تشخیص غیرمخرب هندوانه رسیده

دهمین دوره از پروژه های دانش آموزی تبیان نیز با یاری خداوند و حضور پر شور شما دوستان و علاقمندان به پایان رسید اما کار ما هنوز تمام نشده است! این دوره نیز همچون سال های گذشته دوستان بسیاری با ثبت طرح ها و ایده های خلاقانه خود در منوی "پیشنهاد موضوع" ما را در ارتقای تنوع پروژه ها یاری نموده‌اند. هم چون گذشته بر آن شدیم تا با گردآوری این ایده های جالب، علاوه بر قدر دانی از این دوستان نوآور، زمینه ای را برای ایده پروری سایر پژوهشگران علاقمند فراهم آوریم. فراموش نکنید که ما همیشه منتظر طرح های جدید شما عزیزان هستیم.

نام ایده: تشخیص غیرمخرب هندوانه رسیده
نام ارائه دهنده/دهند گان: روشنک نوذری، ساناز محمدی
زمینه و نوع پروژه: فیزیک/ تحقیقاتی
درجه سختی: دشوار
نام مدرسه: فرزانگان 1

بافت میوه در مراحل مختلف رشد و انبارداری تغییر کرده و می توان با بررسی خصوصیات آن، به مرحله رسیدگی میوه دست یافت. یکی از روش های غیر مخرب برای ارزیابی کیفیت درونی برخی میوه ها، پردازش و تحلیل سیگنال های صوتی حاصل از ایجاد ضربه بر روی آن ها می باشد. قضاوت در مورد رسیدگی هندوانه با استفاده از خصوصیات ظاهری آن مثل اندازه یا رنگ بیرونی بسیار مشكل می‌باشد و روش های به كار رفته دارای مشكلات و محدودیت های مختلفی هستند. می توان گفت تعیین رسیدگی هندوانه به خاطر پوست ضخیم آن امری دشوار بوده است رایج‌ترین روش که به طور سنتی انجام می شود، زدن ضربه به آن و قضاوت با استفاده از صدای ایجاد شده نیاز به تجربه زیادی دارد.

همین موضوع باعث شده است محققین روش آکوستیک را برای تعیین رسیدگی هندوانه مورد بررسی قرار دهند. هدف از این پروژه، بررسی راهکارهای موجود در تشخیص غیر مخرب هندوانه رسیده و مقایسه سیگنال صوتی دریافتی حاصل از ضربه به نمونه های مختلف اعم از نارس و رسیده می باشد.

این طرح بر پایه نتایجی است که از طریق تحلیل نمودار فرکانسی ضربات وارد بر هندوانه های متعدد به دست آمده است. در ابتدا با استفاده از میکروفون ضربه حاصل از آونگ به هندوانه را ضبط کرده و سپس با استفاده از آنالیز مولفه های فرکانسی و صوتی نسبت به تعیین سطح رسیدگی هندوانه اقدام شد.. پس از جمع آوری دیتاها از هندوانه های مختلف با استفاده از نرم افزار "متلب" آنالیز فرکانسی انجام شد.

برای دستیابی به این هدف دانش‌آموزان کارهای زیر را انجام دادند
1. تعداد 10 عدد هندوانه جهت انجام آزمایش‏ها انتخاب شدند. نمونه‏ها به‏صورت کاملاً تصادفی انتخاب و پس از انتقال به آزمایشگاه در دما و رطوبت محیط نگهداری شدند.
2. در ابتدا آزمایش‏های صوتی با استفاده از سامانه آزمون ضربه‏ای انجام شد.
3. این سامانه از یک محفظه چوبی با دیواره‏های عایق ساخته شد. سامانه در داخل، مجهز به یک محل استقرار میوه در کف، مکانیزم ضربه زن و دریافت کننده سیگنال می‏باشد. در این سامانه، تحریک صوتی هندوانه توسط ضربه انجام شد.
4. با اعمال ضربه آونگ در زاویه ای کنترل شده به سطح میوه، سیگنال صوتی تولیدی به درون میوه ارسال گردیده و سپس توسط یک گیرنده (میکروفون) که در فاصله 5 میلی متر نسبت به نمونه نصب شده، میزان سیگنال خروجی اندازه گیری شد.
5. به هر هندوانه تعداد 10 ضربه وارد و سیگنال‏های صوتی حاصله، توسط میکروفون دریافت شدند.
6. در نهایت، سیگنال های صوتی به دست آمده توسط نرم افزار تحلیل فرکانس (Audacity) آنالیز شدند. وظیفه اصلی این نرم افزار، نمایش دادن سیگنال های دریافتی در حوزه های زمان و فرکانس می باشد به طوری که نمودار سیگنال هایی که در حوزه زمان دریافت می شد با استفاده از فرمول های سری فوریه، در حوزه فرکانس نمایش داده می شد.
7. رسم نمودارهای شدت بر حسب فرکانس از داده های گرفته شده از آزمایشات.
8. بررسی و تحلیل نمودارها و یافتن تفاوت های مرتبط با میزان رسیده بودن نمونه ها.

ستاپ آزمایش همراه با هندوانه

مواد و وسایل مورد نیاز:
1- محفظه انجام تست
2- عایق بندی محفظه تست (نسبت به صوت)
3- گیرنده (میکروفون)
4- آونگ ضربه زن
5- پایه وگیره نگهدارنده برای میکروفون و آونگ
6- نقاله برای تعیین زاویه کنترل شده
7- هندوانه های مختلف و ترجیحاً مشابه از لحاظ اندازه
8- نرم افزار Audacity

مهارت های کسب شده

1. آشنایی با امواج صوتی و برهم نهی آن ها
2. آشنایی با تحلیل داده های فرکانسی
3. آشنایی با خواص دی الکتریک مواد مختلف
4. طراحی ابزار تشخیصی در صنعت کشاورزی
5. ویژگی های فیزیکی یک هندوانه رسیده

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه:مهدی رحمانی
تنظیم:علی سرمدی