การประยุกต์ใช้สี่คลื่นความถี่ย่านไมโครเวฟเพื่อคัดแยกระดับความหวานของสารละลายน้ำเชื่อมโดยไม่สัมผัส
Article Sidebar
Main Article Content
บทคัดย่อ
บทความนี้นำเสนอระบบตรวจวัดระดับความหวานในสารละลายน้ำเชื่อมด้วยอัตราส่วนกำลังงานของ 4 คลื่นความถี่ย่านไมโครเวฟ ระบบตรวจวัดติดตั้งสายอากาศอยู่ด้านเดียวกันซึ่งแบ่งออกเป็นภาคส่งและภาครับ ภาคส่งทำหน้าที่ส่งออกสัญญาณความถี่ตั้งแต่ 2.1, 2.3, 2.5 และ 2.7 กิกะเฮิรตซ์ ไปยังน้ำเชื่อมตัวอย่างและเกิดเป็นกำลังงานการสะท้อนกลับ ในส่วนของภาครับทำหน้าที่ตรวจจับกำลังงานสะท้อนและเปรียบเทียบกับกำลังงานของความถี่ท้องถิ่นที่ 2.0 กิกะเฮิรตซ์ เพื่อหาอัตราส่วนที่แตกต่างกันของ 4 คู่ความถี่ เอาต์พุตที่ได้รับเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงจากนั้นถูกเปลี่ยนเป็นสัญญาณดิจิทัล ข้อมูลได้รับการประมวลผลด้วยบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ที่มีกระบวนการตัดสินใจจากโครงข่ายประสาทเทียม การตรวจวัดความหวานของน้ำเชื่อมทำทั้งหมด 10 ตัวอย่าง ตั้งแต่ 3 ถึง 30 %Brix ค่า VMAG1 VMAG2 VMAG3 และ VMAG4 ในแต่ละคู่ความถี่จากการตรวจวัดน้ำเชื่อมให้ระดับแรงดันอยู่ในช่วง 0.965 ถึง 0.979 โวลต์ 1.029 ถึง 1.055 โวลต์ 1.268 ถึง 1.306 โวลต์ และ 1.444 ถึง 1.523 โวลต์ ตามลำดับ ข้อมูลการตรวจวัดตอบสนองต่อระดับความหวานที่เพิ่มขึ้น และให้ค่าความไวของ VMAG สูงสุดอยู่ที่ 14 มิลลิโวลต์ต่อ 3%Brix การฝึกสอนโครงข่ายประสาทเทียมด้วยข้อมูล 1 คู่ความถี่ 2 คู่ความถี่ และ 3 คู่ความถี่ ให้ความแม่นยำในการตัดสินใจเพิ่มขึ้นอย่างเป็นลำดับและที่ 4 คู่ความถี่ ให้ความแม่นยำสูงสุด โครงสร้างที่เหมาะสมอยู่ที่ 4 อินพุตโนด 8 โนดซ่อนเร้น และใช้ 4 โนดเอาต์พุต ที่เป็นตัวแทนของระดับความหวานน้ำเชื่อม 10 ระดับ อัตราการเรียนรู้ในการฝึกสอนอยู่ที่ 0.2 โครงสร้างที่เหมาะสมส่งผลให้หน่วยความจำของค่าถ่วงน้ำหนักถูกใช้อย่างคุ้มค่าและสามารถแยกระดับความหวานได้แม่นยำอยู่ที่ 92.4% แสดงให้เห็นว่าระบบตรวจวัดแบบ 4 คลื่นความถี่ในย่านไมโครเวฟทำงานได้อย่างประสิทธิภาพ
Article Details
เอกสารอ้างอิง
Fernandes, A. M., Franco, C., Mendes-Ferreira, A., Mendes-Faia, A., Costa, P. L. and Melo-Pinto, P., 2015, Brix, pH and anthocyanin content determination in whole Port wine grape berries by hyperspectral imaging and neural networks, Computers and Electronics in Agriculture, 115: 88-96.
Kelebek, H., Selli, S., Canbas, A. and Cabaroglu, T., 2009, HPLC determination of organic acids, sugars, phenolic compositions and antioxidant capacity of orange juice and orange wine made from a Turkish cv. Kozan, Microchemical Journal, 91: 187–192.
Awad, T.S., Moharram, H.A., Shaltout, O. E., Asker, D. and Youssef, M. M., 2012, Applications of ultrasound in analysis, processing and quality control of food: A review, Food Research International, 48: 410–427.
Anjos, O., Campos, M. G., Ruiz, P. C. and Antunes, P., 2015, Application of FTIR-ATR spectroscopy to the quantification of sugar in honey, Food Chemistry, 169: 218–223.
