CN113281206B - 一种水果硬度无损检测装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种水果硬度无损检测装置，包括有底座单元及放置在底座单元上的变高度承载台，变高度承载台用于盛放水果试验品；底座单元上安装有夹持单元，夹持单元夹持有螺旋测微器，螺旋测微器连接有压力数据采集单元，压力数据采集单元位于变高度承载台上方；底座单元一侧还安装有压力数据显示单元，压力数据显示单元还通过导线连接有若干个薄膜压力传感器，若干个薄膜压力传感器均安装在压力数据采集单元内；还包括有供电单元，压力数据显示单元及若干个薄膜压力传感器均与供电单元连接。该装置解决了感官定性判断不准确、测量仪器法成本高有损测量问题。还公开了一种一种水果硬度无损检测方法。

Description

一种水果硬度无损检测装置与方法
技术领域
本发明属于水果硬度检测技术领域，具体涉及一种水果硬度无损检测装置，还涉及一种水果硬度无损检测方法。
背景技术
我国属于水果的产销大国，种植面积和消费市场都稳居世界前列，大多数的鲜果如果不进行合理的分拣保存，容易腐烂变质。水果的品质受硬度、成熟度、损伤度、可溶性固形物含量等因素影响，而硬度与成熟度、损伤度、可溶性物质含量有着密切的关系，因此硬度成为了购买者(无论是分销商、贸易商，还是消费者)选择水果质量决定因素之一，目前测量硬度的手段主要是感官定性判断和测量仪器定量判断。
感官判断主要是根据人工触摸进行粗略地判断水果的好坏来进行定性分级，人工触摸鉴别法存在于小型农业个体户中，即通过手指的挤压，根据触觉定性判断，但是因人为因素影响，判断结果差异大、标准不统一、难以实现大批量快速判断。
测量仪器法是通过直接或者间接测量水果硬度相关指标来进行定量分级，主要有声学测量仪、质构仪和光谱仪、硬度检测仪三大类。其中声学测量仪，把声学特性作为检测水果品质的途径，通过敲击果实，提取产生的声波信号，然后进行分析与处理，但声学特性和硬度之间的模型建立是一个复杂的过程，且测量易受仪器误差、噪声和回音的影响。
而质构仪和光谱仪，扫描成像有着更为精确和可视化的参数指标，能够给测实者提供准确的标准。虽然测量效果好，易对水果硬度进行较为精细的划分，但是仪器成本较高，仪器体积大，不易携带，只能进行抽样采集数据，数据不具有代表性，操作门槛比较高。
市场上的水果硬度检测仪可分为两种，一种是手工将测头插入果实内部实施测量，但由于测头各向受力不均，导致测量准确性低；另一种是将果肉切割成规则的条状、块状，通过拉压试验测量硬度，这种测量方式对水果产生一定程度的破坏，造成资源浪费。
综上所述，目前水果硬度测量手段还存在感官定性判断不准确、测量仪器法成本高以及有损测量等众多不足，因此，研发一种无损和高精度的便携水果硬度无损检测装置与方法是非常迫切的。
发明内容
本发明的目的是提供一种水果硬度无损检测装置，解决了感官定性判断不准确、测量仪器法成本高有损测量问题。
本发明的第二个目的是提供一种水果硬度无损检测方法。
本发明所采用的技术方案是，一种水果硬度无损检测装置，包括有底座单元及放置在底座单元上的变高度承载台，变高度承载台用于盛放水果试验品；底座单元上安装有夹持单元，夹持单元夹持有螺旋测微器，螺旋测微器连接有压力数据采集单元，压力数据采集单元位于变高度承载台上方；底座单元一侧还安装有压力数据显示单元，压力数据显示单元还通过导线连接有若干个薄膜压力传感器，若干个薄膜压力传感器均安装在压力数据采集单元内；还包括有供电单元，压力数据显示单元及若干个薄膜压力传感器均与供电单元连接。
本发明的特征还在于，
底座单元包括有顶部开口的底座壳体及四个可调支撑底座，可调支撑底座包括有基板及支腿，支腿通过螺栓与基板连接；底座壳体顶部开口处设置有盖板；四个支腿的顶端均穿过底座壳体底板与盖板下表面固定连接；盖板的上表面均匀分布有若干个定位块；变高度承载台放置在若干个定位块上；底座壳体一侧安装有压力数据显示单元。
夹持单元包括竖直设置的立杆，立杆的底端穿过盖板固定在底座壳体的底板上表面上；还包括有水平设置夹持横梁，夹持横梁的两端分别设置有第一通孔及第二通孔，夹持横梁一端端部还设置有第一缺口，第一缺口与第一通孔连通，立杆竖直穿过第一通孔，通过第一夹持螺钉穿过第一缺口处的夹持横梁将立杆与夹持横梁固定；夹持横梁另一端端部还设置有第二缺口，第二缺口与第二通孔连通，螺旋测微器竖直穿过第二通孔，通过第二夹持螺钉穿过第二缺口处的夹持横梁将螺旋测微器与夹持横梁固定；螺旋测微器为syntek高精度微分头，包括有由上至下依次设置的棘轮、微分筒及螺杆。
