เทคโนโลยี SWIR-LED: การตรวจสอบและคัดแยกอาหาร

1. บทนำ

ในยุคเทคโนโลยีที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วในปัจจุบัน ภาคอาหารและการเกษตรกำลังเผชิญกับการปฏิวัติทางดิจิทัล ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดคลื่นสั้น (SWIR LED) ที่ทำงานในช่วง 900 นาโนเมตรถึง 1700 นาโนเมตร กำลังกลายเป็นเทคโนโลยีที่ได้รับความนิยมอย่างรวดเร็วสำหรับการทดสอบอาหารแบบไม่ทำลายและการคัดแยกความเร็วสูง เนื่องจากคุณสมบัติทางแสงที่เป็นเอกลักษณ์ ขนาดที่เล็ลง และต้นทุนที่ลดลงอย่างต่อเนื่อง บทความนี้จะอธิบายวิธีการทำงานของ SWIR LED เหตุใดจึงมีประสิทธิภาพเหนือกว่าวิธีการแบบดั้งเดิม และการใช้งานที่สร้างมูลค่าเพิ่มแล้วในด้านต่างๆ ตั้งแต่การวัดปริมาณน้ำตาลในผลไม้ไปจนถึงการตรวจหารอยช้ำภายในเนื้อสัตว์

2. หลักการทำงานของไฟ LED SWIR และเหตุผลที่มันชนะเลิศ

- การทะลุทะลวงลึก: โฟตอนสามารถเดินทางเข้าไปในผลไม้ ชีส หรือเนื้อสัตว์ปีกได้ในระดับมิลลิเมตร โดยไม่ผ่านผิวหนัง ไขมัน หรือพลาสติกห่อหุ้ม

- การกระเจิงต่ำ: ความยาวคลื่นยาวกว่า NIR-850 นาโนเมตร ประมาณ 2 เท่า ทำให้ภาพคมชัดแม้ในตัวกลางขุ่น

- ความแตกต่างสูง: น้ำ (1,450 นาโนเมตร, 1,950 นาโนเมตร), น้ำตาล (1,050–1,500 นาโนเมตร), โปรตีน (940 นาโนเมตร, 1,200 นาโนเมตร) และไขมัน (1,700 นาโนเมตร) แสดงยอดการดูดกลืนแสงที่ชัดเจนและเด่นชัด ซึ่งสามารถแปลงเป็นแผนที่ทางเคมีได้

- ความน่าเชื่อถือแบบโซลิดสเตท: แหล่งกำเนิดแสง LED เปิดใช้งานได้ทันที ปราศจากสารปรอท ทนต่อแรงกระแทก และมีอายุการใช้งานมากกว่า 50,000 ชั่วโมง การเปลี่ยนแปลงสเปกตรัมต่ำกว่า 1 นาโนเมตรเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง

3. การประยุกต์ใช้ในด้านคุณภาพอาหาร

3.1 ความชื้นและปริมาณของแข็ง

หลักการ: วัดปริมาณการดูดกลืนแสงที่ 1,450 นาโนเมตร หรือ 1,940 นาโนเมตร เทียบกับแถบอ้างอิง (เช่น 1,300 นาโนเมตร)

ตัวอย่าง: โมดูล Tianhui 1 W 1 450 nm ที่ฝังอยู่ในเครื่องวัดแสงแบบสายพานลำเลียง วัดความชื้นของเมล็ดข้าวโพดทั้งเมล็ดที่อุณหภูมิ 2 พันths⁻¹; ความแม่นยำในการวัดซ้ำ ±0.3 % ไม่จำเป็นต้องบด

3.2 น้ำตาล / บริกซ์

หลักการ: ฟรุกโตสและซูโครสแสดงแถบการดูดกลืนแสงร่วมกันที่ 1,580 นาโนเมตรและ 1,650 นาโนเมตร อัตราส่วนต่อจุดสูงสุดของน้ำจะให้ค่า °Brix

ตัวอย่าง: ในสายการคัดแยกแอปเปิล ไฟ LED Tianhui สี่ดวง (1,060, 1,300, 1,450, 1,650 นาโนเมตร) + แผง InGaAs สามารถทำนายค่า °Brix ได้ด้วยค่า RMSEP 0.4 °Brix; ประสิทธิภาพการทำงานเพิ่มขึ้น 40% เมื่อเทียบกับเครื่องวัดความแข็งแบบแกนหมุน

3.3 โปรตีนและไขมัน

หลักการ: โอเวอร์โทน –NH และ –CH ที่ 1,200 นาโนเมตร และ 1,730 นาโนเมตร สัมพันธ์กับความเข้มข้นของโปรตีนและไขมัน

ตัวอย่าง: โรงงานผลิตนมใช้หัววัดแบบสะท้อนกลับ 1,200 นาโนเมตร/1,700 นาโนเมตร เพื่อตรวจสอบโปรตีนในนมผงพร่องมันเนยแบบเรียลไทม์ ค่า R² ในการสอบเทียบเท่ากับ 0.92 เมื่อเทียบกับวิธี Kjeldahl

3.4 การตรวจคัดกรองสารตกค้างของยาฆ่าแมลง

หลักการ: สารเคมีทางการเกษตรหลายชนิดแสดงลักษณะเฉพาะในช่วงคลื่นอินฟราเรดระยะสั้น (เช่น 1,550 นาโนเมตร สำหรับสารฆ่าเชื้อรากลุ่มอะโซล) แบบจำลองทางเคมีวิเคราะห์จะระบุค่าผิดปกติ

ตัวอย่าง: ปืนวัดการสะท้อนแสง LED แบบพกพาขนาด 1,550 นาโนเมตร ตรวจสอบแอปเปิ้ล 300 ลูกต่อชั่วโมง; อัตราการคัดออกตัวอย่างที่เกินขีดจำกัด 0.01 ppm ถูกต้อง 95%

4. การคัดแยกและการตรวจจับสิ่งแปลกปลอม

4.1 การจัดเกรดผักและผลไม้

ภาพตัดขวางไฮเปอร์สเปกตรัม SWIR จะคัดแยกความเสียหายภายใน เช่น การเปลี่ยนสีเป็นสีน้ำตาล แกนน้ำ หรือความเสียหายจากความเย็นจัด ขณะที่ผลิตภัณฑ์ยังอยู่ในสายการผลิต ผลิตภัณฑ์คุณภาพดีจะถูกส่งไปยังช่องทางจำหน่ายระดับพรีเมียม

4.2 ข้อบกพร่องภายในของเนื้อสัตว์

ชุดไฟ LED 310 นาโนเมตร ตรวจจับเนื้อหมูที่เป็นโรค PSE (เนื้อนิ่มซีดและมีน้ำไหลออกมา) และเลือดออกภายในเนื้ออกไก่ ระบบเป่าลมอัตโนมัติช่วยลดข้อร้องเรียนจากลูกค้าได้ถึง 60%

4.3 ความสมบูรณ์ของบรรจุภัณฑ์

SWIR สามารถทะลุผ่านถาดพลาสติกทึบแสงและกล่องกระดาษเพื่อตรวจสอบระดับการบรรจุ ตรวจสอบว่ามีชิ้นส่วนใดหายไป หรือซีลรั่วหรือไม่ ตรวจสอบได้ 100% ที่ความเร็ว 120 เมตรต่อนาที