CN113219066A

CN113219066A - 一种基于声学特性的牛油果品质无损检测方法

Info

Publication number: CN113219066A
Application number: CN202110363680.3A
Authority: CN
Inventors: 赵晓彪; 韩强; 唐小安
Original assignee: Shanghai Guoke Information Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Guoke Information Technology Co ltd
Priority date: 2021-04-02
Filing date: 2021-04-02
Publication date: 2021-08-06

Abstract

本发明涉及一种基于声学特性的牛油果品质无损检测方法，包括以下步骤：a)放置步骤；将待测牛油果放置在两个超声波换能器之间；b)检测步骤；由脉冲信号发生器脉发出的脉冲信号驱动发送端的超声波换能器，由超声波换能器所接收；模拟信号经过示波器转换为数字信号；c)转换步骤；将电压值信号和电压值信号转换成发送端频域信号和接收端频域信号；并获得发送端信号的幅值A和接收端信号幅值A0；d)判断步骤；依据公式A＝A₀e^‑α来计算衰减系数，当a大于预定数值时，则所检测的牛油果为合格，当a小于或等于预定数值时，则所检测的牛油果为不合格。本发明可以在不损坏牛油果的情况下进行检测，将损坏的牛油果挑选出来，工作效率高，检测效果好。

Description

一种基于声学特性的牛油果品质无损检测方法

技术领域

本发明涉及牛油果检测技术领域，特别涉及一种基于声学特性的牛油果品质无损检测方法。

背景技术

随着人们对于生活品质的要求不断提高，牛油果作为营养价值极高的水果已经逐渐受到广大消费者们的青睐。目前国内的牛油果市场主要依赖进口，同时牛油果的保鲜期很短，在长途的输送过程中难免会产生变质，为了避免这一问题，所以，就需要将这些损坏的牛油果挑选出来，有些牛油果肉眼就能够看出好坏，十分容易分辨，而有些，则是肉眼不出来的，目前市场上广为流传的牛油果品质检测方式还是人工手动分拣，费时费力且效果并不是很好。

发明内容

本发明的技术目的是克服现有技术的不足之处，提供一种基于声学特性的牛油果品质无损检测方法，解决了现有技术中存在的问题，其可以在不损坏牛油果的情况下进行检测，将损坏的牛油果挑选出来，工作效率高，检测效果好。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于声学特性用于催熟的牛油果品质无损检测方法，包括以下步骤：

a)放置步骤；将待测牛油果放置在置物台上，位于两个超声波换能器之间，其中一个超声波换能器作为发送端，另一个超声波换能器作为接收端；

b)检测步骤；由脉冲信号发生器脉发出的脉冲信号驱动发送端的超声波换能器，使其发出超声波信号透过被测牛油果后被另一侧的接收端的超声波换能器所接收；发送端的超声波换能器和接收端的超声波换能器的模拟信号经过示波器的两个A/D转换通道转换为数字信号，即发送端的电压值信号和接收端的电压值信号；

c)转换步骤；将步骤b)中发送端的电压值信号和接收端的电压值信号转换成发送端频域信号和接收端频域信号；并获得发送端信号的幅值A和接收端信号幅值A0；

d)判断步骤；根据步骤c)所获得的发送端信号的幅值A和接收端信号幅值A0，依据公式A＝A₀e^-α来计算衰减系数，其中e表示的是超声波传播速度，a 为信号的衰减系数，当a大于预定数值时，则所检测的牛油果为合格，当a小于或等于预定数值时，则所检测的牛油果为不合格。

作为本发明的进一步优选技术方案；所述步骤a)中调整被检测牛油果的位置使得两个所述超声波换能器的中轴线正好穿透被检测牛油果的最大腰径。

作为本发明的进一步优选技术方案；所述步骤b)中，所述脉冲信号发生器的脉冲信号为58KHz，幅值设置为10V，幅值偏移设置为+5V，占空比设置为 1比1。

作为本发明的进一步优选技术方案；所述步骤c)中，还获得发送端信号和接收端信号在频域上的发送端频率、接收端频率；然后在步骤d)中，将得到的发送端频率和接收端频率进行比较，若接收端频率的数值与发送端频率的数值的大小相等，则本次检测操作有效，则继续进行检测；若不相等则本次检测操作无效，并终止本次检测。

作为本发明的进一步优选技术方案；接收端的超声波换能器会将接收到的超声波信号转化成电压值，该电压值由信号调理电路进行信号调理。

作为本发明的进一步优选技术方案；所述信号调理电路为OPA128静电计级电荷运算放大器。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

