Способ определения сроков снятия с хранения плодов и корнеплодов

 

Изобретение относится к растениеводству , в частности к хранению плодов, и может быть использовано для определения качества плодов в процессе хранения и определения сроков съема их с хранения. Цель изобретения - повышение точности. Измеряют инфранизкочастотные внутренние шумы на введенных в плод микроэлектродах. Подключают электроды к переменному резистору нагрузки, изменяют переменноесопротивление до тех пор, пока на нем не произойдет выделение максимального значения мощности шумов. По максимальному значению этой мощности судят о качестве плодов, устанавливая сроки съема с хранения , используя при этом градуировочный график время хранения - мощность инфранизкочастотных шумов. 4 ил., 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ (21) 4415882/13 (22) 26.04,88 (46) 07.12.91. Бюл. N. 45 (72) И.С.Ледовской, В.B,Âoèíoâ, В,В.Кругликов и А,Ф,Касабуцкий (53) 631.5:581,53 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1622816, кл. G 01 N 33/02, 1988, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРОКОВ

СНЯТИЯ С ХРАНЕНИЯ ПЛОДОВ И КОРНЕПЛОДОВ (57) Изобретение относится к растениеводству, в частности к хранению плодов, и может быть использовано для определения

Изобретение относится к растениеводству, в частности к области хранения плодов, и может быть использовано для определения качества плодов в процессе, хранения и определения времени съема плодов с хранения.

Цель изобретения — повышение точности, При определении сроков снятия с хранения плодов и корнеплодов, основанном на измерении интегрального уровня внутренних инфранизкочастотных шумов образца, в плод вводят микроэлектроды, суждение о качестве плода ведут по величине измеренной мощности шума, изменяют сопротивление резистора нагрузки до выделения на нем максимального значения мощности инфранизкочастотного шума, о качестве образца судят по величине максимального значения мощности инфранизкочастотного шума, по которой устанавливают сроки снятия с хранения.., SU„„1697003 Al (s()s G 01 N 33/02, А 01 G 7/00, А 01 F 25/00 качества плодов в процессе хранения и определения сроков съема их с хранения. Цель изобретения — повышение точности. Измеряют инфранизкочастотные внутренние шумы на введенных в плод микроэлектродах.

Подключают электроды к переменному резистору нагрузки, изменяют переменное сопротивление до тех пор, пока на нем не произойдет выделение максимального значения мощности шумов, По максимальному значению этой мощности судят о качестве плодов, устанавливая сроки съема с хранения, используя при этом градуировочный график время хранения — мощность инфранизкочастотных шумов. 4 ил., 2 табл.

Хранящийся плод можно рассматривать как электролит, содержащийся в замкнутом ограниченном объеме. При введении в плод микроэлектродов образуется своеобразная электрохимическая ячейка, которая состоит из электродной системы, находящейся в контакте с электролитом (в контакте с плодом). При этом в образующейся электрохимической ячейке границы электрод— электролит образуют электрохимическую систему, в которой локализуются происходящие процессы химического превращения вещества и обмен носителями электрического заряда.

Таким образом, при введении в плод электродов на них возникает электродвижущая сила (ЭДС) или разность потенциалов, которая характеризуется вероятностными параметрами, т.е. является флуктуирующей (случайной) функцией времени, Флуктуации этой величины определяются физико-химическими процессами, происходящими в

3 электрохимической системе.. При этом направленный процесс деградации плодов при хранении вызывает дополнительный нестационарный низкочастотный шум. Если в плод ввести электроды и к ним подсоединить резистор нагрузки с сопротивлением

Вн, ТО В СИСТВМ8 ИССЛЕДУЕМЫЙ ааРазец резистор нагрузки сбразуется цель (путь) протекания тока, величина которого Определяется согласно закону Ома;

I !

= Е /(йн + йп), где Š— ЗДС г!лада;

Вп — внутреннее сопротивление плода;

Вн — сопротивление резистора нагрузки, Дисперсия тока с учетам флуктуации

ЗДС плода равна !

2 Е2 а 2 (2) / где — дисперсия флуктуаций тока;

Е2 — дисперсия флуктуаций ЗДС, На основании этого выражения имеем йа

З ю

Е ,г (Вн + йп,!

Тогда мощность шума, выделя!О!палая на сопротивлении резистора нагруз!и, равна ! 2

Rш — 2 RH — — — ° Rl, (4) (RÄ + „1 -

Исследование этой функции на экстремум путем взятия и приравниванил к нулк, первой и второй производных па параметру дает RH = Вп и отрицательный знак второ!1 производной. Таким образом, при этих. условиях на сопротивлении резистора нагрузки при Вн = R!! Выделяется максиму мощности инфранизкачастатных IUумав (флуктуаций тока).

