CN104655686A - 一种农产品品质检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种农产品品质检测系统，包括检测电路单元、计算单元和检测结果确定单元；所述检测电路单元包括依次串联的电源、电阻、电感和电容两极板，其中，所述电源和电阻组成的线路两端设有短路开关；所述短路开关断开，所述电源为所述电容两极板充电；所述短路开关闭合，待检测产品放入所述电容两极板之间，所述电容两极板开始放电，电感、电容两极板以及待检测农产品等效为一个串联回路；所述计算单元根据电路在放电的过程中产生的正弦振荡信号计算待检测产品的等效电阻值和电容值；所述检测结果确定单元用于根据待检测产品的等效电阻值和电容值确定所述待检测产品品质。本发明所述农产品品质检测系统结构简单、价格便宜、方便应用和携带。

Description

一种农产品品质检测系统及方法

技术领域

本发明涉及农产品安全检测领域，具体涉及一种农产品品质检测系统及方法。

背景技术

无损检测技术是近年发展以来的一种新技术，是指在不破坏样品的情况下对其进行品质评价的方法。食品、农产品无损检测技术涉及光学、力学、电学、磁学的学科，范围广泛。而随着光学技术的快速发展，农产品的智能化检测系统，正沿着便携式、手持式方向发展，越来越小型化、微型化、智能化发展。许多检测分析仪器实际上是具有某种检测分析功能的计算机。

光谱技术是现在无损检测中应用较多的技术，但是其对样品检测主要依赖于光谱仪，而大多数光谱仪体积较大，价格昂贵，且需要从国外进口。因此很多实用化的无损检测技术无法推广，只能作为高校实验室研究或是有关检测部门的抽检工作。结合检测物本身的特性，发展简单的便携式检测设备及其重要，同时脱离昂贵或是大型检测设备是发展的必然趋势。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种农产品品质检测系统及方法，结构简单、价格便宜、方便应用和携带。

为解决以上技术问题，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种农产品品质检测系统，包括检测电路单元、计算单元和检测结果确定单元；

所述检测电路单元包括依次串联的电源、电阻、电感和电容两极板，其中，所述电源和电阻组成的线路两端设有短路开关；

当所述短路开关断开时，所述电源为所述电容两极板充电；

当所述短路开关闭合时，待检测产品放入所述电容两极板之间，所述电容两极板开始放电，电感、电容两极板以及待检测农产品等效为一个串联回路，所述回路满足式子U_L+U_R+U_C＝0，其中R和C为待检测产品的等效电阻值和电容值，U_R为待检测产品等效为电阻时两端的电压，U_C为待检测产品等效为电容时两端的电压，U_L是电感两端的电压；

所述计算单元根据电路在放电的过程中产生的正弦振荡信号计算待检测产品的等效电阻值和电容值；

所述检测结果确定单元用于根据待检测产品的等效电阻值和电容值确定所述待检测产品品质。

其中，所述电源为蓄电池或交流电源。

第二方面，本发明提供一种农产品品质在线检测系统，包括传送单元、检测电路单元、计算单元和检测结果确定单元；

所述检测电路单元包括依次串联的电源、电阻、电感和电容两极板，其中，所述电源和电阻组成的线路两端设有短路开关；

待检测产品通过传送单元被传送到所述电容的下极板上，当所述短路开关闭合时，上极板压近待检测产品，所述电容两极板开始放电，电感、电容两极板以及待检测农产品等效为一个串联回路，所述回路满足式子U_L+U_R+U_C＝0，其中R和C为待检测产品的等效电阻值和电容值，U_R为待检测产品等效为电阻时两端的电压，U_C为待检测产品等效为电容时两端的电压，U_L是电感两端的电压；当短路开关断开时，上极板离开继续充电，待检测产品通过传送单元离开检测位置；

