[go: up one dir, main page]

RU2009480C1 - Method of determining physical-mechanical properties of objects - Google Patents

Method of determining physical-mechanical properties of objects Download PDF

Info

Publication number
RU2009480C1
RU2009480C1 SU4953302A RU2009480C1 RU 2009480 C1 RU2009480 C1 RU 2009480C1 SU 4953302 A SU4953302 A SU 4953302A RU 2009480 C1 RU2009480 C1 RU 2009480C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
muscle
buffer rod
fat
pulses
objects
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
И.А. Муляр
Е.Г. Баленко
Original Assignee
Донской сельскохозяйственный институт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Донской сельскохозяйственный институт filed Critical Донской сельскохозяйственный институт
Priority to SU4953302 priority Critical patent/RU2009480C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2009480C1 publication Critical patent/RU2009480C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: livestock farming. SUBSTANCE: buffer rod is brought into contact in sequence with tested object and with air. Amplitude of echo-pulses U1 and U3 is measured from the boundary of contact of buffer rod with these media. Amplitude U2 of echo-pulse is measured after it was reflected from buffer rod/fat boundary. Then density of fat and muscle are measured. Relative content of fat in the muscle is determined according to the relation given in the description of the invention. EFFECT: improved capability of measurement of relative fat contents. 2 tbl

Description

Изобретение относится к животноводству, а именно к свиноводству, и предназначено для определения относительного содержания жира в длиннейшей мышце спины свиней при изучении качества мяса. The invention relates to livestock, namely pig farming, and is intended to determine the relative fat content in the longest muscle of the back of pigs in the study of meat quality.

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

Figure 00000001
=
Figure 00000002
·
Figure 00000003
, где L1 - суммарная толщина жира;
L2 - суммарная толщина мышечных слоев;
С1 - скорость распространения ультразвука в жире;
С2 - скорость распространения ультразвука в мышечной ткани;
Figure 00000004
- средняя скорость распространения ультразвука в мясных частях тела животного.A known method [1] of determining the ratio of fat and meat in the animal’s body, including the excitation of pulses of ultrasonic (ultrasonic) vibrations, registration of echo pulses, setting the speed of ultrasonic vibrations on the reference samples of fat and meat, measuring the average speed of ultrasound in the meat parts of the animal’s body, determining the ratio of layers of fat and meat according to the formula
Figure 00000001
=
Figure 00000002
·
Figure 00000003
where L 1 is the total thickness of the fat;
L 2 - the total thickness of the muscle layers;
With 1 - the speed of propagation of ultrasound in fat;
C 2 - the speed of propagation of ultrasound in muscle tissue;
Figure 00000004
- the average speed of propagation of ultrasound in the meat parts of the body of the animal.

Этот способ имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что способ нельзя применить для определения относительного содержания жира в мышце, например, длиннейшей мышце спины свиней. This method has a significant disadvantage in that the method cannot be used to determine the relative fat content in a muscle, for example, the longest muscle of the back of pigs.

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. The fact is that to determine the average speed of ultrasound in a single muscle (for example, the longest muscle of the back) it is necessary that it occupies the space between the transducers or the transducer and the ultrasound reflector; in measurements on live animals and on half-carcasses after slaughter it is very difficult to satisfy this requirement: in this space other tissue layers are inevitably placed apart from the organ under investigation. After slaughter, measurements by this method can, in principle, be performed on muscle samples, however, sampling sharply reduces the marketable value (consumer value) of the carcass, therefore it is undesirable, and in some cases unacceptable.

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] . There is also a method for determining the physicomechanical properties of objects using a transducer with a buffer rod, consisting in that the buffer rod is contacted sequentially with the test object, water and air, the amplitudes of the echo pulses reflected from the boundary of the buffer rod contact with these media are measured accordingly, according to the measurement results using the calibration curve determine the moisture content of bulk materials [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. The disadvantage of this method is that it does not allow to determine the fat content in the longest muscle of the back of pigs, since none of the operations provided by it gives numerical characteristics that depend on the acoustic properties of fat.

Целью изобретения является определение содержания жира в длиннейшей мышце спины свиней. The aim of the invention is to determine the fat content in the longest muscle of the back of pigs.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

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.The contact of one of the ends of the buffer rod, fastened with the other end with an ultrasound transducer, with the studied longest muscle of the back on a cut pig carcass is carried out, ultrasound pulses are excited, for example, using the generator of the UDC-1M device, they receive echo pulses reflected from the boundary buffer rod with muscle, measure the amplitude U 1 of this signal. Then, the buffer rod is contacted with fat adjacent to the longest muscle, ultrasound pulses are generated, the amplitude U 2 of the echo pulse reflected from the boundary of the buffer rod with fat is measured. After removing residual fat from the end face of the buffer rod, the amplitude is measured in the same way from the echo pulse reflected from the boundary of the buffer rod with air. As an amplitude meter, an oscilloscope C1-65 can be used.

