微波加熱是利用物料的介質損耗吸收微波能轉為熱能的。在交變電場作用下，介質中分子極化，是介質中產生位移極化引起的瞬時電流，以及鬆弛極化引起的鬆弛電流和電導電流的共同作用的結果。當交變電場頻率在微波頻率範圍內，介質中僅存在鬆弛電流和電導電流。
基本介紹
- 中文名：食品的介電特性
- 外文名：The dielectric property of food
- 處理：食品微波加熱
- 微波加熱：介質損耗吸收微波能轉為熱能
- 介質電流：鬆弛電流和電導電流
- 指導意義：如何選擇加熱條件等
果蔬介電特性,國外介電特性測量技術,平行極板技術,同軸探頭技術,傳輸線技術,自由空間法,諧振腔技術,
果蔬介電特性
果蔬是一種主要的食品。影響果蔬介電特性的因素較多，但概括起來主要包括兩方面的因素：測試條件和果蔬品質。了解測試條件，尤其是測試信號的頻率和環境溫度對果蔬介電特性的影響規律對於介電加熱果蔬，研究介電加熱設備意義重大。研究果蔬品質對介電特性影響的目的在於探索基於介電特性，識別果蔬品質，例如，含水率、成熟度、新鮮度、損傷以及糖、酸度等的新方法。目前，研究介電特性與果蔬品質的關係，探索基於介電特性無損評定果蔬品質方法的已被越來越多的科研工作者所關注。
（1）研究內容：大量的研究成果集中於介電加熱、微波能套用方面。因此，在測試信號的頻率和溫度以及果蔬組織含水率對介電特性的影響方面成績顯著。而在基於介電特性識別除含水率以外的果蔬內部品質，例如新鮮度、成熟度、含糖量、酸度等品質或成分方面，研究成果頗少。因此，探索果蔬品質對介電特性的影響，分析影響機理應該是未來工作重點之一。
（2）測試方法：目前在果蔬介電特性測試方面主要採用兩種方法。一是採用末端開口的同軸探針與阻抗分析儀或網路分析儀相配合測試介電參數。由於阻抗分析儀和網路分析儀比較昂貴，在國外套用普遍。由於信號源的頻率範圍比較廣，比較高(3 GHz左右，有的在20GHz)，所以，可以得到比較詳盡的介電特性。但是，頻率越高，信號穿透果蔬組織的深度越淺。1.8 GHz下，穿越深度是6 mm。因而，國外主要測試果肉的介電特性。另一種方法是採用平板電極系統和無損接觸測試方法研究低頻(100 kHz左右)下果蔬的介電特性，該方法主要套用於國內。其特點是成本較低，但是測試值的大小受果蔬的大小、形狀等影響顯著，數據的可靠性較差。為了能將介電特性套用無損識別果蔬品質中，研究簡單、精確、成本較低的果蔬介電特性無損測試方法應該成為今後的又一個研究重點。
（3）套用開發：現有的研究成果主要體現在測試方面，在套用結果開發設備方面成果很少。只有實現成果的轉化，才能成為真正的生產力。探索將介電特性與日漸成熟並開始套用於水果無損檢測中的計算機視覺和圖像處理技術相結合的方法，套用信息融合技術建立高精度的果蔬品質無損檢測系統是一個很有價值的研究方向。
國外介電特性測量技術
通常農產品或食品的介電特性測試系統主要由4部分組成，即精確的介電參數測量儀器、夾持被測樣品的夾具、計算材料介電參數的軟體和計算機。目前國外流行的介電特性測量技術有平行極板(電容器)技術、同軸探頭技術、傳輸線技術、自由空間法和諧振腔技術等。
平行極板技術
圖1同軸探頭技術
終端開路的一軸探頭是一個同軸傳輸線的斷面。當探頭浸入液體樣品中或探頭與固體樣品表面相接觸時，根據測試件反射給分析儀的信號幅值和相位而計算材料的介電參數和頻率的關係。其測量系統主要由網路分析儀或材料/阻抗分析儀、測試探頭、測試軟體和計算機等組成，如圖2所示。同軸探頭技術是目前國外最流行的介電特性測試技術。該方法的特點是簡單、方便、無損、精確度較高，適用於寬頻帶範圍(500 M～110 GHz)內液體或半固體狀材料介電特性的測量。但要求材料是非磁性、各向同性且同質、厚度大於1 cm、樣品截面比較大。對於介電常數和損耗因子小的材料，該方法的精度有限。
圖2
圖2傳輸線技術
傳輸線技術是將樣品放在密閉的傳輸線中(通常該傳輸線是矩形的波導或者同軸線)，由於線路中的負載會引起線路中阻抗特性和傳輸特性的變化，因此常用矢量網路分析儀測量負載線路中的反射係數(S11)和傳輸係數(S21)，利用計算機和軟體計算被測樣品的介電常數等。本技術的特點是其精度比同軸探頭法高，但要求樣品的斷面形狀與傳輸線的斷面形狀完全相同，材料斷面應平坦、光滑、且與長軸對稱，因此製備樣品比較麻煩。另外，該技術適用的頻率範圍較窄。
自由空間法
自由空間法中的典型測試系統由網路分析儀、發射和接收天線、軟體和計算機組成，如圖3所示。由網路分析儀發射頻率變化的微波，通過天線將微波能聚焦在被測樣品上或使微波能通過被測樣品。根據網路分析儀測量得到的反射係數(S11)和傳輸係數(S21)(或中心頻率f和品質因子Q)，由軟體計算被測樣品的介電參數。
該方法的特點是非接觸、無損，適用於高溫或惡劣環境下介電參數的測量，但是校準網路分析儀非常麻煩。另外要求材料是大平面、薄板型，材料的兩個表面必須平行。
圖3
圖3諧振腔技術
該技術的典型測試系統是由網路分析儀、諧振腔、軟體和計算機組成。諧振腔是在一定頻率下發生諧振的具有高品質因子的腔體。測量時將樣品放於腔體中，通過網路分析儀迅速測量到中心頻率廠和品質因子Q。根據f和Q計算一定頻率下的介電常數，而根據腔體中品質因子的變化可以計算材料的損耗因子。本技術要求網路分析儀必須具有非常好的頻率解析度(1 Hz)以測量Q的微小變化。其特點是測量前不需要校準網路分析儀，測量非常準確，對於耗散因數低的產品非常敏感；材料準備比較容易，測量比較省時，適合於高溫或低溫環境下的測量。但要求樣品是低損耗、小體積。該技術僅能在一個或幾個頻率下測量，分析比較複雜，而且必須知道樣品截面的精確尺寸。
