食品品质无损检测新技术

食品品质无损检测新技术2023/6/71第一页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第一节常用的力学(机械)特性（1）固体物料的力学特性质量（重量）、密度、应力-应变规律、冲击、振动、屈服强度、硬度、蠕变、松弛、流变模型等；（4）声学特性和超声波特性等。

（3）液体物料的力学特性主要包含流体力学特性、流变特性、黏性、粘弹性等；（2）散粒体的力学特性包含摩擦、黏附、变形、流动、离析等；2023/6/72第二页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第一节常用的力学(机械)特性利用食品与农产品的力学（机械）特性进行品质的检测是无损检测最为常用的方法之一，及时控制生产过程。水果的硬度直接反映出其新鲜度和糖度等内在品质指标。

浓缩过程中，用表现黏度的变化确定其浓缩点，黏度过大会导致变稠，过低则可能出现脂肪分离与糖沉淀。泊松比可以衡量面包等膨松食品的膨松程度；在面包生产中，面团的流变特性(弹性、延迟弹性、压力松弛等)直接影响到面包的质量；2023/6/73第三页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第二节利用力学特性的检测技术

食品、农产品的力学特性是其成熟状态和品质的一个重要指标。果蔬生长和存储过程中，细胞间的结合力发生变化，反映细胞间结合力变化的物理指标是其坚实度。除此之外物料的重量、表面和内部颜色、形状、硬度、黏度等指标均会产生一系列的变化。2023/6/74第四页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第二节利用力学特性的检测技术检测坚实度的主要原因有下面三个方面：（1）果蔬生长中成熟度的监测和分析，决定合适的收获期。（2）果蔬收获过程按其成熟度分级，以便存储。（3）果蔬内部品质的检测，保鲜、存储期的确定。

坚实度检查的常用方法是M-T戳穿试验方法。用一定直径的钢制压头，按一定的压缩速度对果蔬进行压缩试验，同时测量压缩力，压缩力的最大值称为其坚实度。一、果蔬坚实度的检测2023/6/75第五页，共五十九页，编辑于2023年，星期二食品物性测试仪（食品质构测定仪）

人民币：42.3万元英国StableMicroSystem2023/6/76第六页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第二节利用力学特性的检测技术

在果蔬坚实度无损测量中，组织的杨氏模量是一个重要的基本参数。1.果蔬组织材料的特性结果：杨氏模量径向最大，切向最小，底部比中部和上部大，苹果的材料性能沿圆周方向分布比较一致，但外层和内层材料性能相差较大，比较成熟时内外层材料性能差异变小。

上世纪70年代，有人研究了果蔬被切割的方法、位置及方向影响其物理参数。以苹果为例分成上、中、底3个高度；东、西、南(光照面)、北4个方位；考虑径向、切向和垂直3个方向，对这些参数组合下的试样进行了压缩试验。2023/6/77第七页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第二节利用力学特性的检测技术

（1）检测果蔬坚实度的冲击力方法2．果蔬坚实度检测方法

基于动力学原理的果蔬坚实度检测方法有多种，如机械冲击产生的声频信号、机械冲击响应的频率分析和果蔬冲击力等方法。其研究分为两类。（2）检测果蔬坚实度的振动频率分析法2023/6/78第八页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第二节利用力学特性的检测技术

利用冲击力检测果蔬坚实度的力学原理是弹性球体与刚性平面的跌落冲击问题。冲击力与弹性球(即果蔬)的质量、几何尺寸、材料杨氏模量等参数有关。研究的核心是当得到冲击力后如何估计或计算出材料的杨氏模量，并与成熟度联系起来。（1）检测果蔬坚实度的冲击力方法

有人提出了一种非线性的球体与平板冲击的力学模型，并通过最小二乘法拟合出球体的刚度。2023/6/79第九页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第二节利用力学特性的检测技术E………

果蔬的杨氏模量，MPa；ρ……

果蔬的密度，g/cm3；µ………

果蔬的泊松比；m……

果蔬的质量，g；Ω……

归一化频率，Hz；f……

果蔬的固有频率，Hz。模型一

:

