CN105699491A - 一种水果坚实度在线无损检测装置及检测方法 - Google Patents

一种水果坚实度在线无损检测装置及检测方法 Download PDF

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吴华林
邵玉芳
任梦佳
张文
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Abstract

本发明公开了一种水果坚实度在线无损检测方法和装置，将被测水果放置传输带上，当其经过扬声器和激光多普勒测振仪中间时，检测台将其抬起，使水果进入检测状态，扬声器发出声波信号，激励被测水果振动，激光多普勒测振仪投射激光到振动的水果表面，采集被测水果的振动速度，并将采集到的振动速度信息通过数据采集卡传输到控制器中，通过软件分析出西瓜坚实度情况。检测台降下使水果重新回到输送带，气缸接收信号，决定是否将被测水果推入滑道。从而实现水果坚实度在线无损检测及品质分级。

Description

一种水果坚实度在线无损检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及一种水果坚实度在线无损检测装置及检测方法。
背景技术
中国素有“世界水果王国”的美称，几乎所有种类的水果都有生产且产量高，但由于检测分级设备落后，水果在国际市场竞争力依然不够，出口率较低，水果在采后贮运过程中存在成熟软化及腐烂的问题。
水果坚实度，是指果肉抗压力的强弱，可以作为判断水果品质的一项重要指标。准确地检测水果的坚实度，对于确定适宜的收获期、采后保存、评估最佳食用期以及产品分级等都具有重要意义。传统的水果坚实度检测方法主要是抽样，通常在样品的赤道处选取几个检测点，然后在检测点去皮，用质构仪或硬度计压入果实内部一定距离测得，这是一种破坏性检测，检验率低，费时费力并造成大量浪费。目前有关水果坚实度的无损检测方法主要是声学检测法，也有部分研究提到近红外光谱检测法和高光谱空间散射曲线法等。声学检测法信号容易受到环境噪声的干扰导致检测精度不高，有些使用敲击的方式还会对水果造成一定的损伤；近红外技术与其化学物质有关，而水果的坚实度主要与其物理结构有关，因而近红外检测结果不是十分理想，且对于水果表面有缺陷的样本时检测点需避开缺陷位置；而高光谱技术受光源等环境因素影响非常大，检测条件苛刻。
激光多普勒测振技术LaserDopplerVibrometry(LDV)technology是一项用于检测物体机械振动特性的技术。对于水果机械振动特性的测量可以分为两种方式：接触式和非接触式。传统的测量方法需要把加速度传感器附着于被测物体表面，利用其输出的信号实现“加速度–速度–位移”的相关测量，这种接触式的安装方式会破坏原有的振动状态，甚至在许多场合无法应用，因此限制了它的应用范围。而激光多普勒测振技术作为一种非接触式测量方法，集光机电为一体，不受环境噪声影响，具有精度高、动态响应快、测量范围大、抗电磁干扰、对横向振动干扰不敏感等优点，对检测振幅微小的振动也很有效，其特点满足了水果振动测量的需要。在不同质地的水果中，振动能量的传递必然不同，因此从理论上讲，可以通过利用该技术来检测水果的机械振动特性用以建立和坚实度之间的关系。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种水果坚实度在线无损检测装置及检测方法，应用激光多普勒技术和声学振动技术，能够快速无损的分析出水果的内部品质，从而实现水果按品质分级，而且该系统具有自动化程度高、非接触式激励和采集的无损检测的特点。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种水果坚实度在线无损检测装置，包括控制器、第一传送带、第二传送带、扬声器、麦克风、激光多普勒测振仪、机架、升降检测台、第一电机、第一传动轴、第二传动轴和第三传送带；其中，扬声器、麦克风、激光多普勒测振仪、升降检测台、第一电机分别与控制器相连；
