一种新型便携式苹果内部品质无损检测仪制造技术

本发明专利技术涉及无损检测技术领域，公开了一种新型便携式苹果内部品质无损检测仪，包括微处理器模块、多频信号发生器模块、程控增益放大模块、等效测量模块、数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块和人机交互模块；所述微处理器模块分别与所述多频信号发生器模块连接，产生测量电路所需特定正弦波频率点；与所述程控增益放大模块连接，以数字化形式控制信号幅值；与所述数据处理模块连接，将模数转换得到的数据交由微处理器进行运算；与所述数据传输模块连接，将测得的介电参数传送至PC端；与所述人机交互模块连接，实现频率控制和数据的输出显示。所述检测仪能准确测量出与苹果内部品质相关的108项介电参数，为苹果品质分级提供数据基础。

A new portable nondestructive testing instrument for Apple Internal Quality

【技术实现步骤摘要】
一种新型便携式苹果内部品质无损检测仪
：本专利技术涉及仪器测量领域，具体为一种新型便携式苹果内部品质无损检测仪。
技术介绍
：农产品的无损检测是结合化学知识、电学原理、计算机技术等应用于农产品无损检测中，具有非破坏性、高效性、高精度性。对苹果进行提前鉴别和分级，及时发现苹果的内部损伤，剔除有缺陷的苹果，有利于提高苹果的产值。国外在果蔬的无损检测方面起步较早、技术研究广泛、理论较为丰富、应用程度高、发展快，虽然比起发达国家，我国在此领域也取得了很多阶段性成果，但由于开展研究的时间短，仍存在许多短板，由于精度和速度限制，以及实用性不足等因素，市面上缺少苹果介电检测专用设备。因为苹果属于电解质本身是由带电粒子组成的，在空气中形成生物电场。苹果在生长或者腐烂变质过程中介电特征会发生变化，果实的水分变化也可以通过电特性明显反映，利用介电特征对苹果内部品质进行判别在理论上是有大量依据的。只有选择合适的测量方法才能快速、准确的测量苹果内部品质并且采集到大量数据达到对苹果品质进行判别和分级的目的。本检测仪是通过电信号，能更好地贯穿整个苹果对其内部品质进行检测，具有适应性强，灵敏度高，无污染，操作方便，相关设备简单，使用成本低廉和自动化程度高等优点，对苹果的内部品质无损检测具有更好的效果。
技术实现思路
：(一)解决的技术问题针对现有光谱、CT检测技术设备机体大，检测信息量大，检测速度慢，精度不高，价格昂贵等不足，本检测仪是通过电信号，能更好地贯穿整个苹果对其内部品质进行检测，具有适应性强，灵敏度高，无污染，操作方便，相关设备简单便携，使用成本低廉和自动化程度高等优点，对苹果的内部品质无损检测具有更好的效果。(二)技术方案为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案为：该新型便携式苹果内部品质无损检测仪整体结构由微处理器模块、多频信号发生器模块、程控增益放大模块、等效测量模块、数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块和人机交互模块等组成。选取更为强大的STM32单片机作为微控制处理系统，AD9851芯片为多频信号发生器，产生9个特定频率点下的正弦波信号作为整个电路的激励源，程控增益放大模块对初始信号进行压控放大处理，满足电路设计需求，基于矢量伏安法的等效测量模块对苹果介电参数进行测量，利用高精度电压有效值检测电路和相位检测电路将相关数据采集到，并交由模数转换模块把采集到的电压和相位差的模拟量转化为数字量，以便由单片机完成相关运算，最后将计算得到的介电参数在LCD12864上显示，并通过串口有线和WIFI无线两大数据传输模块传送至计算机以完成数据显示、分析与存储等功能，至此完成对苹果介电参数的测量，为苹果品质分级提供相关数据，并最终达到苹果品质检测和分级的目的。(三)有益成果(1)本专利技术完成对检测仪的便携式设计、试验与定型，携带方便，操作简单，灵敏度高，检测精确。(2)本专利技术实现精确产生9个频率点下(分别为158Hz、251Hz、398Hz、15800Hz、25100Hz、39800Hz、1580000Hz、2510000Hz、3980000Hz)的正弦波信号，并对信号进行放大处理。(3)本专利技术实现对每个频率点下12项介电常数：复阻抗Z、导纳Y、串联电容Cs、并联电容CP、串联电阻Rs、并联电阻RP、电导G、串联电感Ls、并联电感Lp、复阻抗相角δ、损耗系数D和品质因子Q，共计108项介电参数的准确测量。附图说明：图1为苹果品质与宏观电特性的关系图。图2为介电损耗等效模型及串联模式测量原理图。图3为检测仪总体架构图。图4为多频信号发生器电路图。图5为压控增益放大电路图。图6为电流增益放大器电路图。图7为电压有效值检测电路图。图8为相位检测电路图。图9为模数转换电路图。图10为WIFI传输模块原理图。具体实施方式：如图1所示，苹果属于电介质，电介质中电子受原子核强烈束缚，不能自由移动，电介质的特征是以正、负电荷重心不重合的电极化方式传递、存贮或记录电的作用和影响，其中起主要作用的是束缚电荷。苹果由果皮、果肉、果核组成,果肉占苹果的绝大部分。苹果果实的主要化学成分是可溶性糖、有机酸、淀粉、纤维素、果胶、维生素和酶,并且在成熟时果肉中含有大量水分。苹果的组织和细胞采后仍保持旺盛的代谢过程,如呼吸作用、有机物转化等。果实的生命活动中提供能量及多种中间代谢产物,参与体内物质的相互转化过程，并参与调节控制体内酶的作用和抵抗病原微生物的侵害；另一方面,又不断地在体内氧化分解有机物，使果实衰老变质。