利用果蔬振动的固有频率检测其坚实度。Cooke等建立了果蔬简化为线弹性球体的动力学模型，并通过理论分析得到了各向同性的线弹性球状果蔬，固有频率与其材料杨氏模量E的关系为：（2）检测果蔬坚实度的振动频率分析法2023/6/710第十页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第二节利用力学特性的检测技术苹果的结果：振动法测定的杨氏模量与压缩试验得到杨氏模量相关性较好（0.75）；与M-T试验结果相关性较差。

有人用冲击振动产生的噪声和振动信号分别研究了水果的坚实度。一般的结论：无损检测的坚实度与M-T试验结果之间的相关性不可能好，M-T测量的是果蔬组织材料压缩和剪切共同引起的破坏强度，它受压缩和剪切弹性模量的共同影响，而振动固有频率无损检测仅与压缩弹性模量有关。桃子的结果：用固有频率测定桃子的坚实度与M-T试验结果相关性仍不好。2023/6/711第十一页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第二节利用力学特性的检测技术模型二理论分析认为坚实度指数应为S=2m/3f22（f2第2固有频率）。有人对存储苹果定期进行0~600Hz宽带随机激励，结果表明存储期内坚实度指数S=2m/3f22有明显变化。Abott等对苹果的坚实度作了系统深入的工作。对两个主要苹果品种用固有频率、M-T试验和苹果组织压缩试验3种方法测量其坚实度，并进行了对比。试验表明：当固有频率在480Hz和850Hz有二阶和三阶共振频率f2、f3存在，用f2，f3计算的坚实度指数相关性很好，因此可以用坚实度指数作为苹果坚实度的非损伤检测指数。2023/6/712第十二页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第二节利用力学特性的检测技术

人们对检测坚实度的共同认识：

(1)试验和理论分析都表明，冲击力和果蔬的固有频率随成熟度变化，这些变化的原因是果蔬组织的杨氏模量的改变。

研究表明，西瓜的固有频率随成熟度的增加而降低，坚实度指数与含糖量也存在明显的相关关系。(3)冲击力和果蔬的固有频率这些参数与M-T试验结果不完全相同，这是两种不同的检验手段，因此这两者的相关系数不高是必然的。

(2)冲击力和冲击引起的振动的固有频率是有潜力成为无损、在线检测的两个基本物理量。2023/6/713第十三页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第二节利用力学特性的检测技术（1）果蔬等物料的基本力学特性和生物组织关系的系统研究。另外，果蔬等生物材料的基本性质随品种和生长地域不同而异，国外的研究数据不一定能用于我国的情况。需要继续研究的内容：（4）简便的在线测量、分析方法的研究，开发相应的测试设备，使之实用化。（3）果蔬组织材料特性的时效规律研究，目前试验数据分散和差异很可能是与对这一规律缺乏认识有关系。（2）将果蔬视为粘弹性、非线性材料，它跌落时与刚性平面冲击的动力学特性的理论和试验研究。2023/6/714第十四页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第二节利用力学特性的检测技术二、果蔬的冲击特性的检测检测的意义

通常成熟度判断大都采用破坏方法，如硬度、糖酸度测量。也有非破坏法，如按颜色、呼吸强度等，一般只能作定性判断，不适用于机械化自动分级。为此，通过研究与硬度有关的水果冲击力学特性，建立起恢复系数、能量吸收百分率和冲击力时间特性参数等与硬度的数学模型。可为设计水果快速检测仪和自动分级机提供科学依据。

果蔬的冲击力特性参数主要有恢复系数、能量吸收率和时间特性参数。2023/6/715第十五页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第二节利用力学特性的检测技术

测试系统。在金属平板下安装3只压力传感器，等边三角放置，边长为20cm。压力传感器型号为CL-YB-11，量程5kg，精度等级0.3。桃子在一定高度自由下落至金属平板上，下落同时由触发器引发示波器记录仪表。桃子的硬度由TG-2型水果硬度计测得。