Относительное содержание жира R в мышце рассчитывают по формуле:

Figure 00000005
Figure 00000006
Figure 00000007
Figure 00000008
Figure 00000009
Figure 00000010
Figure 00000011
(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 ρо= 1,2 г/см3, скорость ультразвука Со= 2700 м/сек, а волновое сопротивление
Zo = ρоCo = 1,2 ˙2,7 ˙105 г/(см2˙с) = = 3,24 ˙105 г/(см2 ˙с)
В этом случае выражение
Figure 00000012
= 0,0903 и формула (1) может быть переписана так
R = 0,862
Figure 00000013
Figure 00000014
· 100% (2) Подставляя измеренные значения U1, U2, U3, Z0 в формулу (2), вычисляют искомый процент жира в мышечной ткани.The relative content of fat R in the muscle is calculated by the formula:
Figure 00000005
Figure 00000006
Figure 00000007
Figure 00000008
Figure 00000009
Figure 00000010
Figure 00000011
(1)
The density and velocity of ultrasound in the material of the buffer rod are determined by known methods. As such a material, for example, organic glass can be used, for which the density is ρ о = 1.2 g / cm 3 , the ultrasound speed is С о = 2700 m / s, and the wave resistance
Z o = ρ о C o = 1.2 ˙ 2.7 ˙10 5 g / (cm 2 ˙с) = = 3.24 ˙10 5 g / (cm 2 ˙с)
In this case, the expression
Figure 00000012
= 0.0903 and formula (1) can be rewritten as
R = 0.862
Figure 00000013
Figure 00000014
· 100% (2) Substituting the measured values of U 1 , U 2 , U 3 , Z 0 in the formula (2), calculate the desired percentage of fat in muscle tissue.

Пусть К1 2 - коэффициент отражения по энергии УЗ-ка на границе буферного стержня с исследуемой мышцей, К2 2 - 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, Sж - интегральная площадь жировых вкраплений на границе контакта буферного стержня с исследуемой мышцей.Let K 1 2 be the energy reflection coefficient of ultrasound at the boundary of the buffer rod with the muscle under study, K 2 2 will be the reflection coefficient of ultrasound at the boundary of the buffer rod with fat, K 2 be the reflection coefficient of ultrasound at the boundary of the buffer rod with muscle tissue, devoid of fatty inclusions, S 0 is the cross-sectional area of the ultrasound beam, S W is the integral area of fat inclusions at the interface between the buffer rod and the muscle under study.

По определению
K 2 1 =

Figure 00000015
= K
Figure 00000016
1-
Figure 00000017
+ K
Figure 00000018
, (3) где Wпад - падающая энергия,
Wотр - отраженная энергия на границе контакта буферного стержня с исследуемой мышцей.A-priory
K 2 1 =
Figure 00000015
= K
Figure 00000016
1-
Figure 00000017
+ K
Figure 00000018
, (3) where W pad - incident energy,
W neg - reflected energy at the interface between the buffer rod and the muscle under study.

