CN113504141A - 一种便携式猕猴桃硬度检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种便携式猕猴桃硬度检测装置，包括有底座单元及置在底座单元上的支撑台单元，底座单元上安装有夹持单元，夹持单元夹持有螺旋测微器；还包括有三个压力数据采集单元，第三个压力数据采集单元通过与柱形联接器与螺旋测微器连接；猕猴桃试验品位于三个压力数据采集单元之间；还包括有供电单元、三个压力数据显示单元及三个薄膜压力传感器单元，一个压力数据显示单元与一个薄膜压力传感器单元连接；一个薄膜压力传感器单元与一个压力数据采集单元配合使用；三个压力数据显示单元及三个薄膜压力传感器单元均与供电单元连接。该装置解决了感官定性分级不明确、测量仪器成本高以及有损测量问题。还公开了一种便携式猕猴桃硬度检测方法。

Description

一种便携式猕猴桃硬度检测装置及方法
技术领域
本发明属于水果硬度检测技术领域，具体涉及一种便携式猕猴桃硬度检测装置，还涉及一种便携式猕猴桃硬度检测方法。
背景技术
我国属于猕猴桃的种植大国，种植面积和产量都稳居世界前列，但是国际市场占有率却不及新西兰的十分之一，主要原因是商品化处理能力不足。人们生活质量的提高，对于猕猴桃的新鲜度和质量的要求也随之提高，导致商品化处理能力与猕猴桃市场需求之间出现矛盾。猕猴桃属于呼吸跃变型水果，鲜果易腐烂变质，采后的猕猴桃如果不进行及时、合理的分拣保存，即一定的商品化处理，容易造成总体质量下滑和资源浪费。猕猴桃品质与成熟度、损伤度、可溶性固形物(SSC)含量等有着密切的关系，但其表皮颜色不会随着成熟度发生改变，而硬度可以作为猕猴桃成熟的直观表征，因此硬度成为了购买者选择水果质量决定因素之一。目前测量猕猴桃硬度的手段主要是感官定性判断和仪器定量判断。
感官判断主要是根据人手的触觉进行粗略地判断猕猴桃的硬度来进行定性分级，不同个体由于标准不统一导致分级结果差异大，并且这种方式难以实现大批量的快速判断，效率低。
仪器判断是通过直接或者间接测量猕猴桃硬度的相关指标来进行定量分级，主要有物性测试仪、高光谱成像检测系统和硬度检测仪。物性测试仪可以测量猕猴桃的硬度、脆性和咀嚼性等参数，高光谱成像检测系统可以测量猕猴桃的坚实度、可溶性固形物、糖度和硬度等参数，有着精确和可视化的参数指标，能够给测量者提供准确的标准。虽然测量效果好，易对猕猴桃硬度进行较为精细的划分，但是仪器成本高，操作门槛比较高，体积大，不易携带，只能进行抽样采集数据。
市场上的猕猴桃硬度检测仪可分为两种，一种是先削去水果表皮，然后手工将测头插入果实内部测量，但容易由于测头受力不均，导致测量准确性比较低；一种是将猕猴桃果肉切割成规则的块状，通过拉压试验测量硬度，这种测量方式对猕猴桃产生一定程度损伤及浪费。
综上所述，定量的猕猴桃硬度分析，可以得到准确的参数。目前猕猴桃硬度测量手段还存在感官定性分级不明确、测量仪器成本高、有损测量、测量数据不详实等众多不足，因此，研发一种无损、高精度、测量数据完整的便携式猕猴桃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便携式猕猴桃硬度检测装置，解决了感官定性分级不明确、测量仪器成本高以及有损测量问题。
本发明的第二个目的是提供一种便携式猕猴桃硬度检测方法。
本发明所采用的技术方案是，一种便携式猕猴桃硬度检测装置，包括有底座单元及置在底座单元上的支撑台单元，底座单元上安装有夹持单元，夹持单元夹持有螺旋测微器；还包括有三个压力数据采集单元，其中两个压力数据采集单元设置在支撑台单元上，第三个压力数据采集单元通过与柱形联接器与螺旋测微器连接；猕猴桃试验品位于三个压力数据采集单元之间；还包括有供电单元、三个压力数据显示单元及三个薄膜压力传感器单元，一个压力数据显示单元与一个薄膜压力传感器单元连接；一个薄膜压力传感器单元与一个压力数据采集单元配合使用；三个压力数据显示单元及三个薄膜压力传感器单元均与供电单元连接。
本发明的特征还在于，
底座单元包括有顶部开口的外壳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；外壳顶部开口处设置有盖板；四个支腿的顶端均穿过外壳底板与盖板下表面固定连接；