压力数据采集单元包括有两节台阶形的施力连接块，施力连接块的一端与螺旋测微器的螺杆的底端连接，施力连接块的另一端端面连接有圆形连接板，圆形连接板上均匀设置有三个定位通孔，定位通孔向下的开口端口径小于向上的开口端口径；圆形连接板正下方设置有接触圆板，接触圆板的上表面均匀设置有三个定位螺孔底座，三个定位螺孔底座的分布与圆形连接板上设置的三个定位通孔一一对应，每个定位螺孔底座内还设置有一个定位螺栓，定位螺栓的一端与定位螺孔底座螺纹连接，定位螺栓的另一端设置有圆柱形凸块，定位螺栓端部的圆柱形凸块设置在定位通孔内，圆柱形凸块的外径大于定位通孔向下的开口端口径；圆形连接板朝向接触圆板的下表面还均匀设置有三个定位圆柱，定位圆柱的侧壁上开有条形凹槽，每个定位圆柱上套有一个薄膜压力传感器压头；薄膜压力传感器压头包括有卡环，卡环的侧壁上开有薄膜压力传感器安装缺口及螺栓孔，卡环下方设置有半球形底座，薄膜压力传感器压头的卡环套在定位圆柱外壁上，卡环侧壁上的螺栓孔与定位圆柱侧壁上的条形凹槽相对应，止转螺栓端部穿过卡环侧壁上的螺栓孔到达条形凹槽内，止转螺栓端部能够在条形凹槽内上下滑动；每个薄膜压力传感器压头内对应设置有一个薄膜压力传感器，薄膜压力传感器安装在半球形底座内，每个薄膜压力传感器均通过导线与压力数据显示单元连接，每个薄膜压力传感器均通过导线还与供电单元连接；接触圆板的下表面设置有感压胶片。
压力数据显示单元包括有机柜壳体及一个压力传感器检测模组，每个薄膜压力传感器均通过导线与压力传感器检测模组连接，压力传感器检测模组通过导线与供电单元连接；机柜壳体安装在底座壳体一侧壁上；压力传感器检测模组为能斯达MY2802多功能转换模块。
供电单元包括有依次连接的蓄电池、电路保护信号灯、漏电保护器、电源总开关及航空插头，漏电保护器还连接有分线器，压力传感器检测模组通过导线与分线器连接，每个薄膜压力传感器均通过导线与航空插头连接；电源总开关还与充电信号灯连接；电路保护信号灯、电源总开关、航空插头及充电信号灯均安装在底座壳体一侧壁上；蓄电池、分线器及漏电保护器均安装在底座壳体内部底板上。
底座壳体的一侧壁上安装有USB通信接口，USB通信接口与分线器连接。
本发明所采用的第二个技术方案是，一种水果硬度无损检测方法，采用上述的装置，具体包括以下步骤：
步骤1：调整装置及承载台
使用时，首先将装置放置水平面上，调整四个可调支撑底座底座高度使装置处于水平状态，利用游标卡尺测量水果试验品的长轴的长度L0和短轴的长度L1；调松第一夹持螺钉，根据水果试验品的长轴和短轴的尺寸确定夹持横梁的高度，调节变高度承载台的摆放形式，即确定变高度承载台的a面、b面还是c面朝上，并将水果试验品放置到变高度承载台的上表面；
步骤2：打开电源，接通电路
打开电源总开关，启动压力传感器检测模组工作；
步骤3：旋转螺旋测微器至待定位置
根据水果试验品的长轴和短轴的尺寸，以及夹持横梁的高度，确定螺杆的初始位置和微分筒的初始值L2，通过手动旋转棘轮，带动施力连接件、圆形连接板、三个薄膜压力传感器压头在竖直向下运动，直至接触圆板的下表面距水果试验品的最高点5-10mm，记录此时的螺旋测微器的示数为L3；当接触圆板未接触到水果试验品的表面时，止转螺栓的下边缘与定位圆柱侧面的条形凹槽的底部接触，压力薄膜传感器不会与定位圆柱接触，此时薄膜压力传感器不会受到力的作用，压力传感器检测模组示数为零；
步骤4：采集临界参数
手动旋转棘轮，保证接触圆板的下表面刚接触到水果试验品的最高点时，压力薄膜传感器检测模组的显示屏示数为零，记录此时螺旋测微器的示数L4；继续旋转棘轮，止转螺栓带着薄膜压力传感器压头沿着条形凹槽向上滑动，直至止转螺栓的上边缘极限点与条形凹槽顶部接触，压力薄膜传感器受到压力挤压，记录此时的旋转位移的示数L4，通过压力传感器检测模组记录三个初始压力F′0、F″0、F″′0；
步骤5：加压过程
每次进给的旋转位移量D(D＝1mm)和测量组数N(N＝10次)，压力螺旋测微器每旋转一个旋转位移量D,加压时间为2分钟，达到压力后停留2分钟，压力传感器检测模组的显示屏就会显示压力参数F(牛顿)，分别为F′i、F″i、F″′i，此时取下感压胶片，使用扫描仪读取感压胶片的受力面积，使用配套的压力图片解析系统FPD-8010D进行分析，得出感压胶片的实时受力面积参数Mi(单位为平方厘米)；受力面积区域等效于水果试验品的球体受力的截面椭圆，即球体的纬线，测量水果截面椭圆的长轴Ai和短轴Bi，则曲率半径记录此时的F′i、F″i、F″′i、Mi、Ri，重复步骤至N次，收集N组与五个参数一一对应的数据；