在果实的生命活动中，其内部水分量及其水分的空间分布变化很大，尤其在受到损伤或处于病态时。实际上，果实中的水分可以分为自由水(即游离水)和束缚水(胶体结合水)，其中前者占较大比例，易于蒸发，储藏过程中损失的主要是自由水。束缚水一般与果实细胞中的胶体微粒结合，并包围在胶体微粒四周，形成水膜，不易蒸发损失。果实的水分变化可以通过电特性明显反映。从微观上看，苹果分子内部存在电场，且在分子线度范围内改变位置，场强的变化非常剧烈，这种微观特性实质上决定着苹果的生理、物理和化学特征，但这种微观场用现有电生理技术无法测量。因此，从可观测角度考虑，只能研究一定体积内微观场的空间平均值，即转而研究苹果的宏观介电特性。宏观介电特性是指生物分子中的束缚电荷(只能在分子线度范围内运动的电荷)对外加电场的响应特性，它的主要参数有相对介电常数ε′r、相对介质损耗因数ε″r、介质损耗角正切tanδ和介质等效阻抗Z。介电常数ε(或ε′r)是电介质固有的一种物理属性，可表示电介质存储电场能量的能力，反映该电介质提高电容器电容量的能力；损耗因数ε″r反映电介质在交流电场中损耗的能量；介质损耗角正切tanδ也是反映能量的损耗。介质损耗角δ是交流电的总电流I(或总电压V)与电容电流Ic(或电容电压Vc)的夹角。如图2所示,根据(a)、(b)串联和并联等效模型，构建如(c)所示的实际电路中串联模式测量原理图。CS为两个铜制电极板构成的苹果为介质的电容器，RS为串联电阻，由电压有效值检测电路测得的总电压V1和苹果作为介质的电容器两端的电压V2，RS阻值为已知量，流过串联电路中电流I＝(V1-V2)/Rs，δ可由相位检测电路和串并联模型矢量图得到。因此损耗系数D，复阻抗相角δ和品质因子Q的计算，如式(1)-(4)所示：D＝tanδ＝VR/Vc＝ωCsRs(1)D＝tanδ＝IR/Ic＝1/(ωCPRP)(2)δ＝arctanD(3)Q＝1/D(4)式中，ω—角频率(ω＝2πf，f为测量信号频率)，单位：Hz(赫兹)；Cs—串联电容；CP—并联电容，单位：F(法)；Rs—串联电阻；RP—并联电阻，单位：Ω(欧姆)。在给定的测量频率f下,将被检测苹果置于平行电极之间作为电容器的内部介质,则根据施加于该电容器上的交变电压和流过电容器的电流,可以得到复阻抗Z和复导纳Y,如式(5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型便携式苹果内部品质无损检测仪，包括微处理器模块、多频信号发生器模块、程控增益放大模块、等效测量模块、数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块和人机交互模块，其特征在于：所述微处理器模块与所述多频信号发生器模块相连接，产生测量电路所需的特定正弦波频率点；所述微处理器模块与所述程控增益放大模块相连接，以数字化形式控制信号幅值大小；所述微处理器模块与所述数据处理模块相连接，将模数转换得到的数据交由微处理器进行相关计算；所述微处理器模块与所述数据传输模块相连接，将最终测得的介电参数传送至PC端；所述微处理器模块与所述人机交互模块相连接，实现人为和自动两种方式控制频率和数据的输出显示；所述的新型便携式苹果内部品质无损检测仪能准确测量出与苹果内部品质相关的108项介电参数，为苹果品质分级提供数据基础。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型便携式苹果内部品质无损检测仪，包括微处理器模块、多频信号发生器模块、程控增益放大模块、等效测量模块、数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块和人机交互模块，其特征在于：所述微处理器模块与所述多频信号发生器模块相连接，产生测量电路所需的特定正弦波频率点；所述微处理器模块与所述程控增益放大模块相连接，以数字化形式控制信号幅值大小；所述微处理器模块与所述数据处理模块相连接，将模数转换得到的数据交由微处理器进行相关计算；所述微处理器模块与所述数据传输模块相连接，将最终测得的介电参数传送至PC端；所述微处理器模块与所述人机交互模块相连接，实现人为和自动两种方式控制频率和数据的输出显示；所述的新型便携式苹果内部品质无损检测仪能准确测量出与苹果内部品质相关的108项介电参数，为苹果品质分级提供数据基础。


2.根据权利要求1所述的新型便携式苹果内部品质无损检测仪，其特征在于：所述微处理器模块选择STM32芯片构成，其基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M内核，最高工作频率72MHz，集成32-512KB的Flash存储器，6-64KB的SRAM存储器，拥有比51单片机更强大的性能和更多的I/O引脚，满足更多外设要求。


3.根据权利要求1所述的新型便携式苹果内部品质无损检测仪，其特征在于：所述多频信号发生器AD9851的最高时钟为180MHZ、采用先进的CMOS技术的直接频率合成器，主要由可编程DDS系统、高性能数模转换器和高速比较器3部分构成，能实现全数字编程控制的频率合成；可编程DDS系统的核心是相位累加器，由一个加法器和一个N位相位寄存器组成；再结合七阶椭圆滤波电路对信号进行优化处理，作为整个检测仪电路所需的激励源。


4.根据权利要求1所述的新型便携式苹果内部品质无损检测仪，其特征在于：所述程控增益放大模块由TLC5615D/A转换控制电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕黎明，白晏霖，黄铝文，
申请(专利权)人：吕黎明，白晏霖，黄铝文，
类型：发明
国别省市：陕西;61