第一传动轴与第二传动轴安装在机架的两端，第一传送带和第二传送带并行排列，两端均分别与第一传动轴与第二传动轴相连，第一传送带和第二传送带之间的距离为d；所述第一电机固定在机架上；第一电机的输出轴通过第三传送带与第二传动轴相连；
升降检测台位于第一传送带和第二传送带之间，且检测台的宽度小于d；所述升降检测台包括蓝牙模块，且装有红外传感器和压力传感器，红外传感器和压力传感器均通过蓝牙模块与控制器相连；所述激光多普勒测振仪和扬声器分别安装在机架上，且位于升降检测台的两侧，激光多普勒测振仪和扬声器相对；所述麦克风固定安装在扬声器上。
进一步地，所述升降检测台包括底座、电机、丝杠、升降台、两个第一支撑杆、多个第二支撑杆和检测台；电机与控制器相连；所述检测台通过支撑杆固定在升降台上，所述升降台开有螺孔，所述螺孔与丝杠配合；所述底座包括上台板和下台板，上台板和下台板钢管固定连接，上台板开有一个中心通孔和多个侧孔；所述电机固定在上台板的下底面上，丝杠下端与电机的输出轴相连，上端穿过上台板的中心通孔后，插入到升降台的螺孔内；所述蓝牙模块、红外传感器、压力传感器均嵌入式安装在检测台内；所述第二支撑杆上端固定在升降台下底面上，下端插入到上台板的侧孔内。
进一步地，所述装置还包括气缸、滑道和三位二通电磁阀；气缸与三位二通电磁阀相连；气缸和滑道分别安装在机架上，且位于机架的两侧，气缸和滑道相对；三位二通电磁阀与控制器相连。
一种水果坚实度在线无损检测方法，该方法包括以下步骤：
(1)将被测水果置于第一传送带和第二传送带上，当被测水果经过激光多普勒测振仪和扬声器之间时，升降检测台上的红外传感器检测到检测信号，并通过蓝牙模块发送到控制器，控制器控制升降检测台升起，使被测水果落入检测台上，脱离第一传送带和第二传送带，升降检测台上的压力传感器采集水果的质量信息，并通过蓝牙模块将质量信号发送到控制器。
(2)控制器控制扬声器和激光多普勒测振仪工作，扬声器发出声波信号，激励被测水果振动；同时，麦克风采集由扬声器发出的激励信号；激光多普勒测振仪投射激光到振动的水果表面，采集被测水果的振动速度，并将测得的振动速度信息通过数据采集卡传输到控制器中。
(3)控制器根据激光多普勒测振仪采集的振动速度信息以及麦克风采集的激励信号，分析出该水果的第二共振频率，结合压力传感器采集的质量信号，计算出其杨氏模量E(f2为第二共振频率，m为被测水果质量)，分析出水果坚实度情况，并判断该被测水果的成熟情况：
(4)控制器控制升降检测台下降，使被测水果重新回到第一传送带和第二传送带上。
本发明的有益效果在于：本发明是一个应用激光多普勒原理的水果坚实度在线检测系统，不受环境噪声的干扰，能够准确地进行现场检测并根据水果品质对其进行分级。
附图说明
图1是本发明整体结构三维图；
图2是升降检测台结构二维图；
图中，第一传动轴1、机架2、第一传送带31、第二传送带32、扬声器4、升降检测台5、气缸6、第二传动轴7、第三传送带9、第一电机10、滑道11、激光多普勒测振仪12。检测台51、支撑杆52、升降台53、丝杠54、电机55、底座56、第二支撑杆57。
具体实施方式
本发明综合了红外传感器、压力传感器、扬声器4、激光多普勒测振仪12等，结合激光多普勒原理，实现了对水果坚实度的检测，其中采用了水平输送装置、升降台、气缸6等部件实现了装置的自动化；其中的控制器也是现有技术，例如可以采用TMS320F2812DSP开发板。
如图1所示的在线无损检测装置，包括控制器、第一传送带31、第二传送带32、扬声器4、麦克风、激光多普勒测振仪12、机架2、升降检测台5、第一电机10、第一传动轴1、第二传动轴7和第三传送带9；其中，扬声器4、麦克风、激光多普勒测振仪12、升降检测台5、第一电机10分别与控制器相连；
