本发明专利技术提供一种基于比较法的超声无损检测水果成熟度的方法与系统，所述方法包括以下步骤：对水果进行训练学习，通过训练学习的结果对水果的成熟度进行等级划分，并以此建立起水果的成熟度模型和目标水果的最佳测量频率；对目标水果进行实测，采集其衰减率和传输速度两个特征值；把目标水果与训练学习所得到的水果模型进行比较，得出成熟程度。所述系统包括水果探测模块、声程测量模块、信息处理模块、控制与显示模块；控制与显示模块与信息处理模块、声程测量模块相连接，信息处理模块与水果探测模块相连接，同时水果探测模块与声程测量模块相连接。本发明专利技术能实现无损检测，无需人工判断，且具有实现简单、容易操作、适用范围广的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超声无损检测领域，具体涉及水果探熟的方法和系统。
技术介绍
日常生活中人们在购买西瓜、苹果等含水分多的水果，往往需要判断其生长成熟 与否，而一般采用的都是通过看、听、摸、称等方法靠经验进行判断，不仅费时费力，而且效 果不佳。在农业生产的过程中，对还未摘取的水果进行成熟程度的判断，也是一个极为重要 的环节，通过判断则可推断出何时为最合适的摘取时间，以便合理地安排上市后的分级储 运、销售等各环节。由于水果尚未摘下来，我们不可能通过品尝这样的方法来测试成熟与 否，如果通过观察，则需要多年的经验累积，极大地阻碍了我国水果生产事业的发展。如果 能提供一种能够准确、快速、便于携带并且容易操作的水果探熟器，不仅为人们的日常生活 提供了便利，更重要的是对水果生产环节中的培育良种，采摘时间，加工时间，收获储存，出 口运输等有着重大意义，能有效地促进我国水果生产事业的发展。市场上现有的水果探熟产品有很多，但大部分都是参照以下两种专利技术专利的结构 和模式中国技术专利申请“瓜果探熟器”(公开号CN 2844912Y，公开日期2006年 12月6日)，提出了一种用于探测水果成熟度的电子装置。该装置利用水果在生长不同时 期导电性不同的原理，把探针插入目标水果内部对水果进行成熟度的检测，该装置制作比 较简单，体积也较小。中国专利技术专利申请“西瓜成熟度计”(公开号CN 101046407A，公开日期2007年 10月03日)提出了一种检测西瓜成熟度的电子装置，对西瓜由于外界敲击而产生的回声信 号进行采集并放大分析，最后判断西瓜成熟与否。不难看出，上述两种主流的水果探熟器存在着以下的缺点1.在探熟的过程中可能会对水果造成物理损害，破坏了水果的表皮，不利于检测 后的运输存放；2.装置操作不方便，而且不是全自动检测，需要人工进行判断；3.只针对单一水果进行探熟，适用性不够强；4.不能把便携性和易用性集于一身。超声波是指振动频率大于20KHZ以上的声波，它和可听波一样，是一种机械振动， 是一种能量的传播形式，其特点是频率高、波长短，可在一定距离内沿直线传播，具有良好 的束射性和方向性。我们可以通过运用超声波的传播特性对物体内部进行无损检测。超声 波在传输过程中会产生一定的衰减，根据衰减发生的原理可以分为三种衰减扩散衰减、散 射衰减和吸收衰减。工程应用中综合考虑这三种衰减特性，用超声波在物体内传输的衰减 率来描述衰减程度，其主要和透射波和回波的幅度值大小、以及超声波传输的距离有关，下 面的(公式1)即为工程运用中的超声波衰减率公式a = 201og Qi2-Ii1) /X (dB/mm)(公式 1)4式中的a为衰减率，h2和Ill分别表示透射波和回波的幅度值；201(^0 -!^)表示 穿透波与回波幅度值之差的分贝值(dB) ；X为声程，即探测方向上超声波传输的距离。水果在生长发育的不同阶段，其果实有着不同的物理特点，当水果处于未成熟阶 段时，其果肉组织结构比较紧密，同时水份被锁住在果肉细胞内，糖份含量也不高。随着时 间的推移，果实逐渐成熟，果肉的组织结构将随着水分从果肉细胞内析出成为自由水而变 得松弛，果肉细胞间的间隙变大，同时糖份含量也会增高，导致粘滞性变强。根据超声波在 粘滞性强的介质中传输时，其吸收衰减比较大的特性，我们可以对超声波在经过水果后的 衰减率进行分析处理，从而得出水果的成熟度信息。超声波在不同介质密度的情况下传输 速度会有所区别，所以超声波在水果内部的传输速度也能作为判断水果成熟程度的一个参 数。综上所述，现有的水果探熟方法或多或少对水果造成物理损害，而超声却可以利 用其特性克服此缺点，所以可以考虑用超声波对水果进行无损检测其成熟度。
