KR20000060806A - Ultrasonic system for evaluating quality of fruits and vegetables - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 청과물 내부 품질 평가용 초음파 검사 장치에 관한 것으로, 특히형상이 곡면이고 일정한 접촉 압력을 유지하기 어려운 과일 야채류 등 청과물의 내부 공동의 유무, 과숙과 미숙, 내부 조직의 파손 또는 열화를 평가하기 위한 하드웨어와 소프트웨어로 구성된 청과물 내부 품질 평가용 초음파 검사 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrasonic inspection device for evaluating the quality of fruits and vegetables, particularly to evaluate the presence or absence of internal cavities, fruit and immature, breakage or deterioration of internal tissues of fruits and vegetables, such as fruits and vegetables, whose shape is curved and difficult to maintain a constant contact pressure. The present invention relates to an ultrasonic inspection apparatus for evaluating the quality of fruits and vegetables composed of hardware and software.
일반적으로, 인간의 가청주파수로 귀로 들을 수 있는 진동수는 20∼20,000 회/초(Hz)의 범위를 가지며, 20,000 Hz 이상의 진동수를 갖는 음파를 초음파(ultrasonic wave)라 하고 보통 500kHz ∼ 10MHz로 금속 콘크리트등의 초음파 탐상에 실용화되고 있다. 인간의 가청주파수는 20∼20,000 Hz 이고, 인간의 귀는 약 4,000 Hz의 음에 가장 민감하게 반응하며, 보통 나이를 먹을수록 가청 주파수의 범위가 줄어든다.In general, the audible frequencies of human ears at the audible frequency range from 20 to 20,000 times / second (Hz), and sound waves with frequencies above 20,000 Hz are called ultrasonic waves and are usually made of metal concrete at 500 kHz to 10 MHz. It is utilized for ultrasonic flaw detection. The human audible frequency ranges from 20 to 20,000 Hz, and the human ear responds most sensitively to a sound of about 4,000 Hz. Normally, as we age, the range of audible frequencies decreases.
초음파는 직진성과 투과성이 크므로 비파괴 검사, 해저 지형 탐사, 잠수함의 위치 추적 및 태아의 위치 조사 등의 산업 분야에서 폭넓게 활용된다.Ultrasonic waves have a high linearity and permeability, so they are widely used in industries such as nondestructive testing, seabed topography, submarine tracking, and fetal location.
가청음은 종이 등의 진동판을 전자의 힘으로 움직여 발생시키지만, 초음파의 발생은 압전이라는 물리 현상을 가진 재료를 사용하고 있다. 역압전 효과는 송신 트랜스듀서에서 그러한 재료중의 하나인 수정판으로 된 진동자에 전압을 가하면 전압의 (+) (-)에 따라 수정 두께 방향으로 신축성을 갖게 된다.Audible sound is generated by moving vibration plates such as paper by the force of electrons, but ultrasonic waves are made of materials having a physical phenomenon called piezoelectricity. The reverse piezoelectric effect is that when a voltage is applied to a crystal oscillator, one of such materials, in a transmitting transducer, it is stretched in the crystal thickness direction according to the voltage (+) (-).
수신 트랜스듀서에서의 수신은 송신과 반대의 과정으로 투과되어온 초음파가 시험재의 표면을 진동시키며 이것에 의해 진동자가 신축되어 전극간의 전압이 발생한다.Receiving at the receiving transducer causes the ultrasonic wave transmitted through the process opposite to the transmission to vibrate the surface of the test specimen, which causes the vibrator to stretch and generate voltage between electrodes.
도 1은 종래의 비파괴 검사 평가용 초음파 검사 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a conventional ultrasonic inspection system for non-destructive inspection evaluation.
도 1을 참조하면, 상기 비파괴 검사 평가용 초음파 검사 시스템의 구성도는 파형 분석용 컴퓨터(1), 초음파 펄스 송수신기(2), 송신 트랜스듀서(3), 검사체(4), 수신 트랜스듀서(5) 및 A/D 컨버터(6)로 구성된다.Referring to FIG. 1, the configuration diagram of the ultrasonic inspection system for non-destructive inspection evaluation is a waveform analysis computer 1, an ultrasonic pulse transceiver 2, a transmission transducer 3, an inspection body 4, a reception transducer ( 5) and an A / D converter 6.
