探究材料熱成像技術(shù)在茶葉無損檢測方面的應(yīng)用論文

　　茶葉中含有兒茶素、膽甾烯酮、咖啡堿、肌醇、葉酸、泛酸等多種對人體有益的成分，在綜合作用下，有預(yù)防疾病和抑制肥胖等功效.因此在古代，茶葉就作為我國的重要出口商品換取了大量外匯，不僅積累了豐富的物質(zhì)財(cái)富，并在此過程中繼承和發(fā)展了寶貴的茶文化.現(xiàn)如今，茶葉仍是我國重要的農(nóng)產(chǎn)品之一，其經(jīng)濟(jì)及社會價(jià)值仍不可小視.隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，茶葉的品質(zhì)檢驗(yàn)已不單單地停留在人為的對色、香、味、意、形的主觀感受，而是要求對茶葉品質(zhì)、營養(yǎng)價(jià)值、加工方式等進(jìn)行科學(xué)客觀的技術(shù)表征.茶葉的熱成像無損檢測技術(shù)作為一項(xiàng)前沿實(shí)用技術(shù)，正逐步完善并進(jìn)入產(chǎn)品中試階段.該技術(shù)可對茶葉的某些細(xì)部特征進(jìn)行綜合在線無損測試，為茶葉質(zhì)量的科學(xué)評價(jià)給出一定依據(jù)，以期輔助提升茶葉的品質(zhì).

　　1 茶葉熱成像無損檢測原理

　　1.1 茶葉的紅外成像原理

　　任何材料，包括茶葉，在常態(tài)( 非理想狀態(tài))下，其溫度均高于絕對零度，物體表面都會向外界發(fā)出熱輻射.該熱輻射通常以紅外射線形式存在，且紅外波長的大小與物質(zhì)的溫度密切相關(guān). 由于受材料的自有理化性能、原子及分子間排列組合及加工方式等因素影響，其內(nèi)部溫度場會產(chǎn)生一定擾動，形成熱波.而熱波在物體內(nèi)部傳播及表面輻射過程中產(chǎn)生的差異會被紅外檢測設(shè)備一一捕獲，通過進(jìn)一步分析處理即可形成待撿物質(zhì)的紅外熱像.紅外熱像不僅可以在常溫/變溫狀態(tài)下對茶葉表面的溫度分布進(jìn)行直接觀察，而且還可對茶葉葉片厚度分布、脈絡(luò)走向、微孔均一性等細(xì)節(jié)信息做出更為準(zhǔn)確的判斷.

　　1.2 茶葉熱成像無損檢測技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

　　在茶葉的無損檢測方面，熱成像技術(shù)憑借其自身諸多的特點(diǎn)，在某些特定領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢.首先，熱成像技術(shù)具有非接觸性、使用范圍廣的特點(diǎn).由于檢測過程中僅對物質(zhì)產(chǎn)生的紅外熱波進(jìn)行測量，不需要對物質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步加工破壞，所以熱成像技術(shù)適用范圍更廣，對操作者技術(shù)要求更低，工序更為簡單化.其次，熱成像技術(shù)具有客觀精準(zhǔn)的可視化特征.由于熱成像的本質(zhì)是在檢驗(yàn)物質(zhì)的熱輻射差，因此熱成像檢測系統(tǒng)是完全被動的.相比于其他非接觸檢測手段如X 射線、超聲C、核磁共振及光學(xué)輔助軟件模擬等，熱成像技術(shù)的數(shù)據(jù)直接源于茶葉本身，不需要進(jìn)行模擬計(jì)算及軟件處理，其準(zhǔn)確性很高.不僅如此，在保證準(zhǔn)確性的同時，熱成像技術(shù)還可提供茶葉的可視化紅外圖像，為直觀判斷茶葉的某些細(xì)部特征提供了方便.最后，熱成像技術(shù)具有制樣容易，方便快捷的特點(diǎn).熱成像技術(shù)依靠物質(zhì)本體熱輻射的進(jìn)行測試，故不需要對茶葉進(jìn)行進(jìn)一步加工，這既保證了茶葉在檢測過程中保持原有形態(tài)，同時簡化了操作步驟，在樣品制備方面相對其它檢測手段大為簡化，降低了操作者的工作強(qiáng)度，提高檢測效率，降低差錯率.