步骤6：泄压过程
每次倒退的旋转位移量d(d＝1mm)和测量组数n(n＝10次)，反向旋转棘轮，螺旋测微器每旋转一个位移跨度d，测量水果接触中心点曲率半径ri，压力传感器检测模组的显示屏就会出现实时的压力参数f(牛顿)，分别为f′i、f″i、f″′i，取出感压胶片，使用扫描仪读取感压胶片的受力面积，使用配套的压力图片解析系统FPD-8010D进行分析，得出感压胶片的实时受力面积参数mi(单位为平方厘米)，受力面积区域等效于水果试验品的球体受力的截面椭圆，即球体的纬线，测量水果截面椭圆的长轴ai和短轴bi，则曲率半径记录此时的f′i、f″i、f″′i、mi、ri，重复步骤至n次，收集n组五个参数一一对应的数据；
步骤7：关机
当测量完毕后，关闭压力传感器检测模组，按下电源总开关；
步骤8：处理数据
第i次施压等效中心点压力Fi＝H(F′i，F″i，F″′i) (1)
第i次施压受力面积的大小Mi，记X＝Mi，Y＝Fi
∑XY＝∑MiFi (2)
Mi与Fi组成的施压硬度
曲率半径
N个施压硬度
Ri与Fi组成的施压硬度P＝minPi (9)
减压等效中心点压力fi＝h(f′i，f″i，f″′i) (10)
第i次减压受力面积的大小mi，记x＝mi，y＝fi
∑xy＝∑mifi (11)
Mi与Fi组成的施压硬度
曲率半径
n个施压硬度
ri与fi组成的施压硬度p＝minpi (18)
果实硬度T＝min(U，P，u，p) (19)。
本发明的有益效果是：
(1)本发明一种水果硬度无损检测装置，该装置主要适用于球形或类球形水果的无损检测。
(2)本发明一种水果硬度无损检测装置，装置中的螺旋测微器通过旋转棘轮可以提供压力，微分筒表面上具有量程刻度，能够读取由旋转棘轮产生的位移参数。
(3)本发明一种水果硬度无损检测装置，可以适当调节夹持横梁与底座上表面的距离，以及搭配变高度承载台的长、宽、高之一作为支撑边，长、宽、的长度为等差数(分别为30mm、50mm、80mm)，记与长边垂直的面为a面、与宽边垂直的面为b面、与高边垂直的面为c面，三种摆放形式——三种面平行于水平面，保证不同尺寸的水果在螺旋测微器的量程之内。
(4)本发明一种水果硬度无损检测装置，具有四个可调节支撑底座，通过旋转可调支撑底座单元里面的可调螺栓使支撑杆达到所需高度，也可以使压力传感器受力面保持水平。
(5)本发明一种水果硬度无损检测装置，止转螺栓可以沿着条形凹槽滑动，这样既让止转螺栓和薄膜压力传感器压头能够均匀的分布在接触圆板之上，又能够给定位圆柱和薄膜压力传感器压头之间的薄膜压力传感器留有一定的上下活动空间，保证了接触圆板未接触到水果表面之前，薄膜压力传感器是不会受力。
(6)本发明一种水果硬度无损检测装置，是把螺旋测微器的压力传递到压力数据采集单元，保证在施加压力过程中，接触圆板能够在水果的表面发生接触，压力薄膜传感器产生压力参数。将三点测头的压力值建立函数关系，确定三点压力值对于圆板中心的等效压力值。
(7)本发明一种水果硬度无损检测装置，将感压胶片固定在接触圆板的下表面上，能够提供水果在二维平面下受力面积大小。把压入位移、压力和受力面积大小三个参数的数据采集完成，通过公式推导，得到硬度和三个参数的关系式。
(8)本发明一种水果硬度无损检测装置，不会对水果表皮或者果肉产生破坏，达到无损测量的要求，而测量结果既可以保证少批量测量的代表性，又可以保证大批量测量数据的完整性。
(9)本发明一种水果硬度无损检测装置，具备电路保护功能，主要由电路保护信号灯、漏电保护器等组成，当电路正常工作时，电路保护信号灯为绿灯，当电路出现故障时，电路保护信号灯为红灯，漏电保护器会切断电路，中断用电器工作，保护用电器。
附图说明
图1是本发明一种水果硬度无损检测装置不含压力数据采集单元及变高度承载台的结构示意图；
图2是图1的后视图；
图3是图2中A-A剖视图；
图4是本发明一种水果硬度无损检测装置中机柜壳体的外观示意图；
图5是本发明一种水果硬度无损检测装置的结构示意图；
图6是本发明一种水果硬度无损检测装置中圆形连接板及其相关部件的结构示意图；
图7是本发明一种水果硬度无损检测装置中接触圆板及其相关部件的结构示意图；
图8是本发明一种水果硬度无损检测装置中薄膜压力传感器安装处结构示意图；
图9是本发明一种水果硬度无损检测装置中薄膜压力传感器安装处的横截面结构示意图；
