Sensors for food industry: two cases of study

Abstract

La tesi illustra alcuni esempi di analisi su liquidi alimentari utilizzando la spettroscopia d'impedenza e gli ultrasuoni.

Per le misure d'impedenza elettrica sono stati utilizzati dei sensori interdigitati senza la presenza di alcuno strato bio-recettore, normalmente utilizzato per aumentarne la selettività. Le misurazioni hanno riguardato l'analisi di latte vaccino per la verifica di adulterazioni attraverso l'aggiunta di acqua e contaminazioni da detergenti. Nonostante la buona sensibilità di questi sensori in alcune applicazioni, si è riscontrata una saturazione nelle misure su liquidi ad elevata conduttività. Per questo motivo si è progettata e sperimentata una nuova cella elettrochimica a geometria variabile che permette di risolvere questo problema al costo di una maggiore complessità di misura.

L'utilizzo degli ultrasuoni ha invece riguardato la misurazione della loro velocità di propagazione in liquidi, al fine di ottenere informazioni sulla densità di questi ultimi. L'intero sistema di trasmissione e ricezione è stato progettato basandosi sull'utilizzo di trasduttori piezoelettrici. Attraverso simulazioni è stato verificato un nuovo metodo di valutazione del tempo di arrivo, basato sulla stima dell'incertezza degli attraversamenti di zero, successivi al primo, nell'oscillazione innescata al ricevitore.

Come attività collaterale è inoltre riportato il progetto di un sistema di controllo per fluidi a regime impulsato basato sull'utilizzo di un anemometro a film caldo senza alcun tipo di compensazione.

Some examples of analysis on food liquids, based on impedance spectroscopy and ultrasounds techniques, are shown.

InterDigitated Array Microelectrodes, IDAMs, have been used with the purpose of verifying their sensitivity in milk quality control. Oppositely to their typical use, no bio-recognition elements have been applied on the sensors surface. Milk affected by adulteration with water, or by contamination with cleaning solutions, was the main topic of the performed measurements. Good sensitivity was found for some applications but a not linear behaviour gathers from measurements on high conductive solutions. A new electrochemical cell, with variable dimensions, was designed and tested for solving that problem at the cost of a more complex measurement.

Ultrasounds were used for measuring their propagation speed in liquids with the aim of gather information about the solution density. Transmitter and receiver were designed using piezoelectric transducers. The post processing was simulated to study a new technique for the estimation of the arrival time based on the zero crossing times following to the first one in the received waveform.

As a fringe activity, a flow control system was designed and tested for monitoring pulsed flows, using a hot film anemometer without any compensation technique and adaptive filters.