SUPERVISOR
Morteza Sadeghi,Seyed Ahmad Mireei,Abbas Hemmat
مرتضی صادقی (استاد راهنما) سیداحمد میره ای (استاد راهنما) عباس همت (استاد مشاور)
STUDENT
MAHSA VAHEB
مهسا واهب
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
Measurement and Modeling of Firmness and Soluble Solid Contact Based on Non- Distractive Impact Method
Plum ( prunusdomestica. ) is a fruit from the drupe family. There are more than one thousand varieties of this fruit in the world that are different in terms of color, shape and size. Due to the high respiration intensity and high rate of maturity process, plum fruit has a short storage life, and hence must be supplied to the market in a short time after harvesting. For grading agricultural products it is needed to measure some of their properties directly or indirectly. In general, evaluation of product quality is done by destructive and nondestructive methods. However, nowadays non-destructive methods are taken into consideration because of their advantages. Among various methods for nondestructive evaluation of agricultural products, mechanical method is widely used to estimate the quality of the product. Impact is one of the nondestructive mechanical methods for determining qualitative indices of agricultural products. In this method, a dynamic input is applied to the product. This input could be exerted by free fall of the product or throwing it from a specific height onto a force sensitive surface which is called free impact method. If the dynamic input is applied by a shaped impactor in a controlled manner, it is called hammer or forced impact method. In this study, the effect of maturity period on variation of firmness and soluble solids content (SSC) of plum fruit (Khansar variety) was investigated by using an online free impact signal measurement system. The system consisted of three main parts: a conveyor unit for traorting and throwing the sample, a load cell and a data acquisition unit. The experiments were carried out at three speeds of 1, 1.5 and 2 m s -1 on 648 samples. After collecting the mechanical signals, the considered indices were measured using the reference and standard methods. The Magnes-Taylor standard destructive test was conducted for measuring the samples’ stiffness by a probe with cross-sectional diameter of 4 mm using a comprehensive tension-compression test apparatus. The maximum force for penetrating into the fruit sample was considered as the firmness. The values of SSC were measured by a refractometer from the plum extract. Preliminary iection of the signals revealed that the samples with higher stiffness values created the signals having the higher first peak values. In order to model F and SSC three different regression analysis methods including the partial least squares (PLS), the combination of principal component analysis and artificial neural network (PCA-ANN) and neuro-fuzzy were used and compared. The results showed that estimation models for F led to better results in comparison with SSC estimation models at every test speeds. Since the SSC is a chemical index, acceptable results could not be obtained for estimating that using the mechanical methods. The best result for estimating F belonged to neuro-fuzzy modeling method at the speed of 1 m s -1 with R 2 P =0.753, RMSEP=0.506 N and SDR=1.730. After neuro-fuzzy, the PCA-ANN and the PLS methods led to the best results, respectively.According to the results, the traorting and throwing velocity of 1 m s -1 is recommended for estimating the ripeness degree of plum fruit using the nondestructive free impact method. Keywords : Artificial neural network, firmness, free impact method, neuro-fuzzy, non-destructive, partial least squares, plum, soluble solids content.