支撑台单元包括有上表面开有V形槽的支撑台，支撑台的V形槽内设置有定位板，定位板由两个呈镜像设置的剖面为L形的挡板连接而成，两个压力数据采集单元对称的设置在支撑台的V形槽内，定位板位于两个压力数据采集单元之间，定位板用于将两个压力数据采集单元间隔开；两个L形的挡板之间的夹角大小与V形槽的夹角大小一致，均为60°；支撑台设置在盖板上表面上；外壳一侧侧壁安装有三个压力数据显示单元。
夹持单元包括竖直设置的两个相互平行的立柱，两个立柱的底端均穿过盖板固定在外壳的底板上表面上；还包括有水平设置横梁安装块及与其配合使用的横梁支架，两个立柱垂直穿过横梁安装块，分别通过一个固定螺钉固接；横梁安装块一侧侧壁开设有T形滑槽，横梁支架的一端为T形端部，横梁支架的T形端部位于T形滑槽内，横梁支架的另一端设置有通孔及缺口，缺口与通孔连通，螺旋测微器竖直穿过通孔，通过夹持螺钉穿过缺口将螺旋测微器与横梁支架固定；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；柱形联接器包括上下设置的两个直径不同的圆柱体连接块固接组成，直径小的圆柱体连接块与螺杆底端连接，直径大的圆柱体连接块与未设置在支撑台上的一个压力数据采集单元连接。
压力数据采集单元包括有连接板，连接板上均匀设置有三个定位通孔，定位通孔朝向压力数据采集单元内部的开口端口径小于向外的开口端口径；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压力数据采集单元内部的开口端口径，每个定位螺栓上还套有一个弹簧；连接板朝向接触圆板的下表面还设置有四个定位圆柱，定位圆柱的侧壁上开有条形凹槽，每个定位圆柱的外壁均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设置，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，薄膜压力传感器通过薄膜压力传感器安装缺口安装在半球形底座内；每个薄膜压力传感器均通过导线与供电单元连接；四个薄膜压力传感器均通过导线与一个压力数据显示单元连接；接触圆板的下表面设置有感压纸。
压力数据显示单元包括有三个压力传感器检测模块，每压力数据采集单元的四个薄膜压力传感器均通过导线与一个压力传感器检测模块连接，每个压力传感器检测模块均通过导线与供电单元连接；压力传感器检测模块为能斯达MY2802多功能转换模块。
供电单元包括有依次连接的可充电锂电池、电路保护信号灯、漏电保护器、电源总开关及航空插头单元，三个压力传感器检测模块均与漏电保护器连接；航空插头单元包括有12个航空插头，一个航空插头通过导线与一个薄膜压力传感器连接；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、航空插头单元及充电信号灯均安装在外壳一侧壁上；可充电锂电池及漏电保护器均安装在外壳内部底板上。
外壳的一侧壁上安装有USB通信接口，每个压力传感器检测模块均与USB通信接口连接。
本发明所采用的第二种技术方案是，
一种便携式猕猴桃硬度检测方法，采用上述的检测装置，具体包括以下步骤：
步骤1：调整装置
使用时，首先将装置放置在水平面上，通过水平仪调整四个可调支撑底座使装置处于水平状态；
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块工作；
步骤3：旋转螺旋测微器至待定位置
利用游标卡尺测量猕猴桃试验品的尺寸，调松固定螺钉，确定横梁安装块的高度和螺杆的初始位置，根据猕猴桃试验品的尺寸来确定横梁安装块的高度，并将猕猴桃试验品放置在三个压力数据采集单元之间，三个压力数据采集单元的三个接触圆板与猕猴桃试验品相对；通过手动旋转棘轮，带动柱形联接器和位于猕猴桃试验品上面的压力数据采集单元竖直向下运动，直至接触圆板的下表面距离猕猴桃试验品的最高点5-10mm，记录此时螺旋测微器的示数L1；
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猕猴桃试验品的最高点时，三个压力薄膜传感器检测模块的显示屏示数均为零，如果至少一个显示屏示数不为零，则手动反向旋转棘轮，直至三个压力薄膜传感器检测模块的显示屏示数均为零为止，记录此时螺旋测微器的示数L2；
