CN106885847A - 一种基于压电梁式传感器的香梨硬度声振无损检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于压电梁式传感器的香梨硬度声振无损检测系统及方法，由软件和硬件系统构成。软件系统由HA‑405型电压放大器、VibPilot振动控制与动态信号采集分析仪和计算机等构成。硬件系统由3条Q220‑A4‑303YB型压电梁式传感器和果床支撑材料等构成。本发明首次使用3条压电梁式传感器，可同时在香梨赤道部和萼端感测，与一种硬度评估新方法构建硬度检测模型，该模型不受果形影响，可以更精确、更全面地判断水果内部品质的优劣，可提高香梨等级和商品率，解决了目前市场上水果硬度检测仪器破坏性检测、受噪声影响较大、价格昂贵等问题。

Description

一种基于压电梁式传感器的香梨硬度声振无损检测系统及 方法

技术领域

本发明涉及一种基于压电梁式传感器的香梨硬度声振无损检测系统及方法。

背景技术

新疆库尔勒香梨被誉为“果中之王”，是国家地理标志产品。香梨的品质差异多通过手感和口感识别，效率低且易受主观影响并易发生误判。对香梨内部品质进行检测，以提高香梨等级和商品率，对增强市场竞争力及香梨产业的健康发展都具有重要意义。目前对香梨硬度检测的仪器主要有：质构仪、硬度计、SA-1型水果坚实度计和HPE II Fff 水果坚实度计，质构仪和硬度计都属于破坏性检测，SA-1型水果硬度计和HPE II Fff 水果坚实度计可实现无损检测，但前者检测精度受环境噪声影响较大，后者对检测探头要求较高，价格昂贵，这些仪器均不适用于香梨实时批量在线检测和分级。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于压电梁式传感器的香梨硬度声振无损检测系统及方法，首次使用3条压电梁式传感器，可同时在香梨的赤道部和萼端感测，同硬度评估新指标构建硬度检测模型，该模型不受果形变化影响，可以更精确、更全面地判断水果内部品质的优劣，有效减少市场上香梨品质质优价低的现象，以提高香梨等级和商品率，解决了目前市场上水果硬度检测仪器破坏性检测、受噪声影响较大、价格昂贵等问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明其特点在于：由软件系统和硬件系统构成。软件系统由HA-405型电压放大器、VibPilot振动控制与动态信号采集分析仪和计算机（SO Analyzer 4.1软件）构成。硬件系统由3条Q220-A4-303YB 型压电梁式传感器、3条3C-2Y型同轴电缆线（75欧姆）、3根50×50mm型材、3个配套螺母、3个三角支架、3张PCB板和果床支撑材料（软质聚乙烯泡沫）构成。所述的压电梁式传感器固结在PCB板上，而PCB板又固结在型材上，所述的同轴电缆线与压电梁式传感器连接并与型材固结，所述的压电梁式传感器所在型材结构与底座型材由配套螺母和三角支架固结，使得压电梁式传感器所在型材结构可在底座型材凹槽内来回移动，保证压电梁式传感器与不同大小香梨进行有效接触，所述的果床支撑材料放置于底座型材上，由另外两个型材夹持。

所述的三条压电传感器，一条用于信号激励，另外两条用于信号感测。正对的两条分别用于信号激励和感测的压电梁式传感器的间距要保证传感器悬臂梁能依靠自身弹力与香梨试样进行接触，用于萼端感测的传感器可在试验台架上实现180°的自由转动，便于与不规则萼端进行有效接触。

与现有技术相比，本发明能较准确、快速的检测香梨硬度，其装置中的软质聚乙烯泡沫，支撑香梨，避免支撑材料给香梨带来的附加质量限制其振动自由，以实现香梨的无损检测；压电梁式传感器高灵敏度地感测信号，不需与试样之间产生特殊的定位要求，也不受环境噪声的影响，同时具有声阻抗低、频响宽、质轻价廉的优点，可实现香梨硬度自动高效的检测评定；首次使用3条压电梁式传感器，可同时在香梨的赤道部和萼端感测，同硬度评估新指标构建硬度检测模型，该模型不受果形变化影响，可以更精确、更全面地判断水果内部品质的优劣，有效减少市场上香梨品质质优价低的现象，以提高香梨等级和商品率，解决了目前市场上水果硬度检测仪器破坏性检测、受噪声影响较大、价格昂贵的问题。