상기 파형 분석용 컴퓨터(1)에서 트리거(Trigger) 신호를 초음파 펄스 송수신기(2)로 보내고 다시 상기 초음파 펄스 송수신기(2)의 송신기는 초음파 신호를 송신 트랜스듀서(3)로 제공한다.The waveform analysis computer 1 sends a trigger signal to the ultrasonic pulse transceiver 2 and the transmitter of the ultrasonic pulse transceiver 2 provides the ultrasonic signal to the transmitting transducer 3.
상기 송신 트랜스듀서(3)는 상기 초음파 신호를 입력받아 역압전 효과에 의해 팽창하거나 수축하여 금속재료나 콘크리트 등의 검사체(4) 내부로 아날로그 초음파 신호를 입사시킨다.The transmitting transducer 3 receives the ultrasonic signal and expands or contracts by a reverse piezoelectric effect to inject an analog ultrasonic signal into the test body 4 such as a metal material or concrete.
상기 수신 트랜스듀서(5)는 상기 검사체(4)를 투과한 아날로그 초음파 신호를 입력받아 감지하여 상기 압전효과의 기능을 수행하면서 상기 검사체(4)의 정보가 실린 아날로그 초음파 응답 신호를 상기 초음파 펄스 송수신기(2)로 제공한다.The receiving transducer 5 receives and detects an analog ultrasonic signal transmitted through the test body 4, and performs the function of the piezoelectric effect, while receiving the analog ultrasonic response signal carrying the information of the test body 4. Provided to the pulse transceiver (2).
상기 초음파 펄스 송수신기(2)는 상기 아날로그 초음파 응답 신호를 입력받아 증폭 및 필터링 기능을 수행하여 RF(Radio Frequency) 파형의 초음파 응답 신호를 A/D 컨버터(6)로 제공한다.The ultrasonic pulse transceiver 2 receives the analog ultrasonic response signal and performs an amplification and filtering function to provide an ultrasonic response signal having an RF (Radio Frequency) waveform to the A / D converter 6.
상기 A/D 컨버터(6)는 상기 RF 파형의 초음파 응답 신호를 입력받아 A/D 변환하여 디지탈 초음파 응답 신호를 제공한다.The A / D converter 6 receives the ultrasonic response signal of the RF waveform and performs A / D conversion to provide a digital ultrasonic response signal.
초음파 검사 시스템 소프트웨어가 설치된 상기 컴퓨터(1)는 검사체(4)의 정보가 실린 상기 디지탈 초음파 응답 신호를 입력받아 수신 파형을 분석하여 전파속도, 감쇠 등을 분석 평가하고 상기 검사체(4) 내부의 결함의 유무, 열화 정도를 평가하게 된다.The computer 1 equipped with the ultrasonic inspection system software receives the digital ultrasonic response signal containing the information of the test object 4, analyzes the received waveform, analyzes and evaluates the propagation speed, the attenuation, and the like, and the inside of the test body 4. The presence or absence of defects and the degree of deterioration are evaluated.
