【摘要】：真空冷凍干燥技術(shù)不但能夠最大限度地保留果蔬的營(yíng)養(yǎng)成分和活性物質(zhì),且能最大程度保持原有的色澤、風(fēng)味與形態(tài),因此,在果蔬加工領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。但真空冷凍干燥能耗大、耗時(shí)久、加工成本高,使得這一干燥新技術(shù)在果蔬干燥加工領(lǐng)域中推廣緩慢,因此,研究?jī)?yōu)化低能耗得到廣泛關(guān)注。近年來(lái),我們?cè)诘湍芎膬龈晒に噧?yōu)化研究中獲得果蔬相對(duì)介電常數(shù)與含水率有極好的相關(guān)性,可以利用果蔬相對(duì)介電常數(shù)監(jiān)測(cè)其凍干過(guò)程含水率,以此原理構(gòu)建了新型凍干過(guò)程水分在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng),鑒于果蔬凍干加工生產(chǎn)實(shí)際的裝備要求,若能實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)檢測(cè),將給實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用帶來(lái)很大方便。本文就在此應(yīng)用背景下研究設(shè)計(jì)了果蔬凍干相對(duì)介電常數(shù)在線(xiàn)無(wú)線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng),并基于該系統(tǒng)進(jìn)行了果蔬凍干過(guò)程含水率無(wú)線(xiàn)檢測(cè)的相關(guān)試驗(yàn)。主要內(nèi)容包括：(1)設(shè)計(jì)了果蔬凍干水分在線(xiàn)無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括測(cè)量裝置、收發(fā)器和上位機(jī)軟件。測(cè)量裝置包括電容傳感器、溫度傳感器和ZigBee終端節(jié)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)測(cè)量相對(duì)介電常數(shù)和凍干箱內(nèi)溫度,并發(fā)送測(cè)量數(shù)據(jù)到收發(fā)器。收發(fā)器包括ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和串口轉(zhuǎn)USB電路,用以接收測(cè)量裝置中的ZigBee終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù),并發(fā)送數(shù)據(jù)到上位機(jī),從而建立測(cè)量裝置與上位機(jī)軟件之間的通信。上位機(jī)軟件接收數(shù)據(jù),并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理、顯示、保存和畫(huà)圖。(2)在室溫、高溫下評(píng)估監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的精度。在室溫下,RCL測(cè)試儀和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分別測(cè)量8個(gè)大小不同的瓷片電容,測(cè)量結(jié)果表明監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量相對(duì)誤差小于3%,測(cè)量精度高。為評(píng)估監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性,在室溫和高溫下分別使用該系統(tǒng)測(cè)量大小不同的平板電容。測(cè)量結(jié)果表明系統(tǒng)的高溫相對(duì)誤差小于0.5%,具有很好的熱穩(wěn)定性。因此,本系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確檢測(cè)電容,并且具有很好的溫度穩(wěn)定性,能夠應(yīng)用于凍干加工倉(cāng)中準(zhǔn)確檢測(cè)果蔬相對(duì)介電常數(shù)。(3)干燥箱溫度、果蔬含水率對(duì)其相對(duì)介電常數(shù)的影響研究。以蘋(píng)果和土豆為試材,在60、65、70、75和80℃的干燥溫度下進(jìn)行了真空冷凍干燥試驗(yàn),當(dāng)材料含水率為10、20、30、40和50%時(shí)測(cè)量其相對(duì)介電常數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明材料含水率一定時(shí),其相對(duì)介電常數(shù)與溫度之間有極好的相關(guān)性,且溫度是影響相對(duì)介電常數(shù)的關(guān)鍵因素。在相同含水率時(shí),溫度越高相對(duì)介電常數(shù)越大,且含水率越高,溫度對(duì)相對(duì)介電常數(shù)影響越大。(4)在特定溫度下,建立蘋(píng)果和土豆相對(duì)介電常數(shù)與含水率之間的關(guān)聯(lián)模型。以蘋(píng)果和土豆試材,分別在60、70、80℃為干燥溫度下進(jìn)行真空凍干試驗(yàn),測(cè)量材料的相對(duì)介電常數(shù)與含水率。對(duì)相對(duì)介電常數(shù)與含水率線(xiàn)性擬合結(jié)果表明,在各個(gè)溫度下,蘋(píng)果和土豆的相對(duì)介電常數(shù)與含水率之間都有極好的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)R20.93。因此,可以利用本系統(tǒng)基于相對(duì)介電常數(shù)實(shí)現(xiàn)果蔬凍干含水率的在線(xiàn)測(cè)量。本文設(shè)計(jì)的果蔬相對(duì)介電常數(shù)實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)測(cè)量系統(tǒng),為探索低能耗果蔬凍干加工工藝和凍干水分在線(xiàn)檢測(cè)提供了一種新技術(shù)和裝置。
【圖文】：

