国立产业技术综合研究所［中钵良二会长］（以下简称“AIST”）物理测量标准研究部[研究部主任 Yasuhiro Nakamura] 电磁测量研究小组首席研究员 Moritaro Kon 和研究小组组长 Masahiro Horibe 开发了一种利用电磁波轻松、无损地测量农产品水分含量的技术。
农产品的水分含量是重要的质量指标，常规的破坏性测试如破碎提取样品、测量电阻等。但存在采样和测量耗时费力、无法进行全面检查的问题。
利用新开发的技术，用几GHz的电磁波照射农产品，电磁波穿过农产品内部相的变化量之间的关系来测量。以及振幅的变化量。利用这种方法，从照射电磁波到获得测量结果的时间不到一秒，因此可以在农产品在传送带上移动时近乎实时地进行测量。这使得可以轻松测量大量农产品的水分含量，并且还可以实现100%检验。此外，由于该方法使用的电磁波可以穿过包装薄膜、泡沫塑料、纸板等，因此即使产品被包装或装箱也可以测量水分含量，这有望使生产现场的农产品质量更容易分类和控制。
该技术的详细信息将于 2016 年 12 月 14 日至 16 日在东京国际展示场（东京江东区）举行的 Agribusiness Creation Fair 2016 上公布。
 |
| 将农产品（大米）放置在开发的传感器上（左上）测量电磁波（左下），以及电磁波的振幅和相位变化量与水分含量之间的关系图（右） |
农产品的水分含量是决定其品质的重要指标之一。以大米为例，如果水分含量低，则容易破裂，如果水分含量高，则容易发霉。目前，测量农产品水分含量的方法包括从采集点采集的大量农产品中提取样品，粉碎并测量电阻，或者将样品干燥并根据干燥前后的重量变化进行评估。然而，所有这些测试都是破坏性测试或涉及样品变质的测试，并且样品提取和后续测量需要时间和精力。此外，存在使用光的无损检测，但存在的问题是，由于物体的尺寸、形状或颜色，可能无法测量物体，而传统的使用电磁波的无损测量方法需要有关物体的尺寸和形状的信息，因此难以轻松测量。因此，需要一种能够在短时间内检测所有运输农产品的质量，甚至对包装好的最终产品进行检测的方法。
AIST正在进行电磁波精密测量技术的研究和开发，目前已开发出高频电路和材料的电磁特性的精密测量技术。这次，我们利用多年来积累的电磁波测量技术，研发了一种简单的水分测量技术，可以为提高生产现场农产品质量检测的效率做出贡献。
当物体中含水量减少时，电磁波就更容易穿过该物体。图 1 显示了利用该特性测量水分含量的原理。微带线传播时，在表面附近（图1的右上）会产生电磁波。当待测物体接近该状态下的线路时，传播的电磁波的幅度和相位会发生变化（图1右下）；矢量网络分析仪进行测量
实际测量时，例如，如果测量对象是大米，则测量一系列预先已知水分含量的大米，并绘制大米的校准曲线。然后，通过确定通过测量含水量未知的测量目标的振幅和相位的变化量而获得的曲线图的直线的斜率，可以获得含水量。这种变化量与被测物体的大小或形状无关，而是取决于所含水的量，因此可以测量水的量。
 |
| 图1 利用微带线测量水分含量的原理 当测量目标靠近时，电磁场分布会发生变化。从变化率可以求出测定对象物的水分含量。
|
将水分含量分别为99%和128%的样品（大米）密封在纸袋中，模拟实际测量环境（米粒数量时刻变化的情况），将袋子移近微带线，测量电磁波的振幅和相位的变化量，进行10次测量（图2）。结果发现，对于相同水分含量的样品，测量结果分布在同一条直线上。由于不同的水量分布在不同斜率的直线上，因此可以确定待测物体中的水量。
此外，利用所开发的方法，从向待测物体照射电磁波到获得数据的时间不到一秒，因此即使在传送带上运输农产品等情况下，也可以几乎实时测量。此外，由于即使在包装或装箱时也可以进行测量，因此预计生产现场的质量控制和分类将变得更加容易。
 |
| 图2 不同水分含量的样品（大米）密封在袋子中的测量（上）和测量结果（下） 不同含水量的两个样品的10个测量值分布在不同斜率的直线上。水分含量可以从斜率测量。
|
未来，我们将对该方法对多种农产品进行适用性论证并进行准确性验证，并努力向实际应用迈进。此外，此次开发的技术可以检测待测物体内部传播的电磁波的微小变化，可应用于测量农产品的糖含量和检查食品中的异物，未来将考虑应用。