بخشی از مقاله
چکیده
درجهبندی محصولات کشاورزی یکی از فرآیندهای مهم در روند فرآوری آنهاست که بر بازار پسندی و ارزش افزوده محصول تاثیر گذار است. با توجه به اهمیت زیاد و مصرف فراوان انجیر خشک و ارزش بالای صادراتی آن دستیابی به روشی مناسب و کارآمد به منظور طبقهبندی کیفی انجیر از اهمیت ویژهای برخوردار است.
در این پژوهش روشی هوشمند بر پایه روش خازنی - دی الکتریک - و شبکههای عصبی مصنوعی - ANN - برای تشخیص و طبقهبندی کیفی انجیر با استفاذه از مقادیر ضرائب دیالکتریک - درفرکانسهای 12، 22، 32، 42، 52 و 62 مگاهرتز - و قطر متوسط تدوین گردید. نتایج نشان داد که روش مذکور دارای دقت بالایی - % 95/7 - در طبقهبندی کیفی انجیر است. بطوریکه قادر است نمونههای کاملا خشک، کمی خشک و کمی مرطوب را به ترتیب با مقادیر دقت، 100، 88/88 و 100 درصد جدا نماید.
مقدمه
امروزه مصرف کنندگان علاقهمند به استفاده از محصولات یکنواخت و سالم هستند، بنابراین تولیدکنندگان در عرصه رقابت ناچار به ارائهی محصولات درجهبندی شده بر اساس مشخصههای فیزیکی مورد پسند بازار از جمله شکل ظاهری، رنگ، سلامت بیرونی، سلامت داخلی و اندازه شدهاند. از آنجا که اختلاف رطوبت در انجیرهای خشک شده وجود دارد. تشخیص خشک، کمی خشک و کمی مرطوب بودن هر کدام از انجیرها برای انجام مراحل پس از برداشت از قبیل سورتینگ، بستهبندی و بهینهسازی شرایط نگهداری در انبار ضروری میباشد.
در ایران انجیر اکثرا توسط کارگر درجهبندی میشود که با مرور زمان هم دقت کارگرها پایین میآید و هم شرایط محیطی به شدت بر روی این درجه-بندی تاثیر میگذارد. از این رو تلاش برای تشخیص انجیرهای کاملا خشک، کمی خشک و کمی مرطوب که ضمن دارا بودن دقت قابل قبول، دارای سرعت کافی نیز بوده و همچنین از کوچکترین آسیب احتمالی به انجیرها جلوگیری کند مسئلهای است که نیازمند تحقیق است.
امروزه روشهای غیرمخرب بسیار متنوعی شرح و بسط یافتهاند که قادر به تشخیص مولفههای گوناگون کیفیت در طیف وسیعی از محصولات کشاورزی شدهاند . - Jha, 2011 - لذا در این تحقیق از روش غیرمخرب خازنی - دی الکتریک - به دلیل مزایایی همچون ارتباط مقادیر ثابت دیالکتریک با برخی مولفههای کیفی محصول و سرعت بالا - Nelson, 2005 - ، هزینه کمتر در مقایسه با بسیاری از روشهای غیرمخرب دیگر و کارایی بالا در صنعت کشاورزی - Soltani et al., 2011 - برای تشخیص کیفیت انجیر - کاملا خشک، کمی خشک و کمی مرطوب - استفاده شد که امری ضروری در حوزه درجهبندی کیفی برای ارزیابی کیفیت درونی انجیرخشک در سطح جهان می-باشد.
این روش تکنیکی کاربردی، در حوزه کشاورزی، صنایع غذایی و سوخت محسوب میشود. تحقیقی بر روی روغن زیتون جهت تشخیص تقلب با استفاده از طیف دیالکتریک انجام شده است و توسط روش PLS توانستند روغنها را در خوشههای متفاوت دستهبندی کنند
در سالهای اخیر برای درجهبندی انجیر خشک بر اساس کیفیت ظاهری و کیفیت درونی، اقداماتی صورت گرفته است. بنالیا و همکاران در سال 2013 انجیرخشک را با استفاده از ماشین بینایی بر اساس مشخصه رنگ بهصورت خودکار درجهبندی کردند. انجیر خشک به سه گروه رنگی با کیفیت خوب، کیفیت متوسط - متمایل به رنگ سیاه - و کیفیت پایین درجهبندی ش
در مطالعهای زارع و همکاران در سال 2011 دستگاه درجهبندی انجیر بر اساس رطوبت را ساختند این دستگاه قادر است انجیر با رطوبتهای مختلف را بر اساس میزان محتوای رطوبتی به چهار درجهی تر، کمی تر، کمی خشک و خشک درجه-بندیکند . - Zare et al., 2011 - بیگوند و همکاران در پژوهشی از یک سامانه ماشین بینایی برای درجهبندی انجیرخشک براساس رنگ، اندازه و میزان باز و بسته بودن دهانه استفاده کردند. نتایج بدست آمده از این پژوهش نشان داد که با استفاده از سامانه توسعه یافته میتوان درجهی کیفی انجیر را به طور میانگین با دقت 95/2 درصد نسبت به روش دستی تشخیص داد
هدف از پژوهش حاضر تشخیص انجیرهای کاملا خشک، کمی خشک و کمی مرطوب توسط تکنیک ظرفیت سنج خازنی و شبکه عصبی مصنوعی ANN میباشد. به نظر میرسد با روش ظرفیت سنج خازنی بتوان انجیرهای کاملا خشک، کمی خشک و کمی مرطوب را تشخیص داد زیرا نمونه کمی مرطوب رطوبت بیشتری نسبت به نمونه کمی خشک و نمونه کمی خشک نیز رطوبت بیشتری نسبت به نمونههای خشک دارند
و با افزایش رطوبت محصول تغییراتی در محتوای دیالکتریکی آن بوجود میآید. به این منظور در این مطالعه انجیر به عنوان ماده دیالکتریک بین صفحات خازن قرار گرفت و ثابت دیالکتریک آن ثبت گردید.