步骤5：加压过程
设每次进给的旋转位移量为D，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，记录通过测量每个感压纸受力面积获得的面积数据、水果截面椭圆的长轴数据及水果截面椭圆的短轴数据；记录每个压力传感器检测模块显示的4组压力数据；重复上述过程N次，记录所有获得的实验数据；第1个压力传感器检测模块就会显示压力参数(Fi)1，分别为(F′i)1——代表第一个压力数据单元第一个压力传感器产生的压力数据集、(F″i)1——代表第一个压力数据单元第二个压力传感器产生的压力数据集、(F″′i)1——代表第一个压力数据单元第三个压力传感器产生的压力数据集、(F″″i)1——代表第一个压力数据单元第四个压力传感器产生的压力数据集、(Mi)1——代表第一个压力数据单元感压纸的面积数据集、(Ai)1——代表第一个压力数据单元感压纸的水果截面椭圆的长轴数据集、(Bi)1——代表第一个压力数据单元感压纸的水果截面椭圆的短轴数据集；第2个压力数据采集单元所对应的压力传感器检测模块(2-1)也会显示压力参数(Fi)2，分别为(F′i)2——代表第二个压力数据单元第一个压力传感器产生的压力数据集、(F″i)2——代表第二个压力数据单元第二个压力传感器产生的压力数据集、(F″′i)2——代表第二个压力数据单元第三个压力传感器产生的压力数据集、(F″″i)2——代表第二个压力数据单元第四个压力传感器产生的压力数据集、(Mi)2——代表第二个压力数据单元感压纸的面积数据集、(Ai)2——代表第二个压力数据单元感压纸的水果截面椭圆的长轴数据集、(Bi)2——代表第二个压力数据单元感压纸的水果截面椭圆的短轴数据集；第3个压力数据采集单元所对应的压力传感器检测模块(2-1)也会显示压力参数(Fi)3，分别为(F′i)3——代表第三个压力数据单元第一个压力传感器产生的压力数据集、(F″i)3——代表第三个压力数据单元第二个压力传感器产生的压力数据集、(F″′i)3——代表第三个压力数据单元第三个压力传感器产生的压力数据集、(F″″i)3——代表第三个压力数据单元第四个压力传感器产生的压力数据集、(Mi)3——代表第三个压力数据单元感压纸的面积数据集、(Ai)3——代表第三个压力数据单元感压纸的水果截面椭圆的长轴数据集、(Bi)3——代表第三个压力数据单元感压纸的水果截面椭圆的短轴数据集，其中i表示试验次数，i＝1、2、3……N；
步骤6：关机
当测量完毕后，反向旋转螺旋测微器的棘轮，使得微分筒的刻度恢复至L2，由于弹簧的存在，连接板恢复至初始位置，关闭三个薄膜压力传感器检测模块，按下电源总开关；
步骤7：处理数据
首先，处理一组压力数据采集单元及对应的压力数据显示单元获得的数据：
第i次施压等效中心点压力(Fi)1＝H[(F′i)1，(F″i)1，(F″′i)1，(F″″i)1] (1)
第i次施压受力面积的大小(Mi)1，记X＝(Mi)1，Y＝(Fi)1
∑XY＝∑(Mi)1(Fi)1 (2)
Figure BDA0003097290600000081
Figure BDA0003097290600000082
Figure BDA0003097290600000083
(Mi)1与(Fi)1组成的施压硬度
Figure BDA0003097290600000084
Figure BDA0003097290600000085
施压硬度
Figure BDA0003097290600000091
Ri与Fi组成的施压硬度(P)1＝minPi (9)
果实硬度T1＝min[U1，(P)1] (10)
同理可得，其余两组压力数据采集单元及对应的压力数据显示单元的数据，得到对应的果实硬度：
果实硬度T2＝min[U2，(P)2] (11)
果实硬度T3＝min[U3，(P)3] (12)
果实硬度T＝min{T1，T2，T3} (13)。
本发明的有益效果是：
(1)本发明便携式猕猴桃硬度检测装置，装置中的床体的螺旋测微器通过旋转棘轮提供压力，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。
