بخشی از مقاله
چکیده
امروزه افزایش تقا ضای م صرفکنندگان برای مح صول با کیفیت بالا، منجر به تو سعه فنآوریهای جدید برای ارزیابی کیفی محصولات کشاورزی شده است. در این پژوهش یک روش غیرمخرب بر اساس پاسخ به ارتعاش آزاد برای تعیین فرکانس طبیعی میوههای پرتقال به کار گرفته شد. تحریک نمونهها توسط نیروی یک چکش صورت گرفت و پاسخ دریافت شده توسط شتاب سنج نصب شده روی میوه اندازهگیری شد.
دادههای به دست آمده توسط الگوریتم تبدیل سریع فوریه - FFT - به حوزه فرکانس برده شد و فرکانس طبیعی میوه پرتقال رسیده و نارس به دست آمد. سپس ارتباط پارامترهای ارتعاشی نمونه رسیده و نارس با برخی پارامترهای کیفی مانند مدول الاستیسته، نفوذ، ضریب پوآسون و شاخصهای رنگی مورد بررسی قرار گرفت. این یک روش ساده، کم هزینه و غیرمخرب است که میتواند برای تعیین فرکانس طبیعی میوهها که یک شاخص دینامیکی است، مورد استفاده قرار بگیرد.
مقدمه
امروزه با توجه به ر شد دائمی جمعیت جهان و تقا ضای روز افزون به مح صولات غذایی، ضرورت ک شاورزی مکانیزه و مدرن بیش از پیش نمایان شده ا ست. با توجه به این افزایش تقا ضا و از بین رفتن مرزهای تجاری در سالهای اخیر، حجم بالای مبادلات مواد غذایی در جهان قابل م شاهده ا ست.
از طرفی بسیاری از ک شورهای تو سعه یافته به منظور برآورد کردن تقا ضای مردم، استانداردهای سطح بالایی مربوط به کیفیت و سلامتی مح صولات غذایی وارداتی تعریف کردهاند، لذا برای تسخیر بازارهای جهانی و رقابت با سایر ک شورها در صادرات مح صول بای ستی در جهت پذیرش و تو سعه بی شترفنّاوری پس از بردا شت گام برداشت.
ارزیابی کیفی و درجهبندی مح صولات ک شاورزی یکی از مهمترین فعالیتهای پس از برداشت است که با توجه به رشد تقاضا برای محصولات سالم و دارای کیفیت بالا، بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. دستهبندی و درجهبندی به صورت دستی گران و تا حدی غیر قابل اعتماد است. زیرا تصمیمات انسانی در تعیین فاکتورهای کیفی مانند طعم، مزه، استحکام، و شکل ظاهری با یکدیگر متفاوت و امری وقتگیر است که به هر حال به خصوصیات ذهنی و درونی انسان مربوط می شود.
تعیین کیفیت میوهها و سبزیجات بسیار مشکل ا ست، زیرا بسته به عواملی مانند سلیقه مردم، به صورتهای مختلفی تعیین می شود. بنابراین تفاوت گ ستردهای بین کیفیت محصولات وجود دارد، حتی اگر آنها در یک منطقه کاشت و برداشت شوند. در نتیجه برای افزایش دقت و قابلیت اعتماد عملیات پس از برداشت، ارزیابی کیفی باید برای محصولات کشاورزی امری اجتناب ناپذیر است و از طرفی اگر این برر سی به صورت غیرمخرب صورت گیرد، در وقت و هزینه صرفهجویی شده و دقت کار افزایش خواهد یافت.
کیفیت میوهها بر اساس پارامترهای ظاهری، حسی - شیرینی، ترشی، بافت و گسی - ، تغذیه - کربوهیدراتها، سیدهای آلی، پروتئینها و چربی - و میزان ر سیدگی مح صول تق سیمبندی می شوند. تلاشهای ب سیاری در چند دهه گذ شته برای به کار گرفتن شیوههای نوین برای کنترل کیفی غیرمخرب مح صولات ک شاورزی انجام شده ا ست. این روشها مبتنی بر یافتن ویژگیهای متفاوت فیزیکی مرتبط با شاخصهای رسیدگی محصولات، میباشند. روشهای مورد استفاده برای به دست آوردن کیفیت میوه، توسط آزمونهای غیرمخرب امروزه جایگاه ویژهای در فرآوری محصولات کشاورزی پیداکردهاند
با توجه به پی شرفتفنّاوری در چند دهه گذ شته، فنآوریهایی مانند پردازش ت صویر، طیف سنجی، روش آکو ستیک و شبیه سازی مکانیکی برای اندازهگیری یا برآورد پارامترهای داخلی مح صولات ک شاورزی معرفی شدهاند. گرچه در ابتدا این روشها تنها در آزمایشگاه استفاده میشدند، اما امروزه بسیاری از آنها به صورت برخط استفاده میشوند
مولینا دلگادو و همکاران با استفاده از روش ارتعاش صوتی، حسگر تشخیص سفتی - AFS - 1 و آزمون ضربه به بررسی استحکام میوه سیب پرداختند. در این پژوهش ابتدا از طریق روش مخرب مگنس - تیلور - استفاده از یک نفوذسنج - به بررسی استحکام میوهی مورد مطالعه پرداختند و بعد با استفاده از روشهای ذکر شده به بررسی نتایج پرداختند.