상기 비파괴 검사 평가용 초음파 검사 시스템은 검사체(4)로 콘크리트, 금속재료 및 동물등에 적용되었으며, 대부분 수작업에 의해 상기 송수신 트랜스듀서(3,5)를 상기 검사체(4)에 접촉시켜 초음파 검사를 수행한다.The ultrasonic inspection system for evaluating the non-destructive inspection was applied to concrete, metal materials, animals, etc. as the test body (4), the ultrasonic test by contacting the transmission and reception transducers (3, 5) to the test body (4) by the most manual work Perform
그러나, 50 kHz 정도의 저주파이면서 고압의 송신이 필요하고 형상이 곡면이며 부드러워 일정한 접촉압력을 유지하기 어려운 과일 야채류의 청과물 등에는 초음파 측정이 어려운 문제점이 있다.However, the low-frequency piezoelectric wave of about 50 kHz requires high pressure transmission, and the shape of the curved surface is soft, and the fruits and vegetables of fruits and vegetables that are difficult to maintain a constant contact pressure, there is a problem that ultrasonic measurement is difficult.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 형상이 곡면이고 일정한 접촉 압력을 유지하기 어려운 청과물에 적용할 수 있는 저주파, 고출력 시스템을 구성하고 임의 곡면에 효과적으로 초음파를 입사시킬 수 있도록 트랜스듀서와 검사체와의 접촉 압력을 일정하게 유지시켜 품질평가의 신뢰도를 높이기 위한 지그(Jig)와 신호분석 소프트웨어를 개발한 청과물 내부 품질 평가용 초음파 검사 장치를 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to construct a low-frequency, high-power system that can be applied to fruits and vegetables having a curved shape and difficult to maintain a constant contact pressure, and effectively enter ultrasonic waves on any curved surface. It provides ultrasonic inspection device for quality evaluation of fruits and vegetables developed by Jig and signal analysis software to maintain the constant contact pressure between the transducer and the specimen to increase the reliability of the quality evaluation.
도 1은 종래의 비파괴 검사 평가용 초음파 검사 시스템의 구성도,1 is a block diagram of a conventional ultrasonic inspection system for non-destructive inspection evaluation,
도 2는 본 발명에 의한 청과물 내부 품질 평가용 초음파 검사 장치의 구성도.2 is a block diagram of an ultrasonic inspection apparatus for evaluating the inside quality of fruits and vegetables according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 파형 분석용 컴퓨터 11 : 고출력 초음파 송수신 장치10: waveform analysis computer 11: high power ultrasonic transceiver
12 : 송신 트랜스듀서 13 : 혼12 Transmitting Transducer 13 Horn
14 : 검사체 15 : 수신 트랜스듀서14 test object 15 receiving transducer
16 : 접촉압력 조절용 공압기구 17 : A/D 컨버터16: Pneumatic mechanism for contact pressure adjustment 17: A / D converter
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 초음파 검사 시스템용 소프트웨어가 설치되어 있으며 측정용 트리거(Trigger) 신호를 제공하고, 상기 디지탈 초음파 응답 신호를 입력받아 초음파 전파속도, 감쇠계수, 최고 주파수(Peak Frequency), 최고 크기(Peak Magnitude), 대역폭(Bandwidth)등을 파형분석용 상기 소프트웨어를 사용하여 품질 등급과 기준에 의해 청과물의 내부 공동 유무, 잘 익었는지 아닌지의 유무를 판단하는 과숙과 미숙, 내부 파손, 열화 등을 평가하기 위한 각 종 신호 처리와 추론 기능을 수행하고 청과물의 내부 품질 평가 기능을 하기 위한 파형 분석용 컴퓨터;In order to achieve the above object, the present invention is equipped with the software for the ultrasonic inspection system and provides a trigger signal for measurement, and receives the digital ultrasonic response signal, the ultrasonic propagation speed, attenuation coefficient, peak frequency (Peak Frequency) ), Such as peak magnitude, bandwidth, etc., using the above software for waveform analysis to determine whether the fruits and vegetables are co-existing, ripe or not, based on quality grade and criteria A waveform analysis computer for performing various signal processing and inference functions for evaluating deterioration and the like and for evaluating internal quality of fruits and vegetables;
