厚皮瓜果成熟度声学无损检测实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种厚皮瓜果成熟度声学无损检测实验装置。包括敲击机构、托盘架机构、数字电子秤、托盘、麦克风、弹簧夹、数据采集与控制电路和上位机；托盘上端放置瓜果，托盘开有中心孔，托盘放置在托盘架机构上，托盘架机构放置于数字电子秤上，敲击机构安装于托盘架机构内，敲击机构顶部穿过托盘中心孔敲击瓜果底面，麦克风通过弹簧夹安装在托盘中心孔的侧下方，麦克风和敲击机构经数据采集与控制电路和上位机连接，数字电子秤和上位机直接连接。本发明专利技术是利用厚皮瓜果被撞击时的声音脉冲信号中的多种时频特征参数来实现成熟度的无损判定，具有成本低、结构简单、判定快速准确，操作简便的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种瓜果成熟度实验装置，尤其是涉及了一种厚皮瓜果成熟度声学无损检测实验装置。
技术介绍
瓜果类富含丰富的维生素、蛋白质和维生素，人们对瓜果类的需求随着人们生活水平的提升而逐年增加，与此同时更加关注水果的风味和质地等内部品质。水果内部品质传统的方法主要是通过有损技术手段进行破坏性检测，准确度虽较高，但耗时费力，对水果造成损伤，增加了检测成本，同时非专业的种植人员、零售商和消费者也不具备检测的专业知识，从而使有损检测技术在日常的生产生活中的应用受到了很大的限制。新型的无损检测技术是建立在计算机、电子、光学、声学等技术的发展基础上的多学科交叉技术，在不损伤水果的前提下，具有检测速度快、准确度高、对检测人员专业知识要求不高等优点，在水果的内部品质检测中应用得日益广泛起来。常用的无损检测技术有近红外法、机器视觉法、X射线法、介电特性法、电子鼻法等，这些技术能保证在不改变水果外观品质、内部成分的条件下检测水果体积、水分、糖酸成分及内部损伤等。针对检测对象和应用场合的差异，不同无损检测技术各有优缺点，如近红外法主要用于水果的糖酸成份检测，检测精度高，适用于皮薄个小的水果检测，但由于水果各个方向成份分布不均，需增大透射深度从而需要增大功率，所以不太适合于厚皮瓜果类水果的内部品质检测；机器视觉法结构和原理简单，成本较低，适合于水果外观、形状、外表损伤的检测，常用于水果的分选；X射线法能用于农产品外部缺陷、内部机械损伤、异物的检测，但装置体积较大，结构复杂，成本较高，目前应用不够广泛；介电特性法是将水果作为电介质，通过电路通过检测水果的电导、电抗、损耗因数等介电参数来判断水果中的水分或者干物质含量，检测过程易受到外界磁场干扰等因素干扰，检测精度较低；电子鼻法可探测水果成熟或腐败过程中发出的特定气味，结构复杂，成本较高。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种厚皮瓜果成熟度声学无损检测实验装置，降低厚皮瓜果成熟度无损检测过程易受果皮，体积过大带来的不利影响，提高了水果成熟度检测的精度和稳定性。本专利技术用声学法通过检测水果受到敲击时发出的声音信号或者受迫振动后发出的振动信号，来判断其成熟度程度或者空心状况，非常适合于检测厚皮瓜果类的水果，且结构原理简单，成本较低，检测精度较高。本专利技术采用的技术方案是：本专利技术包括敲击机构、托盘架机构、数字电子秤、托盘、麦克风、弹簧夹、数据采集与控制电路和上位机；托盘上端放置瓜果，托盘开有中心孔，托盘放置在托盘架机构上，托盘架机构放置于数字电子秤上，敲击机构安装于托盘架机构内，敲击机构顶部穿过托盘中心孔敲击瓜果底面，麦克风通过弹簧夹安装在托盘中心孔的敲击处侧下方，麦克风用于采集敲击的声音，麦克风和敲击机构经数据采集与控制电路和上位机连接，数字电子秤和上位机直接连接。