(2)本发明便携式猕猴桃硬度检测装置可以适当调节横梁安装块的高度，保证不同尺寸的猕猴桃在螺旋测微器的量程之内。
(3)本发明便携式猕猴桃硬度检测装置的底座下面的四角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顶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。
(4)本发明便携式猕猴桃硬度检测装置中的压力数据采集单元的每个卡环侧面都开有一个螺栓孔，用于与止转螺栓固接，而连接板的四个定位圆柱的侧面开了个低于半径厚度的条形凹槽，止转螺栓的光滑圆柱部分可以沿着定位圆柱侧面的条形凹槽滑动，这样既让止转螺栓和半球形底座能够均匀的分布在接触圆板之上，又能够给止转螺栓和半球形底座之间的压力传感器留有一定的上下活动空间。
(5)本发明便携式猕猴桃硬度检测装置把螺旋测微器的压力传递到数据采集单元，保证在施加压力过程中，连接板能够在水果的表面发生接触，压力传感器产生压力参数。将四点测头的压力值建立函数关系，确定四点压力值对于圆板中心的等效压力值。
(6)本发明便携式猕猴桃硬度检测装置的感压纸固定在三个连接板的外表面上，能够提供水果在三个受力方向上受力面积大小。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，得到硬度和三个方向的三个参数的关系式。
(7)本发明便携式猕猴桃硬度检测装置不会对猕猴桃表皮或者果肉产生破坏，达到无损测量的要求，不但可以检测到猕猴桃表皮的硬度，而且可以检测到内部果肉的硬度，保证了硬度测量数据的详实性。
附图说明
图1是本发明便携式猕猴桃硬度检测装置不含压力数据采集单元及支撑台单元的结构示意图；
图2是图1的后视图；
图3是图2中B-B剖视图；
图4是本发明便携式猕猴桃硬度检测装置的结构示意图；
图5是本发明便携式猕猴桃硬度检测装置中连接板及其相关部件的结构示意图；
图6是本发明便携式猕猴桃硬度检测装置中接触圆板及其相关部件的结构示意图；
图7是本发明便携式猕猴桃硬度检测装置中薄膜压力传感器安装处结构示意图；
图8是本发明便携式猕猴桃硬度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9是本发明便携式猕猴桃硬度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10是本发明便携式猕猴桃硬度检测装置中供电单元中各个电器元件连接关系示意图。
图中，1-1.外壳，1-2.盖板，1-3.立柱，1-4.横梁安装块，1-4-1.T形滑槽，1-4-2.固定螺钉，1-5.螺旋测微器，1-5-1.棘轮、1-5-2.微分筒、1-5-3.螺杆，1-6.横梁支架，1-7.夹持螺钉，1-8.可调支撑底座，1-9.通孔，1-10.缺口，1-11.水平仪；
2-1.压力传感器检测模块，2-2.USB通信接口，2-3.航空插头单元；
3-1.电路保护信号灯，3-2.电源总开关，3-3.可充电锂电池；
4-1.充电信号灯，4-2.漏电保护器；
5-1.止转螺栓，5-2.薄膜压力传感器，5-3.定位通孔，5-4.柱形联接器，5-5.连接板，5-6.定位螺孔底座，5-7.薄膜压力传感器压头，5-7-1.卡环，5-7-2.半球形底座，5-7-3.薄膜压力传感器安装缺口，5-7-4.螺栓孔，5-8.定位螺栓，5-9.接触圆板，5-10.感压纸，5-11.定位圆柱，5-11-1.条形凹槽，5-12.弹簧；
6-1.定位板，6-2.支撑台；
7-1.猕猴桃试验品。
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。
本发明一种便携式猕猴桃硬度检测装置，如图1-10所示，包括有底座单元及置在底座单元上的支撑台单元，底座单元上安装有夹持单元，夹持单元夹持有螺旋测微器1-5，螺旋测微器1-5为syntek高精度微分头；还包括有三个压力数据采集单元，其中两个压力数据采集单元设置在支撑台单元上，第三个压力数据采集单元通过与柱形联接器5-4与螺旋测微器1-5连接；猕猴桃试验品7-1位于三个压力数据采集单元之间，保证了猕猴桃试验品的压力测量数据是三个方向的；还包括有供电单元、三个压力数据显示单元及三个薄膜压力传感器单元，一个压力数据显示单元与一个薄膜压力传感器单元连接；一个薄膜压力传感器单元与一个压力数据采集单元配合使用；三个压力数据显示单元及三个薄膜压力传感器单元均与供电单元连接。