상기 측정용 트리거 신호를 입력받아 송신기에서 아날로그 초음파 신호를 제공하고, 상기 수신기에서 아날로그 초음파 응답 신호를 입력받아 증폭 및 필터링하여 RF 파형의 아날로그 초음파 응답 신호를 제공하기 위한 고출력 초음파 펄스 송수신 장치;A high power ultrasonic pulse transceiving device for receiving the measurement trigger signal and providing an analog ultrasonic signal from a transmitter, and receiving and amplifying and filtering the analog ultrasonic response signal from the receiver to provide an analog ultrasonic response signal of an RF waveform;
상기 아날로그 초음파 신호를 입력받아 감지하여 역압전 효과에 의해서 진동자에 교류 전압 신호를 걸어주면 팽창과 수축을 반복하면서 상기 아날로그 초음파 신호를 제공하기 위한 송신 트랜스듀서;Transmitting transducer for receiving the analog ultrasonic signal to provide an analog ultrasonic signal while repeating the expansion and contraction when the alternating voltage signal is applied to the vibrator by the reverse piezoelectric effect;
초음파는 공기 중에도 전파되므로 상기 송신 트랜스듀서에서 수신 트랜스듀서로 공기중을 통해 유입되는 공중파를 차단하고, 청과물 등의 측정 대상의 표면 형상에 대응할 수 있는 구조 및 재질로 되어 있으며 초음파를 분석하기 위해 응답 시간을 지연시키는 매개체로 상기 측정 대상으로 상기 아날로그 초음파 신호를 입사시키기 위한 혼;Ultrasonic waves are also propagated in the air, so they block the airwaves from the transmitting transducer to the receiving transducer. The ultrasonic waves are made of a structure and material that can respond to the surface shape of the object to be measured, such as fruits and vegetables. A horn for injecting the analog ultrasonic signal into the measurement target as a medium for delaying time;
형상이 곡면이고 수작업으로는 일정한 접촉 압력을 유지하기 어려운 과일, 야채류 등의 상기 측정 대상인 청과물로 상기 아날로그 초음파를 투과시키는 검사체;A test body for transmitting the analog ultrasonic waves to fruits and vegetables as the object of measurement, such as fruits and vegetables, having a curved surface and having difficulty in maintaining a constant contact pressure by hand;
상기 검사체의 정보가 실린 아날로그 초음파를 입력받아 감지하고 상기 압전효과의 기능을 수행하여 상기 아날로그 초음파 응답 신호를 상기 고출력 초음파 송수신 장치로 제공하기 위한 수신 트랜스듀서;A reception transducer configured to receive and sense analog ultrasonic waves in which the information of the test object is received, and to provide the analog ultrasonic response signal to the high power ultrasonic transmitting and receiving apparatus by performing a function of the piezoelectric effect;
상기 송신 트랜스듀서 및 상기 수신 트랜스듀서와 상기 검사체 사이의 접촉력을 일정하게 유지하기 위한 접촉 압력 조절용 공압기구; 및A pneumatic mechanism for adjusting a contact pressure for maintaining a constant contact force between the transmitting transducer and the receiving transducer and the test object; And
상기 RF 파형의 아날로그 초음파 응답 신호를 입력받아 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하여 상기 검사체의 정보가 실린 디지탈 초음파 응답 신호를 출력하기 위한 A/D 컨버터를 구비하는 것을 특징으로 하는 청과물 내부 품질 평가용 초음파 검사 장치를 제공한다.And an A / D converter for receiving an analog ultrasonic response signal of the RF waveform and converting the analog signal into a digital signal and outputting a digital ultrasonic response signal containing the information of the test object. It provides an ultrasonic inspection apparatus.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 의한 청과물 내부 품질 평가용 초음파 검사 장치의 구성도이다.2 is a block diagram of an ultrasonic inspection apparatus for evaluating the inside quality of fruits and vegetables according to the present invention.
상기 청과물 내부 품질 평가용 초음파 검사 장치는 파형 분석용 컴퓨터(10), 고출력 초음파 송수신 장치(11), 송신 트랜스듀서(12), 혼(13), 검사체(14), 수신 트랜스듀서(15), 접촉압력 조절용 공압기구(16) 및 A/D 컨버터(17)로 구성된다.The ultrasonic inspection apparatus for evaluating the inside quality of the fruits and vegetables is a waveform analysis computer 10, a high power ultrasonic transceiver 11, a transmission transducer 12, a horn 13, a test object 14, a reception transducer 15. And a pneumatic mechanism 16 for adjusting contact pressure and an A / D converter 17.