图10是本发明一种水果硬度无损检测装置中圆形连接板及接触圆板之间部件的结构示意图；
图11是本发明一种水果硬度无损检测装置中各个电器元件连接关系示意图。
图中，1-1.底座壳体，1-2.盖板，1-3.定位块，1-4.立杆，1-5.第一夹持螺钉，1-6.螺旋测微器，1-6-1.棘轮、1-6-2.微分筒、1-6-3.螺杆，1-7.夹持横梁，1-8.第二夹持螺钉，1-9.施力连接块，1-10.USB通信接口，1-11.可调支撑底座，1-12.第一缺口，1-13.第一通孔，1-14.第二缺口，1-15.第二通孔；
2-1.机柜壳体，2-2.压力传感器检测模组，2-3.航空插头；
3-1.电路保护信号灯，3-2.电源总开关，3-3.蓄电池；
4-1.充电信号灯，4-2.漏电保护器，4-3.分线器；
5-1.止转螺栓，5-2.薄膜压力传感器，5-3.圆形连接板，5-3-1.定位圆柱，5-3-1-1.条形凹槽，5-3-2.定位通孔，5-4.变高度承载台，5-5.接触圆板，5-5-1.薄膜压力传感器压头，5-5-1-1.卡环，5-5-1-2.半球形底座，5-5-1-3.定位螺栓，5-5-1-4.薄膜压力传感器安装缺口，5-5-1-5.螺栓孔，5-5-2.定位螺孔底座，5-6.感压胶片；
6-1.水果试验品。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种水果硬度无损检测装置，如图1-11所示，包括有底座单元及放置在底座单元上的变高度承载台5-4，变高度承载台5-4用于盛放水果试验品6-1；底座单元上安装有夹持单元，夹持单元夹持有螺旋测微器1-6，螺旋测微器1-6连接有压力数据采集单元，压力数据采集单元位于变高度承载台5-4上方；底座单元一侧还安装有压力数据显示单元，压力数据显示单元还通过导线连接有若干个薄膜压力传感器5-2，薄膜压力传感器5-2为能斯达DF9-40系列压敏电阻式薄膜压力传感器；若干个薄膜压力传感器5-2均安装在压力数据采集单元内；还包括有供电单元，压力数据显示单元及若干个薄膜压力传感器均与供电单元连接。
高度承载台5-4的长、宽、高之一作为支撑边，长、宽、的长度为等差数(分别为30mm、50mm、80mm)，记与长边垂直的面为a面、与宽边垂直的面为b面、与高边垂直的面为c面，三种摆放形式——三种面平行于水平面，保证不同尺寸的水果在螺旋测微器的量程之内。
底座单元包括有顶部开口的底座壳体1-1及四个可调支撑底座1-11，可调支撑底座1-11包括有基板及支腿，支腿通过螺栓与基板连接，可通过旋转螺栓来调可支撑底座高度；底座壳体1-1顶部开口处设置有盖板1-2；四个支腿的顶端均穿过底座壳体1-1底板与盖板1-2下表面固定连接；盖板1-2的上表面均匀分布有若干个定位块1-3；变高度承载台5-4放置在若干个定位块1-3上；底座壳体1-1一侧安装有压力数据显示单元。
夹持单元包括竖直设置的立杆1-4，立杆1-4的底端穿过盖板1-2固定在底座壳体1-1的底板上表面上；还包括有水平设置夹持横梁1-7，夹持横梁1-7的两端分别设置有第一通孔及第二通孔，夹持横梁1-7一端端部还设置有第一缺口1-12，第一缺口1-12与第一通孔1-13连通，立杆1-4竖直穿过第一通孔1-13，通过第一夹持螺钉1-5穿过第一缺口1-12处的夹持横梁1-7将立杆1-4与夹持横梁1-7固定；夹持横梁1-7另一端端部还设置有第二缺口1-14，第二缺口1-14与第二通孔1-15连通，螺旋测微器1-6竖直穿过第二通孔1-15，通过第二夹持螺钉1-8穿过第二缺口1-14处的夹持横梁1-7将螺旋测微器1-6与夹持横梁1-7固定；螺旋测微器1-6为syntek高精度微分头，包括有由上至下依次设置的棘轮1-6-1、微分筒1-6-2及螺杆1-6-3。
压力数据采集单元包括有两节台阶形的施力连接块1-9，施力连接块1-9的一端与螺旋测微器1-6的螺杆1-6-3的底端连接，螺旋测微器1-6可以通过旋转棘轮1-6-1对施力连接件1-9施加压力，微分筒1-6-2表面的量程刻度能够清晰地读取螺旋测微器1-6产生的位移；施力连接块1-9的另一端端面连接有圆形连接板5-3，圆形连接板5-3上均匀设置有三个定位通孔5-3-2，定位通孔5-3-2向下的开口端口径小于向上的开口端口径；圆形连接板5-3正下方设置有接触圆板5-5，接触圆板5-5的上表面均匀设置有三个定位螺孔底座5-5-2，三个定位螺孔底座5-5-2的分布与圆形连接板5-3上设置的三个定位通孔5-3-2一一对应，每个定位