Выражая из (3) величину Sж/Sо, получим

Figure 00000019
Figure 00000020
Figure 00000021
От отношения площадей перейдем к отношению объемов Vж/Vо
Figure 00000022
=
Figure 00000023
=
Figure 00000024
Умножим обе части на отношение
Figure 00000025
средней плотности жира к средней плотности мышцы
Figure 00000026
=
Figure 00000027
·
Figure 00000028
Обозначив через R находящееся в левой части отношение интегральной массы жировых включений к общей массе некоторого объема мышцы и выражая его в % , получим R =
Figure 00000029
·
Figure 00000030
· 100%
Поскольку, как легко показать, K 2 1 =
Figure 00000031
и K 2 2 =
Figure 00000032
, то
R =
Figure 00000033
·
Figure 00000034
Figure 00000035
· 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 (ρ1) и жира (ρ2), измеренной по методу гидростатического взвешивания, скорости ультразвука (С1 и С2) измеренной методом многократных эхо-импульсов и волнового сопротивления мышцы ( ρ1 С1). Все измерения проводились на вырезанных образцах ткани.Expressing from (3) the value of S W / S about , we get
Figure 00000019
Figure 00000020
Figure 00000021
We proceed from the area ratio to the volume ratio V w / V о
Figure 00000022
=
Figure 00000023
=
Figure 00000024
Multiply both sides by the ratio
Figure 00000025
medium fat to medium muscle density
Figure 00000026
=
Figure 00000027
·
Figure 00000028
Denoting by R the ratio of the integral mass of fatty inclusions to the total mass of a certain muscle volume located on the left side and expressing it in%, we get R =
Figure 00000029
·
Figure 00000030
· 100%
Since, as is easy to show, K 2 1 =
Figure 00000031
and K 2 2 =
Figure 00000032
then
R =
Figure 00000033
·
Figure 00000034
Figure 00000035
100% (4)
Over the years, starting in 1966, we have been measuring the density and speed of ultrasound in the samples of the longest muscle of the back and fat of pigs of several breeds and breeds of various types of productivity. In the table. Figure 1 shows the values of muscle density (ρ 1 ) and fat (ρ 2 ), measured by the method of hydrostatic weighing, ultrasound velocity (C 1 and C 2 ) measured by the method of multiple echo pulses and wave resistance of the muscle (ρ 1 С 1 ). All measurements were performed on excised tissue samples.

Средняя (взвешенная) плотность жира (см. табл. 1):

Figure 00000036
=
Figure 00000037
= → →
Figure 00000038
= 0,925 (г/см3). Средняя плотность мышцы
Figure 00000039
=
Figure 00000040
= → →
Figure 00000041
= 1,073 (г/см3). Отношение
Figure 00000042
/
Figure 00000043
= 0,925/1,073 = 0,862
Таково происхождение коэффициента "0,862" в формуле (2).Average (weighted) fat density (see table. 1):
Figure 00000036
=
Figure 00000037
= → →
Figure 00000038
= 0.925 (g / cm 3 ) . Average muscle density
Figure 00000039
=
Figure 00000040
= → →
Figure 00000041
= 1.073 (g / cm 3 ) . Attitude
Figure 00000042
/
Figure 00000043
= 0.925 / 1.073 = 0.862
This is the origin of the coefficient "0.862" in the formula (2).

Поскольку волновое сопротивление жира заметно меньше, чем мышцы (скорость ультразвука в жире С2 ≈1430 м/с, волновое сопротивление ρ2С2= 0,925˙1,43˙105 x xг/(см2 ˙с) ≈1,323˙105 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.Since the wave resistance of fat is noticeably less than muscles (ultrasound velocity in fat C 2 ≈1430 m / s, wave resistance ρ 2 C 2 = 0.925˙1.43˙10 5 x xg / (cm 2 ˙с) ≈1.323˙10 5 g / (cm 2 ˙ s), it is natural to assume that an increase in the fat content in a muscle leads to a decrease in its wave resistance and vice versa. From this point of view, the muscle of pigs of the breed Pietrain, which has the highest wave resistance (see the last line of Table 1 ), contains a minimal amount of fat compared to the muscle of pigs of other breeds.

Поэтому значение волнового сопротивления длиннейшей мышцы спины свиней породы пьетрен (1,743˙105 г/(см2˙с)) и было использовано в формуле (1).Therefore, the value of the wave resistance of the longest muscle of the back of pigs of the Pietrain breed (1.743˙10 5 g / (cm 2 ˙с)) was used in formula (1).

П р и м е р. Испытания способа проводились на 22-х охлажденных полутушах свиней ростовского типа. PRI me R. Tests of the method were carried out on 22 chilled half-carcasses of Rostov-type pigs.

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. The generator of the UDM-1M device was used as a generator of ultrasonic pulses, the transducer was a sensor from the set of this device at a resonant frequency of 1.8 MHz, and the amplitudes were measured using a C1-65 oscilloscope.

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). The buffer rod was made of organic glass with the ultrasonic parameters given above. The calculations were performed according to the formula (2). After ultrasound studies, the samples of the longest muscle of all 22 animals were taken to determine the fat content by the well-known chemical method (extraction of the dried sample with petroleum ether).

Результаты определения содержания жира в мышцах по предлагаемому и известному способам приведены в табл. 2. The results of determining the fat content in muscles by the proposed and known methods are given in table. 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. As can be seen from the table. 2, there is a good agreement both individual and average values of the fat content in the muscle obtained by the proposed method, with the values obtained in a known manner.

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. Compared with the base, the proposed method allows to reduce the time and complexity of the analysis, to conduct it in places of storage of carcasses, and not in the laboratory, is express. (56) Copyright certificate of the USSR N 1582126, cl. G 01 N 33/12, 1990.