所述计算单元根据电路在放电的过程中产生的正弦振荡信号计算待检测产品的等效电阻值和电容值；

所述检测结果确定单元用于根据待检测产品的等效电阻值和电容值确定所述待检测产品品质。

其中，所述电源为蓄电池或交流电源。

第三方面，本发明提供一种农产品品质检测的方法，包括：

断开所述短路开关，所述检测电路中的电源为所述电容进行充电；

闭合所述短路开关，将待检测产品放置在所述电容两极板中间，所述电容两极板开始放电，电感、电容两极板以及待检测农产品等效为一个串联回路，所述回路满足式子U_L+U_R+U_C＝0，根据回路在放电的过程中产生的正弦振荡信号计算待检测产品的等效电阻值和电容值，其中R和C为待检测产品的等效电阻值和电容值，U_R为待检测产品等效为电阻时两端的电压，U_C为待检测产品等效为电容时两端的电压，U_L是电感两端的电压；

根据待检测产品的等效电阻值和电容值确定所述待检测产品品质。

本发明至少具有如下的有益效果：

本发明所述的农产品品质检测系统，利用农产品的介电特征，通过检测电路中电容的放电过程计算农产品的品质参数，使用起来较为方便，且所述系统结构简单、价格便宜、适于推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的检测电路的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的品质检测原理电路图的结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的电路在放电的过程中产生的正弦振荡信号的示意图；

图4是本发明实施例三提供的农产品品质检测方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例一提出了一种农产品品质检测系统，包括检测电路单元、计算单元和检测结果确定单元；

所述检测电路单元包括依次串联的电源E、电阻R₀、电感L和电容两极板P，其中，所述电源E和电阻R₀组成的线路两端设有短路开关k；所述检测电路如图1所示。

所述短路开关k断开，所述电源E为所述电容两极板P充电至U₀；

所述短路开关k闭合，待检测产品放入所述电容两极板P之间，所述电容两极板P开始放电；根据电路在放电的过程中产生的正弦振荡信号计算待检测产品本身的电阻值R和电容值C。

所述短路开关k闭合之后，所述电容两极板P开始放电，电感、电容两极板P以及待检测农产品可等效为图2所示的回路，所述回路可以用下式表示U_L+U_R+U_C＝0，其中R和C为待检测产品的等效电阻值和电容值，U_R为待检测产品等效为电阻时两端的电压，U_C为待检测产品等效为电容时两端的电压，U_L是电感两端的电压；

所述计算单元根据电路在放电的过程中产生的正弦振荡信号计算待检测产品的等效电阻值和电容值；

根据电容和电感特性，得到以下表示：

U_L+U_R+U_C＝0      (1)

$i=C\frac{d{U}_C}{\mathrm{dt}}---\left(2\right)$

$\mathrm{LC}\frac{d^2{U}_C}{{\mathrm{dt}}^2}+\mathrm{RC}\frac{{\mathrm{dUC}}_C}{\mathrm{dt}}+U_C=0---\left(3\right)$

根据起始条件t＝0，U_C＝U₀且解方程(3)，有三种情况：

其中，时间常数 $r=\frac{R}{2}\sqrt{\frac{L}{C}}=\frac{R}{2}\sqrt{\frac{C}{L}};$

(1) $r>1;(R>2\sqrt{\frac{L}{C}});$

(2) $r<1;(R<2\sqrt{\frac{L}{C}});$

(3) $r=1;(R=2\sqrt{\frac{L}{C}});$

第一种情况下，属于电路一种过阻尼状态，阻尼过大不产生振荡，而是慢慢放电，最后U_C＝0；

第二种情况下，电路中阻尼较小，在电路的放电过程中，产生符合正弦变化规律的振荡信号，本发明中通过拟合电路放电过程中待检测产品的振荡信号，来计算属于待检测产品本身的电阻值和电容值。

第三种情况，电路处于一种临界阻尼状态，属于过阻尼到阻尼振动之间的过渡分界，放电过程相当时通时断的直流电源。

即，U(t)＝0；(前半周期)；U(t)＝U₀；(后半周期)。

本发明实施例中，用来检测待检测产品特性，当开关闭合后，检测电路的放电过程符合第二种情况，如图3所示，时间常数r<1；放电过程U_C的变化规律符合正弦变化。上述方程(3)的解如下：