螺孔底座5-5-2内还设置有一个定位螺栓5-5-1-3，定位螺栓5-5-1-3的一端与定位螺孔底座5-5-2螺纹连接，定位螺栓5-5-1-3的另一端设置有圆柱形凸块，定位螺栓5-5-1-3端部的圆柱形凸块设置在定位通孔5-3-2内，圆柱形凸块的外径大于定位通孔5-3-2向下的开口端口径；圆形连接板5-3朝向接触圆板5-5的下表面还均匀设置有三个定位圆柱5-3-1，定位圆柱5-3-1的侧壁上开有条形凹槽5-3-1-1，每个定位圆柱5-3-1上套有一个薄膜压力传感器压头5-5-1；薄膜压力传感器压头5-5-1包括有卡环5-5-1-1，卡环5-5-1-1的侧壁上开有薄膜压力传感器安装缺口5-5-1-4及螺栓孔5-5-1-5，卡环5-5-1-1下方设置有半球形底座5-5-1-2，薄膜压力传感器压头5-5-1的卡环5-5-1-1套在定位圆柱5-3-1外壁上，卡环5-5-1-1侧壁上的螺栓孔与定位圆柱5-3-1侧壁上的条形凹槽5-3-1-1相对应，止转螺栓5-1端部穿过卡环侧壁上的螺栓孔到达条形凹槽5-3-1-1内，止转螺栓5-1端部能够在条形凹槽5-3-1-1内上下滑动；每个薄膜压力传感器压头5-5-1内对应设置有一个薄膜压力传感器5-2，薄膜压力传感器5-2安装在半球形底座内，每个薄膜压力传感器5-2均通过导线与压力数据显示单元连接，每个薄膜压力传感器5-2均通过导线还与供电单元连接；接触圆板5-5的下表面设置有感压胶片5-6，感压胶片5-6的上表面与接触圆板5-5的下表面粘接，测量水果硬度时感压胶片5-6下表面与水果试验品6-1接触。
压力数据显示单元包括有机柜壳体2-1及一个压力传感器检测模组2-2，每个薄膜压力传感器5-2均通过导线与压力传感器检测模组2-2连接，压力传感器检测模组2-2通过导线与供电单元连接；机柜壳体2-1安装在底座壳体1-1一侧壁上；压力传感器检测模组2-2为能斯达MY2802多功能转换模块，压力传感器检测模组2-2具有数字显示屏，压力传感器检测模组2-2也可以存储数据，必要时通过USB通信接1-10口与PC电脑连接，把测量数据传输到电脑上，进行数据处理。
供电单元包括有依次连接的蓄电池3-3、电路保护信号灯3-1、漏电保护器4-2、电源总开关3-2及航空插头2-3，漏电保护器4-2还连接有分线器4-3，每个压力传感器检测模组2-2均通过导线与分线器4-3连接，薄膜压力传感器5-2通过导线与航空插头2-3连接；电源总开关3-2还与充电信号灯4-1连接；当电路出现故障时，电路保护信号灯3-1由绿灯变为红灯，漏电保护器4-2切断蓄电池的供电，保护用电器的安全；电路保护信号灯3-1、电源总开关3-2、航空插头2-3及充电信号灯4-1均安装在底座壳体1-1一侧壁上；蓄电池3-3、分线器4-3及漏电保护器4-2均安装在底座壳体1-1内部底板上。
底座壳体1-1的一侧壁上安装有USB通信接口1-10，USB通信接口1-10与分线器4-3连接。
本发明还提供一种水果硬度无损检测方法，采用上述装置，具体包括以下步骤：
步骤1：调整装置及承载台
使用时，首先将装置放置水平面上，调整四个可调支撑底座1-11底座高度使装置处于水平状态，利用游标卡尺测量水果试验品6-1的长轴的长度L0和短轴的长度L1；调松第一夹持螺钉1-5，根据水果试验品6-1的长轴和短轴的尺寸确定夹持横梁1-7的高度，调节变高度承载台5-4的摆放形式，即确定变高度承载台的a面、b面还是c面朝上，并将水果试验品6-1放置到变高度承载台5-4的上表面；
步骤2：打开电源，接通电路
打开电源总开关3-2，启动压力传感器检测模组2-2工作；当电路运行过程中，电路保护信号灯3-1为绿灯，即运行正常，红灯则为故障，漏电保护器4-2则会切断电源，保护电路，此时，需要对电路进行检查维修；若蓄电池3-3无法供电时，充电信号灯4-1就会由绿灯变为红灯，此时可通过USB通信接口1-10进行充电，保证薄膜压力传感器5-2和薄膜压力传感器检测模组2-2能够持续工作，并将多余电量存储在蓄电池3-3中；
步骤3：旋转螺旋测微器至待定位置
根据水果试验品6-1的长轴和短轴的尺寸，以及夹持横梁1-7的高度，确定螺杆1-6-3的初始位置和微分筒1-6-2的初始值L2，通过手动旋转棘轮1-6-1，带动施力连接件1-9、圆形连接板5-3、三个薄膜压力传感器压头5-5-1在竖直向下运动，直至接触圆板5-5的下表面距水果试验品6-1的最高点5-10mm，记录此时的螺旋测微器的示数为L3；当接触圆板5-5未接触到水果试验品6-1的表面时，止转螺栓5-1的下边缘与定位圆柱5-3-1侧面的条形凹槽5-3-1-1的底部接触，压力薄膜传感器5-2不会与定位圆柱5-3-1接触，此时薄膜压力传感器5-2不会受到力的作用，压力传感器检测模组2-2示数为零；