Cocchi, M., Durante, C., Grandi, M., Lambertini, P., Manzini, D. and Marchetti, A., 2006, Simultaneous determination of sugars and organic acids in aged vinegars and chemometric data analysis, Talanta, 69: 1166–1175.
Cavdaroglu, C. and Ozen, B., 2021, Prediction of vinegar processing parameters with chemometric modelling of spectroscopic data, Microchemical Journal, 171: 106886
Giovenzana, V., Beghi, R. and Guidetti, R., 2014, Rapid evaluation of craft beer quality during fermentation process by vis/NIR spectroscopy, Journal of Food Engineering, 142: 80–86.
Wu, D., He, Y., Nie, P., Cao, F. and Bao, Y., 2010, Hybrid variable selection in visible and near-infrared spectral analysis for non-invasive quality determination of grape juice, Analytica Chimica Acta, 659 (1–2): 229-237.
Bertelli, D., Lolli, M., Papotti, G., Bortolotti, L., Serra, G., and Plessi, M., 2010, Detection of honey adulteration by sugar syrups using one-dimensional and two-dimensional high-resolution nuclear magnetic resonance. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 58(15): 8495–8501.
Bao, Y., Liu, F., Kong, W., Sun, D., He, Y. and Qiu, Z., 2014, Measurement of soluble solid contents and pH of white vinegars using VIS/NIR spectroscopy and least squares support vector machine, Food Bioprocess Technology, 7: 54–61.
Belay, A. and Assefa, G., 2018, Concentration, wavelength and temperature dependent refractive index of sugar solutions and methods of determination contents of sugar in soft drink beverages using laser lights, Journal of Lasers, Optics & Photonics, 5(2): 1-5.
Skierucha, W., Wilczek, A. and Szyplowska, A., 2012, Dielectric spectroscopy in agrophysics, International Agrophysics, Vol. 26(2): 187-197.
Ennasar, M. A., Mrabet, O. E., Mohamed, K. and Essaaidi, M., 2019, Design and characterization of a broadband flexible polyimide RFID tag sensor for NaCl and sugar detection, Progress In Electromagnetics Research C, 94: 273-283.
Thomason, S. J. and Bialkowski, K. S., 2019, Dielectric spectroscopy based determination of sugar content in Solution, IEEE Sensor Letter, 3(5): 1-4.
Islam, M. T., Rahman, M. N., Singh, M. S. J. and Samsuzzaman, M., 2018, Detection of salt and sugar contents in water on the basis of dielectric properties using microstrip antenna-based Sensor, IEEE Access, 6: 4118-4126.
Hosseini, N. and Baghelani, M., 2021, Selective real-time non-contact multi-variable water-alcohol-sugar concentration analysis during fermentation process using microwave split-ring resonator based sensor, Sensors and Actuators A, 325: 112695.
Cheng, E. M., areq, M., Shahriman, A. B., Afendi, R. M., Lee, Y. S., Khor, S. F., Tan, W. H., Fazli, M. N. N., Abdullah, A. Z. and Jusoh, M. A., 2014, Development of microstrip patch antenna sensing system for salinity and sugar detection in water, International Journal of Mechanical & Mechatronics Engineering, 14(5): 31-36.
Keowsawat, P., Kanahna, R., Phongcharoenpanich, C., and Akkaraekthalin, P., 2016, Correlation between transmission coefficient and permittivity properties of sugar solution, Proceedings of the 13th International Conference on Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology, Chiang Mai, 1-4.
Leekul, P., Chivapreecha, S. and Krairiksh, M., 2016, Microwave sensor for tangerine classification based on coupled-patch antennas, International Journal of Electronics, 103(8): 1287-1300.
Zhao, C., Wu, G. and Li, Y., 2019, Measurement of water content of oil-water two-phase flows using dual frequency microwave method in combination with deep neural network, Measurement, 131: 92-99.
Ikyumbur, T. J., Onimisi, M. Y., Abdu, S. G., Hemba, E. C. and Kirji, Z. J., 2017 Optimization in the computation of dielectric constant of methanol using Debye relaxation method, British Journal of Applied Science & Technology, 19(1): 1-10.
Sheng, J., Chen, H., Li, B. and Chang, L., 2013, Temperature dependence of the dielectric constant of acrylicdielectric elastomer, Applied Physics A, 110: 511–515.
Pozar, D. M., 2012, Microwave engineering, 4th Ed., John Wiley & Sons: USA, 29 p.
Chaisaeng, P., Leekul, P., Wongcharoen, P. and Kunsook, K., 2020, Permittivity measurement of syrup in wideband frequency for simulation of sugar content determination by artificial neural network, Journal of Industrial Technolog (I-Tech), 15(2): 132-142. (in Thai)
Analog Devices, LF–2.7 GHz RF/IF Gain and Phase Detector AD8302, 1-23, 2018.