2023/6/716第十六页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第二节利用力学特性的检测技术1．冲击力特性图下面以桃子的为例，介绍有关冲击特性检测中的基本定义和方法。在高度和质量一定时，桃子硬度不同冲击力特性也不同。桃子硬度越高，连续2次冲击的时间间隔长,在接触过程中，接触冲击力开始由零快速升到峰值，随后又快速下降，这期间力作用时间较短。2023/6/717第十七页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第二节利用力学特性的检测技术（1）恢复系数r

恢复系数r的测定类似于工程材料中的恢复系数的测定，可由自由下落至金属平板的试验测得。恢复系数的定义为：

r…………

恢复系数，%；V1…………

物料冲击前的速度，m/s；V2…………

物料冲击后的速度，m/s。

如果能测得自由下落第一次碰撞结束时到回弹再次开始碰撞时的时间间隔t，在不计空气阻力时有：

2023/6/718第十八页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第二节利用力学特性的检测技术

恢复系数计算的公式:h

…………

物料的自由下落高度，m；g

…………

重力加速度，m/s2。

硬度高，t

值大，r值变大。实际上，恢复系数为下落后最初两次碰撞中的第二次碰撞冲量与第一次碰撞冲量之比，故r是与冲量有关的参数。

2023/6/719第十九页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第二节利用力学特性的检测技术（2）能量吸收率E

第1次碰撞回弹高度势能为物料碰撞后所具有的机械能：hl¨¨¨¨¨为回弹高度，m。

金属平板质量远大于桃子质量且冲击变形极小，其能量吸收可不计。因此物料本身吸收的能量百分率E为：

2023/6/720第二十页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第二节利用力学特性的检测技术（3）冲击力时间特性参数c

冲击力时间特性参数定义为冲击力峰值与到达冲击力峰值所经过的时间之比。由前面的图可得物料的冲击力峰值fp、达到最大力峰值所需时间tp。由此可算得冲击力时间特性参数c：c

…………

物料的冲击时间特性，N/s；fp

…………

物料的最大冲击力，N；tp

…………

到达最大冲击力的时间，s。

2023/6/721第二十一页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第二节利用力学特性的检测技术2．冲击力特性参数与硬度的关系双曲线模型：指数曲线模型：(1)恢复系数r与硬度H的关系由图可知，桃子硬度高，恢复系数也高，两者关系类似于指数曲线或双曲线。2023/6/722第二十二页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第二节利用力学特性的检测技术(2)能量吸收率E与硬度H的关系

图表示了桃子能量吸收率与硬度之间的关系曲线。硬度越高，桃子的吸收能量下降。同样，将试验所得数据分别用指数曲线模型：双曲线模型：

2023/6/723第二十三页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第二节利用力学特性的检测技术（3）冲击力时间特性参数C与硬度H的关系图表示了桃子的冲击时间特性与硬度之间的关系曲线。硬度增加，冲击力时间特性参数值变大。将试验所得数据分别用：和双曲线模型：

模型拟合。2023/6/724第二十四页，共五十九页，编辑于2023年，星期二关系a值b值数学模型F值拟合结果0.752-13.557.34(0.05)双曲线更佳

0.96237.74042.22(0.01)

57.4654.24989.55(0.01)指数曲线更佳

0.017-0.06221.72(0.01)17.001-23.73275.04(0.01)双曲线更佳

0.0522.551380.5(0.01)表2-13个冲击力参数与硬度的回归数学模型及F检验第二十五页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第二节力学特性的检测技术方法:

