农业物料的电磁特性.ppt

第八章 农业物料的电磁特性 第一节 电磁波谱 第二节 光在农业物料中的传播 第三节 物料光学特性的应用 电 磁 波 谱 一、电磁波谱 宇宙射线：由短波高频电磁波所形成，光子所携带能量最多 射 线：由辐射性物质产生，不易被物质所吸收，若被活 体所吸收则会造成破坏作用 x 射 线：原子内的电子束在几千伏电压下加速撞击金属目 标产生 紫 外 线：由原子、分子中的电子放电所形成，被微生物吸 收时，电离作用导致的化学反应会破坏微生物体 可 见 光：由原子或分子中组成物（主要是电子）的内部运 动调整所形成 红 外 线：由分子和热体产生 微 波：由电子装置产生 声 波：由电子装置产生 电磁波：由电子的往复或周期性运动产生的电场、 磁场变化形成电磁辐射 电子在特定频率范围内可被激化或振荡，热、电、 化学变化、高频辐射均可导致电子激化或振荡 热：黑体辐射，如灯丝达3000时方能产生可见光 区域的辐射能 电：电场两电极间距很小且电压很大可产生极化作 用 化学变化：可导致光子的吸收或释放形成辐射 高频辐射： 射线、x射线、紫外线等均可形成激化 辐射 一、电磁波谱 电 磁 波 谱 常用电磁波谱 名 称频率范围波长范围典型业务 甚低频VLF超长波 330KHz 10010km导航，声纳 低频LF长波，LW 30300KHz101km导航，频标 中频MF中波, MW 3003000KHz1km100mAM, 海上通信 高频HF短波, SW 330MHz100m10mAM, 通信 甚高频VHF超短波 30300MHz101mTV, FM, MC 特高频UHF微波3003000MHz10010cmTV, MC, GPS 超高频SHF微波330GHz 101cmSDTV, 通信,雷达 极高频EHF微波 30300GHz101mm通信, 雷达 光频 光波150THz3000.006m光纤通信 电磁波的波段划分及其应用 调幅广播（AM）：550KHz1650KHz(中波); 2MHz30MHz(短波) 调频广播（FM）：88MHz108MHz 电视频道（ TV）：50MHz100MHz; 170MHz220MHz; 470MHz870MHz 无绳电话(Cordless Phone)： 50MHz; 900MHz; 2.4GHz 蜂窝电话(Cellular Phone)： 900MHz; 1.8GHz; 1.9GHz 卫星TV直播(SDTV)：4GHz6GHz; 12GHz14GHz 全球卫星定位系统(GPS)：L1 =1575.42MHz; L2 =1227.60MHz; L3=1176.45MHz 光纤通信： 1.55m ，1.33m ，0.85m ISM波段： 902928MHz，2.42.4835GHz，5.7255.850GHz 用于加热、干燥的电磁波： 1300MHz（radio frequency，RF，声频） 330MHz（高频，high frequency，HF；short wave，SW） 30-300 MHz（甚高频，very high frequency，VHF） 300MHz300GHz（microwave，WM，微波） 300-3000 MHz（特高频，ultra high frequency，UHF） 3-30GHz（超高频，super high frequency，SHF ） 30300 GHz（极高频，extremely high frequency，EHF ） 光 谱 光色 波长(nm) 频率(Hz) 中心波长 (nm) 红 760622 3.91014 4.81014 660 橙 622597 4.81014 5.01014 610 黄 597577 5.01014 5.41014 570 绿 577492 5.41014 6.11014 540 青 492470 6.11014 6.41014 480 兰 470455 6.41014 6.61014 460 紫 455400 6.61014 7.51014 430 人眼最为敏感的光是黄绿光，即555nm附近。 可见光 (visible light) 能够引起人的视觉的电磁波 互补色：两种颜色的光按比例混合形 成白光，这两种光称为互补色。物质 对光具有选择性吸收作用而呈现出不 同颜色。当物质对可见光区域内某种 波长的光选择性吸收时，该物质呈现 出被吸收波长光的互补色光的颜色。 l几何因素：物料尺寸大小与波长间关系，若波长物料尺寸 ，则不能检测出光滑、粗糙表面间的差异。 l吸收作用：分子吸收能量与其辐射激化能级有关，长波适 于激化蒸汽和气体，短波适于激化液体、固体。 2002.5nm 能造成液体、固体分子的低频振荡 S KS 散射系数高低含水率、低吸收率 散射系数低高含水率、高吸收率 2、光的透射 光密度（optical density）： 透光度（%）OD值值 1000 101 12 0.13 特点： 透光率受物料尺寸影响 透过物料的光强度非常低 不适于高速、连续测定 不受物料尺寸的影响 仅测定物料某一局部的特性，而非物料整体的特性 受物料尺寸、光源或灯的能量输出变化、仪器灵敏度变化等，所测定的 光密度值会在较大范围内波动 2、光的透射 采用两个波长的光密度比值或光密度差来表示物料的光学性质可消除 前述影响，光密度差值可抵消由于各种变化产生的影响 波长选择：一个波长对物料品质变化比较敏感，另一个波长则完全不 敏感，而两个波长全部都对物料尺寸、光源、检测器的变化敏感 2、光的透射 x物料厚度 该比值与物料厚度无关 2、光的透射 2 光 的 透 射 3、延迟发光特性 延迟发光（delayed-light emission）： 经光照激励后的发光现象，其波长与激励波长不同。发 光强度与叶绿素含量相关，可用于物料成熟度的评定与分级 。 3、延迟发光特性 延迟发光强度峰值波长范围： 650-750nm，其中700nm处延迟 发光强度最大测定装置应对 红光有良好响应 影响因素： 光照激励时间 光照激励强度 暗期时间 照射面积 样品温度 物料厚度 成熟度 延迟发光强度 应在饱和状态 下测定 三、农业物料光学特性的应用 主要用于物料的质量检测与分选分级 颜色、成熟度 外部损伤 成分分析 内部缺陷 分选 1、颜色和成熟度 2、外部损伤 3、成分分析 4、内部缺陷检测 5、自动分选和分级 5、自动分选和分级 5 自 动 分 选 和 分 级 红外线 热效应和穿透能力 散发水分而获得均匀干燥 杀虫灭菌 近红外的光谱分析法可准确快速地测定农产品的品质和主要成 分 远红外探测器可探测森林灾情、作物长势和预报病虫害等 紫外辐射（紫外光 ） 具有光激发光现象 根据种子细胞和化学成不同，在紫外光照射下发不同色的光， 检验外观相同的种子纯度 剔除受霉菌（包括五米黄曲霉素）感染的谷物 紫外辐射对动、植