第一传动轴1与第二传动轴7安装在机架2的两端，第一传送带31和第二传送带32并行排列，两端均分别与第一传动轴1与第二传动轴7相连，第一传送带31和第二传送带32之间的距离为d；所述第一电机10固定在机架2上；第一电机10的输出轴通过第三传送带9与第二传动轴7相连；
升降检测台5位于第一传送带31和第二传送带32之间，且宽度小于d；所述升降检测台5包括蓝牙模块，且装有红外传感器和压力传感器，红外传感器和压力传感器均通过蓝牙模块与控制器相连；所述激光多普勒测振仪12和扬声器4分别安装在机架2上，且位于升降检测台5的两侧，激光多普勒测振仪12和扬声器4相对；所述麦克风固定安装在扬声器4上，用于采集扬声器4发出的声波信号。
如图2所示，所述升降检测台5包括底座56、电机55、丝杠54、升降台53、两个第一支撑杆52、多个第二支撑杆57和检测台51；电机55与控制器相连；所述检测台51通过支撑杆52固定在升降台53上，所述升降台53开有螺孔，所述螺孔与丝杠54配合；所述底座56包括上台板和下台板，上台板和下台板钢管固定连接，上台板开有一个中心通孔和多个侧孔；所述电机55固定在上台板的下底面上，丝杠54下端与电机55的输出轴相连，上端穿过上台板的中心通孔后，插入到升降台53的螺孔内，通过控制器控制电机转动，可使得丝杠54正转或逆转，从而实现升降台53的上下运动。所述蓝牙模块、红外传感器、压力传感器均嵌入式安装在检测台51内；所述第二支撑杆57上端固定在升降台53下底面上，下端插入到上台板的侧孔内，第二支撑杆57随着升降台53的升降，在侧孔内上下穿插，第二支撑杆57随着升降台53的升降，在侧孔内上下穿插，可以防止升降台53摇晃。
一种检测系统检测水果品质的方法，该方法包括以下步骤：
1、将被测水果置于第一传送带31和第二传送带32上，当被测水果经过激光多普勒12测振仪和扬声器4之间时，升降检测台5上的红外传感器检测到检测信号，并通过蓝牙模块发送到控制器，控制器控制升降检测台5升起，使被测水果落入检测台5上，脱离第一传送带31和第二传送带32，升降检测台5上的压力传感器采集水果的质量信息，并通过蓝牙模块将质量信号发送到控制器。
2、控制器控制扬声器4和激光多普勒测振仪12工作，扬声器4发出声波信号，激励被测水果振动；同时，麦克风采集由扬声器4发出的激励信号；激光多普勒测振仪12投射激光到振动的水果表面，采集被测水果的振动速度，并将测得的振动速度信息通过数据采集卡传输到控制器中。
3、控制器根据激光多普勒测振仪12采集的振动速度信息以及麦克风采集的激励信号，分析出该水果的第二共振频率，结合压力传感器采集的质量信号，计算出其杨氏模量E(f2为第二共振频率，m为被测水果质量)，分析出水果坚实度情况，并判断该被测水果的成熟情况：若杨氏模量E1<E<E2，则视为适熟；若小于E1，则视为过熟；若大于E2，则视为未熟。成熟度情况的判断为本领域的公知常识，可参考国外文献Nondestructiveacousticimpulseresponsemethodformeasuringinternalqualityofapplesandwatermelons。例如苹果红富士，E1＝19kgw/cm2，E2＝44kgw/cm2；西瓜，E1＝5kgw/cm2，E2＝15kgw/cm2，
4、控制器控制升降检测台5下降，使被测水果重新回到第一传送带31和第二传送带32上。
为合理对不同品质水果进行分级，本发明还可以包括气缸6、滑道11和三位二通电磁阀；气缸6与三位二通电磁阀相连；气缸6和滑道11分别安装在机架2上，且位于机架2的两侧，气缸6和滑道11相对；三位二通电磁阀与控制器相连。若被测水果测得为过熟或者未熟，则当其再次进入第一传送带31和第二传送带32上后，经过L/v时间升降检测台5中心位置与气缸6距离L，第一传送带31和第二传送带32的速度v，控制器通过三位二通电磁阀控制气缸6的活塞向前推动，以剔除过熟或者未熟的水果。

