一种新粮掺陈检测方法技术

本发明专利技术公开了一种新粮掺陈检测方法，包括以下步骤：将含有待检样品的超材料谐振吸波器置于拱形测试系统中；其中，所述含有待检样品的超材料谐振吸波器具有亚克力盒，所述亚克力盒的底部放置有金属反射层，金属反射层上设置有中间介质层，所述中间介质层由均匀填充且表面平整的待检样品构成，所述中间介质层上设置有超材料样板，所述超材料样板上覆盖亚克力盒盖；利用自由空间测试法采集所述含有待检样品的超材料谐振吸波器在工作频率频段的微波反射谱S11，根据S11计算得到第一谐振吸收频率；根据预测模型和所述第一谐振吸收频率计算所述待检样品中的陈粮的含量。

【技术实现步骤摘要】
一种新粮掺陈检测方法
本专利技术涉及粮食品质检测
，具体涉及一种新粮掺陈检测方法。
技术介绍
由于新陈粮食价格差异大，导致我国主粮市场上新陈掺混现象屡禁不止，特别是新米掺陈销售已成为行业潜规则。陈米通常经历过长时间的贮藏，不仅食用品质有所下降，而且可能发生陈化变质，危害人体健康。传统的检测手段主要依赖人工感官鉴别或化学分析方法，通常失误率高、稳定性差或者耗时长、耗材多。因此开展快速、无损的粮食新陈，特别是大米新陈掺混状况定量检测方法的研究，对保障粮食市场粮食，特别是大米质量安全具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新粮掺陈检测方法，以实现快速、无损检测粮食新陈掺混状况。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为一种新粮掺陈检测方法，包括以下步骤：将含有待检样品的超材料谐振吸波器置于拱形测试系统中；其中，所述含有待检样品的超材料谐振吸波器具有亚克力盒，所述亚克力盒的底部放置有金属反射层，金属反射层上设置有中间介质层，所述中间介质层由均匀填充且表面平整的待检样品构成，所述中间介质层上设置有超材料样板，所述超材料样板上覆盖亚克力盒盖；利用自由空间测试法采集所述含有待检样品的超材料谐振吸波器在工作频率频段的微波反射谱S11，根据S11计算得到第一谐振吸收频率；根据预测模型和所述第一谐振吸收频率计算所述待检样品中的陈粮的含量；所述预测模型为根据N个含有不同校正样品的超材料谐振吸波器在所述工作频率频段的谐振吸收频率及其对应的校正样品的陈米含量构建而成的；N为≥5的正整数。在一种可能的实现方式中，所述超材料样板为依附交叉线形结构单元的FR-4环氧树脂基板；其中，交叉线形结构单元的材质为铜，交叉线形结构单元按照单元周期排列于FR-4环氧树脂基板朝向所述中间介质层的面。在一种可能的实现方式中，FR-4环氧树脂基板的厚度TF＝1mm；交叉线形结构单元的臂长L＝7.8mm、臂宽W＝0.5mm、臂厚TC＝0.017mm；单元周期P＝10mm；所述中间介质层的厚度TR为24-26mm。优选的，所述中间介质层的厚度TR为26mm。在一种可能的实现方式中，所述交叉线形结构单元为“X”形结构单元或“十”形结构单元。在一种可能的实现方式中，待检样品为待检大米。在一种可能的实现方式中，所述校正样品为当年生产大米和前年生产的陈米混合而成的样品；其中，前年生产的陈米的含量已知。在一种可能的实现方式中，所述中间介质层的表面积为29-31mm×29-31mm。优选的，所述中间介质层的表面积为30mm×30mm。在一种可能的实现方式中，所述工作频率频段在5-10GHz内。优选的，所述工作频率频段为6.2–8.3GHz。在一种可能的实现方式中，根据S11计算得到第一谐振吸收频率的步骤包括：A＝1-R-T式中：A为吸收率，R为反射率，T为透射率，T＝0；其中，第一谐振吸收频率为在所述工作频率频段中最大的吸收率。在一种可能的实现方式中，N≥9。优选的，N＝11；N个含有不同校正样品的超材料谐振吸波器对应的校正样品的陈粮质量分数分别为0％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％。本专利技术具有如下优点：本专利技术采用超材料与微波技术相结合的方式，使得粮食新陈品质的微波检测成为可能，扩展了微波技术对粮食品质的检测广度，相较于传统的化学分析方法，更具有快速、无损、精准的特点，能有效缩减耗时与耗材。附图说明图1为超材料谐振吸波器结构示意图。图2a为陈米质量分数分别为0％、20％、50％、80％、100％对应吸波器在6.2–8.3GHz频段内的微波吸收谱。图2b为新米和陈米的等效介电常数对比图。图3a为线性回归预测模型与校正集样品实测谐振频率的分布图。图3b为线性回归预测模型与检验集样品实测谐振频率的分布。图4为检验集样品陈米质量分数的预测结果与实际掺陈值对比图。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。近年来，电磁频谱检测技术已逐渐成为食品安全与质量控制领域一个新颖且重要的研究方向，作为一种快速鉴定分析手段，它可替代经典化学分析方法，节省时间、精力和费用。电磁频谱技术在食品科学中的应用主要集中在三个波段：近红外、太赫兹、微波。近红外光谱分析方法从上世纪50年代开始起步，在80年代以后迅速成为引人注目的光谱分析技术之一，并最早被应用于食品品质检测中。随着化学计量学的普及，近红外技术在食品领域中得到了更为广泛的应用，它可以用于分析农产品有害物质、食品营养成分、食品掺假、肉品质量、水果品质、酒水品质等。太赫兹是近来电磁波技术的研究热点，随着辐射源和探测器的发展，其在食品质量检测领域的应用也得以极大地丰富。例如通过太赫兹时域光谱技术检测小麦、玉米中的黄曲霉毒素B1，或是分析食品水分含量。另外太赫兹光谱也可用于快速、无损检测农产品的农药残留、淀粉中丙烯酰胺或过氧化苯甲酰的含量等。微波技术是在第二次世界大战后伴随雷达发展而成熟起来的，在食品领域主要用于食物干燥、加热、杀菌等。而采用微波技术判定食品品质状况是一项较新兴的技术，目前国内外已有一些研究成果，例如通过微波介电谱分析鲜牛奶的脂肪含量，或进行苹果种类识别。微波技术在粮食领域的应用主要以含水量分析为主，通常基于在线检测方式实现对小麦、玉米、大豆中含水率的动态监测。虽然电磁频谱检测技术在食品领域中已有较为广泛的应用，但专注于粮食品质检测的研究工作却还相对不足，尤其是适用于大米新陈品质快速无损检测的电磁频谱技术更是缺乏。本专利技术实施例将新陈粮食配制成含有不同掺陈比例的试验样品并分为校正集和检验集，设计合适的超材料(metamaterial)结构与粮食样品组成谐振型吸波器物理模型，结合微波技术测定各样品对应吸波器的谐振吸收频率，分析不同掺陈比例对谐振频率的影响规律，通过校正集构建预测数学模型、检验集反向验证的方式，建立了粮食新陈掺混的微波频谱快速、无损评价方法，为其在实际生产中的应用提供理论依据。本专利技术实施例通过超材料吸波器结构引入高品质因素的谐振峰，使微波能更加敏锐地感知不同粮食样品等效介电常数的差异，易于建立频率与粮食新陈品质之间的直接函数关系，进而定量检测样品中的陈粮质量分数；且谐振频率信息稳定性较好，受波源扰动影响较小。接下来，在具体实施例中对本专利技术提供的新粮掺陈检测方法进行举例介绍。实施例1在本实施例中进行试验材料和样品的准备。材料与仪器新米(2016年生产“森珠”青禾大米)、陈米(2014年生产“森珠”青禾大米)江苏省农垦米业集团滨淮有限公司；至少两块环氧树脂(FR-4)单面覆铜板汕头超声印制板公司；其中，FR-4单面覆铜板具体为FR-4基板一面依附铜膜，FR-4基板的厚度TF＝1mm，依附的铜膜的厚度TC＝0.017mm；亚克力(PMMA)方形封装盒南京东兴有机玻璃有限公司；铝箔自封袋台州市名科塑业有限公司；大量程工业天平ZS15K上海赞维衡器有限公司；微波喇叭天线西安恒达微波技术开发公司；微波同轴线美国AgilentTechnologies有限公司；矢量网络分析仪美国AgilentTechnologies有限公司；微波测试拱形架长沙三瑞传感技术有限公司；暗室背景吸波材料(BPUFA型角锥)南京波平电子科技有限公司。样品制备大米样品本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新粮掺陈检测方法，其特征在于，包括以下步骤：将含有待检样品的超材料谐振吸波器置于拱形测试系统中；其中，所述含有待检样品的超材料谐振吸波器具有亚克力盒，所述亚克力盒的底部放置有金属反射层，金属反射层上设置有中间介质层，所述中间介质层由均匀填充且表面平整的待检样品构成，所述中间介质层上设置有超材料样板，所述超材料样板上覆盖亚克力盒盖；利用自由空间测试法采集所述含有待检样品的超材料谐振吸波器在工作频率频段的微波反射谱S11，根据S11计算得到第一谐振吸收频率；根据预测模型和所述第一谐振吸收频率计算所述待检样品中的陈粮的含量；所述预测模型为根据N个含有不同校正样品的超材料谐振吸波器在所述工作频率频段的谐振吸收频率及其对应的校正样品的陈米含量构建而成的；N为≥5的正整数。