در این مطالعه هدف ارزیابی روشهای غیرمخرب در میزان رسیدگی محصول در دو زمان قبل و بعد از آبیاری بود. نتایج حاکی از این بود که روش ارتعاش صوتی در مقای سه با سایر روشها، در دقت نتایج از ضریب همبستگی بالاتری برخوردار بود
ابوت و همکاران با استفاده از یک شتاب سنج و ارتعاش صوتی و همچنین آزمون مخرب مگس- تیلور روابط میان استحکام و اسیدیته و همچنین میزان غلظت ماده جامد در محلول آن را به دست آوردند. نمونه به وسیلهی یک سیگنال پال سی تحریک شد. نتایج بهدستآمده از هر دو روش در را ستای یکدیگر بود . - Abbott et al., 1992 - مایورگا مارتینز و همکاران با ا ستفاده از فن ارتعا شی ارتباط بین میزان رسیدگی میوه گواوا - زیتون محلی - با برخی پارامترهایی چون فرکانس تشدید و فرکانس طبیعی را بررسی کردند
پلگ و هینگا برای اندازهگیری میزان رسیدگی میوهی پرتقال و گوجهفرنگی از روش ارتعاش آکوستیک بهره بردند. در این مطالعه نمونه با استفاده از یک لرزاننده الکترودینامیک تحریک شد و خروجی تحریک با استفاده از یک شتاب سنج به دست آمد و نتایج بهدستآمده با اشاره به مدل رئولوژی آن مورد بحث قرار گرفت
اویسی و همکاران با استفاده از روش سنجش غیرتماسی لیزری - LDV - و یک لرزاننده دینامیکی، سفتی میوه گلابی را در طول انبارداری بررسی کردند. همچنین با استفاده از روش مخرب تیلور مگنس نیز به ارزیابی نتایج پرداختند و در نتیجه یک مدل رگرسیونی برای سفتی میوه پیشنهاد دادند
عباس زاده و همکاران نیز با استفاده از روش سنجش لیزری داپلر - LDV - به تعیین رسیدگی هندوانه پرداختند. نمونهها با استفاده از یک دستگاه مولد ارتعاش در گسترهای از فرکانس تحریک گردید و پاسخ آن به شکل غیرتماسی با ا ستفاده از فناوری سنجش لیزری داپلر اندازهگیری شد. پس از برر سی نتایج، پی شنهاد گردید که این روش میتواند برای درجهبندی میوه هندوانه مورد استفاده قرار گیرد
لذا بر اساس مطالب ذکر شده، در این پژوهش قصد بر آن است تا به منظور دستیابی به روشی مکانیکی برای جداسازی میوههای رسیده و نارس پرتقال، با استفاده از یک شتاب سنج، فرکانس طبیعی میوه پرتقال مورد بررسی قرار گیرد.
مواد و روشها
در این پژوهش از 80 عدد پرتقال محلی شهرستان جیرفت - رقم مرسلی - ، شامل 40 عدد پرتقال رسیده و 40 عدد پرتقال نارس استفاده شد که در دو زمان متفاوت، اما از یک درخت تهیه شدند. تشخیص میزان رسیدگی میوههای پرتقال در ابتدا بر اساس تجربه یک باغدار با سابقه انجام شد.
برای تعیین فرکانس طبیعی میوه پرتقال ر سیده و نارس نیاز به تجهیزات اندازهگیری ویژه این کار ا ست که شامل یک عدد شتاب سنج سه محوره ADXL345، میکروکنترلر - Microcontroller Arduino Uno - بر پایه - ATmega328 - و نرمافزارهای Arduino و MATLAB میباشد.
ماژول شتاب سنج سه محوره MEMS دارای دقت دادهبرداری 13 بیت و مصرف پایین است. این ماژول که پروتکل ارتباطی I2c و SPI را پشتیبانی میکند و خروجیهای 16بیتی ارائه میدهد، برای اندازهگیری شتاب دینامیک که حا صل از حرکت یا ضربه منا سب میبا شد - شکل 1-0الف - . اندازهگیری شتاب حا صل از ضربه در این پژوهش با برنامه نوی سی بر روی میکروکنترلر ATmega328 انجام شده ا ست - شکل 1-0ب - . - ATmega, 2016 - از نرمافزار MATLAB برای انتقال دادههای به دست آمده از شتاب سنج در حوزه زمان به حوزه فرکانس استفاده شده است.
شکل :1-0 الف - شتاب سنج، ب - میکروکنترلر آردوینو استفاده شده در تحقیق
اتصال شتاب سنج به میکروکنترلر و اتصال میکروکنترلر به کامپیوتر، قبل از راهاندازی توسط پورت سریال انجام شد. از دیگر تنظیمات مهم کالیبراسیون شتاب سنج بود که این کار با استفاده از یک قطعه مربعی شکل انجام شد.