与现有硬度评估指标相比，本发明提出的硬度评估方法可以准确地评估香梨硬度，并成功的消除果形的影响。

附图说明

图1为本发明声振无损检测系统的整体示意图。

图2为压电梁式传感器尺寸示意图。

图示中：1为VibPilot振动控制与动态信号采集分析仪，2为HA-405型电压放大器，3为计算机，4为SO Analyzer 4.1软件，5为Q220-A4-303YB 型压电梁式传感器，6为3C-2Y型同轴电缆线（75欧姆），7为三角支架，8为果床支撑材料（软质聚乙烯泡沫），9为香梨，10为50×50mm型材，11为螺母，12为PCB板。

具体实施方式

实施例：参照附图1，由软件系统和硬件系统构成。软件系统由HA-405型电压放大器、VibPilot振动控制与动态信号采集分析仪和计算机构成。硬件系统由3条Q220-A4-303YB 型压电梁式传感器、3条3C-2Y型同轴电缆线（75欧姆）、3根50×50mm型材、3个配套螺母、3个三角支架、3张PCB板和果床支撑材料（软质聚乙烯泡沫）构成。所述的压电梁式传感器固结在PCB板上，而PCB板又固结在型材上，所述的同轴电缆线与压电梁式传感器连接并与型材固结，所述的压电梁式传感器所在型材结构与底座型材由配套螺母和三角支架固结，使得压电梁式传感器所在型材结构可在底座型材凹槽内来回移动，保证压电梁式传感器与不同大小香梨进行有效接触，所述的果床支撑材料放置于底座型材上，由另外两个型材夹持。

VibPilot振动控制与动态信号采集分析仪1发出一个2.5V原始激励信号，经由电压放大器2将信号线性放大，对激励端的压电梁式传感器5产生一个脉冲峰值电压为80V的激励信号，进而使香梨9产生振动。由于压电梁式传感器5的悬臂梁与香梨9接触，悬臂梁随香梨9振动而产生变形，信号经过与激励端相接触的香梨9传播，正对面的赤道部和萼端的压电梁式传感器5感测响应信号。激励信号和响应信号都被振动控制与动态信号采集分析仪1采集，经抗混滤波、截断、采样、A/D模数转换、数字低通滤波、加窗处理后，由计算机3上的SO Analyzer 4.1软件4进行分析处理。

Claims (3)

1.一种基于压电梁式传感器的香梨硬度声振无损检测系统及方法，其特征在于：由软件系统和硬件系统构成，软件系统由HA-405型电压放大器、VibPilot振动控制与动态信号采集分析仪和计算机（SO Analyzer 4.1软件）构成；硬件系统由3条Q220-A4-303YB 型压电梁式传感器、3条3C-2Y型同轴电缆线（75欧姆）、3根50×50mm型材、3个配套螺母、3个三角支架、3张PCB板和果床支撑材料（软质聚乙烯泡沫）构成；所述的压电梁式传感器固结在PCB板上，而PCB板又固结在型材上，所述的同轴电缆线与压电梁式传感器连接并与型材固结，所述的压电梁式传感器所在型材结构与底座型材由配套螺母和三角支架固结，使得压电梁式传感器所在型材结构可在底座型材凹槽内来回移动，保证压电梁式传感器与不同大小香梨进行有效接触，所述的果床支撑材料放置于底座型材上，由另外两个型材夹持。

2.根据权利要求1所述的一种基于压电梁式传感器的香梨硬度声振无损检测系统及方法，其特征在于：所述的三条压电梁式传感器，一条用于信号激励，另外两条用于信号感测；正对的两条分别用于信号激励和感测的压电梁式传感器的间距要保证传感器悬臂梁能依靠自身弹力与香梨试样进行接触，用于萼端感测的传感器可在试验台架上实现180°的自由转动，便于与不规则萼端进行有效接触。

3.一种基于压电梁式传感器的香梨硬度声振无损检测方法，其特征在于：本发明所采用的检测系统可同时在香梨的赤道部和萼端感测，同提出的一种硬度评估新方法构建硬度检测模型，该模型不受果形变化影响，可以更精确、更全面地判断水果内部品质的优劣；硬度评估新方法所用的新指标如下：

$S={(0.4f_1+0.6f_2)}^2{m}^{\raisebox{1ex}{$2$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$3$}\right.}{\mathrm{\ρ}}^{\raisebox{1ex}{$1$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$3$}\right.}$

式中f ₁ 和f ₂ 分别为赤道部和萼端的共振频率，m为香梨质量，ρ为香梨密度，该硬度评估新指标可以准确地评估香梨硬度，并成功的消除果形影响。