步骤4：采集临界参数
手动旋转棘轮1-6-1，保证接触圆板5-5的下表面刚接触到水果试验品6-1的最高点时，压力传感器检测模组的显示屏示数均为零，记录此时螺旋测微器的示数L4；继续旋转棘轮1-6-1，止转螺栓5-1带着薄膜压力传感器压头5-5-1沿着条形凹槽5-3-1-1向上滑动，直至止转螺栓5-1的上边缘极限点与条形凹槽5-3-1-1顶部接触，压力薄膜传感器5-2受到压力挤压，记录此时的旋转位移的示数L4，分别记录三个压力传感器检测模组2-2的显示屏初始压力F′0、F″0、F″′0；
步骤5：加压过程
每次进给的旋转位移量D(D＝1mm)和测量组数N(N＝10次)，压力螺旋测微器每旋转一个旋转位移量D,加压时间为2分钟，达到压力后停留2分钟，压力传感器检测模组2-2的显示屏就会显示压力参数F(牛顿)，分别为F′i、F″i、F″′i，此时取下感压胶片5-6，使用扫描仪读取感压胶片5-6的受力面积，使用配套的压力图片解析系统FPD-8010D进行分析，得出感压胶片5-6的实时受力面积参数Mi(单位为平方厘米)；受力面积区域等效于水果试验品的球体受力的截面椭圆，即球体的纬线，测量水果截面椭圆的长轴Ai和短轴Bi，则曲率半径记录此时的F′i、F″i、F″′i、Mi、Ri，重复步骤至N次，收集N组与五个参数一一对应的数据；
步骤6：泄压过程
每次倒退的旋转位移量d(d＝1mm)和测量组数n(n＝10次)，反向旋转棘轮，螺旋测微器1-6每旋转一个位移跨度d，测量水果接触中心点曲率半径ri，压力传感器检测模组2-2的显示屏就会出现实时的压力参数f(牛顿)，分别为f′i、f″i、f″′i，取出感压胶片5-6，使用扫描仪读取感压胶片的受力面积，使用配套的压力图片解析系统FPD-8010D进行分析，得出感压胶片5-6的实时受力面积参数mi(单位为平方厘米)，受力面积区域等效于水果试验品的球体受力的截面椭圆，即球体的纬线，测量水果截面椭圆的长轴ai和短轴bi，则曲率半径记录此时的f′i、f″i、f″′i、mi、ri，重复步骤至n次，收集n组三个参数一一对应的数据；
步骤7：关机
当测量完毕后，关闭压力传感器检测模组2-2，按下电源总开关3-2；
步骤8：处理数据
第i次施压等效中心点压力Fi＝H(F′i，F″i，F″′i) (1)
第i次施压受力面积的大小Mi，记X＝Mi，Y＝Fi
∑XY＝∑MiFi (2)
Mi与Fi组成的施压硬度
曲率半径
N个施压硬度
Ri与Fi组成的施压硬度P＝minPi (9)
减压等效中心点压力fi＝h(f′i，f″i，f″′i) (10)
第i次减压受力面积的大小mi，记x＝mi，y＝fi
∑xy＝∑mifi (11)
Mi与Fi组成的施压硬度
曲率半径
n个施压硬度
ri与fi组成的施压硬度p＝minpi (18)
果实硬度T＝min(U，P，u，p) (19)。

Claims (4)

1.一种水果硬度无损检测装置，其特征在于，包括有底座单元及放置在底座单元上的变高度承载台(5-4)，变高度承载台(5-4)用于盛放水果试验品(6-1)；底座单元上安装有夹持单元，夹持单元夹持有螺旋测微器(1-6)，螺旋测微器(1-6)连接有压力数据采集单元，压力数据采集单元位于变高度承载台(5-4)上方；底座单元一侧还安装有压力数据显示单元，压力数据显示单元还通过导线连接有若干个薄膜压力传感器(5-2)，若干个薄膜压力传感器(5-2)均安装在压力数据采集单元内；还包括有供电单元，压力数据显示单元及若干个薄膜压力传感器均与供电单元连接；
所述底座单元包括有顶部开口的底座壳体(1-1)及四个可调支撑底座(1-11)，可调支撑底座(1-11)包括有基板及支腿，支腿通过螺栓与基板连接；底座壳体(1-1)顶部开口处设置有盖板(1-2)；四个支腿的顶端均穿过底座壳体(1-1)底板与盖板(1-2)下表面固定连接；盖板(1-2)的上表面均匀分布有若干个定位块(1-3)；变高度承载台(5-4)放置在若干个定位块(1-3)上；底座壳体(1-1)一侧安装有压力数据显示单元；
