使用微波自由空间和有限元素方法对果水芯的独立于直径的确定
Mengke Cao1, Youhua Bu1, Chengxu Gong1
1College of Mechanical and Electronic Engineering, Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100, China.
这项研究引入了一种使用微波自由空间和有限元模拟来准确检测果水核严重性的新方法. 开发的人工神经网络模型实现了高精度,无论果直径如何.
科学领域:
- 农业工程 农业工程
- 食品科学 食品科学 食品科学
- 电磁学 电磁学 电磁学 电磁学
背景情况:
- 水核是一种显著影响果质量的生理障碍.
- 精确而非破坏性的水核检测方法对于水果行业至关重要.
研究的目的:
- 开发和验证一种使用微波自由空间和有限元模拟来确定果水芯度的新方法.
- 评估不同机器学习模型在分类水核严重性的有效性.
- 建立一种能够解释果直径变化的技术.
主要方法:
- 收集了509个"富士"果 (直径69-100毫米) 的传递系数 (S12,S21) 和水芯数据.
- 开发了一个有限元法 (FEM) 模型来模拟天线-果合和电场强度.
- 为直径变化纠正传输系数和建立机器学习模型 (DT,SVM,ANN,1D-CNN) 配备了方程.
主要成果:
- 在传递系数,果直径和水芯度之间观察到负相关性.
- FEM模拟揭示了特定频率的传输系数与果直径之间的正弦关系.
- 使用纠正光谱的模型显示出更高的准确性;使用纠正S21光谱的ANN模型实现了99.02%的训练,97.12%的预测和91.19%的验证准确性.
结论:
- 微波自由空间和FEM模拟为感知果水芯度提供了可行的方法.
- 机器学习算法,特别是ANN,有效地使用更正的光谱数据对水核严重性进行分类.
- 拟议的方法提供了一个直径独立的解决方案,用于在果中进行非破坏性的水芯检测.
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