【技术特征摘要】
1.一种新粮掺陈检测方法，其特征在于，包括以下步骤：将含有待检样品的超材料谐振吸波器置于拱形测试系统中；其中，所述含有待检样品的超材料谐振吸波器具有亚克力盒，所述亚克力盒的底部放置有金属反射层，金属反射层上设置有中间介质层，所述中间介质层由均匀填充且表面平整的待检样品构成，所述中间介质层上设置有超材料样板，所述超材料样板上覆盖亚克力盒盖；利用自由空间测试法采集所述含有待检样品的超材料谐振吸波器在工作频率频段的微波反射谱S11，根据S11计算得到第一谐振吸收频率；根据预测模型和所述第一谐振吸收频率计算所述待检样品中的陈粮的含量；所述预测模型为根据N个含有不同校正样品的超材料谐振吸波器在所述工作频率频段的谐振吸收频率及其对应的校正样品的陈米含量构建而成的；N为≥5的正整数。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述超材料样板为依附交叉线形结构单元的FR-4环氧树脂基板；其中，交叉线形结构单元的材质为铜，交叉线形结构单元按照单元周期排列于FR-4环氧树脂基板朝向所述中间介质层的面。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，FR-4环氧树脂基板的厚度TF＝1mm；交叉线形结构单元的臂长L＝7.8mm、臂...

【专利技术属性】
技术研发人员：张银，曹杰，毛波，
申请(专利权)人：南京财经大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32