将桃子按硬度(成熟度)不同分成3个等级：①过于成熟；②刚成熟和已成熟；③未成熟。(4)3个冲击力参数比较

结论：通过F检验：3个冲击力参数对成熟度均呈极显著的相关关系。与桃子质量的关系均不显著，

将桃子按质量不同进行冲击力特性试验，结果见表2-2。2023/6/726第二十六页，共五十九页，编辑于2023年，星期二表2-2不同成熟度、质量桃子的3个冲击力参数值（每个重复8次）成熟度等级质量m/g恢复系数r能量吸收率E/%冲击力时间特性c/N/ms①950.389(0.029)72.90(4.37)6.92(0.43)①1200.358(0.053)74.30(8.31)6.57(0.57)①1450.319(0.048)73.00(8.34)7.02(0.63)②950.498(0.031)65.80(3.40)10.67(0.92)②1200.479(0.020)65.75(2.65)9.98(0.72)②1450.415(0.047)62.90(4.10)11.31(0.81)③950.604(0.053)58.31(6.98)16.85(0.98)③1200.581(0.061)60.74(3.29)15.90(1.32)③1450.549(0.062)61.35(5.30)15.80(1.33)第二十七页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第二节利用力学特性的检测技术三、梨的动态力学特性的检测

研究梨的动态特性发现，

在不同预加载荷、激振功率、成熟程度等条件下梨果实动态试验的弹性模量和相位角明显不同。在相同频率下，随预加载荷的增加弹性模量增加；在相梨子动态轴向加载试验装置系统图同预载荷、激振功率和频率，未成熟梨的动态试验相位角较小，成熟梨的相位角较大，未成熟梨的动态试验弹性模量较大，成熟梨的弹性模量较小。2023/6/728第二十八页，共五十九页，编辑于2023年，星期二梨子的应力与应变相位角的关系梨的应力与应变相位角图2023/6/729第二十九页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第二节利用力学特性的检测技术四、利用蜂蜜的黏度特性检测其品质

糖蜜是指以蔗糖代替蜜饲喂蜂群产生（配制）的蜜或在蜂蜜中掺入蔗糖配制成的蜜，蔗糖含量大于5%。

蜂蜜和糖蜜均属于牛顿流体。蜂蜜和糖蜜的黏度与含水量和其组成成分有关，可回归得到如下关系式：蜂蜜粘度糖蜜粘度式中：

……

物料的粘度，Pa.s；

……

混合液体的含水量，mL/mL；………

还原糖含量，g/mL…………蔗糖含量，g/mL。

2023/6/730第三十页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第二节利用力学特性的检测技术五、利用冲击振动检测西瓜的成熟度1．西瓜的力学和物理特性

一种传统、公认、客观地描述西瓜成熟度的检验方法是测量其果汁的含糖量。但这种方法需要切开西瓜，是损坏性的，不可能大样本数检测，更不能逐个检验。

西瓜内部结构分为瓜皮和瓜瓤。从力学角度，瓜瓤各部位性能相差较大，瓜瓤又可分为3层，第1层为接近瓜皮部分，第2层为中间层，第3层为中心部分。西瓜在成熟过程中，瓜皮的硬度和弹性模量逐渐增加，但内部瓜瓤组织细胞间的结合力随成熟而变小。因此，瓜瓤变得松、脆，即常说的“沙瓤”，瓜瓤的弹性模量随成熟而变小。

2023/6/731第三十一页，共五十九页，编辑于2023年，星期二表2-3某一品种西瓜各部位材料的弹性模量西瓜部位弹性模量E/MPa1#西瓜，含糖9.0%2#西瓜，含糖11.0%瓜皮（硬皮内侧）2.202.40外层（瓜瓤外层）0.510.42中间层（瓜瓤中间）0.440.32中心层（瓜瓤中心）0.400.301#西瓜含搪量为9.0%，成熟度为中等，2#西瓜含搪量为11.0%成熟度为较好。第三十二页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第二节利用力学特性的检测技术2．冲击振动响应方法无损检测西瓜成熟度的原理西瓜可以视为多层球状弹性体。当其受到瞬态冲击时，球体将产生振动响应。按照弹性体振动理论，由冲击造成的振动响应的频率是弹性体的固有频率。球体的固有频率与其材料的密度、几何尺寸和弹性模量等因素有关。可以证明，球体的拉压弹性模E量与固有频率f、质量m之间的关系为：已知西瓜的固有频率和质量后，就可以确定其弹性模量。2023/6/733第三十三页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第二节利用力学特性的检测技术3．西瓜固有频率的测量西瓜固有频率测量试验装置、频率响应函数等如图所示：2023/6/734第三十四页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第三节