Очевидно, что точность измерений, а следовательно, и решения псставленнай =-;адачи существенно выше, так как на основании (4) имеем РШ Е2 Д Р

<ГАВ !:! +R )2 Rp +йн

Полагая, что производная берется вбли зи точки Rl! R!!, переходя к конечным приращениям и учитывая равенства

Й2/(Rl! + Яп)2. ИМ88М

AP AR

Рш 2йп

Таким образом, относительная погрешность в измерении мощности шума растет с увеличением разницы в сопротивлениях плода и резистора нагрузки, что приводит к

10 существенной погрешности в реализации

0 способа, т.е. в определении качества плода в.

Регулировка сопротивления нагрузки при изменениях мощности шума обеспечивает повышен!!у!о точность в определении качества исследуемых плодов.

Пинии TQK8 ПОВтаря!От силовые линии электрического паля, создаваемого двумя зарядами, размещенными в плоде на месте

3 !"! электродов, и ахватыва!от весь плод. Такое подобие (модель) имеет место и вытекает из тога, что потенциал в плоде удовлетворяет уравнени!а Лапласа, Действительна, плотность тока в плоде равна п1"

Д

)=VE y ®) где ñò- удельная электрапроводность плода, Г- напряженность поля в рассматриваемой точке.

Представим (6) в виде

-Ф

j ==, тцгаб ф, (7) где р — потенциал электрического полл.

Так как эг!ектрический так в плоде свободен ат источников, та . У

Фчj 0 или, у !итывая (7), получим

Р=

div j! = -u div qrad!/l= — о Ьр= О, (9) где л р — — - + — -+ — -, (щ 2 2 2

ОХ Оу дЕ

50! !

".!!едавательна, электрический потенциал в электролите удс влетваряет уравнени!а Лап паса и линии тока име!От мес о во всем испытуемом образце, 55 В силу тога, чта так имеет место во всем образце, дисперсия его флуктуаций зависит ат количества дефектов, вызывает сомнения экспертизы, и результаты контроля не зави-. сят ат вида электродов.

16И 003

Математическое ожидание или среднее значение ЭДС, главным образом, определяется поляризационными эффектами, Но для контроля используют не среднее значение

ЭДС, а дисперсию ее флуктуаций, причем в тот момент, когда во внешнюю цепь выделяется максимальное значение мо.цности.

Таким образом, флуктуации ЭДС в данном случае являются следствием не поляризационных эффектов, а флуктуаций тока в образце.

Чем выше уровень шумов в данном режиме измерения, тем больше количество и обьем неоднородностей удельного сопротивления в плоде и тем ниже его лежкоспособность, Физически усиление дисперсии флуктуаций ЭДС объясняется увеличением количества дефектов внутри плода, Из этого следует, что чем выше уровень шума, тем меньше лежкоспособность плода, т,е. тем хуже его сохраняемость.

На фиг.1 показана схема оеализации способа; на фиг.2 — 4 — графики, поясняющие способ, На фиг.1 обозначены исследуемый образец 1 (плод с введенным в него микрозлектродами), переменный резистор 2 нагрузки, малошумящий усилитель 3 с полосой пропускания 1,0 — 20 Гц, усилитель

4 с регулируемым коэффициентом усиления (регулируемый усилитель), квадратичный детектор 5 и индикатор 6.

Флуктуации ЭДС образца-плода 1 выделяются на сопротивлении R< резистора 2 и усиливаются усилителями 3 и 4. Регулировкой коэффициента усиления усилителя 4 обеспечивают нормальную работу квадратичного детектора 5 и индикатора 6, по показаниям которого фиксируют значение мощности флуктуаций. Резистор RH является переменным и с его помощью обеспечивается достижение равенства RH = R>, а следовательно, максимального показания индикатора. Для уменьшения уровня собственных шумов измерителя и повышения точности реализации способа резистор R, добжеч быть высокоточным и по возможности проволочным..

Материал электродов (катода и анода) выбирается исходя из минимума переходного сопротивления и уровня шумов.

В процессе испытаний устанавливается зависимость качества плода от уровня мощности шума на сопротивлении резистора нагрузки, равном внутреннему сопротивлению плода. Эта же зависимость может быть представлена как зависимость остаточного времени хранения от мощности шума при сохранении как условий (температура, влажность) хранения, так и режима измерения шума.