مواد و روشها
آماده سازی نمونهها: نمونههای انجیر استفاده شده در این تحقیق از نوع ازمیر و رقم سبز میباشد که از باغات دیم منطقه استهبان استان فارس تهیه شدند. نمونههای انجیر از سه درجه انجیر رقم ازمیر - کمی مرطوب، کمی خشک و کاملا خشک - ، مطابق نظر کارشناس انتخاب و درون کیسههایی پلاستیکی شفاف قرار داده شدند. نمونهها در حداقل زمان ممکن به آزمایشگاه خواص فیزیکی گروه مهندسی مکانیک بیوسیتم دانشگاه تربیت مدرس منتقل و در یخچال با دمای 7 درجه سلسیوس نگهداری شدند.
انجیرها طبق نظر کارشناس به سه دسته تقسیم شدند؛ دسته اول شامل 50 نمونه انجیر کاملاخشک، دسته دوم شامل 50 نمونه انجیر کمی خشک و دسته سوم هم شامل 50 نمونه انجیر کمی مرطوب با اندازههای بزرگ، متوسط و کوچک بودند. سپس قطر متوسط انجیرها توسط کولیس اندازهگیری شد و هر دسته انجیر به منظور اندازهگیری ضریب دیالکتریک توسط دستگاه ظرفیت سنج خازنی در ظرفهای جداگانهای جای داده شدند. قبل از شروع آزمایش، نمونهها حداقل به مدت 2 ساعت از یخچال خارج شدند تا در هنگام آزمایش به تعادل با دمای اتاق - حدود 25 درجه سلسیوس - برسند. سپس هر نمونه به منظور ثبت اطلاعات مربوط به آن شماره گذاری شد.
مکانیزم اندازهگیری دادههای دیالکتریک: روش کار به این صورت است که ابتدا واحد کنترلی - برد آردوینو - مقدار فرکانس را برای واحد تولید سیگنال ارسال میکند سپس واحد تولید سیگنال توسط تراشه AD 9851 سیگنالهایی با فرکانس 12 MHz، 22 MHz، 32 MHz، 42 MHz، 52 MHz و 62 MHz تولید و به صفحات حسگر خازنی منتقل می-کند، سیگنال پس از عبور از خازن با سیگنال ورودی مقایسه میشود. مقایسه دو سیگنال توسط تراشه AD 8302 صورت گرفته و میزان اختلاف فاز و تضعیفش اندازهگیری میشود.
سپس انجیرهای خشک به عنوان مادهی دی-الکتریک بین صفحات خازن ساخته شده قرار داده شدند و ضریب دیالکتریک آنها ثبت گردید. با توجه به حجم زیاد اطلاعات استخراجی حین دادهبرداری، نیاز است که دستگاه پارامترهای اندازهگیری شده را به رایانه ارسال نماید. ارتباط دستگاه ظرفیت سنج خازنی با رایانه توسط Port COM انجام میشود. از نرمافزار MATLAB نیز برای نوشتن کدهای بخش نرمافزاری دستگاه، ارتباط دستگاه با کامپیوتر، داده برداری، جمع آوری داده و تجزیه و تحلیل دادهها در این پژوهش استفاده شد.
شکل 1 دستگاه اندازهگیری و ثبت ولتاژ خروجی خازن را نشان میدهد. با گذاشتن ماده دی-الکتریک در بین صفحات یک خازن، ظرفیت آن افزایش مییابد. حال اگر نمونه انجیر بین صفحات خازن قرار گیرد با توجه به کیفیت انجیر - کاملا خشک، کمی خشک و کمی مرطوب - اثرات مختلفی روی ظرفیت خازن ایجاد خواهد شد. مثلا اگر نمونه کمی مرطوب باشد ظرفیت خازن بیشتر شده و برعکس. چون رطوبت نمونه کمی مرطوب از نمونه کمی خشک و خشک بیشتر است در نتیجه با گذاشتن نمونه کمی مرطوب بین صفحات خازن ظرفیت خازن افزایش مییابد . - Guo et al., 2008 - در این پژوهش اندازهگیری ضریب دیالکتریک انجیر در سه سطح اندازه - بزرگ، متوسط و کوچک - و 6 سطح فرکانس 12، 22، 32، 42، 52 و 62 مگاهرتز انجام شد.
شکل .1 دستگاه اندازهگیری و ثبت ولتاژ خروجی خازن
