the object. Mass can be measured precisely and quickly with a digital scale. Volume measurement, however, is not so easy. There are two typical methods for measuring volume: the gas displacement method and the liquid displacement method. The liquid displacement method is simple and easy, but agricultural products or foodstuff, especially dairy products may be damaged by immersion into liquid. The gas displacement method does not affect food seriously. But it requires quite a long time for measurement. A volume measurement system for foodstuffs with a Helmholtz resonator has been used to resolve the abovementioned problems. It was already reported that this volume measuring system performed well (R? >0.97) when measuring volume of water, clay, beans, apple and grapes. But variations of resonance frequency as a function of volume is too small (0.1 Hz/cc) and need special analysis methods as well as expensive hardware. Therefore, in this research, one of the standing waves of a special Helmholtz resonator is used for estimation of walnut volume. This standing wave produced a wide range of variations for resonance frequency in response to walnut volume change (about 22Hz/cc). In this case we can use the well-known fast furrier transform (FFT) method and non-expensive hardware for analyzing of signals. Uncertainity of volume measurement by this method for spherical objects was +0.47cc. Volume of individual walnuts were measured non-destructively and more precisely than the liquid displacement method. Corelation between the two methods was (R2 = 0.98). This method and the instrumentation may easily be calibrated and used for other agriculture and food product where the water displacement method is not favorable.