Нижняя граничная частота используемого диапазона определяется допустимой длительностью измерения, а верхняя — максимальным значением энергии шумов, В общем случае получают зависимсс;ь качества плода от мощности шумов для различных температур и различных сортов подов.

Операции способа сводятся к след,:ющему: в образец вводят электроды и соединяют их с резистором R< входом усилителя 3, производят изменение сопротивления RH до получения максимума показаний индикатора 6, производят отсчет величины мощности шумов, по градуировочной.кривой (фиг.2) устанавливают длительность хранения плодов, их качество при укаэанной температуре и с учетом результатов сравнения с эталонной зависимостью сроки съема с хранения.

Таким образом, для конкретных сортов и разновидностей плодов строят графики зависимости мощности инфранизкочастотных шумов от времени для необходимых температур. Устанавливают пороговое значение мощности шумов, при которой плод должен быть снят с хранения и реализован, а качество и время, оставшееся до конца хранения, устанавливают по градуировочной кривой.

Пример такой зависимости для картофеля сорта "Темп" при хранении его при

5 — 10 С показан на фиг.2.

Из партии плодов, закладываемых на хранение, производят ограниченную выборку, например 100 плодов.

В соответствии с операциями способа производят определение максимального значения мощности шума каждого плода путем измерения ее на введенных в плод электродах, On редел я ют (рассчиты ва ют) среднее значение мощности шума для всей выборки.

Закладывают партию плодов на хранение при определенной температуре, например 5 С. В общем случае эта температура определяется техническими условиями на плод, С периодичностью 10 — 15 сут хранения повторяют операции.

По результатам, измерений строят график зависимости мощности шума от времени. Пример такой зависимости для яблок сорта "Антоновка", выращенных в Гомель- . ской области., показан на фиг.3, Согласно с периодом измерения мощности шума производят дегустацию плодов и определяют их качество методом экспертной оценки. При снижении качества плодов до порогового значения. при котором дальнейшее хранение плодов невозможно, on1897003

Pm изб ш min ределяют пороговое значение мощности шума Р«> и пороговое значение времени t<, Перестраива от зависимость) фиг,3 в коэрдинатах t — т =- t (Рщ), где тл — t =- t — врем,я допустимоГО ранения плОдов, Такая завиСимость приведена на Фиг.4, ДЛЯ Данного сорта плодов она является эталонной.

В общем случае эталонные зависимости

cTpoRT для ка>кдОГО сорТ8 плодОВ в соответствии.

Из партии плодов, закладиваемых на хранение, делают ограниченную ьыборку и определяют среднее значение мощно(:ти

Шума для ВыВОдки, ПОВторяя измерений приведенной последовательности, Используя эталонну 0 зависимост по величине I ш е начале хранения, определыот срок сохранности плодов. Например, величине Рш = 2 .10 Зт соответствует срок

-15 хрансния Tx =-47 сут, Если мощность шума ниже имеющихся. значений на Графике(меньше 1. 10 Вт), тс

1 измерения пОвторяк>т чер83 ОГраниченный

riроме>куток времени и срок хранения отсчитыва от от момента повторного измерения, Величину допэлнительного срока хранения устанавливают следующим образом, Определяют скооость нарастания

Ь Рш/Ьт == д Р /д1 в начале хранения, Срок дополнительноГО хоанения находяэ СОГлас— но формуле где P„ i> и Рщ <3M — иинлмял.íî"; значение шума в эталоннэй зависимости и измеренl08 значение шума мощности шума плода; тл — Длительность Дополнительного сРОка хранения, после которого г,роизводят повторные измерения.

В ходе испытаний плодов и построения эталонной зависимостк измерения прсизВодят при различных температурах и определяют ту из них, при которой длительность хранения наибольшая.

Беличины начальных сопротивлений переменного резистора, соответствующие среднему сог ротивлению плодов, приведены в табл.1.

Уровень наводок (Внешних помех) МОжет быть сведен к минимальному значении, поскольку плод с вводимыми электродами помещают в контейнер из нержявающек стали толщи -Ой 5 мм, Контай-:åp зяземляют, подключение плода K измерительно4 схема производят через кле чмы, расположенные на стенке кзнтейне,"а. Плод в контейнере располягаит ня диэлектрике, н: —, 15 а

Щ

55 накапливающем заряда (лучше на керамической подложке, но не на фторопласте).

Общий уровень сетевых помех может быть понижен, кроме того, введением в цепь вне контейнера (в одну из линий подключения). узкополосного активного PCфильтра на двойном Т-образном месте с затуханием не ниже 40 — 50 дБ. Такой фильтр строится на типовой микросхеме и является фильтром 6-го порядка, В результате таких мер уровень помех не превышает 20 — 30;4 от минимального уровня шума плода.