所述夹持单元包括竖直设置的立杆(1-4)，立杆(1-4)的底端穿过盖板(1-2)固定在底座壳体(1-1)的底板上表面上；还包括有水平设置夹持横梁(1-7)，夹持横梁(1-7)的两端分别设置有第一通孔及第二通孔，夹持横梁(1-7)一端端部还设置有第一缺口(1-12)，第一缺口(1-12)与第一通孔(1-13)连通，立杆(1-4)竖直穿过第一通孔(1-13)，通过第一夹持螺钉(1-5)穿过第一缺口(1-12)处的夹持横梁(1-7)将立杆(1-4)与夹持横梁(1-7)固定；夹持横梁(1-7)另一端端部还设置有第二缺口(1-14)，第二缺口(1-14)与第二通孔(1-15)连通，螺旋测微器(1-6)竖直穿过第二通孔(1-15)，通过第二夹持螺钉(1-8)穿过第二缺口(1-14)处的夹持横梁(1-7)将螺旋测微器(1-6)与夹持横梁(1-7)固定；螺旋测微器(1-6)为syntek高精度微分头，包括有由上至下依次设置的棘轮(1-6-1)、微分筒(1-6-2)及螺杆(1-6-3)；
所述压力数据采集单元包括有两节台阶形的施力连接块(1-9)，施力连接块(1-9)的一端与螺旋测微器(1-6)的螺杆(1-6-3)的底端连接，施力连接块(1-9)的另一端端面连接有圆形连接板(5-3)，圆形连接板(5-3)上均匀设置有三个定位通孔(5-3-2)，定位通孔(5-3-2)向下的开口端口径小于向上的开口端口径；圆形连接板(5-3)正下方设置有接触圆板(5-5)，接触圆板(5-5)的上表面均匀设置有三个定位螺孔底座(5-5-2)，三个定位螺孔底座(5-5-2)的分布与圆形连接板(5-3)上设置的三个定位通孔(5-3-2)一一对应，每个定位螺孔底座(5-5-2)内还设置有一个定位螺栓(5-5-1-3)，定位螺栓(5-5-1-3)的一端与定位螺孔底座(5-5-2)螺纹连接，定位螺栓(5-5-1-3)的另一端设置有圆柱形凸块，定位螺栓(5-5-1-3)端部的圆柱形凸块设置在定位通孔(5-3-2)内，圆柱形凸块的外径大于定位通孔(5-3-2)向下的开口端口径；圆形连接板(5-3)朝向接触圆板(5-5)的下表面还均匀设置有三个定位圆柱(5-3-1)，定位圆柱(5-3-1)的侧壁上开有条形凹槽(5-3-1-1)，每个定位圆柱(5-3-1)上套有一个薄膜压力传感器压头(5-5-1)；薄膜压力传感器压头(5-5-1)包括有卡环(5-5-1-1)，卡环(5-5-1-1)的侧壁上开有薄膜压力传感器安装缺口(5-5-1-4)及螺栓孔(5-5-1-5)，卡环(5-5-1-1)下方设置有半球形底座(5-5-1-2)，薄膜压力传感器压头(5-5-1)的卡环(5-5-1-1)套在定位圆柱(5-3-1)外壁上，卡环(5-5-1-1)侧壁上的螺栓孔与定位圆柱(5-3-1)侧壁上的条形凹槽(5-3-1-1)相对应，止转螺栓(5-1)端部穿过卡环侧壁上的螺栓孔到达条形凹槽(5-3-1-1)内，止转螺栓(5-1)端部能够在条形凹槽(5-3-1-1)内上下滑动；每个薄膜压力传感器压头(5-5-1)内对应设置有一个薄膜压力传感器(5-2)，薄膜压力传感器(5-2)安装在半球形底座内，每个薄膜压力传感器(5-2)均通过导线与压力数据显示单元连接，每个薄膜压力传感器(5-2)均通过导线还与供电单元连接；接触圆板(5-5)的下表面设置有感压胶片(5-6)；
所述压力数据显示单元包括有机柜壳体(2-1)及一个压力传感器检测模组(2-2)，每个薄膜压力传感器(5-2)均通过导线与压力传感器检测模组(2-2)连接，压力传感器检测模组(2-2)通过导线与供电单元连接；机柜壳体(2-1)安装在底座壳体(1-1)一侧壁上；压力传感器检测模组(2-2)为能斯达MY2802多功能转换模块。
2.根据权利要求1所述的一种水果硬度无损检测装置，其特征在于，所述供电单元包括有依次连接的蓄电池(3-3)、电路保护信号灯(3-1)、漏电保护器(4-2)、电源总开关(3-2)及航空插头(2-3)，漏电保护器(4-2)还连接有分线器(4-3)，压力传感器检测模组(2-2)通过导线与分线器(4-3)连接，每个薄膜压力传感器(5-2)均通过导线与航空插头(2-3)连接；电源总开关(3-2)还与充电信号灯(4-1)连接；电路保护信号灯(3-1)、电源总开关(3-2)、航空插头(2-3)及充电信号灯(4-1)均安装在底座壳体(1-1)一侧壁上；蓄电池(3-3)、分线器(4-3)及漏电保护器(4-2)均安装在底座壳体(1-1)内部底板上。
3.根据权利要求2所述的一种水果硬度无损检测装置，其特征在于，所述底座壳体(1-1)的一侧壁上安装有USB通信接口(1-10)，USB通信接口(1-10)与分线器(4-3)连接。