利用声学特性的检测技术

一、声学特性检测技术研究概况利用食品与农产品声学特性对其进行无损检测和分级具有适应性强、检测灵敏度高、对人体无害、使用灵活、设备轻巧、成本低廉、可在野外及水下等各种环境中工作和易实现自动化等优点,是一项正在飞速发展的新技术,利用食品与农产品的声学特性对食品与农产品品质(尤其是内部品质)进行无损检测的巨大潜力。

2023/6/735第三十五页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第三节利用声学特性的检测技术食品与农产品的声学特性是指食品与农产品在声波作用下的反射特性、散射特性、透射特性、吸收特性、衰减系数和传播速度及其本身的声阻抗与固有频率等，它们反映了声波与食品或农产品相互作用的基本规律。食品与农产品声学特性的检测装置通常由声波发生器、声波传感器、电荷放大器、动态信号分析仪、微型计算机、绘图仪或打印机等组成。二、食品与农产品的声学特性及检测原理2023/6/736第三十六页，共五十九页，编辑于2023年，星期二

苹果硬度检测系统第二章利用力学(机械)特性的检测技术第三节

利用声学特性的检测技术

三、声学特性检测的典型实例1.利用测定共振频率确定苹果硬度

图为一苹果硬度的检测系统,测试时,用榔头轻叩苹果,由苹果另一侧的声波传感即可求出硬度。器采集声脉冲响应信号,放大后送到动态信号分析仪,经快速傅立叶变换可求得其共振频率f根据苹果硬度与成正比的关系:2023/6/737第三十七页，共五十九页，编辑于2023年，星期二甜瓜贮藏时间与声波传播速度的关系第二章利用力学(机械)特性的检测技术第三节利用声学特性的检测技术2.利用测定声波传播速度确定甜瓜的成熟度随着甜瓜的成熟,声波在甜瓜中的传播速度和共振频率均将降低,其变化趋势完全一致。利用传播速度来确定甜瓜成熟度,不需测定质量,也不需进行快速傅里叶变换。因此,与共振频率相比,声波传播速度是易测定的指标。试验表明,适宜成熟甜瓜的声波传播速度为37～50m/s。2023/6/738第三十八页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第三节

利用声学特性的检测技术

图是利用声学特性检测西瓜成熟度的装置原理图。该检测系统主要由物料台、声波传感器、放大器、磁带记录仪、计算机和打印机等设备组成。3.利用声学特性检测西瓜的成熟度2023/6/739第三十九页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术(a)(c)(b)

西瓜果实打击音波波形a-未熟果;b-适熟果;c-过熟果成熟度质量m/g体积V/cm3密度ρ/(g/cm3)糖度Bm/%对称度衰减率β频率ftt/Hz未成熟345234970.9876.80.40~0.760.55~0.80164~280适成熟389439650.9829.60.12~0.180.92~0.98132~164过成熟378538820.9759.20.10~0.160.90~0.97107~130第四十页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术(a)(b)

西瓜打击音波功率谱密度a-未熟果;b-适熟果

上图是西瓜的打击音波功率密度曲线。分析打击音波功率谱密度可知，未熟西瓜的打击音波含有多种频率成分，而且峰值频率ft较高，约为164~280Hz，随成熟增加，ft逐渐减少，在收获适期，为132~164Hz，仅有一种频率成分。过熟果的ft进一步减小到107~130Hz，在ft上下，又出现较小的峰值。2023/6/741第四十一页，共五十九页，编辑于2023年，星期二4.利用测定声压确定谷物的水分第四十二页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第四十三页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第四节利用超声波的检测技术第四节