Авторское свидетельство СССР N 1260842, кл. G 01 N 29/00, 1985. USSR author's certificate N 1260842, cl. G 01 N 29/00, 1985.

Claims (1)

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
Figure 00000044
Figure 00000045
Figure 00000046
Figure 00000047
Figure 00000048
Figure 00000049
Figure 00000050
/
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.METHOD FOR DETERMINING THE PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF OBJECTS using a transducer with a buffer rod, which consists in making acoustic contact of the buffer rod in turn with the object being studied and with air, emitting ultrasonic pulses while receiving reflected echo pulses from the boundary of the buffer rod - contacting the medium, the buffer rod-air, measure the amplitudes of the reflected oscillations and determine the properties of objects from their ratio, characterized in that, in order to ensure the possibility of distribution of the relative fat content in the longest muscle of the back of pigs, additionally carry out acoustic contact of the buffer rod with fatty tissue of the muscle, excite pulses of ultrasonic vibrations, measure the amplitude of the echo pulse from the interface between the buffer rod and fatty tissue of the muscle, measure the density of fat and muscle, and the relative content muscle fat R is calculated by the formula
Figure 00000044
Figure 00000045
Figure 00000046
Figure 00000047
Figure 00000048
Figure 00000049
Figure 00000050
/
where U 1 , U 2 , U 3 are the amplitudes of the echo pulses reflected from the interface of the buffer rod with the muscle under study, with muscle fatty tissues, with air, respectively;
Z 0 - wave impedance of the material of the buffer rod.
SU4953302 1991-06-03 1991-06-03 Method of determining physical-mechanical properties of objects RU2009480C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4953302 RU2009480C1 (en) 1991-06-03 1991-06-03 Method of determining physical-mechanical properties of objects

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4953302 RU2009480C1 (en) 1991-06-03 1991-06-03 Method of determining physical-mechanical properties of objects

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2009480C1 true RU2009480C1 (en) 1994-03-15

Family

ID=21583406

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4953302 RU2009480C1 (en) 1991-06-03 1991-06-03 Method of determining physical-mechanical properties of objects

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2009480C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2164822C1 (en) * 1999-11-02 2001-04-10 Ульяновский государственный технический университет Method for cleaning liquids from ferromagnetic particles

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2164822C1 (en) * 1999-11-02 2001-04-10 Ульяновский государственный технический университет Method for cleaning liquids from ferromagnetic particles

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mizrach et al. Determination of fruit and vegetable properties by ultrasonic excitation
Houghton et al. Application of ultrasound for feeding and finishing animals: A review
Ludwig The velocity of sound through tissues and the acoustic impedance of tissues
Cheng et al. Detecting hollow heart in potatoes using ultrasound
Evans et al. Ultrasonic attenuation and velocity in bone
EP0480554B1 (en) Ultrasonic densitometer device
EP0721765B1 (en) Ultrasonic densitometer device and method
AU708795B2 (en) Ultrasonic apparatus and method for measuring animal backfat
US6167759B1 (en) Ultrasonic system for grading meat
Park et al. Predicting intramuscular fat in beef longissimus muscle from speed of sound
US5303708A (en) Grading of poultry carcasses with ultrasound
GHAEDIAN et al. Use of ultrasound to determine cod fillet composition
Fisher A review of the technique of estimating the composition of livestock using the velocity of ultrasound
Park et al. Ultrasonic spectral analysis for beef sensory attributes
Gupta et al. Recent trends in carcass evaluation techniques-a review
Kassou et al. Dispersion characteristics of the flexural wave assessed using low frequency (50–150 kHz) point-contact transducers: A feasibility study on bone-mimicking phantoms
Moeller Evolution and use of ultrasonic technology in the swine industry
RU2009480C1 (en) Method of determining physical-mechanical properties of objects
Moody et al. Study of backfat layers of swine
Shannon et al. Ultrasound velocity measurement to determine lipid content in salmon muscle; the effects of myosepta
Miles Ultrasonic properties of tendon: Velocity, attenuation, and backscattering in equine digital flexor tendons
Miles et al. Factors affecting the ultrasonic properties of equine digital flexor tendons
Miles et al. A note on the velocity of ultrasound in living tissue
Lakshmanan et al. Prediction of the intramuscular fat content in loin muscle of pig carcasses by quantitative time-resolved ultrasound
Diaz-Almanza et al. Analysis of the simultaneous measurement of acoustic phase velocity and stress-strain relationship in beef: An approach to Young's modulus