本发明其可以在不损坏牛油果的情况下进行检测，将损坏的牛油果挑选出来，工作效率高，检测效果好。

附图说明

图1为本发明所用检测实验装置结构示意图；

图2为本发明的检测部分功能结构框图；

图3为本发明的检测流程图；

图4是本发明的一个品质良好的智利牛油果发送端频谱图

图5是本发明的一个品质良好的智利牛油果接收端频谱图

图6是本发明的一个品质良好的墨西哥牛油果发送端频谱图

图7是本发明的一个品质良好的墨西哥牛油果接收端频谱图

其中：1-脉冲信号发生器 2-超声波换能器(发送端) 3-置物台 4-待测牛油果；5-超声波换能器(接收端) 6-信号调理电路 7-示波器 8-实验台 9-上位机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

实施例：如图1-7所示，一种基于声学特性用于催熟的牛油果品质无损检测方法，申请人在实际的生产、销售中发现，牛油果的果肉非常容易变质，牛油果内部品质的变化在其表皮上并不能明显地体现出来，同时一些常见的有损检测方式对于牛油果的品质检测显得及其不合适。这就需要找到一种能够对牛油果的内部品质特征具有良好反应的无损检测方法。目前超声波无损探伤在一些材料的内部缺陷检测方面具有良好的效果，同时成熟的牛油果的果肉的声学特性与变质果实的果肉的声学特性有一些区别，利用牛油果的声学特性对牛油果的品质进行区分有一定的效果。

牛油果是脂肪含量最高的果实，形状为长椭圆形、椭圆形、卵形或倒卵形，牛油果有一个很大的果核，果肉为黄绿色，味如牛油，被称为“森林的牛油”，果肉含有多种不饱和脂肪酸，最外面是一层木栓质的表皮。研究表明牛油果在成熟时期其果肉内的脂肪含量会达到一个峰值，而变质的果肉中脂肪含量会逐渐减少，理化性质较正常果会有一些不同。使用低频超声波透射果实的方法，研究超声波在透射被测牛油果过程中的衰减变化可以实现不同品质牛油果的区分。在检测的时候，所需要用的设备如下：

包括了脉冲信号发生器、超声波换能器(发送端)、超声波换能器(接收段)、置物台、信号调理电路、示波器及上位机。所述的脉冲信号发生器直接放置在试验台上，置物台直接放置在试验台上，置物台两边的挡板上分别固定超声波换能器(发送端)和超声波换能器(接收端)，超声波换能器(接收端)的正负接线柱通过导线与信号调理电路相连接，信号调理电路的输出端直接与示波器的另一个信号接收通道相连，示波器通过USB线与上位机连接。

所述脉冲信号发生器提供频率为58KHz，幅值为10V，占空比为1比1的的直流方波激励信号，产生的激励信号一方面作为超声波换能器(发送)的驱动信号，另一方面会作为发送端信号被示波器采集。

所述的信号调理电路为一个超低偏置电流放大器，低偏置低失调，具有 110dB增益，阻抗高，可以将接收端的超声波换能器采集到的信号进行放大处理，便于后续的信号转换和分析。

所述的示波器为泰克公司的DPO2000B系列的信号示波器，最多4个模拟通道且采样率可以达到1GS/s，可以将接收信号线路中的模拟信号进行A/D转换并将采集到的信号保存。

所述置物台用来放置牛油果，在其上方有放置一块柔性的垫片以防止牛油果在检测过程中滚动。

上位机可通过USB线与示波器相连，可以将示波器上采集到的数字信号进行快速傅里叶变换来得出接收到的超声波信号的频谱特性。

上位机会分别将发送端采集到的数字信号和接收端采集到的数字信号进行快速傅里叶变换来提取信号的频域特征。

本检测方法在检测的时候，

a)放置步骤；按照图1的配置将实验所需的设备布置好，隔绝外部的噪声影响，将待测牛油果放置在置物台上，位于两个超声波换能器之间，其中一个超声波换能器作为发送端，另一个超声波换能器作为接收端；所述的超声波换能器(发送端)，为中心频率58KHz的分体开放式超声波探头，可以将电能转化为超声波；所述的超声波换能器(接收端)，为中心频率58KHz的分体开放式超声波探头，可以将接收到的超声波转化为电能。被检测牛油果的位置使得两个所述超声波换能器的中轴线正好穿透被检测牛油果的最大腰径，使得示波器上能够显示出最大最清晰的信号接收波形。

b)检测步骤；脉冲信号发生器的脉冲信号为58KHz，幅值为10V，幅值偏移设置为+5V，占空比设置为1比1；

由脉冲信号发生器脉发出的脉冲信号驱动发送端的超声波换能器，使其发出超声波信号透过被测牛油果后被另一侧的接收端的超声波换能器所接收；发送端的超声波换能器和接收端的超声波换能器的模拟信号经过示波器的两个 A/D转换通道转换为数字信号，即发送端的电压值信号和接收端的电压值信号；其中，接收端的超声波换能器会将接收到的超声波信号转化成电压值，该电压值由信号调理电路进行信号调理，该电压值需要经过信号调理再经A/D转换为数字信号后才可做进一步分析，经实验确定使用OPA128静电计级电荷运算放大器放大信号后使用示波器的模拟信号接收通道进行信号接收。