4.一种水果硬度无损检测方法，其特征在于，采用权利要求1-3任意一项所述的装置，具体包括以下步骤：
步骤1：调整装置及承载台
使用时，首先将装置放置水平面上，调整四个可调支撑底座(1-11)底座高度使装置处于水平状态，利用游标卡尺测量水果试验品(6-1)的长轴的长度L0和短轴的长度L1；调松第一夹持螺钉(1-5)，根据水果试验品(6-1)的长轴和短轴的尺寸确定夹持横梁(1-7)的高度，调节变高度承载台(5-4)的摆放形式，即确定变高度承载台的a面、b面还是c面朝上，并将水果试验品(6-1)放置到变高度承载台(5-4)的上表面；
步骤2：打开电源，接通电路
打开电源总开关(3-2)，启动压力传感器检测模组(2-2)工作；
步骤3：旋转螺旋测微器至待定位置
根据水果试验品(6-1)的长轴和短轴的尺寸，以及夹持横梁(1-7)的高度，确定螺杆(1-6-3)的初始位置和微分筒(1-6-2)的初始值L2，通过手动旋转棘轮(1-6-1)，带动施力连接块(1-9)、圆形连接板(5-3)、三个薄膜压力传感器压头(5-5-1)在竖直向下运动，直至接触圆板(5-5)的下表面距水果试验品(6-1)的最高点5-10mm，记录此时的螺旋测微器的示数为L3；当接触圆板(5-5)未接触到水果试验品(6-1)的表面时，止转螺栓(5-1)的下边缘与定位圆柱(5-3-1)侧面的条形凹槽(5-3-1-1)的底部接触，压力薄膜传感器(5-2)不会与定位圆柱(5-3-1)接触，此时薄膜压力传感器(5-2)不会受到力的作用，压力传感器检测模组(2-2)示数为零；
步骤4：采集临界参数
手动旋转棘轮(1-6-1)，保证接触圆板(5-5)的下表面刚接触到水果试验品(6-1)的最高点时，压力薄膜传感器检测模组的显示屏示数为零，记录此时螺旋测微器的示数L4；继续旋转棘轮(1-6-1)，止转螺栓(5-1)带着薄膜压力传感器压头(5-5-1)沿着条形凹槽(5-3-1-1)向上滑动，直至止转螺栓(5-1)的上边缘极限点与条形凹槽(5-3-1-1)顶部接触，压力薄膜传感器(5-2)受到压力挤压，记录此时的旋转位移的示数L4，通过压力传感器检测模组(2-2)记录三个初始压力F′0、F″0、F″′0；
步骤5：加压过程
每次进给的旋转位移量D和测量组数N，压力螺旋测微器每旋转一个旋转位移量D，加压时间为2分钟，达到压力后停留2分钟，压力传感器检测模组(2-2)的显示屏就会显示压力参数F，分别为Fi′、Fi″、Fi″′，此时取下感压胶片(5-6)，使用扫描仪读取感压胶片(5-6)的受力面积，使用配套的压力图片解析系统FPD-8010D进行分析，得出感压胶片(5-6)的实时受力面积参数Mi；受力面积区域等效于水果试验品的球体受力的截面椭圆，即球体的纬线，测量水果截面椭圆的长轴Ai和短轴Bi，则曲率半径记录此时的Fi′、Fi″、Fi″′、Mi、Ri，重复步骤至N次，收集N组与五个参数一一对应的数据；
步骤6：泄压过程
每次倒退的旋转位移量d和测量组数n，反向旋转棘轮，螺旋测微器(1-6)每旋转一个位移跨度d，测量水果接触中心点曲率半径ri，压力传感器检测模组(2-2)的显示屏就会出现实时的压力参数f，分别为fi′、fi″、fi″′，取出感压胶片(5-6)，使用扫描仪读取感压胶片的受力面积，使用配套的压力图片解析系统FPD-8010D进行分析，得出感压胶片(5-6)的实时受力面积参数mi，受力面积区域等效于水果试验品的球体受力的截面椭圆，即球体的纬线，测量水果截面椭圆的长轴ai和短轴bi，则曲率半径记录此时的fi′、fi″、fi″′、mi、ri，重复步骤至n次，收集n组五个参数一一对应的数据；
步骤7：关机
当测量完毕后，关闭压力传感器检测模组(2-2)，按下电源总开关(3-2)；
步骤8：处理数据
第i次施压等效中心点压力Fi＝H(Fi′，Fi″，Fi″′) (1)
第i次施压受力面积的大小Mi，记X＝Mi，Y＝Fi
∑XY＝∑MiFi (2)
Mi与Fi组成的施压硬度
曲率半径
N个施压硬度
Ri与Fi组成的施压硬度P＝minPi (9)
减压等效中心点压力fi＝h(fi′，fi″，fi″′) (10)
第i次减压受力面积的大小mi，记x＝mi，y＝fi
∑xy＝∑mifi (11)
Mi与Fi组成的施压硬度
曲率半径
n个施压硬度
ri与fi组成的施压硬度p＝minpi (18)
果实硬度T＝min(U，P，u，p) (19)。
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