【Engineering】生鲜肉变质早预警！安...

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（来源：智慧农业期刊）

冷链温湿度波动易干扰生鲜肉氨气微波检测精度。安徽农业大学等单位研究搭建搭载单壁碳纳米管气敏材料的对称开口感知谐振环微波天线传感器，配套温湿度反向传播神经网络补偿模型，实现冷链场景下生鲜肉劣变氨气稳定检测，为动态冷链无损检测提供理论与实践支撑，相关成果在中国工程院院刊《Engineering》发表。

随着公众对食品安全与健康问题关注度提升，生鲜农产品质量检测成为食品供应链关键环节，氨气作为生鲜肉劣变标志性挥发物，实时浓度检测可实现品质劣变早期预警。现有高光谱、阻抗电子鼻、半导体气体传感器等检测手段存在样品制备繁琐、设备成本高昂、操作门槛高的局限，微波气体传感器凭借高灵敏度、易制备、无损检测的优势逐步得到应用，但冷链环境温湿度波动会造成射频信号零点频率漂移，降低氨气检测精度，传统疏水涂层、电桥电路补偿方案存在传感性能衰减、传感器结构复杂化等短板。

图1. (a)传感器结构示意图，(b) 对称CSRR与单CSRR的性能对比，(c) 等效电路模型，(d) 微带谐振器阻抗匹配史密斯圆图，(e) S21随X_G的变化，(f) S21随S的变化。Emax: 最大电场，Freq: 频率，Ang: 角度，Mag: 幅值，RX: 电阻和电抗。

研究选用相对介电常数4.4的FR4基板设计对称CSRR微带谐振传感器，通过电磁仿真优化结构参数，确定最优阻抗匹配尺寸与电场耦合间距；选取单壁碳纳米管作为气敏材料，拉曼与透射电镜表征结果显示该材料缺陷少、管径适中，具备优异氨气吸附能力。基于电磁微扰理论，团队将敏感材料布置于谐振环强电场区域，氨气吸附会改变碳纳米管载流子浓度，增大材料介电损耗，引发传感器S21谐振频率与幅值变化，以此建立氨气浓度与射频信号的关联机制。

试验搭建包含矢量网络分析仪、温控气室、标准氨气气瓶的电气测量系统，5~20 ppm氨气区间内，传感器谐振频率变化与气体浓度线性相关性 R²=0.9673，对乙烯、丙烷、二氧化碳、硫化氢等肉类腐败伴生气体交叉响应微弱，五次重复测试体现稳定可重复性。7天连续采集数据显示，温度、湿度与传感器零点漂移存在显著相关性，温度干扰平均皮尔森相关系数 |P|=0.56，湿度干扰平均 |P|=0.45。

研究构建THBP温湿度反向传播神经网络补偿模型，采用L-M算法完成网络训练，训练集、测试集、验证集相关系数R均高于0.969，对比单温度 BP、随机森林、支持向量机模型，该模型校正效果最优。结合无线功率传输模型搭建无线微波氨气传感系统，接收天线工作频段2.1~2.3 GHz，无线有效传输距离可达12米，塑料、纸板、亚克力等包装介质对微波信号传输稳定性影响较小。在猪肉、牛肉、鸡肉多品类生鲜肉冷藏劣变试验中，经THBP模型校正后，射频信号零点频率漂移减少14 MHz，氨气误差浓度控制在0.06 ppm以内，检测精度提高31.11%。

整套传感系统具备响应速度快、恢复时间短、气体选择性强的特点，可适配仓储、冷链运输多场景生鲜肉实时监测，后续研究将推进传感系统小型化，拓展多气体识别能力，完善多类型供应链环境下的落地应用。

引用信息：

Guoping Hu, Lin He, Guolong Shi, Fanli Meng, Yigang He. Microwave Antenna Sensor with Machine Learning for Non-Destructive Detection of Fresh Meat. Engineering. DOI: 10.1016/j.eng.2026.01.028

﹝Engineering简介﹞

中国工程院院刊《Engineering》是工程科技综合性学术期刊，由中国工程院主管，中国工程院战略咨询中心、高等教育出版社联合主办，《中国工程科学》杂志社与国际出版商爱思唯尔合作出版。期刊创刊于2015年，得到联合国教科文组织（UNESCO）、国际工程与技术科学院理事会（CAETS）及多国国家工程科学院、海内外专家学者大力支持。期刊致力于搭建高水平工程科技重大成果发布与国际学术交流平台，推动工程科技造福人类、开创未来，设置新闻热点、观点述评、工程成就、研究论文等特色栏目，刊载具有原创性、突破性、交叉性、前沿性工程科技创新成果。已被SCI、EI、Scopus、DOAJ、CSCD、CSTPCD等国内外权威检索数据库完整收录。2025年JCR影响因子12.2（Q1，3/178）；2025年CiteScore为19.4，位列工程科技多学科期刊前5%。入选2016年中国科技期刊登峰计划、2019年中国科技期刊卓越行动计划领军期刊、2024年中国科技期刊卓越行动计划二期英文领军期刊，2026年获第六届中国出版政府奖期刊奖。