Dahl, Anders Bjorholm

Larsen, Rasmus

Nielsen, Otto Højager Attermann

Inspektion af materialers egenskaber baseret på optiske målinger er af stor interesse for industrien, da det kan udføre objektiv karakterisering af store mængder materiale. Dette kan lede til en sænkning af produktionsomkostningerne og forbedring af produktets kvalitet. Formålet med denne afhandling er at udvikle og undersøge anvendelsen af bredbåndede optiske karakteriseringsteknikker i en industriel relevant sammenhæng. Kombinationen af høj spektral opløsning over et bredt dynamikområde kan potentielt give information om spredningsegenskaberne relateret til materiale komposition, og ligeledes detaljer i absorptionsegenskaberne som relater til den kemiske sammensætning.Afhandlingen fokuser på to produktionsprocesser fra fødevareindustrien. Første proces er fra mejeriindustrien hvor diskriminationen imellem kemiske og strukturelle ændringer er vigtig. For at udforske optiske målemetoders evne til dette formål studeres mælks fermentering til yoghurt som et model system. Studierne bliver udført på kommercielt tilgængelige prøver samt on-line målinger af fermenteringsprocessen. Den anden proces er fra akvakulturindustrien. Her unders øges mulighederne for at kvantificere mængden af astaxanthin som tilføjes fiskepiller. En laboratoriekampagne er udført på piller produceret til studiet. Til at studere disse processer er følgende tre teknikker udviklet og anvendt. (I) Et kamera baseret inspektionssystem for spektralt opløst statisk lysspredning (SLS). (II) Tidsopløst spektroskopi, som er en anerkendt teknik til karakterisering af lysspredende materialer. (III) Et nyt hyperspektralt visionsystem basseret på diffust laserlys. I denne afhandling reporteres deres design og anvendelse sammen med den nødvendige baggrund for de industrielle produktionsprocesser. Studierne at mælkefermenteringsprocesserne viser at de reducerede spredningsegenskaber af mælken ændres signifikant igennem mælkefermenteringsprocessen. Det demonstreres også at de optiske målinger kan detektere ændringer tidligere end ved inspektion med traditionel reologi. Som sidste resultat har det hyperspektrale visionsystem været anvendt til inspektion af fiskepiller for prædiktion af astaxanthinkoncentrationen, og det er demonstreret at disse målinger kunne udføres på niveau med kommercielt tilgængelige multispektrale visionsystemer.Optical inspection of material properties is of great interest to industry because it can perform objective and non-invasive characterisation of large sample quantities. This may be used in various ways to lower production costs and improve product quality. In this thesis the objective has been to develop and investigate the applicability of optical broadband characterization techniques in industrially relevant production process. Both combined broad and high resolution techniques have the potential to provide important information on scattering properties related to particle size distributions, as well as details of the absorption spectrum which relate to chemical composition. The thesis focuses on two production process from the food industry. The first process is from the dairy industry where discrimination between chemical and structural properties is of importance. To explore the applicability of optical techniques for this purpose, the fermentation of milk into yogurt has been used as a model system. Studies have been conducted on commercially available products, but also of on-line measurement of the fermentation process. The second process is from the aquaculture industry, quantification of the fish feed additive astaxanthin has been investigated. A measurement campaign has been carried out on a series of pellets specially produced for the purpose. To investigate these process, the following three measurement techniques have been developed and applied. (I) A camera based inspection system for spectrallyresolved Static Light Scattering (SLS). (II) Photon Time-of-Flight (PToF) spectroscopy, which is a state of the art technique for characterization of turbid media. (III) A new hyperspectral imaging system based on full-field illumination by diffuse laser light. This thesis reports on the design and operation of the different measurement techniques together with the necessary theoretical background for the industrial applications.For the purpose of milk fermentation this work has demonstrated that the reduced scattering properties of milk change significantly throughout the fermentation process. It has also been shown that the optical inspection methods sense changes to structural properties before any are detected by traditional mechanical rheology. Finally, the developed hyperspectral imaging system was used to quantify the content of astaxanthin in fish feed, and performed at an equal level to a state of the art multi-spectral vision system

Online Research Database In Technology

Broadband optical characterization of material properties

http://orbit.dtu.dk/ws/files/103337340/phd334_Abildgaard_OHA_v2.pdf

Broadband optical characterization of material properties

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Online Research Database In Technology