技术实现思路
针对现有的水果探熟方法的不足，本专利技术的目的是提供一种基于比较法的超声无 损检测水果成熟度的方法和系统。利用超声在水果中的衰减特性，测量超声波在水果中的 衰减率和传输速度，并以这两个参数映射成二维空间上的点，通过观察这些点在二维空间 中的分布对水果的成熟程度进行分级，构建成熟度模型。对任意水果先进行训练学习得到 其成熟度模型，然后再与同类型的目标水果进行比对得到实测水果的成熟程度。本专利技术实 现无损检测，无需人工判断，且具有实现简单、容易操作、适用范围广的优点。本专利技术通过以 下技术方案得以实现。基于比较法的超声无损检测水果成熟度的方法，包括以下步骤步骤1、对水果进行训练学习，通过训练学习的结果对水果的成熟度进行等级划 分，并以此建立起水果的成熟度模型和目标水果的最佳测量频率；步骤2、对目标水果进行实测，采集其衰减率和传输速度两个特征值；步骤3、把目标水果与训练学习所得到的水果模型进行比较，得出成熟程度。上述的方法中，步骤1具体包括选取一批成熟度为已知的水果作为样品对其进 行训练学习，把这批水果按照成熟度由大到小，分成5个组别，进行分组学习，根据成熟程 度来安排学习顺序的先后，先进行学习的组被认为是成熟度最高的组；当完成一组样品的 特征值录入后，对这些样本点进行数据处理，计算后得出这一组样品点的重心作为初始聚 类模块，所述特征值包括超声波在水果中的衰减率和传输速度；然后再进行下一组数据的 录入，直至所有样本点都已经录入系统，共得到5个初始凝聚点，分别对应了成熟度的5个 级别。通过计算每个样本点与5个初始凝聚点之间的距离大小重新进行聚类，重新组合后 再计算新的重心作为凝聚点，不断重复上述的调整步骤，直至前后两次凝聚点的位置基本 上重合为止，说明得到的5类已经是一种相对稳定的结果；通过聚类分析后得出的5个凝聚模块如果距离太近的话，会导致区分度不高，容 易发生误判的情况，故需对形成的这5个等级进行检验；计算凝聚模块i与对应的成熟度级 别内最远之间的距离Mi, i = 1、2、3、4、5，如果相邻的两个凝聚模块i和j之间的距离总是 大于^+Mj, j = 1、2、3、4、5，j Φ i，则认为形成这5个凝聚模块的测量频率为此类水果的最佳测量频率，把测量数据存储至数据库当中，如果两两凝聚模块之间的距离有两个或以上 小于MJMj,则把测量频率提高ΙΟΚΗζ，重新进行上述的聚类步骤，直至获到最佳测量频率为止。上述的方法中，步骤1针对一种类型水果的训练学习只需进行一次，获得所测水 果模型后，数据将储存在数据库中。上述的方法中，步骤1采用200 400KHZ这个频率段的超声波对水果进行探熟， 并根据训练学习的结果自动从200-400KHZ的频率范围内选择最合适当前水果类型的测量频率。上述的方法中，步骤2具体包括调整超声波发射接收一体基阵、接收基阵和耦合器件，使超声波发射接收一体基 阵、接收基阵紧贴目标水果表面，使超声入射波能够大部分射入水果内部；发射接收一体基阵向水果发射超声波脉冲，接收基阵在探测到幅度变化超过阈值 值后即被激活，并开始接收波形，接收到穿透波和回波后，通过采样获得波形的幅度值；超 声波在水果内部的传输时间、和在空气中的传输时间、通过以下方法得到设计一个计时 单元，在发射基阵发出超声脉冲后开始计时，当检测接收到穿透波时则停止，得到的时间即 为超声波在水果内部的传输时间、，而超声波在空气中的传输时间t2也是根据相同的工作 原理获得；采用测量发射基阵与接收基阵之间的距本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于比较法的超声无损检测水果成熟度的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤１、对水果进行训练学习，通过训练学习的结果对水果的成熟度进行等级划分，并以此建立起水果的成熟度模型和目标水果的最佳测量频率；步骤２、对目标水果进行实测，采集其衰减率和传输速度两个特征值；步骤３、把目标水果与训练学习所得到的水果模型进行比较，得出成熟程度。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：韦岗，陈柔伊，曹燕，刘逸豪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81
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