способ определения физико-механических свойств объектов

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОБЪЕКТОВ с помощью преобразователя с буферным стержнем, заключающийся в том, что осуществляют акустический контакт буферного стержня поочередно с исследуемым объектом и с воздухом, излучают при этом импульсы ультразвуковых колебаний, принимают отраженные эхо-импульсы от границы буферный стержень - контактирующая среда, буферный стержень-воздух, измеряют амплитуды отраженных колебаний и по их отношению определяют свойства объектов, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности определения относительного содержания жира в длиннейшей мышце спины свиней, дополнительно осуществляют акустический контакт буферного стержня с жировыми тканями мышцы, возбуждают импульсы ультразвуковых колебаний, измеряют амплитуду эхо-импульса от границы раздела буферный стержень - жировые ткани мышцы, измеряют плотность жира и мышцы, а относительное содержание жира R в мышце рассчитывают по формуле

/

где U₁, U₂, U₃ - амплитуды эхо-импульсов, отраженных от границ раздела буферного стержня с исследуемой мышцей, с жировыми тканями мышцы, с воздухом соответственно;

Z₀ - волновое сопротивление материала буферного стержня.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к животноводству, а именно к свиноводству, и предназначено для определения относительного содержания жира в длиннейшей мышце спины свиней при изучении качества мяса.

Известен способ [1] определения соотношения жира и мяса в теле животных, включающий возбуждение импульсов ультразвуковых (УЗ-х) колебаний, регистрацию эхо-импульсов, установление значений скорости УЗ-х колебаний на эталонных образцах жира и мяса, измерение средней скорости УЗ-х в мясных частях тела животного, определение соотношения слоев жира и мяса по формуле = , где L₁ - суммарная толщина жира;

L₂ - суммарная толщина мышечных слоев;

С₁ - скорость распространения ультразвука в жире;

С₂ - скорость распространения ультразвука в мышечной ткани;

- средняя скорость распространения ультразвука в мясных частях тела животного.

Этот способ имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что способ нельзя применить для определения относительного содержания жира в мышце, например, длиннейшей мышце спины свиней.

Дело в том, что для определения средней скорости ультразвука в отдельной мышце (например, длиннейшей мышце спины) необходимо, чтобы только она занимала пространство между преобразователями или преобразователем и отражателем ультразвука; при измерениях на живых животных и на полутушах после убоя удовлетворить этому требованию очень трудно: в указанном пространстве неизбежно оказываются размещенными, кроме исследуемого органа, другие тканевые слои. После убоя измерения по данному способу в принципе можно производить на образцах мышцы, однако отбор образцов резко снижает товарную ценность (потребительскую стоимость) туши, поэтому нежелателен, а в ряде случае недопустим.

Известен также способ определения физико-механических свойств объектов при помощи преобразователя с буферным стержнем, состоящий в том, что осуществляют контакт буферного стержня последовательно с исследуемым объектом, водой и воздухом, измеряют амплитуды эхо-импульсов, отраженных от границы контакта буферного стержня, с этими средами соответственно, по результатам измерений с помощью калибровочной кривой определяют влажность сыпучих материалов [2] .

Недостаток метода состоит в том, что он не позволяет определить содержание жира в длиннейшей мышце спины свиней, поскольку ни одна из операций, предусмотренных им, не дает численных характе- ристик, зависящих от акустических свойств жира.

Целью изобретения является определение содержания жира в длиннейшей мышце спины свиней.

Способ осуществляется следующим образом.

Осуществляется контакт одного из торцов буферного стержня, скрепленного другим торцом с УЗ-м преобразователем, с исследуемой длиннейшей мышцей спины на разделанной туше свиньи, возбуждают УЗ-е импульсы, например, с помощью генератора прибора УДК-1М принимают эхо-импульсы, отраженные от границы буферного стержня с мышцей, измеряют амплитуды U₁ этого сигнала. Затем осуществляют контакт буферного стержня с жиром, прилегающим к длиннейшей мышце, генерируют УЗ-е импульсы, измеряют амплитуду U₂ эхо-импульса, отраженного от границы буферного стержня с жиром. После удаления остатков жира с торца буферного стержня, тем же путем производят измерение амплитуды из эхо-импульса, отраженного от границы буферного стержня с воздухом. В качестве измерителя амплитуд может быть использо- ван осциллограф С1-65.