　　2 茶葉熱成像無損檢測技術(shù)的幾個重要性能參數(shù)

　　2.1 熱靈敏度

　　熱靈敏度( NEDT，噪聲等效溫差) 考量中波( NWIR) 和長波( LWIR) 紅外熱像儀性能的關(guān)鍵參數(shù).熱靈敏度反應(yīng)了溫差的信噪比，該溫差信號等同于熱像儀瞬時噪聲.故熱靈敏度數(shù)值近似代表著熱像儀可分辨溫差的最小值. 熱靈敏度數(shù)值由瞬時噪聲除以響應(yīng)度計(jì)算得來，單位通常用mK 表示.所以靈敏度數(shù)值越小，代表著熱像儀靈敏度越高，成像越清晰.一般來說，熱像儀的光圈數(shù)、積分時間和測量時的具體溫度決定了每次熱成像過程的熱靈敏度，因此根據(jù)測量需要選用合適的熱成像設(shè)備至關(guān)重要.

　　2.2 分辨率

　　分辨率( Resolution) 是衡量影像清晰度或濃度的標(biāo)準(zhǔn)，它代表垂直和水平方向顯示的每英寸( inch) 點(diǎn)( dpi) 的數(shù)量.茶葉熱成像過程的分辨率大致分為圖像分辨率和顯示分辨率兩個方面. 圖像分辨率與熱靈敏度等測試參數(shù)密切相關(guān)，而顯示分辨率則與顯示器的性能有關(guān). 熱成像儀自帶顯示器往往尺寸較小，這主要是由于顯示分辨率固定的情況下，屏幕越小圖像越清晰，所以在大多數(shù)檢測過程中，熱像儀需經(jīng)數(shù)據(jù)線連接直接在計(jì)算機(jī)顯示器上進(jìn)行操作，或者保持保存熱像影像資料至儀器自帶SD 卡中，再將卡內(nèi)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移至電腦另行處理.

　　2.3 間隔與光斑比

　　間隔與光斑( D S) 比即紅外成像儀到待測物體的間隔與被測光斑尺度之比，對儀器的成像及分辨率有重要影響.熱像儀D S 比越大，其圖像分辨率越好.目前在茶葉紅外成像領(lǐng)域技術(shù)不斷成熟，逐步增加了近焦距功能，可以根據(jù)茶葉尺寸針對小區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行精確測量，同時還能夠降低布景溫度的影響.但是在對茶葉實(shí)際進(jìn)行熱成像操作過程中，布景溫度的影響仍不可忽略，一般采用陶瓷、工程塑料、復(fù)合材料、分子篩薄膜等保溫材料作為底板布景，以此降低、規(guī)避布景溫度對熱成像過程的影響.目前，新型底板材料的研發(fā)仍處在開始階段.本課題組根據(jù)實(shí)際檢測中反映出的問題，開發(fā)了新型鋁基合金金表面防腐、親水、抗菌復(fù)合分子篩薄膜，并對其制備工藝和性能做了系統(tǒng)表征，使其更加符合茶葉檢測過程中的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo).

　　此外，溫度量程、掃描制式、最大工作時間、工作環(huán)境等也是檢測過程中需要考慮的主要參數(shù).但由于茶葉熱成像檢測過程中受溫度變化范圍不大、環(huán)境要求不高等實(shí)際情況約束，以上參數(shù)相對固定且容易符合測試條件基本要求，故在此對這些測試參數(shù)不予重點(diǎn)討論.

　　3 茶葉熱成像無損檢測技術(shù)應(yīng)用

　　熱成像技術(shù)在茶葉的無損檢測方面具有很多方面的應(yīng)用，這里僅選取幾類具有代表性的應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行工程實(shí)踐過程分析.

　　3.1 茶葉厚度及分布

　　由于計(jì)算機(jī)普通光學(xué)掃描檢測技術(shù)主要是針對茶葉葉片表面進(jìn)行觀測，不能或不便在三維角度對其進(jìn)行評估，故傳統(tǒng)的茶葉葉片厚度觀測主要依靠茶葉的切片解剖實(shí)驗(yàn)進(jìn)行. 該方法得到的觀測結(jié)果比較準(zhǔn)確，但其效率低下，對操作者有一定專業(yè)技藝要求，且測試過程中葉片的部分理化性能已經(jīng)發(fā)生變化，不利于對其進(jìn)一步的檢測.而材料熱成像技術(shù)則不同，它采用非接觸式測量模式，不改變?nèi)~片的形狀，直接得到檢測結(jié)果，簡單方便易于操作.其基本原理是利用茶葉葉片在不同厚度區(qū)域的熱導(dǎo)率不同，在相對穩(wěn)定的控溫環(huán)境下，葉片的厚度分布決定了葉片的熱像分布.通過觀察熱成像圖像，不僅可以直接得到茶葉的厚度值，還可以同時比較茶葉葉片各區(qū)域厚度分布，這是切片技術(shù)很難完成的.另外，熱成像的巨大優(yōu)勢還體現(xiàn)在可實(shí)時觀測多類型、多數(shù)目葉片厚度值，并對其進(jìn)行比較，不僅速度快，而且具有不同條件下的類比性.所以材料熱成像檢測技術(shù)是目前茶葉厚度分布的最理想檢測手段之一.

