اندازه گیری غیرمخرب رطوبت خرما با استفاده از روش ضریب دی الکتریک

در این تحقیق، توانایی روش دی الکتریک با صفحات موازی در تخمین غیرمخرب مقدار رطوبت خرما مورد ارزیابی قرار گرفت. ابتدا با استفاده از یک خازن با صفحات موازی از جنس آلومینیوم، ولتاژ متناوب سینوسی از طریق یک دستگاه مولد تابع به نمونه های خرما اعمال و با استفاده از یک دستگاه اسپکتروم آنالایزر پاسخ سیگنال خروجی مدار در محدوده فرکانسی 1 تا mhz 100 اندازه گیری گردید. سپس ارتباط مقادیر توان مصرفی خازن در فرکانس های مختلف با رطوبت نمونه ها مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که در یک رطوبت معین، با افزایش فرکانس، توان مصرفی افزایش می یابد. هم چنین مقادیر توان مصرفی در طول رسیدگی و همزمان با کاهش رطوبت کاهش می یابد. در مرحله دوم، از مدل های رگرسیون خطی چندمتغیره به منظور استخراج رابطه بین رطوبت و مقادیر توان در فرکانس های مختلف استفاده شد. نتایج مدلسازی با استفاده از کل محدوده فرکانس اعمالی نشان داد که درصد رطوبت با ضریب تبیین پیشگویی برابر 96/0، ریشه میانگین مربعات خطای 28/5% و نسبت انحراف استاندارد 97/2 قابل پیش بینی می باشد. پس از بررسی ضرایب رگرسیون بدست آمده، تعداد شش فرکانس موثر در مدلسازی رطوبت خرما تعیین شدند. این فرکانس ها عبارت بودند از 4، 14، 20، 40، 60 و 90 مگاهرتز. نتایج مدلسازی رطوبت با استفاده از شش فرکانس، مشابه نتایج بدست آمده از کل محدوده فرکانسی با ضریب تبیین پیشگویی برابر 89/0، ریشه میانگین مربعات خطای 25/5% و نسبت انحراف استاندارد 99/2 ارزیابی شد. در مرحله سوم، به منظور محاسبه ضریب دی الکتریک خرما، ابتدا نمونه های خرما به صورت یک استوانه هم حجم بیضی گون سه محوری شبیه سازی شده و از طریق آن حجم هوای محصور بین خرما و صفحات موازی بدست آمد. سپس با کمک روابط الکتریکی و با در نظر گرفتن توان مصرفی خازن در حالت بدون خرما، ضریب دی الکتریک هر نمونه محاسبه گردید. نتایج نشان داد که در نمونه های با رطوبت بالاتر و یا مراحل اولیه رسیدگی خرما، با افزایش فرکانس تا حدود mhz 30، گذردهی ابتدا کاهش یافته و سپس افزایش می یابد. همچنین نرخ افزایش گذردهی نسبت به فرکانس برای رطوبت های بالاتر بیشتر است به نحوی که در فرکانس های نزدیک mhz 100، تغییرات منحنی های ضریب دی الکتریک نسبت به رطوبت و یا رسیدگی خرما بیشتر از فرکانس های پایین تر می باشد. بررسی های بیشتر در مورد مقادیر ضریب گذردهی نشان داد که بین مقادیر لگاریتم دی الکتریک در هر فرکانس با لگاریتم رطوبت یک رابطه کاملاً خطی وجود دارد به نحوی که برای مثال در فرکانس 100 مگاهرتز مقدار ضریب تبیین بین مقادیر یاد شده برابر 83/0 بدست آمد. نتایج مدل سازی mlr با استفاده از داده های ضریب دی الکتریک نشان داد که مقدار رطوبت با ضرایب تبیین 94/0 و 93/0 و ریشه میانگین مربعات خطای 85/3 و 43/4% به ترتیب در مرحله کالیبراسیون و آزمون قابل پیش بینی است که نشان دهنده توانایی مدل برآورد رطوبت از روی داده های دی الکتریک خازن در دامنه 1 تا mhz100 است. هم چنین نتایج بهبود قابل توجه 16% در کاهش مقدار خطای برآورد رطوبت در مرحله آزمون را نسبت به حالت استفاده از داده های توان مصرفی نشان داد. موفقیت این مدل در پیش بینی میزان رطوبت، زمینه ساز طراحی و ساخت سامانه ای گردید که از اهداف آن تخمین رطوبت خرما به صورت میدانی بود. در ساخت این سامانه از قطعات الکترونیکی شامل تراشه، ریزکنترل گر، نوسان ساز، رگولاتور، تقویت کننده، صفحه نمایشگر و غیره به نحوی استفاده شد که عملکردی مشابه روش اول از آن مشاهده شود. خازن مورد استفاده در روش اول، این بار به سامانه جدید متصل گردید و ارتباط ولتاژ مصرفی مدار در شش فرکانس انتخابی از حالت قبل (به استثنای جایگزینی فرکانس 2 با 90 مگاهرتز) با رطوبت نمونه ها بررسی شد. از روش شبکه عصبی مصنوعی به منظور استخراج رابطه بین رطوبت و مقادیر ولتاژ در شش فرکانس انتخابی استفاده شد. نتایج نشان داد در طول رسیدگی و همزمان با کاهش رطوبت نمونه ها، ولتاژ مصرفی افزایش می یابد. نتایج مدلسازی نشان داد که با استفاده از سامانه ساخته شده، رطوبت خرمای مضافتی با ضریب تبیین آزمون 72/0 و ریشه میانگین مربعات خطای پیش بینی 54/3 % قابل تخمین است.