$U_C=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_0}{\mathrm{\&omega;}}{U}_0{e}^{-\mathrm{\&delta;t}}\sin (\mathrm{\&omega;t}+\mathrm{\&beta;})---\left(1\right)$

${\mathrm{\&omega;}}_0=\frac{1}{\sqrt{\mathrm{LC}}}---\left(2\right)$

${\mathrm{\&omega;}}^2=\frac{1}{\mathrm{LC}}-{\left(\frac{R}{2L}\right)}^2---\left(3\right)$

$\mathrm{\&delta;}=\frac{R}{2L}---\left(4\right)$

$\mathrm{\&beta;}={\tan }^{-1}\frac{\mathrm{\&omega;}}{\mathrm{\&delta;}}---\left(5\right)$

根据U_C的振幅规律以及上式(1)～(5)，求解待检测农产品的电阻值和电容值。具体地，通过拟合放电过程的振荡信号的包络线，包络线如图3所示，该包络线符合指数变化规律：

$\frac{{\mathrm{\&omega;}}_0}{\mathrm{\&omega;}}{U}_0{e}^{-\mathrm{\&delta;t}},$ 振幅 $A=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_0}{\mathrm{\&omega;}};$

δ为拟合的指数次方数，通过拟合可以得出δ值，带入公式(4)求得待检测产品的电阻值R；

得出的R值带入公式(4)中，然后公式(2)和(3)联解求得待检测产品的电容值C。

所述检测结果确定单元用于根据待检测产品的等效电阻值和电容值确定所述待检测产品品质。

根据预先建立的某类农产品品质好坏与农产品电阻值、电容值的对应关系以及得到的待检测产品的电阻值、电容值，判断该待检测产品品质如何。例如，新鲜猪肉的电阻和电容值和不新鲜猪肉的电阻和电容值不同，通过检测电路得到的待检测猪肉的电阻值和电容值，就可以知道猪肉是否新鲜。

其中，所述电源可以为蓄电池或交流电源。

本发明实施例提供的农产品品质检测系统，利用农产品的介电特征，通过检测电路中电容的放电过程计算农产品的品质参数，使用起来较为方便，且所述系统结构简单、价格便宜、适于推广应用。

本发明实施例二提出了一种农产品品质在线检测系统，包括传送单元、检测电路单元、计算单元和检测结果确定单元；

所述检测电路单元包括依次串联的电源、电阻、电感和电容两极板，其中，所述电源和电阻组成的线路两端设有短路开关；

待检测产品通过传送单元被传送到所述电容的下极板上，当所述短路开关闭合时，上极板压近待检测产品，所述电容两极板开始放电，电感、电容两极板以及待检测农产品等效为一个串联回路，所述回路满足式子U_L+U_R+U_C＝0，其中R和C为待检测产品的等效电阻值和电容值，U_R为待检测产品等效为电阻时两端的电压，U_C为待检测产品等效为电容时两端的电压，U_L是电感两端的电压；当短路开关断开时，上极板离开继续充电，待检测产品通过传送单元离开检测位置；

所述计算单元根据电路在放电的过程中产生的正弦振荡信号计算待检测产品的等效电阻值和电容值；

所述检测结果确定单元用于根据待检测产品的等效电阻值和电容值确定所述待检测产品品质。

优选地，所述传送单元为传送带。

其中，所述电源为蓄电池或交流电源。

本发明实施例所述的农产品品质在线检测系统的实现原理和实施例一所述的农产品品质检测系统类似，在此不再赘述。

本发明实施例提供的农产品品质在线检测系统，利用农产品的介电特征，通过检测电路中电容的放电过程计算农产品的品质参数，使用起来较为方便，且所述系统结构简单、价格便宜、适于推广应用。

