طراحی و ساخت یک سنسور الکترونیکی جدید به منظور تشخیص فساد در ماده غذایی شیر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 1گروه مهندسی برق، دانشگاه صنعتی کرمانشاه، کرمانشاه

2 گروه مهندسی برق، دانشگاه صنعتی کرمانشاه،

3 گروه مهندسی مکانیک و مرکز تحقیقات هوش مصنوعی، دانشگاه عجمان، عجمان، امارات متحده ی عربی

چکیده

چکیده:

ارزیابی کیفیت و سلامت شیر، به عنوان یکی از مواد غذایی ضروری در تغذیه انسان، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. روش‌های سنتی تشخیص کیفیت شیر، عمدتاً بر پایه آزمون‌های شیمیایی استوارند که علی‌رغم قابلیت اطمینان، با معایبی همچون هزینه بالا، زمان‌بر بودن و نیاز به تخریب نمونه همراه هستند. در مقابل، فناوری سنجش مایکروویو، به ویژه با استفاده از سنسورهای مایکرواستریپ، به عنوان یک رویکرد نوین، پتانسیل ارائه روشی کم‌هزینه، غیرمخرب و بلادرنگ را داراست. این سنسورها با تحلیل تغییرات پاسخ فرکانسی ناشی از خصوصیات دی‌الکتریک ماده تحت آزمایش، امکان شناسایی تغییرات کیفیت، از جمله فساد را فراهم می‌کنند. این پژوهش با هدف طراحی، ساخت و ارزیابی یک سنسور مایکرواستریپ جدید برای تشخیص روند فساد در شیر با استفاده از امواج مایکروویو انجام شده است. یک سنسور مایکرواستریپ با دو ناحیه گذردهی در نرم‌افزار ADS طراحی و ساخته شد. ده نمونه شیر تجاری با شرایط یکسان، در ده روز متوالی تهیه و در دمای کنترل‌شده (℃21) نگهداری شدند. در روز آزمایش، پارامتر پراکندگی (S21) برای هر نمونه با حجمml 180 با استفاده از تحلیل‌گر شبکه برداری (VNA) اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد که تغییرات محسوسی در پارامتر S21 در ناحیه گذردهی اول (MHz 1807 تا MHz 2466) با افزایش عمر نمونه‌ها رخ می‌دهد. بیشترین حساسیت و تفاوت معنادار در فرکانسMHz 2166 مشاهده شد؛ در این فرکانس، اختلاف دامنه بین تازه‌ترین (سالم‌ترین) و کهنه‌ترین (فاسدترین) نمونهdB 02/7 بود. این میزان اختلاف، حدود 105 برابر انحراف استاندارد (0.067 دسی‌بل) بود، که نشان‌دهنده تفکیک‌پذیری بالا و معناداری نتایج است. فرکانس‌های دیگری مانند MHz 1807 نیز روند مشابه و قابل اتکایی را نشان دادند. سنسور مایکرواستریپ ارائه‌شده، ابزاری کارآمد، دقیق و سریع برای پایش غیرمخرب و بلادرنگ فساد شیر است و جایگزینی مناسب برای روش‌های آزمایشگاهی پرهزینه و زمان‌بر در صنایع غذایی محسوب می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Design and Fabrication of a Novel Electronic Sensor for Detecting Spoilage in Milk

نویسندگان [English]

  • Ali Khoshchehre 1
  • MohammadAmir Sattari 2
  • Omar Hamed Shah 3
  • Gholamhossein Roshani 2
1 Department of Electrical Engineering, Kermanshah University of Technology, Kermanshah
2 Department of Electrical Engineering, Kermanshah University of Technology,
3 Department of Mechanical Engineering and Artificial Intelligence Research Center, Ajman University, Ajman, United Arab Emirates
چکیده [English]

Abstract

Evaluating the quality and safety of milk, a vital component of human nutrition, is of paramount importance. Traditional methods for assessing milk quality, primarily based on chemical tests, are reliable but suffer from high costs, time-consuming processes, and the need for sample destruction. In contrast, microwave sensing technology, particularly using microstrip sensors, offers a novel, cost-effective, non-destructive, and real-time approach. These sensors detect quality changes, including spoilage, by analyzing frequency response variations driven by the material's dielectric properties. This study aimed to design, fabricate, and evaluate a novel microstrip sensor for detecting milk spoilage trends using microwave signals. A microstrip sensor with two passband regions was designed in ADS software and fabricated. Ten commercial milk samples, prepared under identical conditions, were collected over ten consecutive days and stored at a controlled temperature (21°C). The scattering parameter (S21) for each 180 ml sample was measured using a vector network analyzer (VNA). Results showed significant S21 changes in the first passband (1807–2466 MHz) as samples aged. The highest sensitivity was observed at 2166 MHz, with a 7.02 dB amplitude difference between the freshest and most spoiled samples, approximately 105 times the standard deviation (0.067 dB), indicating high resolution and statistical significance. Other frequencies, such as 1807 MHz, showed similar reliable trends. The proposed microstrip sensor is an efficient, accurate, and rapid tool for non-destructive, real-time milk spoilage monitoring, serving as a viable alternative to costly and time-consuming laboratory methods in the food industry.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Microstrip sensor
  • milk spoilage
  • microwave sensing
  • milk quality
  • S21 parameter
  • electromagnetic waves