　　3.2 茶葉葉脈及脈絡(luò)走向

　　由于茶葉葉脈與葉肉部分的理化組成存在差異，故二者間的熱導(dǎo)率也不同.利用此差異，可以對茶葉葉片進(jìn)行熱成像分析.采用近焦鏡頭對葉片進(jìn)行觀察可以很明顯發(fā)現(xiàn)葉脈的走向，這可以作為茶葉的“指紋識別”方式，對茶葉種類進(jìn)行真?zhèn)伪鎰e.其次，葉脈形貌可以客觀反映出茶葉的很多加工屬性.比如，葉脈熱成像較寬的茶葉往往對應(yīng)含水量要高，存放時間短，烘干時間短等要素.這些熱成像圖可以幫助我們了解不同質(zhì)量、不同工藝之間茶葉的具體差別，以科學(xué)客觀的角度分析并解決制茶工藝中出現(xiàn)的問題.此外，通過熱成像的明暗程度可以區(qū)分不同茶葉間的熱導(dǎo)率差異，進(jìn)而判斷茶葉的化學(xué)組成、存放時間，烘干程度及工藝方法等信息.相對普通的光學(xué)成像系統(tǒng)，熱成像技術(shù)更加關(guān)注茶葉內(nèi)部而非表面的理化結(jié)構(gòu)信息，能夠較深入對其進(jìn)行系統(tǒng)研究.

　　3.3 茶葉葉片微孔均一性

　　葉片在生長、加工過程中不可避免會形成微小孔洞，由于微孔中心的熱導(dǎo)率為零，其邊緣逐漸漸變至葉片內(nèi)部中心的熱導(dǎo)率值，故在熱成像過程中，孔洞處的圖像將呈現(xiàn)漸變光譜區(qū)，這十分有利于觀測和表征這些微孔.所以在微孔觀測方面，熱成像技術(shù)相對于普通光學(xué)掃描技術(shù)更加方便.另外，光學(xué)掃描僅對孔洞形貌做出了基本判斷，一般只能得到大小、形狀、面積及分布等基本信息.而熱成像表征孔洞時是以紅外熱輻射信號為依據(jù)，這在某些情況下可以反映出孔洞的形成過程，進(jìn)而推斷出孔洞形成原因.這為茶葉品質(zhì)的進(jìn)一步提高給出了明確方向，使人們在種植、采摘、制茶過程中克服環(huán)境、手法、生產(chǎn)條件等不利因素，使改進(jìn)措施更具指導(dǎo)性，而非多次重復(fù)試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)摸索，節(jié)省了大量人力、物力及時間.

　　4 結(jié)論

　　綜上所述，本文提出了一種依靠材料熱成像技術(shù)對茶葉進(jìn)行無損檢測的新方法. 通過合理選擇及調(diào)整熱成像過程中相關(guān)檢測參數(shù)，并對茶葉本身紅外熱輻射信號進(jìn)行捕捉處理后得到其熱成像圖像.利用此圖像可對茶葉厚度及分布、葉片脈絡(luò)走向、微孔均一性進(jìn)行系統(tǒng)分析.該檢測手段相比其它方法具有非接觸、使用范圍廣、精確客觀的可視化、制樣簡單及方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，為茶葉品質(zhì)檢測提供客觀依據(jù)的同時，指明了茶葉生產(chǎn)加工過程中需要努力提升和改進(jìn)的方向.

【探究材料熱成像技術(shù)在茶葉無損檢測方面的應(yīng)用論文】相關(guān)文章：

淺論復(fù)合材料無損檢測技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展論文08-14

壓力容器無損檢測技術(shù)的原理及應(yīng)用08-31

淺論壓力容器無損檢測技術(shù)的應(yīng)用08-14

探析無損檢測技術(shù)與發(fā)展09-30

多線程技術(shù)在邊緣檢測方面的應(yīng)用10-06

水利工程質(zhì)量檢測中無損檢測實(shí)踐應(yīng)用10-12

紅外熱成像技術(shù)在電氣設(shè)備維護(hù)中的應(yīng)用09-20

計(jì)算機(jī)技術(shù)在建筑材料檢測中的應(yīng)用的論文05-19

關(guān)于中國土木工程的無損檢測技術(shù)發(fā)展的論文10-29

建筑鋼筋原材料檢測技術(shù)分析論文07-16