底座单元包括有顶部开口的外壳1-1及四个可调支撑底座1-8，可调支撑底座1-8包括有基板及支腿，支腿通过螺栓与基板连接；外壳1-1顶部开口处设置有盖板1-2，盖板1-2上设置有水平仪1-11，调平后去掉；四个支腿的顶端均穿过外壳1-1底板与盖板1-2下表面固定连接；
支撑台单元包括有上表面开有V形槽的支撑台6-2，支撑台6-2的V形槽内设置有定位板6-1，定位板6-1由两个呈镜像设置的剖面为L形的挡板连接而成，两个压力数据采集单元对称的设置在支撑台6-2的V形槽内，定位板6-1位于两个压力数据采集单元之间，定位板6-1用于将两个压力数据采集单元间隔开；两个L形的挡板之间的夹角大小与V形槽的夹角大小一致，均为60°；支撑台6-2设置在盖板1-2上表面上；外壳1-1一侧侧壁安装有三个压力数据显示单元。
夹持单元包括竖直设置的两个相互平行的立柱1-3，两个立柱1-3的底端均穿过盖板1-2固定在外壳1-1的底板上表面上；还包括有水平设置横梁安装块1-4及与其配合使用的横梁支架1-6，两个立柱1-3垂直穿过横梁安装块1-4，分别通过一个固定螺钉1-4-2固接；横梁安装块1-4一侧侧壁开设有T形滑槽1-4-1，横梁支架1-6的一端为T形端部，横梁支架1-6的T形端部位于T形滑槽内1-4-1，横梁支架1-6的另一端设置有通孔1-9及缺口1-10，缺口1-10与通孔1-9连通，螺旋测微器1-5竖直穿过通孔1-9，通过夹持螺钉1-7穿过缺口1-10将螺旋测微器1-5与横梁支架1-6固定；螺旋测微器1-5为syntek高精度微分头，包括有由上至下依次设置的棘轮1-5-1、微分筒1-5-2及螺杆1-5-3；柱形联接器5-4包括上下设置的两个直径不同的圆柱体连接块固接组成，直径小的圆柱体连接块与螺杆1-5-3底端连接，直径大的圆柱体连接块与未设置在支撑台6-2上的一个压力数据采集单元连接。螺旋测微器1-5可以通过旋转棘轮1-5-1对柱形连接器5-4施加压力，微分筒1-5-2表面的量程刻度能够清晰地读取螺旋测微器1-5产生的位移。
压力数据采集单元包括有连接板5-5，连接板5-5上均匀设置有三个定位通孔5-3，定位通孔5-3朝向压力数据采集单元内部的开口端口径小于向外的开口端口径；连接板5-5正下方设置有接触圆板5-9，接触圆板5-9的上表面均匀设置有三个定位螺孔底座5-6，三个定位螺孔底座5-6的分布与连接板5-5上设置的三个定位通孔5-3一一对应，每个定位螺孔底座5-6内还设置有一个定位螺栓5-8，定位螺栓5-8的一端与定位螺孔底座5-6螺纹连接，定位螺栓5-8的另一端设置有圆柱形凸块，定位螺栓5-8端部的圆柱形凸块设置在定位通孔5-3内，圆柱形凸块的外径大于定位通孔5-3压力数据采集单元内部的开口端口径，每个定位螺栓5-8上还套有一个弹簧5-12，保证压力数据采集单元在不受压力的情况下，定位圆柱5-11不会接触到薄膜压力传感器5-2；连接板5-5朝向接触圆板5-9的下表面还设置有四个定位圆柱5-11，定位圆柱5-11的侧壁上开有条形凹槽5-11-1，每个定位圆柱5-11的外壁均套有一个薄膜压力传感器压头5-7；薄膜压力传感器压头5-7包括有卡环5-7-1，卡环5-7-1的侧壁上开有薄膜压力传感器安装缺口5-7-3及螺栓孔5-7-4，卡环5-7-1下方设置有半球形底座5-7-2，薄膜压力传感器压头5-7的卡环5-7-1套在定位圆柱5-11外壁上，卡环5-7-1侧壁上的螺栓孔5-7-4与定位圆柱5-11侧壁上的条形凹槽5-11-1相对设置，止转螺栓5-1端部穿过卡环5-7-1侧壁上的螺栓孔5-7-4到达条形凹槽5-11-1内，止转螺栓5-1端部能够在条形凹槽5-11-1内上下滑动；每个薄膜压力传感器压头5-7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通过薄膜压力传感器安装缺口5-7-3安装在半球形底座5-7-2内；每个薄膜压力传感器5-2均通过导线与供电单元连接；四个薄膜压力传感器5-2均通过导线与一个压力数据显示单元连接；接触圆板5-5的下表面设置有感压纸5-10，感压纸5-10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纸5-10下表面与水果试验品7-1接触。