Fjernbetjent infrarød strålingsteknologi måler istykkelse på rejer

DTU og Royal Greenland har samarbejdet om en ny teknologi, der kan måle tykkelsen af ​​isglasuren på frosne rejer. Dette er vigtigt at vide, så rejerne forbliver friske, og forbrugerne får den rigtige mængde rejer. Løsningen er baseret på terahertz -bølger, og teknologien kan bruges til at måle tykkelsen af ​​utallige materialer.

Hvordan måler du tykkelsen af ​​en æggeskal, en vejstribe eller isglasuren på en reje? Simon Lehnskov Lange - postdoc på DTU Fotonik - ved hvordan. Han leder et forskerhold, der udvikler en kompakt og billig enhed til hurtig og effektiv måling af tykkelsen af ​​alle slags materialer.

Ideen er at udnytte en bestemt type elektromagnetiske bølger kaldet terahertz -stråling. Denne stråling kan trænge igennem mange forskellige stoffer, og - ved overgangen mellem to forskellige materialer - reflekteres en del af strålingen og danner et lille ekko. Ved at måle ekkoet, forskerne kan bestemme materialets tykkelse med stor præcision.

I 2017, Simon Lehnskov Lange chattede med folk fra DTU Food, og de vidste, at Royal Greenland havde brug for en hurtig og smart metode til måling af islagets tykkelse på isglaserede rejer.

På Royal Greenland, procesudvikler Niels Bøknæs forklarer, hvorfor det er vigtigt at sikre et jævnt lag is på de frosne rejer:

"Ruderne beskytter rejer mod harskhed, dvs. fra udtørring og uønskede kemiske ændringer. Så længe rejerne er frosne, det handler ikke så meget om fødevaresikkerhed, men mere om kvalitet. Isruden forlænger holdbarheden, fordi - uden det - ville rejerne tørre ud og ikke smage særlig godt. "

"Vi glasurerer ved at sprøjte vand fra dyser på de dybfrosne rejer. Vi har fundet ud af, at 10 til 12 procent vand dækker rejer godt. Men i den industrielle glasproces, ruderne udføres med forskelle i procesparametre. Måske er vandet fra vanddyserne lidt for varmt eller koldt, og rejernes størrelse kan variere lidt. Det betyder, at glasets tykkelse ikke er helt konstant, og det er virkelig en udfordring at kontrollere glasindholdet i den praktiske produktion, ”siger Niels Bøknæs.

Isvægt må ikke medregnes

Isglaserede fødevarer sælges typisk efter vægt, og her må isvægten ikke medregnes. Når en forbruger køber en pose med 200 gram frosne rejer, der skal være mindst 200 gram optøede rejer, når isglasuren er smeltet. Da rejerne kun vejes efter ruderne af tekniske årsager, det er, imidlertid, vigtigt for producenten at kende nøjagtigt mængden af ​​is, der bruges. Ellers, forbrugerne får for mange eller for få rejer.

I dag, Royal Greenland kontrollerer manuelt glasprocenten ved hjælp af en tidskrævende og upraktisk metode. Virksomheden vil hellere have et system, hvor glasets tykkelse måles kontinuerligt, gør det muligt at justere ruderne automatisk i realtid. Hvis der bruges for meget is, vanddyserne kan skrues lidt ned - og omvendt. Royal Greenland har fem store rejerier i Grønland og Canada, og hver af dem kan modtage 80 tons rå rejer om dagen og gøre dem til 27 tons frosne, afskallede rejer. Der er derfor mange penge at spare ved at kunne måle præcist.

Her, forskerne fra DTU Fotonik kan muligvis hjælpe Royal Greenland.

"Vi kørte et lille pilotprojekt, hvor vi glaserede nogle rejer, og vi opdagede, at vi var i stand til at måle istykkelsen, som typisk er mellem en halv millimeter og en millimeter, siger Simon Lehnskov Lange og fortsætter:

"Så vi blev enige om at prøve det i en lidt større skala. Vi bragte et system til Royal Greenlands fabrik i Aalborg, hvor vi validerede teknologien og demonstrerede, at vi kan måle rejer i alle størrelser og typer - også under de gældende forhold på en sådan fabrik, hvor, for eksempel, det er ret koldt. Vi patenterer nu metoden til måling af isglastykkelser på fødevarer, ”siger Simon Lehnskov Lange om resultaterne fra forskningsprojektet, som hedder GLAZE.

Primært fokus på mad

Måling af istykkelse på rejer er blot en mulig anvendelse af teknologien. Terahertz -stråling stoppes af metaller, flydende vand, og vanddamp, men den kan ellers trænge ind og måle tykkelsen af ​​en lang række materialer. Derfor, teknologien er også anvendelig i mange forskellige brancher, for eksempel til kontinuerlig kontrol af kvaliteten af ​​overfladebehandlinger. Men først, teknologien skal udvikles, så den er overkommelig for virksomheder.

