طراحي، ساخت و آزمايش متمركز كننده نمايي به منظور اندازه گيري ويژگي هاي فراصوتي محصولات كشاورزي

Design, fabrication and testing of exponential horn for measuring ultrasonic attributes of agricultural products

آزمون فراصوتي يكي از روش هايي است كه از آن مي توان براي ارزيابي كيفيت محصول هاي كشاورزي استفاده كرد. تراگذرهاي مورد استفاده در آزمون هاي غير مخرب فراصوتي، صنعتي هستند و از آنجايي كه محصول هاي كشاورزي تضعيف كننده شديد امواج فراصوتي مي باشند، نمي توان از اين تراگذرها در كشاورزي استفاده كرد و بايد تغييراتي در آنها ايجاد نمود. اين كار با استفاده از هورن يا متمركز كننده انجام مي گيرد كه وظيفه آن تمركز انرژي در سطح كوچك و در فاصله معيني از تراگذار است. در اين مقاله طراحي هورن نمايي با دو روش نظري و رايانه اي انجام شد و سپس ساخت و آزمايش آن براي اندازه گيري ويژگي هاي فراصوتي محصول هاي كشاورزي ارائه شد. بررسي هاي اوليه نشان داد كه مي توان با استفاده از روش رايانه اي هورن هاي بسيار پيچيده را با دقت بالايي طراحي كرد. در تحليل تأثير تعداد المان ها بر بسامد طبيعي هورن معلوم شد كه در تعداد المان هاي كم تحليل با خطا همراه است و تا جايي كه بسامد طبيعي هورن تقريباً ثابت شود بايد تعداد المان ها را زياد كرد كه در اين تحقيق تعداد المان لازم 300 در نظر گرفته شد. همچنين مقايسه بين روش نظري و رايانه اي نشان داد كه روش رايانه اي خطاي بسيار كمي ( كمتر از يك درصد) دارد و نياز به حل معادلات بسيار پيچيده ندارد. طبق بررسي هاي آماري، اثر ضخامت محصول ( سيب زميني و هويج) بر سرعت امواج فراصوتي در كاوشگر داراي هورن معني دار نبود. در حالي كه در كاوشگر بدون هورن با تغيير ضخامت نمونه، سرعت به طور معني داري تغيير كرد كه مطلوب نيست. بنابر اين مي توان گفت كه تراگذر داراي هورن براي انجام آزمون هاي فراصوتي مناسب تر است .

Non-destructive ultrasonic testing is one of the methods utilized to evaluate quality of agricultural products. Transducers used in this method are made for basically industrial applications. Since ultrasonic attenuation of wave’s in agricultural products is very high, industrial transducers cannot be used in agriculture and need to modify. This is done with horns that concentrate energy on a small area at a certain distance from the transducer. In this paper, an exponential horn was designed, fabricated and tested using theorethical and computer-aided methods. Results showed that highly sophisticated horns can be designed using computer-aided method with a high accuracy. Analysis of the number of elements on natural frequency of horn proved that analysis was not precise at the low number of elements. Therefore, the number of elements should be increased when natural frequency of horn is almost fixed. The minimum number of elements was obtained to be 300. A comparison of theoretical and computer-aided methods showed a desirable performance of the computer-aided method with an error less than 1% without solving very complicated equations. Based on statistical analysis of the data, the effect of product thickness (potato and carrot) on the velocity of ultrasonic waves in the horned probe was not significant. Whereas for the unhorned probe, velocity changed significantly with sample thickness which is not desirable. Therefore, horned probe is more suitable for nondestructive ultrasonic tests than the unhorned probe