Vyhodnocení obsahu tuku a cukru v mléce elektrickou impedanční spektroskopií

Abstract

Táto bakalárska práca sa zaoberá meraním impedancie mliečnych výrobkov s rôznou koncentráciou tuku a cukru. Meranie sa uskutočnilo dvomi rôznymi prístrojmi, Digilent Analog Discovery 2 a impedančný analyzátor Keysight E4990A. Účelom práce bolo zistiť zmenu hodnôt parametrov náhradných impedančných modelov pri rôznych meraných koncentráciach tuku a cukru. Impedancia mliečnych výrobkov je frekvenčne závislá, tvar modulu aj fázy impedancie sú podobné pri takmer každej vzorke. Len pri vzorke s koncentráciou tuku 80 \% sa namerané hodnoty pohybovali v iných intervaloch oproti ostatným vzorkám, čo spôsobilo výraznú zmenu tvaru impedancie a teda aj zmenu hodnôt parametrov náhradných impedančných modelov. Na náhradné impedančné modely boli použité tri kriteriálne funkcie a teda tri zapojenia impedančnych modelov. Z nameraných hodnôt impedancie sa extrahovali, pomocou prostredia MATLAB, hodnoty parametrov náhradných impedančnych modelov. Presnosť extrahovaných modelov sa určila pomocou chybovej funkcie (rozdiel medzi nameranými a extrahovanými hodnotami). Lepšiu presnosť vykazujú hodnoty z prístroja Keysight E4990A. Zmeny parametrov impedančných modelov sú zjavné, avšak sa nedá úplne určiť prepokladaná zmena parametrov pri zmene koncentrácie za daných podmienok meraní.

This bachelor’s thesis focuses on measuring the impedance of dairy products with different concentrations of fat and sugar. Measurements were conducted using two different instruments: the Digilent Analog Discovery2 and the KeysightE4990A impedance analyzer. The objective of the work was to determine how the parameter values of equivalent impedance models change with different measured concentrations of fat and sugar. The impedance of dairy products is frequency-dependent, and the shapes of both the magnitude and phase of the impedance are similar for nearly every sample. Only for the sample with 80 \% fat concentration did the measured values fall within different ranges compared to the other samples, causing a significant change in the impedance shape and, consequently, an alteration in the parameter values of the equivalent impedance models. Three criterion functions and hence three configurations of equivalent circuit models were used for the impedance modeling. Using MATLAB, the parameter values of the equivalent impedance models were extracted from the measured impedance data. The accuracy of the extracted models was determined using an error function (the difference between measured and extracted values). The KeysightE4990A instrument exhibited better accuracy. Changes in the impedance model parameters are evident; however, under the given measurement conditions, the anticipated parameter changes due to concentration variation cannot be fully determined.