상기 파형 분석용 컴퓨터(10)는 초음파 검사 시스템용 소프트웨어가 설치되어 있으며 측정용 트리거(Trigger) 신호를 제공한다.The waveform analysis computer 10 is equipped with software for an ultrasonic inspection system and provides a trigger signal for measurement.
상기 고출력 초음파 펄스 송수신 장치(11)는 최대 구동 전압은 1200 V이며, 수신기에서 상기 측정용 트리거 신호를 입력받아 송신기에서 아날로그 초음파 신호를 상기 송신 트랜스듀서(12)로 제공한다.The high power ultrasonic pulse transceiving device 11 has a maximum driving voltage of 1200 V, and receives the measurement trigger signal from a receiver and provides an analog ultrasonic signal to the transmitting transducer 12 from a transmitter.
상기 송신 트랜스듀서(12)는 상기 아날로그 초음파 신호를 입력받아 감지하여 역압전 효과에 의해서 진동자에 교류 전압 신호를 걸어주면 팽창과 수축을 반복하면서 감지된 아날로그 초음파 신호를 상기 혼(13)으로 제공한다.The transmitting transducer 12 receives and senses the analog ultrasonic signal and applies an alternating voltage signal to the vibrator by a reverse piezoelectric effect to provide the detected analog ultrasonic signal to the horn 13 while repeating expansion and contraction. .
상기 혼(13)은 상기 송신 트랜스듀서(12)에서 상기 수신 트랜스듀서(14)로 공기중을 통해 유입되는 공중파를 차단하고, 상기 검사체(14)의 표면 형상에 자유롭게 대응할 수 있는 구조 및 재질로 되어 있으며 초음파 분석하기 위해 응답 시간을 지연시키는 매개체로 되어 있으며, 상기 송신 트랜스듀서(12)에서 상기 감지된 아날로그 초음파 신호를 입력받아 상기 혼(13)을 거쳐 청과물 등의 상기 검사체(14)로 아날로그 초음파를 입사시킨다.The horn 13 is a structure and material that can block the air waves flowing through the air from the transmitting transducer 12 to the receiving transducer 14, and can freely correspond to the surface shape of the test body 14 And a medium for delaying a response time for ultrasonic analysis, and receiving the sensed analog ultrasonic signal from the transmission transducer 12 and passing the horn 13 to the test object 14 such as fruits and vegetables. Analog ultrasound is incident on the
상기 검사체(14)는 형상이 곡면이고 일정한 접촉 압력을 유지하기 어려운 과일, 야채류 등의 청과물로 상기 아날로그 초음파 신호를 투과시켜 상기 수신 트랜스듀서(15)로 제공한다.The test body 14 transmits the analog ultrasonic signal to the receiving transducer 15 through fruits and vegetables, such as fruits and vegetables, which are curved in shape and difficult to maintain a constant contact pressure.
상기 수신 트랜스듀서(15)는 상기 검사체(14)의 정보가 실린 아날로그 초음파를 입력받아 감지하고 압전효과의 기능을 수행하여 상기 아날로그 초음파 응답 신호를 상기 고출력 초음파 송수신 장치(11)로 제공한다.The receiving transducer 15 receives an analog ultrasonic wave on which the information of the test object 14 is loaded, detects the piezoelectric effect, and provides the analog ultrasonic response signal to the high power ultrasonic transceiving device 11.
한편, 상기 접촉 압력 조절용 공압기구(16)는 상기 송신 트랜스듀서(12) 및 상기 수신 트랜스듀서(15)와 상기 검사체(14) 사이의 접촉력을 일정하게 유지하기 위해 사용된다.On the other hand, the pneumatic mechanism 16 for adjusting the contact pressure is used to maintain a constant contact force between the transmitting transducer 12 and the receiving transducer 15 and the test body 14.