C)转换步骤；将步骤b)中发送端的电压值信号和接收端的电压值信号，分别作快速傅里叶变换得到其幅频特性，转换成发送端频域信号和接收端频域信号；并得出如图6、图7所示的时域和频域图(所述的两幅图中都分别有两个波形信号，其中上方的波形是信号采集电路采集到的信号的时域图，下方的波形是经FFT变换后得出的信号的频域图)，同时上位机程序还会分别提取出发送端信号的幅值A和接收端信号幅值A0，以及发送端信号和接收端信号在频域上的主频频率并填充上位机界面上“发送端频率”、“发送端幅值”、“接收端频率”、“接收端幅值”后的空格。

d)判断步骤；将得到的发送端频率和接收端频率进行比较，若接收端频率的数值与发送端频率的数值的大小相等，则本次检测操作有效，则继续进行检测；若不相等则本次检测操作无效，并终止本次检测。

本次检测操作有效的情况下，根据步骤c)所获得的发送端信号的幅值A 和接收端信号幅值A0，依据公式A＝A₀e^-α来计算衰减系数，其中e表示的是超声波传播速度，a为信号的衰减系数，当a小于或等于预定数值时，则所检测的牛油果为合格，当a大于预定数值时，则所检测的牛油果为不合格。若测得的衰减系数在预定的衰减系数范围内则会在品质判定后的空格处显示“品质良好”，若测得的衰减系数不在正常的衰减系数范围内则会在品质判定后的空格处显示“腐败果实”。

下面以智利牛油果和墨西哥牛油果为例，叙述下判断的标准：使用本说明书中搭建的检测平台在室温24℃、室内湿度30％的检测环境下对一批平均质量为135g，大小均一且外表无损的品质良好的智利品种牛油果和干瘪型腐败的智利品种牛油果的衰减系数判别基准参数为3.5000，见附图4-5；其中显示 A＝0.08078；A0＝5.65；根据公式计算出来a为4.24；根据：当测得的智利牛油果的衰减系数小于3.5000时则判定该被测智利牛油果为腐败果实，若大于这个基准参数则判定该被测智利牛油果为品质良好的果实，所以，本次被检测的智利牛油果为品质良好的合格品；在同样的检测环境下对一批平均质量为150g，大小均一且外表无损品质良好的墨西哥品种牛油果和腐烂型腐败的墨西哥品种牛油果的衰减系数判别基准参数为3.6700，见附图6-7；其中显示 A＝0.1076；A0＝5.644；根据公式计算出来a为3.96；根据：当测得的墨西哥牛油果的衰减系数小于3.6700时则判定该被测墨西哥牛油果为腐败果实，若大于这个基准参数则判定该被测墨西哥牛油果为品质良好的果实，所以本次检测的墨西哥牛油果为品质良好的合格品。

应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种基于声学特性用于催熟的牛油果品质无损检测方法，其特征在于包括以下步骤：

d)判断步骤；根据步骤c)所获得的发送端信号的幅值A和接收端信号幅值A0，依据公式A＝A₀e^-α来计算衰减系数，其中e表示的是超声波传播速度，a为信号的衰减系数，当a大于预定数值时，则所检测的牛油果为合格，当a小于或等于预定数值时，则所检测的牛油果为不合格。

2.根据权利要求1所述的一种基于声学特性用于催熟的牛油果品质无损检测方法，其特征在于：所述步骤a)中调整被检测牛油果的位置使得两个所述超声波换能器的中轴线正好穿透被检测牛油果的最大腰径。

3.根据权利要求1所述的一种基于声学特性用于催熟的牛油果品质无损检测方法，其特征在于：所述步骤b)中，所述脉冲信号发生器的脉冲信号为58KHz，幅值设置为10V，幅值偏移设置为+5V，占空比设置为1比1。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于声学特性用于催熟的牛油果品质无损检测方法，其特征在于：所述步骤c)中，还获得发送端信号和接收端信号在频域上的发送端频率、接收端频率；然后在步骤d)中，将得到的发送端频率和接收端频率进行比较，若接收端频率的数值与发送端频率的数值的大小相等，则本次检测操作有效，则继续进行检测；若不相等则本次检测操作无效，并终止本次检测。

5.根据权利要求1所述的一种基于声学特性用于催熟的牛油果品质无损检测方法，其特征在于：接收端的超声波换能器会将接收到的超声波信号转化成电压值，该电压值由信号调理电路进行信号调理。

6.根据权利要求5所述的一种基于声学特性用于催熟的牛油果品质无损检测方法，其特征在于：所述信号调理电路为OPA128静电计级电荷运算放大器。