Для визуального контроля спектральногс:;остава ш бамов использовали анализатор спектра инфранизкочастотных шумов. Согласно фиг.1 его подключают после регулируемого усилителя 4 параллельно квадратичному детектору 5.

Цифровой универсальный вольтметр используют для контрольных измерений сопротивления плодов и их ЭДС как в нагруженном режиме (при подключении и ), так и в режиме холостого хода при отключенном п

Перед измерениями производят юстировку (эталонировяние) измерительной установки с помощью генератора с нижней граничной частотой 0,01 Гц и верхней 20 к Гц.

Методика эксперимента.

Испытуемые образцы делят на 5 групп

ПО 30 образцов в каждой. Четыре группы подверга.от периодическому контролю с интервалом 12-15 сут. Пятую группу tlopaepraют испытаниям в начале эксперимента и в конце его, т,е. ее принимают в качестве эталонной.

Производят испытания всех контрольных образцов в момент закладки на хранение, на основании которых устанавливают величину ЭДС образцов Е, значение внут-, реннего сопротивления образцов, усредненные значения ЭДС и внутреннего

coriративления по группам, мощность шумов Образцов, усредненные значения мощности шумов по - артиям, Параллельнс операции измерения мощности шумов производят операции анализа спектра шумов ". помощью анализатора.

Мощность шумов измеряют при условии

Rg = Йл, т.е. при достижении мощностью максимального значения.

Результаты испытаний приведены в табл,2.

Контрольные Образцы (группы 1-4) подвергают проверке через 12 — 15 сут.

При этом внутреннее сопротивление, ЭДС и внутренние шумы lлодс,в в процессе

УранениЯ изменяютсЯ и по состОЯнию на 10 ноября 1983 года Они соответственно рав1697003

Ршт Ршт тп )33 + о. (=4,43 мес, ) Табл ица1

Таблица 2 ны: Е = 46,7 мВ; R = 7,32 кОм, P> = 7,52 10 Вт.

Таким образом, приращение мощности шумов за время t = 52 сут хранения составляет 7,041 10 Вт, Очевидно, что скорость изменения мощности внутренних шума плодов составляет 0,135 10 " Вт/сут.

Измерения эталонных (контрольных) образцов (группа 5) дают примерно такие же результаты.

Таким образом,, устанавливая для данной партии плодов и условий хранения их пороговое значение мощности, например

Рш = 25 10 Вт, можно совершенно одно-12 значно определить время, оставшееся до момента их критического хранения, т,е. время до реализации в качественном (потребительском) виде: где Рш (t>) — среднее значение мощности шумов для партии плодов на время измерения t (10-е ноября, например);

O= ЛРш/At — скорость изменения средней мощности шумов;

ЛРш, At — приращения мощности шумов и времени соответственно, Способ прост в реализации, экономичен (отсутствие систем нагрева, охлаждения и т.д.), обеспечивает высокую точность, которая для данной измерительной установки не превышает по погрешности 2 — 3 j,. Кроме того, зависимость информационного параметра (инфранизкочастотного шума) от размеров плода относительно слаба, если они не отличаются примерно на порядок. Последнее еще больше характеризует точ5 ность способа, так как в известных способах охлаждение и нагрев различным образом влияют на процесс измерения.

На уровень (мощность) шумов существенно влияют загрязнения, влажность и т.д.

10 Поэтому процесс измерений (и хранения) необходимо организовывать при постоянной температуре при минимальном загрязнении и сухом плоде (его поверхности), 15 Формула изобретения

Способ определения сроков снятия с хранения плодов и корнеплодов, предусматривающий введение в них электродов, измерение электрического показателя, кор20 релирующего с физиологическим состоянием исследуемых плодов и корнеплодов в процессе хранения, сравнение текущего значения измеренного показателя с эталонным и определение сроков снятия с хране25 ния плодов и корнеплодов с учетом результатов сравнения, о т л и ч а ю щ и с я тем, что, с целью повышения точности, измеряют величину сопротивления внешней нагрузки, при этом в качестве показате30 ля, коррелирующего с физиологическим состоянием исследуемых плодов и корнеплодов, используют максимальное значение мощности .инфранизкочастотных шумов; соответствующее уравновешиваю35 щей его измеренной величине сопротивления внешней нагрузки.

1697003

1697003

Составитель Н.Арцыбашева Ъ

Редактор Q.Юрковецкая Техред М.Моргентал Корректор M.Ìàêñèìèmèíåö

Заказ 4303 Тираж Подписноее

ВИИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 161