상기 고출력 초음파 수신 장치(11)는 상기 아날로그 초음파 응답 신호를 입력받아 증폭 및 필터링한 후 상기 RF 파형의 아날로그 초음파 응답 신호를 상기 A/D 컨버터(17)로 제공한다.The high power ultrasonic receiver 11 receives the analog ultrasonic response signal, amplifies and filters the analog ultrasonic response signal, and provides the analog ultrasonic response signal of the RF waveform to the A / D converter 17.
상기 A/D 컨버터(17)는 상기 RF 파형의 아날로그 초음파 응답 신호를 입력받아 A/D 변환하여 상기 검사체(14)의 정보가 실린 디지탈 초음파 응답 신호를 상기 파형 분석용 컴퓨터(10)로 전송한다.The A / D converter 17 receives the analog ultrasonic response signal of the RF waveform and performs A / D conversion to transmit the digital ultrasonic response signal containing the information of the test object 14 to the waveform analysis computer 10. do.
상기 파형 분석용 컴퓨터(10)는 상기 디지탈 초음파 응답 신호를 입력받아 청과물 내부 품질 평가용 초음파 검사 시스템을 위한 파형 분석 소프트웨어를 사용하여 품질 등급과 기준에 의해 사과, 무 등의 청과물이 내부에 바람이 들었는지를 판단하는 청과물의 내부 공동 유무, 잘 익었는지 않 익었는지 유무를 판단하는 과숙과 미숙, 내부 파손, 열화 등을 평가하기 위한 각종 신호 처리와 추론 기능을 수행하여 청과물의 내부 품질 평가 기능을 수행한다.The waveform analysis computer 10 receives the digital ultrasonic response signal and uses the waveform analysis software for the ultrasonic inspection system for evaluating the quality of fruits and vegetables. The internal quality evaluation function of fruits and vegetables is carried out by performing various signal processing and inference functions to evaluate whether there are internal joints of fruits and vegetables to judge whether they have been heard or not, ripening, immature, internal damage, and deterioration. To perform.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 청과물 내부 품질 평가용 초음파 검사 장치는 과일 야채류의 청과물에 적용할 수 있는 형상이 곡면이고 일정한 접촉 압력을 유지하기 어려운 청과물에 적용할 수 있도록 50 kHz 정도의 저주파수이면서 고압의 송신이 필요한 저주파, 고출력 시스템을 구성하여 임의 곡면에 트랜스듀서를 효과적으로 송신 초음파를 입사시킬 수 있도록 접촉 압력을 일정하게 유지시켜 초음파를 사용하여 청과물의 품질평가에 대한 신뢰도를 높일 수 있다.As described above, the ultrasonic inspection device for assessing the quality of fruits and vegetables according to the present invention has a low frequency of about 50 kHz so as to be applicable to fruits and vegetables having a curved shape and hard to maintain a constant contact pressure. By constructing a low frequency, high power system that requires high pressure transmission, the contact pressure is kept constant so that the transducer can effectively transmit the ultrasonic wave to any curved surface, and the ultrasonic wave can be used to increase the reliability of the quality evaluation of the fruits and vegetables.
본 발명에 의한 청과물 내부 품질 평가용 초음파 검사 장치는 형상이 곡면이고 일정한 접촉 압력을 유지하기 어려운 청과물을 대상으로 초음파를 사용하여 저주파 고출력의 성능을 제공하는 시스템을 구성하여 내부 품질 평가 기능, 청과물 물류 과정의 자동화 소프트웨어 검색 시스템을 구성하여 과일 및 야채류 등의 청과물의 선과 및 상/중/하의 품질 및 등급 판정에 활용함으로써 품질 평가에 의한 선과, 청과물 물류 및 유통과정에서 고부가가치를 창출할 수 있는 효과가 있다.Ultrasonic inspection apparatus for evaluating the internal quality of fruits and vegetables according to the present invention constitutes a system that provides the performance of low frequency and high power using ultrasonic waves for fruits and vegetables having a curved shape and difficult to maintain a constant contact pressure. By creating an automated software retrieval system of the process, it can be used to determine the quality and grade of fruits and vegetables such as fruits and vegetables, and to determine the quality and grade of upper, middle and lower. There is.
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