شبیه‌سازی اجزای محدود و توسعه یک سامانه طیف‌نگاری نوری- صوتی بر پایه LED برای ارزیابی کیفی برخی مایعات غذایی

Abstract

روش نوری- صوتی، یک روش حسگری، حاصل ترکیب روش‌های نوری (اپتیکی) و صوتی می‌باشد. اثر نوری- صوتی حاصل ایجاد گرمای محلی در اثر جذب انرژی نور، انبساط آنی ماده، ایجاد فشار و تولید نشر صوتی در ماده است. در این مطالعه به‌منظور توسعه یک سامانه طیف‌نگاری نوری- صوتی با منابع نوری دیود نشر نوری برای سنجش کیفی مایعات غذایی، در گام اول اثر متقابل نوری- صوتی با یک ظرف نمونه حاوی مایعات به روش اجزا محدود و با استفاده از نرم‌افزار Comsol Multiphysics 5.5 شبیه‌سازی شد. درگام دوم، سامانه طیف‌نگاری با منابع نوری در هشت طول‌موج از 940-395 نانو‌متر طراحی و ساخته شد. در آخر به‌منظور ارزیابی سامانه نوری- صوتی، سه نمونه شیر، آب و روغن ‌زیتون مورد سنجش طیف‌نگاری نوری- صوتی قرار گرفت و نتایج اندازه‌گیری با نتایج شبیه‌سازی برای همین نمونه‌ها مقایسه شد. نتایج نشان داد که شدت پاسخ صوتی نمونه‌ها در طول‌موج‌های متفاوت بسته به ضریب جذب نور تغییرات قابل‌توجهی دارد، به‌طوری‌که بیشینه دامنه سیگنال فشار صوتی به ترتیب برای شیر، آب و روغن ‌زیتون در طول‌موج‌های 450، 395 و 450 نانومتر با مقادیر 34/0، 22/0 و 74/0 پاسکال به دست آمد که از نظر تفاوت‌های نسبی با نتایج شبیه‌سازی در توافق بود. همچنین، تقلب اضافه نمودن آب به شیر در سطوح 5، 10، 15 و 20 درصد حجمی با استفاده از این سامانه مورد ارزیابی قرار گرفت و نتیجه تحلیل مولفه‌های اصلی قابلیت تمایز بسیار خوب نمونه‌های حاوی تقلب آب از شیر خالص را نشان داد. سامانه توسعه داده شده در این مطالعه می‌تواند برای ارزیابی کیفیت و تشخیص تقلب در مایعات غذایی استفاده شود.

Keywords

• نوری- صوتی
• پیزوالکتریک
• روش اجزا محدود
• مایعات غذایی
• کیفیت