Claims (4)

1.一种水果坚实度在线无损检测装置，其特征在于，包括控制器、第一传送带(31)、第二传送带(32)、扬声器(4)、麦克风、激光多普勒测振仪(12)、机架(2)、升降检测台(5)、第一电机(10)、第一传动轴(1)、第二传动轴(7)和第三传送带(9)；其中，扬声器(4)、麦克风、激光多普勒测振仪(12)、升降检测台(5)、第一电机(10)分别与控制器相连；第一传动轴(1)与第二传动轴(7)安装在机架(2)的两端，第一传送带(31)和第二传送带(32)并行排列，两端均分别与第一传动轴(1)与第二传动轴(7)相连，第一传送带(31)和第二传送带(32)之间的距离为d；所述第一电机(10)固定在机架(2)上；第一电机(10)的输出轴通过第三传送带(9)与第二传动轴(7)相连；升降检测台(5)位于第一传送带(31)和第二传送带(32)之间，且宽度小于d；所述升降检测台(5)包括蓝牙模块，且装有红外传感器和压力传感器，红外传感器和压力传感器均通过蓝牙模块与控制器相连；所述激光多普勒测振仪(12)和扬声器(4)分别安装在机架(2)上，且位于升降检测台(5)的两侧，激光多普勒测振仪(12)和扬声器(4)相对；所述麦克风固定安装在扬声器(4)上。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述升降检测台(5)包括底座(56)、电机(55)、丝杠(54)、升降台(53)、两个第一支撑杆(52)、多个第二支撑杆(57)和检测台(51)；电机(55)与控制器相连；所述检测台(51)通过支撑杆(52)固定在升降台(53)上，所述升降台(53)开有螺孔，所述螺孔与丝杠(54)配合；所述底座(56)包括上台板和下台板，上台板和下台板钢管固定连接，上台板开有一个中心通孔和多个侧孔；所述电机(55)固定在上台板的下底面上，丝杠(54)下端与电机(55)的输出轴相连，上端穿过上台板的中心通孔后，插入到升降台(53)的螺孔内；所述蓝牙模块、红外传感器、压力传感器均嵌入式安装在检测台(51)内；所述第二支撑杆(57)上端固定在升降台(53)下底面上，下端插入到上台板的侧孔内。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括气缸(6)、滑道(11)和三位二通电磁阀；气缸(6)与三位二通电磁阀相连；气缸(6)和滑道(11)分别安装在机架(2)上，且位于机架(2)的两侧，气缸(6)和滑道(11)相对；三位二通电磁阀与控制器相连。
4.一种权利要求1所述装置的水果坚实度在线无损检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将被测水果置于第一传送带(31)和第二传送带(32)上，当被测水果经过激光多普勒(12)测振仪和扬声器(4)之间时，升降检测台(5)上的红外传感器检测到检测信号，并通过蓝牙模块发送到控制器，控制器控制升降检测台(5)升起，使被测水果落入检测台(5)上，脱离第一传送带(31)和第二传送带(32)，升降检测台(5)上的压力传感器采集水果的质量信息，并通过蓝牙模块将质量信号发送到控制器。
(2)控制器接收到重量信号后，控制扬声器(4)、麦克风和激光多普勒测振仪(12)工作，扬声器(4)发出声波信号，激励被测水果振动；同时，麦克风采集由扬声器(4)发出的激励信号；激光多普勒测振仪(12)投射激光到振动的水果表面，采集被测水果的振动速度，并将测得的振动速度信息通过数据采集卡传输到控制器中。
(3)控制器根据激光多普勒测振仪(12)采集的振动速度信息以及麦克风采集的激励信号，，分析出该水果的第二共振频率，结合压力传感器采集的质量信号，计算出其杨氏模量f2为第二共振频率，m为被测水果质量)，分析出水果坚实度情况，并判断该被测水果的成熟情况：
(4)控制器控制升降检测台(5)下降，使被测水果重新回到第一传送带(31)和第二传送带(32)上。
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