آلو یک میوهی تک هستهای از خانوادهی هستهداران است. بیش از هزاران گونهی متفاوت از این میوه در دنیا وجود دارد که از نظر رنگ، شکل و اندازه تنوع زیادی دارند. میوهی آلو به دلیل داشتن شدت تنفس زیاد و سرعت فرآیند رسیدگی، عمر انبارداری کوتاهی داشته و باید در زمان کوتاهی پس از برداشت به بازار عرضه شود. برای درجهبندی محصولات کشاورزی نیاز است تا برخی خواص آنها به صورت مستقیم یا غیرمستقیم اندازهگیری شوند. به طور کلی ارزیابی کیفیت محصول به دو شیوهی مخرب و غیرمخرب انجام میشود. به هر جهت، امروزه روشهای غیر مخرب به دلیل مزایای خاصشان مورد توجه قرار گرفتهاند. روشهای مختلفی برای ارزیابی غیرمخرب محصولات کشاورزی وجود دارند که در این میان روشهای مکانیکی برای تخمین کیفیت محصول کاربرد گستردهای دارند. ضربه یکی از روشهای مکانیکی غیرمخرب برای اندازهگیری شاخصهای محصولات کشاورزی میباشد. در روش ضربه، محصول دستخوش یک ورودی دینامیکی مانند ضربه میشود. این ضربه میتواند ناشی از سقوط آزاد محصول و یا پرتاب آن از یک ارتفاع مشخص بر روی یک سطح حساس به نیرو باشد که به آن روش ضربه آزاد گفته میشود. چنانچه اعمال ضربه به صورت کنترل شده و توسط یک ضربهزن با شکل مشخص به محصول باشد، به آن روش ضربهی اجباری گویند. در این تحقیق اثر دورهی رسیدگی میوهی آلوی خوانسار بر تغییر سفتی (Firmness) به عنوان یک خاصیت مکانیکی و مواد جامد محلول (SSC) به عنوان یک ویژگی شیمیایی محصول به وسیلهی یک سامانهی برخط اندازهگیری سیگنال ضربه آزاد مطالعه شد. این سامانه شامل 3 قسمت اصلی حمل و پرتاب نمونه، بارسنج و سامانه جمع آوری دادههای ضربه میباشد. ابتدا آزمایشهای ضربه آزاد برای 648 نمونه در سه سرعت حمل و پرتاب 1، 5/1 و 2 متر بر ثانیه توسط سامانهی مذکور انجام شد. پس از جمعآوری سیگنالهای مکانیکی، شاخصهای مورد نظر بلافاصله با استفاده از روشهای مرجع برای هر نمونه اندازهگیری شدند. برای اندازهگیری سفتی نمونهها طبق آزمون استاندارد مگنس-تیلور، آزمون مخرب نفوذ توسط پروب با قطر سطح تماس 4 میلیمتر و با استفاده از دستگاه جامع آزمون کشش- فشار انجام شد. نیروی بیشینه برای نفوذ به میوه به عنوان شاخص سفتی نمونه در نظر گرفته شد. مقادیر SSC نیز توسط یک دستگاه رفرکتومتر از عصارهی آلو اندازهگیری شد. مقایسهی سیگنالهای به دست آمده نشان داد که نمونههای با سفتی بیشتر، سیگنال با قلهی بلندتری را ایجاد کردند. به منظور مدلسازی شاخصهای کیفی F و SSC از سه روش مختلف تحلیل رگرسیونی شامل حداقل مربعات جزئی (PLS)، ترکیب تحلیل مؤلفه های اصلی و شبکه عصبی مصنوعی (PCA- ANN) و سیستم عصبی-فازی (Neuro- Fuzzy) استفاده و مقایسه شدند. نتایج نشان داد که مدلهای تخمین F با استفاده از سیگنال ضربه آزاد منجر به نتایج بهتری نسبت به مدلهای تخمین SSC در هر سه سرعت آزمایش میباشد. از آنجا که SSC یک مؤلفهی شیمیایی می باشد، نتایج قابل قبولی در تخمین آن بر اساس یک روش مکانیکی حاصل نمیشود. بهترین مدل برای تخمین F مربوط به مدلسازی با سیستم عصبی- فازی در سرعت 1 متر بر ثانیه با شاخصهای آماری 753/0= R 2 p، N506/0= RMSEP و 730/1=SDR بود. پس از سیستم عصبی-فازی به ترتیب روشهای PCA-ANN وPLS برای تخمین سفتی منجر به بهترین نتیجه شدند. با توجه به نتایج، سرعت حمل و پرتاب 1 متر بر ثانیه برای تخمین درجه رسیدگی میوهی آلو با استفاده از روش غیر مخرب ضربه آزاد توصیه میشود.