２．１系統(tǒng)設(shè)計(jì)總迷逡逑本文設(shè)計(jì)的探針式介電常數(shù)測(cè)量系統(tǒng)包括測(cè)量裝置、收發(fā)器和上位機(jī)軟件。測(cè)量裝逡逑置結(jié)構(gòu)如圖２－１所示，包括電容傳感器、溫度傳感器和ＺｉｇＢｅｅ終端節(jié)點(diǎn)，其中電容傳感器逡逑和溫度傳感器分別用于測(cè)量相對(duì)介電常數(shù)和凍干箱內(nèi)溫度，ＺｉｇＢｅｅ終端節(jié)點(diǎn)用于驅(qū)動(dòng)傳逡逑感器，并讀取傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)，最后發(fā)送測(cè)量數(shù)據(jù)到收發(fā)器。收發(fā)器包括Ｚｉ班ｅｅ協(xié)調(diào)器逡逑節(jié)點(diǎn)和串口轉(zhuǎn)ＵＳＢ電路，其中Ｚｉ巧ｅｅ協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)用Ｗ接收測(cè)量裝置中的Ｚｉ班ｅｅ終端節(jié)點(diǎn)逡逑發(fā)送的數(shù)據(jù)，串口轉(zhuǎn)Ｕ犯電路用Ｗ發(fā)送數(shù)據(jù)到上位機(jī)，從而建立測(cè)量裝置與上位機(jī)軟件逡逑之間的通信。上位機(jī)軟件接收數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理、顯示、保存，并畫(huà)介電常逡逑數(shù)隨時(shí)間變化圖。收發(fā)器與上位機(jī)鏈接方式如框圖２－２所示。逡逑Ｉ邋Ｉ帷探針Ｉ邋Ｉ溫度傳感器逡逑！電邐＾邋Ｉ邐ＩＩ逡逑１５電容檢測(cè)￣逡逑ｊ感邐！模擬＾邋Ｉ邐Ｚ子寫(xiě)ｒｉ冬逡逑！器￣字量＞邋捆－口點(diǎn)逡逑Ｉ邋ＡＤ邋轉(zhuǎn)換逡逑Ｌ…——逡逑圖２－１測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)圖逡逑Ｆｉｇ．２－１．邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｍｅａｓｕｒｉｎｇ邋ｄｅｖｉｃｅ逡逑Ｌ邋收發(fā)器上位機(jī)ｒ逡逑圖２－２收發(fā)器結(jié)構(gòu)圖逡逑Ｆｉｇ．２－２．邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ逡逑數(shù)據(jù)采集過(guò)程：測(cè)量裝置放置在凍干箱內(nèi)，該裝置的電容傳感器和溫度傳感器分別逡逑－１１－逡逑

２．１系統(tǒng)設(shè)計(jì)總迷逡逑本文設(shè)計(jì)的探針式介電常數(shù)測(cè)量系統(tǒng)包括測(cè)量裝置、收發(fā)器和上位機(jī)軟件。測(cè)量裝逡逑置結(jié)構(gòu)如圖２－１所示，包括電容傳感器、溫度傳感器和ＺｉｇＢｅｅ終端節(jié)點(diǎn)，其中電容傳感器逡逑和溫度傳感器分別用于測(cè)量相對(duì)介電常數(shù)和凍干箱內(nèi)溫度，ＺｉｇＢｅｅ終端節(jié)點(diǎn)用于驅(qū)動(dòng)傳逡逑感器，，并讀取傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)，最后發(fā)送測(cè)量數(shù)據(jù)到收發(fā)器。收發(fā)器包括Ｚｉ班ｅｅ協(xié)調(diào)器逡逑節(jié)點(diǎn)和串口轉(zhuǎn)ＵＳＢ電路，其中Ｚｉ巧ｅｅ協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)用Ｗ接收測(cè)量裝置中的Ｚｉ班ｅｅ終端節(jié)點(diǎn)逡逑發(fā)送的數(shù)據(jù)，串口轉(zhuǎn)Ｕ犯電路用Ｗ發(fā)送數(shù)據(jù)到上位機(jī)，從而建立測(cè)量裝置與上位機(jī)軟件逡逑之間的通信。上位機(jī)軟件接收數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理、顯示、保存，并畫(huà)介電常逡逑數(shù)隨時(shí)間變化圖。收發(fā)器與上位機(jī)鏈接方式如框圖２－２所示。逡逑Ｉ邋Ｉ帷探針Ｉ邋Ｉ溫度傳感器逡逑！電邐＾邋Ｉ邐ＩＩ逡逑１５電容檢測(cè)￣逡逑ｊ感邐！模擬＾邋Ｉ邐Ｚ子寫(xiě)ｒｉ冬逡逑！器￣字量＞邋捆－口點(diǎn)逡逑Ｉ邋ＡＤ邋轉(zhuǎn)換逡逑Ｌ…——逡逑圖２－１測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)圖逡逑Ｆｉｇ．２－１．邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｍｅａｓｕｒｉｎｇ邋ｄｅｖｉｃｅ逡逑Ｌ邋收發(fā)器上位機(jī)ｒ逡逑圖２－２收發(fā)器結(jié)構(gòu)圖逡逑Ｆｉｇ．２－２．邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ逡逑數(shù)據(jù)采集過(guò)程：測(cè)量裝置放置在凍干箱內(nèi)，該裝置的電容傳感器和溫度傳感器分別逡逑－１１－逡逑
【學(xué)位授予單位】：山西農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：S126;S609

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2532944