所述的托盘架机构包括托盘固定件、升降座和底座；升降座底部套在底座上并通过螺纹连接实现高度调整，敲击机构置于升降座和底座之间的内腔中，托盘固定件固定安装在升降座顶端，托盘固定件顶端设有用于放置托盘的阶梯型槽，托盘固定件和升降座中心开有用于敲击机构的敲击球向上伸出的通孔，底座底部开有橡胶脚垫安装孔、敲击机构安装孔和穿线孔，脚垫通过橡胶脚垫安装孔固定安装在底座底面，敲击机构底部通过敲击机构安装孔固定在底座内底面，穿线孔用于将敲击机构中的电线引出。所述的敲击机构包括电磁铁、永磁铁、底盖、连接杆和敲击球，底盖固定安装在托盘架机构内部的底面，电磁铁置于底盖上，电磁铁上方设有限位板，限位板的底面开有环形槽，环形槽内有与电磁铁配合的环形的永磁铁，连接杆竖直安装并中部固定在限位板中，连接杆顶端固定连接有敲击球，连接杆底端伸入到电磁铁环形线圈铁芯的中心，连接杆、电磁铁环形线圈和环形的永磁铁同轴心布置，控制电磁铁通断实现电磁铁和永磁铁同性相斥，使得限位板上下运动进而使得连接杆上的敲击球穿过托盘中心孔敲击到瓜果底面。所述的底盖开有安装孔，安装孔和敲击机构安装孔通过螺栓连接使得敲击机构固定在托盘架机构的底座内底面。所述的数据采集和控制电路包括控制电路、驱动电路、开关量输出模块和数据采集卡；麦克风经数据采集卡和上位机连接，上位机依次经开关量输出模块、控制电路和驱动电路后与敲击机构中的电磁铁连接，上位机发送敲击启动信号和采集启动信号分别给开关量输出模块和数据采集卡，开关量输出模块将敲击启动信号转化为TTL信号经控制电路输出对应的控制信号给驱动电路，驱动电路驱动敲击机构的电磁铁启动进行敲击，敲击产生的声音由麦克风经数据采集卡采集后上传到上位机。所述的驱动电路包括主要由电阻R1、电阻R2、电阻R3和光耦芯片U1和光耦芯片U4构成的隔离电路，主要由DC/DC开关芯片U2、电解电容C5、二极管D1、电感L1、电位器R12和电阻R13和电容C6构成的可调直流电源电路，主要由单相全桥驱动芯片U3、电解电容C9和电容C10构成的功率驱动电路，主要由二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4构成的隔离保护电路；来自控制电路输出对应的控制信号op_in1和op_in2分别输入到光耦芯片U1和光耦芯片U4的输入端，光耦芯片U1和光耦芯片U4的输出信号op_out1和op_out2分别输入单相全桥芯片U3的输入端IN1和输入端IN2，单相全桥芯片U3的输出端OUT1和输出端OUT2的输出信号dri_elec1和dri_elec2连接到插座P1，插座P1连接到电磁铁线圈两端以驱动电磁铁，直流电压信号Vin经过可调直流电源电路后得到的直流电压Vd用于驱动单相全桥芯片U3的工作。由于瓜果尺寸不同，下表面的形状不同，敲击时会具有不同的振动变化。本专利技术通过麦克风采集其中的振动变化信号，具体是由上位机将通过麦克风采集到瓜果敲击时的声音时域信号和通过数字电子秤采集到的瓜果质量信号后，对时频声学特征进行提取，并和质量信号通过建立的模型进而检测瓜果的成熟度，实现无损检测。本专利技术具有的有益效果是：本专利技术的托盘架机构可调节敲击球和瓜果的距离，同时敲击时的力度可通过驱动电路进行调节，进一步扩大了装置的可适用对象，具有快速、成本低廉、检测精度高等优点。本专利技术的数据采集与控制电路采用可靠性较高的专用数据采集卡和数字信号处理芯片并在上位机上采用了降噪算法，大大降低了外界噪声对声音特征提取的干扰，提高测量精度，增加了装置的可靠性。本专利技术特别地针对厚皮瓜果被敲击时得到的声音信号中的多种时频特征对其成熟度进行无损检测，由于声学检测是对瓜果进行整体测量，弱化了水果成份各方向梯度不同带来的影响。综合来说，本专利技术适用于多种厚皮类瓜果成熟度的无损检测，尤其适合于西瓜、哈密瓜、菠萝等水果的成熟度检测，既可供消费者、经销商在买卖中使用，也可供广大教师、学生作为水果品质检测的实验装置使用。