ヘルムホルツ共鳴現象を利用した農産物・食品の空隙率非破壊評価法の開発

利用亥姆霍兹共振现象开发农产品和食品孔隙率无损评价方法

基本信息

批准号：
15780172
负责人：
西津貴久
金额：
$ 2.5万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

多孔質体にヘルムホルツ共鳴法を適用した場合,その音響系を粘性減衰力が作用する1自由度の振動系で等価的に置き換えたモデル式を提案しているが,これは音響管内の空気柱の変位が非常に小さく空気流速が極めて小さいために,気柱が受ける抵抗がダルシー則に従って速度に比例することを前提としている.この際の空気流速は粒子速度に相当するが,音圧を80dB(=0.2Pa),空気中の音速と密度をそれぞれ340m/s,1.184kg/m^3とした場合,粒子速度は0.0005m/sとなる.所有する風速計及びマノメータの性能限界から,昨年度の通気抵抗計測実験では風速1m/s程度の風量を用いざるを得ず,粒子速度理論値に対して実に2000倍程度の隔たりがあった.本年度は,マスフローコントローラと微差圧計を用いて計測系を組みなおし,風速を0.042m/sまで低下させて計測を行った.昨年度と同様に0.2〜10mm径のガラス球,玄米,籾,大豆,小豆,コーンの堆積物を用いて計測した結果,計測データの傾向は提案モデルとよく一致し,共鳴周波数の支配因子は流れ抵抗であることが明らかになった.本理論とその計測結果について,ベルギーで開催された2004年農業工学ルーヴェン会議(2004年9月9〜18日)で発表を行った.本方式の実用化を考えた場合,計測中の雰囲気条件の変動に対する補正が重要になってくるため,ブランク計測不要の簡便な方法の検討もあわせて行った.共鳴器本体に小共鳴器を付加すると2自由度振動系となる.そのときの二つの共鳴周波数の比をとると,雰囲気条件に係るパラメータ(空気の密度比熱比)をキャンセルすることができる.補正効果の確認のために,気温5〜25℃,相対湿度40〜80%の範囲で変化させて体積推定計測を行ったところ,雰囲気変動による誤差を,補正なしの場合と比較して約10分の1程度まで減少させることができた.

当亥姆霍兹共振法应用于多孔体时，提出了一个模型方程，其中声学系统等效为一个具有粘性阻尼力作用的自由度振动系统，其位移极小且空气流动。速度极小。为了避免这个问题，根据达西定律，我们假设空气柱所受到的阻力与速度成正比。这种情况下的气流速度对应于粒子速度，但声压为80 dB（=0.2 Pa），空气中的声速和密度分别为 340m/s,1如果粒子速度为0.184kg/m^3，则粒子速度为0.0005m/s。由于我们现有的风速计和压力计的性能限制，我们只好使用约1m/的空气流量。去年通风阻力测量实验中，相对于颗粒速度的理论值。事实上，相差了约2000倍。今年，我们使用质量流量控制器和差压计重新组装了测量系统，并通过将风速降低到0.042 m/s进行测量。与去年类似，风速为0.2~10mm直径玻璃使用饭团、糙米、水稻、大豆、红豆和玉米的沉积物进行测量的结果表明，测量数据的趋势与所提出的模型非常吻合，并且很明显，共振频率的控制因素是关于该理论及其测量结果，在 2004 年鲁汶农业工程会议（2004 年 9 月 9 日至 18 日）上进行了演示，易于使用，无需空白测量我们还研究了一种改进方法。在谐振器体上添加一个小谐振器，创建了一个二自由度振动系统。如果我们取当时两个谐振频率的比值，我们可以计算出与大气条件（空气的密度）可以被取消。为了确认校正效果，我们在5至25摄氏度的范围内改变温度和40至80%的相对湿度范围内进行体积估计测量。我们发现，由于大气波动而产生的误差约为我们能够将其减少到大约十分之一。