Относительное содержание жира R в мышце рассчитывают по формуле:

(1)

Выполняют известным способами определение плотности и скорости ультразвука в материале буферного стержня. В качестве такого материала может быть использовано, например, органическое стекло, для которого плотность _о= 1,2 г/см³, скорость ультразвука С_о= 2700 м/сек, а волновое сопротивление

Z_o = _оC_o = 1,2 2,7 10⁵ г/(см²с) = = 3,24 10⁵ г/(см² с)

В этом случае выражение

= 0,0903 и формула (1) может быть переписана так

R = 0,862 100% (2) Подставляя измеренные значения U₁, U₂, U₃, Z₀ в формулу (2), вычисляют искомый процент жира в мышечной ткани.

Пусть К₁² - коэффициент отражения по энергии УЗ-ка на границе буферного стержня с исследуемой мышцей, К₂² - коэффициент отражения ультразвука на границе буферного стержня с жиром, К² - коэффициент отражения УЗ-ка на границе буферного стержня с мышечной тканью, лишенной жировых включений, S₀ - площадь сечения УЗ-го пучка, S_ж - интегральная площадь жировых вкраплений на границе контакта буферного стержня с исследуемой мышцей.

По определению

K²₁ = = K1- + K , (3) где W_пад - падающая энергия,

W_отр - отраженная энергия на границе контакта буферного стержня с исследуемой мышцей.

Выражая из (3) величину S_ж/S_о, получим От отношения площадей перейдем к отношению объемов V_ж/V_о = = Умножим обе части на отношение средней плотности жира к средней плотности мышцы = Обозначив через R находящееся в левой части отношение интегральной массы жировых включений к общей массе некоторого объема мышцы и выражая его в % , получим R = 100%

Поскольку, как легко показать, K²₁ = и K²₂= , то

R = 100% (4)

В течение ряда лет, начиная с 1966 года, мы проводили измерение плотности и скорости ультразвука в образцах длиннейшей мышцы спины и жира свиней нескольких пород и породностей различного типа продуктивности. В табл. 1 приведены значения плотности мышцы (₁) и жира (₂), измеренной по методу гидростатического взвешивания, скорости ультразвука (С₁ и С₂) измеренной методом многократных эхо-импульсов и волнового сопротивления мышцы ( ₁ С₁). Все измерения проводились на вырезанных образцах ткани.

Средняя (взвешенная) плотность жира (см. табл. 1): = _{= = 0,925 (г/см}3₎. Средняя плотность мышцы = = _{= 1,073 (г/см}3₎. Отношение /= 0,925/1,073 = 0,862

Таково происхождение коэффициента "0,862" в формуле (2).

Поскольку волновое сопротивление жира заметно меньше, чем мышцы (скорость ультразвука в жире С₂ 1430 м/с, волновое сопротивление ₂С₂= 0,9251,4310⁵ x xг/(см² с) 1,32310⁵ г/(см² с), то естественно считать, что увеличение содержания жира в мышце приводит к уменьшению ее волнового сопротивления и наоборот. С этой точки зрения мышца свиней породы пьетрен, обладающая наибольшим волновым сопротивлением (см. последнюю строчку табл. 1), содержит минимальное количество жира по сравнению с мышцей свиней других породностей.

Поэтому значение волнового сопротивления длиннейшей мышцы спины свиней породы пьетрен (1,74310⁵ г/(см²с)) и было использовано в формуле (1).

П р и м е р. Испытания способа проводились на 22-х охлажденных полутушах свиней ростовского типа.

В качестве генератора УЗ-х импульсов использовался генератор прибора УДМ-1М, преобразователем служил датчик из комплекта этого прибора на резонансную частоту 1,8 МГц, измерение амплитуд производилось при помощи осциллографа С1-65.

Буферный стержень был изготовлен из органического стекла с УЗ-ми параметрами, приведенными выше. Вычисления выполнялись по формуле (2). После УЗ-х исследований были отобраны образцы длиннейшей мышцы всех 22-х животных для определения содержания жира по известному химическому методу (экстракцией подсушенной пробы петролейным эфиром).

Результаты определения содержания жира в мышцах по предлагаемому и известному способам приведены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, существует хорошее совпадение как индивидуальных, так и средних значений содержания жира в мышце, полученный предлагаемым способом, с значениями, полученными известным способом.

По сравнению с базовым предлагаемый способ позволяет сократить время и трудоемкость анализа, проводить его в местах хранения туш, а не в лаборатории, является экспрессным. (56) Авторское свидетельство СССР N 1582126, кл. G 01 N 33/12, 1990.

Авторское свидетельство СССР N 1260842, кл. G 01 N 29/00, 1985.