附图说明图1是本专利技术的声学检测实验装置结构示意图。图2是本专利技术敲击机构结构示意图。图3是本专利技术的托盘架机构结构示意图。图4是本专利技术的数据采集与控制电路原理框图。图5是本专利技术的驱动电路原理图。图6是本专利技术的实验装置工作流程图。图7是原始敲击信号、端点检测后信号和线性预测残差法去噪后的信号。图8是实施例在逐步多元线性回归模型下的西瓜成熟度的预测结果。图中：1、敲击球，2、永磁铁，3、限位板，4、连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种厚皮瓜果成熟度声学无损检测实验装置，其特征在于：包括敲击机构(6)、托盘架机构(7)、数字电子秤(8)、托盘(10)、麦克风(11)、弹簧夹(12)、数据采集与控制电路(13)和上位机(14)；托盘(10)上端放置瓜果(9)，托盘(10)开有中心孔，托盘(10)放置在托盘架机构(7)上，托盘架机构(7)放置于数字电子秤(8)上，敲击机构(6)安装于托盘架机构(7)内，敲击机构(6)顶部穿过托盘(10)中心孔敲击瓜果(9)底面，麦克风(11)通过弹簧夹(12)安装在托盘(10)中心孔的侧下方，麦克风(11)和敲击机构(6)经数据采集与控制电路(13)和上位机(14)连接，数字电子秤(8)和上位机(14)直接连接。

【技术特征摘要】
1.一种厚皮瓜果成熟度声学无损检测实验装置，其特征在于：包括敲击机构(6)、托盘架机构(7)、数字电子秤(8)、托盘(10)、麦克风(11)、弹簧夹(12)、数据采集与控制电路(13)和上位机(14)；托盘(10)上端放置瓜果(9)，托盘(10)开有中心孔，托盘(10)放置在托盘架机构(7)上，托盘架机构(7)放置于数字电子秤(8)上，敲击机构(6)安装于托盘架机构(7)内，敲击机构(6)顶部穿过托盘(10)中心孔敲击瓜果(9)底面，麦克风(11)通过弹簧夹(12)安装在托盘(10)中心孔的侧下方，麦克风(11)和敲击机构(6)经数据采集与控制电路(13)和上位机(14)连接，数字电子秤(8)和上位机(14)直接连接。2.根据权利要求1所述的一种厚皮瓜果成熟度声学无损检测实验装置，其特征在于：所述的托盘架机构(7)包括托盘固定件(17)、升降座(18)和底座(19)；升降座(18)底部套在底座(19)上并通过螺纹连接实现高度调整，敲击机构(6)置于升降座(18)和底座(19)之间的内腔中，托盘固定件(17)固定安装在升降座(18)顶端，托盘固定件(17)顶端设有用于放置托盘的阶梯型槽，托盘固定件(17)和升降座(18)中心开有用于敲击机构(6)的敲击球(1)向上伸出的通孔，底座(19)底部开有橡胶脚垫安装孔(20)、敲击机构安装孔(21)和穿线孔(22)，脚垫通过橡胶脚垫安装孔(20)固定安装在底座(19)底面，敲击机构(6)底部通过敲击机构安装孔(21)固定在底座(19)内底面，穿线孔(22)用于将敲击机构(6)中的电线引出。3.根据权利要求1或2所述的一种厚皮瓜果成熟度声学无损检测实验装置，其特征在于：所述的敲击机构(6)包括电磁铁(5)、永磁铁(2)、底盖(15)、连接杆(4)和敲击球(1)，底盖(15)固定安装在托盘架机构(7)内部的底面，电磁铁(5)置于底盖(15)上，电磁铁(5)上方设有限位板(3)，限位板(3)的底面开有环形槽，环形槽内有与电磁铁(5)配合的环形的永磁铁(2)，连接杆(4)竖直安装并中部固定在限位板(3)中，连接杆(4)顶端固定连接有敲击球(1)，连接杆(4)底端伸入到电磁铁(5)环形线...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞永华，毛建华，陆湛，王剑平，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33