参见图4，本发明实施例三提出了一种农产品品质检测方法，包括：

步骤101：断开所述短路开关，所述检测电路中的电源为所述电容进行充电。

步骤102：闭合所述短路开关，将待检测产品放置在所述电容两极板中间，所述电容两极板开始放电，电感、电容两极板以及待检测农产品等效为一个串联回路，所述回路满足式子U_L+U_R+U_C＝0，根据回路在放电的过程中产生的正弦振荡信号计算待检测产品的等效电阻值和电容值，其中R和C为待检测产品的等效电阻值和电容值，U_R为待检测产品等效为电阻时两端的电压，U_C为待检测产品等效为电容时两端的电压，U_L是电感两端的电压。

步骤103：根据待检测产品的等效电阻值和电容值确定所述待检测产品品质。

本实施例中的检测电路和实施例一中检测电路一样，在此不再赘述。

本发明实施例二所述的农产品品质检测方法的实现原理和有益效果和实施例一所述的农产品品质检测系统类似，在此不再赘述。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种农产品品质检测系统，其特征在于，包括检测电路单元、计算单元和检测结果确定单元；

所述检测电路单元包括依次串联的电源、电阻、电感和电容两极板，其中，所述电源和电阻组成的线路两端设有短路开关；

当所述短路开关断开时，所述电源为所述电容两极板充电；

当所述短路开关闭合时，待检测产品放入所述电容两极板之间，所述电容两极板开始放电，电感、电容两极板以及待检测农产品等效为一个串联回路，所述回路满足式子U_L+U_R+U_C＝0，其中R和C为待检测产品的等效电阻值和电容值，U_R为待检测产品等效为电阻时两端的电压，U_C为待检测产品等效为电容时两端的电压，U_L是电感两端的电压；

所述计算单元根据电路在放电的过程中产生的正弦振荡信号计算待检测产品的等效电阻值和电容值；

所述检测结果确定单元用于根据待检测产品的等效电阻值和电容值确定所述待检测产品品质。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电源为蓄电池或交流电源。

3.一种农产品品质在线检测系统，其特征在于，包括传送单元、检测电路单元、计算单元和检测结果确定单元；

所述检测电路单元包括依次串联的电源、电阻、电感和电容两极板，其中，所述电源和电阻组成的线路两端设有短路开关；

待检测产品通过传送单元被传送到所述电容的下极板上，当所述短路开关闭合时，上极板压近待检测产品，所述电容两极板开始放电，电感、电容两极板以及待检测农产品等效为一个串联回路，所述回路满足式子U_L+U_R+U_C＝0，其中R和C为待检测产品的等效电阻值和电容值，U_R为待检测产品等效为电阻时两端的电压，U_C为待检测产品等效为电容时两端的电压，U_L是电感两端的电压；当短路开关断开时，上极板离开继续充电，待检测产品通过传送单元离开检测位置；

所述计算单元根据电路在放电的过程中产生的正弦振荡信号计算待检测产品的等效电阻值和电容值；

所述检测结果确定单元用于根据待检测产品的等效电阻值和电容值确定所述待检测产品品质。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述电源为蓄电池或交流电源。

5.一种利用权利要求1～4任一所述的系统进行农产品品质检测的方法，其特征在于，包括：

断开所述短路开关，所述检测电路中的电源为所述电容进行充电；

闭合所述短路开关，将待检测产品放置在所述电容两极板中间，所述电容两极板开始放电，电感、电容两极板以及待检测农产品等效为一个串联回路，所述回路满足式子U_L+U_R+U_C＝0，根据回路在放电的过程中产生的正弦振荡信号计算待检测产品的等效电阻值和电容值，其中R和C为待检测产品的等效电阻值和电容值，U_R为待检测产品等效为电阻时两端的电压，U_C为待检测产品等效为电容时两端的电压，U_L是电感两端的电压；

根据待检测产品的等效电阻值和电容值确定所述待检测产品品质。