Hvis det lykkes dem at udvikle et prisvenligt system, der kan måle-flere gange i sekundet-istykkelsen af ​​rejer, der passerer på et transportbånd, Royal Greenland er en sikker kunde. Og andre producenter vil derefter følge trop, Simon Lehnskov Lange håber:

"Vi ser i første omgang på fødevarekontrol, hvor vi nu er begyndt at studere andre anvendelser, for eksempel måling af tykkelsen af ​​æggeskaller. "

Et tykt æggeskal betyder et solidt æg, der kan modstå rejsen helt til forbrugeren eller som kan beskytte fosteret, indtil kyllingen er udklækket. Mange æg går tabt, fordi skallen er for tynd.

Traditionelt set ægproducenter har målt tykkelsen af ​​æggeskaller ved at revne ægget og bruge en mikrometerskrue. Der er også metoder, hvor du ikke behøver at spilde ægget, men hvor skaltykkelsen måles ved hjælp af akustiske metoder. Du kan få et mål for skaltykkelsen ved at slå ægget og måle dets resonansfrekvens, eller du kan bruge ultralyd til en mere direkte måling.

Imidlertid, disse målemetoder kræver direkte kontakt med ægget, og de tager tid, og er besværlige. Med terahertz -stråling, du bliver hurtigere, højteknologisk løsning, der fungerer uden direkte kontakt mellem måleinstrumentet og ægget.

Prisen skal ned

Men det vil tage et stykke tid, før teknologien fra DTU er klar til markedet, siger Simon Lehnskov Lange.

"Vi startede med et system, der kostede 1,5 millioner danske kroner. Hvis vi skal bruge teknologien i fødevareindustrien, prisen på vores terahertz -system skal falde meget. Så vi så på, om vi kunne producere en mere billig version ved at erstatte de dyreste komponenter med billigere versioner baseret på velkendt halvlederteknologi, "siger Simon Lehnskov Lange, der uddyber:

"Vi arbejder nu på en demonstrationsmodel, der er meget mindre og designet til at gøre det rentabelt for virksomheder, hvis vi kan få masseproduceret teknologien. Vi håber at have en sådan model klar til test inden udgangen af ​​2021."

I arbejdet mod en billigere og mere kompakt version, forskerne modtager hjælp fra FORCE Technology, hvor Center for Applied Photonics rolle omfatter at sikre kommercialisering af dansk, fotonisk baseret teknologi.

Simon Lehnskov Lange husker stadig det første møde på FORCE Technology, som - efter at have hørt om ideen til terahertz -målingerne - gav ham en udfordring, nemlig at måle tykkelsen af ​​en vejstribe:

"Jeg gik hjem med et stykke vej, komplet med asfalt og vejstribe! I laboratoriet, Jeg kørte den under vores laser og fandt ud af, at vi kunne måle tykkelsen af ​​vejbanen - terahertz -strålingen kunne trænge ind i materialet. Faktisk, vi kunne måle både tykkelsen af ​​striben og asfalten nedenfor. "

System på en chip

Dette overbeviste FORCE Technology om, at DTU -forskerne var i gang med noget.

"Vi så en teknologi med et stort potentiale, som kan bruges til fordel for industrien, ikke kun i Danmark men på verdensplan, ”siger Henrik Mertz, der leder centret hos FORCE Technology.

"Vi har den erfaring og viden, der er nødvendig for at udvikle prototyper. Vi er ikke optiske specialister som de yderst kompetente universitetsforskere, men vi forstår verden og de spørgsmål, der skal behandles. Og vi kan omdanne forskernes viden og ideer til noget, der er operationelt og anvendelsesorienteret, "fortsætter han.

Ingeniørerne på FORCE Technology dissekerer DTU -systemet og identificerer de komponenter, der kan optimeres i forhold til at gøre det mere kompakt og, især, billigere. DTU -forskerne får hjælp til forretningsudvikling og gode råd om, hvordan et slutprodukt skal sammensættes og dokumenteres for at blive godkendt til salg, inklusive CE -mærket. Ud over, FORCE Technology har et bredt netværk af virksomheder, der muligvis kan bruge teknologien til at oprette nye applikationer.

Selvom en fuldt funktionel demonstrationsmodel kan være klar allerede i år, der er stadig en rimelig vej at gå, før det højteknologiske måleinstrument er klar til masseproduktion. Men Simon Lehnskov Lange er optimistisk, og hans ambition er, at løsningen ender med at blive et 'system på en chip':

"Vi håber, at vi på sigt kan få prisen ned til 1, 000 euro. Og vi vil fortsætte med at udvikle systemet for at gøre det så kompakt, at det ikke er større end en negl, med al teknologien integreret i en enkelt chip. "