利用超声波的检测技术二、超声波在食品与农产品品质检测中的应用

1．超声波检测技术在乳状液体系中的应用

2．利用超声波检测马铃薯空心

3．利用超声波检测受钻蛀虫侵扰的樱桃树

一、超声波检测原理

1．超声波的声速检测

2．超声波的衰减检测

2023/6/744第四十四页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第四节

利用超声波的检测技术一、超声波检测原理

用高频声波与物质间相互作用获取被测物质的理化性质。运用在医学、海洋学、材料和化工操作过程中的生物和非生物物质的检测和研究，但在食品与农产品体系的应用较少。

压缩波的传递是通过介质的压缩和膨胀进行的，质点在声波作用下以原位置为原点发生的振荡仍服从虎克定律，即：介质的结构在声波传递过程中未发生任何根本性的破坏。

声波通过介质时的主要3种形式：压缩波、表面波和切变波。压缩波是最常用的超声波形式，其他形式用得比较少。2023/6/745第四十五页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第四节

利用超声波的检测技术

超声波检测技术最为常用的两个测量参数是通过介质的声速和振幅衰减。超声波检测技术也分为连续式和脉冲式，前者操作复杂，仪器和技术要求较高，测量精度也相应高，主要使用在一些专门的研究领域。工业上比较实用的是脉冲式，优点是简单、快速，易于实现自动化，测量精度对生产和流通中的食品与农产品体系是足够的。

2023/6/746第四十六页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第四节

利用超声波的检测技术1．超声波的声速检测

当一个平面波通过介质时，超声波性质与介质的物理性质可用一个简单的数学式关联：

k…介质的复合波数,cm-1；ω…角频率，ω=2πf，

f是声波频率，Hz；E

…介质的弹性模量,MPa；ρ…介质密度，kg/m3。

结论:只要测出介质的声速，即可检测介质的物理性质。

对声学均匀体系的衰减很小，介质的物理性质E和ρ基本上与声波频率无关，动态和静态测定的数值相差很小。

2023/6/747第四十七页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第四节

利用超声波的检测技术声速只取决于介质的体积弹性模量和密度。在ρ已知的情况下，通过声速的测定就可直接反映出介质的内部结构。对固态介质，其弹性模量可表达为：

K………体积弹性模量，MPa；G………刚性模量MPa。

对液态介质，由于不具有刚性或刚性很小(如凝胶)，

C2=K/ρ2023/6/748第四十八页，共五十九页，编辑于2023年，星期二

超声波检测原理示意图A-脉冲信号发生器；B-时间计数器；C1-发送探头；C2-接收探头；D-样品第二章利用力学(机械)特性的检测技术第四节

利用超声波的检测技术超声波的声速检测原理图

超声波检测原理如图所示。从信号发生器产生的信号,在传至发送探头的同时，也传至时间计数器记录开始时间T1；时间计数器记录停止时间T2；则ΔT=T2-T1即为超声波通过样品的时间。而通过样品的距离d已预先利用已知声速的物质准确测知，所以声速即可求出。

2023/6/749第四十九页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第四节

利用超声波的检测技术2．超声波的衰减检测

当声波通过介质时，振幅会减小，产生衰减。由传递过程中能量发生吸收和散射产生。通常超声波在液态中的吸收反映了介质的性质及相互作用，可从衰减的程度对这些性质进行研究。在不均匀体系中散射是十分重要的现象，体系的微结构及物理性质对超声波散射有着特定的影响。衰减系数α可以表述为：

A……声波通过介质后检测到的振幅，A0……初始振幅，d……超声波通过的距离。

衰减系数的测定与测量声速的原理相同，此时测量的参数是相邻回波的振幅及其变化。

2023/6/750第五十页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第四节

利用超声波的检测技术超声波技术能完成的检测内容：(1)物质的体积弹性模量和刚性弹性模量；(2)物质的复合剪切粘度，尤其适于粘弹性的介质；(3)分散体系和胶体体系的分散相粒度大小及其它性质；(4)不同超声波性质的混合物体系的组分含量；(5)不同超声波性质的介质层的厚度或深度；(6)物质的流动速度；(7)物质的相转变。2023/6/751第五十一页，共五十九页，编辑于2023年，星期二第二章利用力学(机械)特性的检测技术第四节利用超声波的检测技术二、超声波在食品与农产品品质检测中的应用

1．超声波检测技术在乳状液体系中的应用

（1）乳液分层检测

超声波检测乳状液分层的示意图

油与水的超声波速度不同，在声波通过