薄膜压力传感器5-2为能斯达DF9-40系列压敏电阻式压力传感器。柱形联接器5-4中直径大的圆柱体连接块与未设置在支撑台6-2上的一个压力数据采集单元的连接板5-5连接；设置在两个压力数据采集单元的连接板5-5下表面与支撑台6-2的V形槽内壁接触，连接板5-5一端有一个切口增大了连接板5-5与L形的挡板的接触面积。
压力数据显示单元包括有三个压力传感器检测模块2-1，每压力数据采集单元的四个薄膜压力传感器5-2均通过导线与一个压力传感器检测模块2-1连接，每个压力传感器检测模块2-1均通过导线与供电单元连接；压力传感器检测模块2-1为能斯达MY2802多功能转换模块。
供电单元包括有依次连接的可充电锂电池3-3、电路保护信号灯3-1、漏电保护器4-2(型号为：DZ47-63/2P 6A)、电源总开关3-2及航空插头单元2-3，三个压力传感器检测模块2-1均与漏电保护器4-2连接；航空插头单元2-3包括有12个航空插头，一个航空插头通过导线与一个薄膜压力传感器5-2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、航空插头单元2-3及充电信号灯4-1均安装在外壳1-1一侧壁上；可充电锂电池3-3及漏电保护器4-2均安装在外壳1-1内部底板上。可充电锂电池3-3与漏电保护器4-2通过电路保护信号灯3-1串联，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切断可充电锂电池的供电，保护用电器的安全。
外壳1-1的一侧壁上安装有USB通信接口2-2，每个压力传感器检测模块2-1均与USB通信接口2-2连接。压力传感器检测模块也可以存储数据，必要时通过USB通信接2-2口与PC电脑连接，把测量数据传输到电脑上，进行数据处理。
本发明还提供一种便携式猕猴桃硬度检测装置方法，采用上述的检测装置，具体包括以下步骤：
步骤1：调整装置
使用时，首先将装置放置在水平面上，通过水平仪(1-11)调整四个可调支撑底座(1-8)使装置处于水平状态；
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块2-1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；可充电锂电池3-3分别连接三个压力传感器检测模块2-1，若蓄电池无法供电时，充电信号灯4-1就会由绿灯变为红灯，此时通过USB通信接口2-2进行充电，保证薄膜压力传感器5-2和三个压力传感器检测模块2-1能够正常工作，并将多余的电量存储在可充电锂电池3-3中；
步骤3：旋转螺旋测微器至待定位置
利用游标卡尺测量猕猴桃试验品7-1的尺寸，调松固定螺钉1-4-2，确定横梁安装块1-4的高度和螺杆1-5-3的初始位置，根据猕猴桃试验品7-1的尺寸来确定横梁安装块1-4的高度，并将猕猴桃试验品7-1放置在三个压力数据采集单元之间，三个压力数据采集单元的三个接触圆板5-9与猕猴桃试验品7-1相对；通过手动旋转棘轮1-5-1，带动柱形联接器5-4和位于猕猴桃试验品7-1上面的压力数据采集单元竖直向下运动，直至接触圆板5-9的下表面距离猕猴桃试验品7-1的最高点5-10mm，记录此时螺旋测微器的示数L1，当接触圆板5-9未接触到猕猴桃试验品7-1时，止转螺栓5-1的下边缘与定位圆柱5-11侧面的条形凹槽5-11-1的底部接触，此时薄膜压力传感器5-2不会与定位圆柱5-11接触，所以薄膜压力传感器5-2不会受到压力的作用，与其对应的压力传感器检测模块2-1示数为零；
步骤4：采集临界参数
手动旋转棘轮1-5-1，保证接触圆板5-9的下表面刚接触到猕猴桃试验品7-1的最高点时，三个压力薄膜传感器检测模块的显示屏示数均为零，如果至少一个显示屏示数不为零，则手动反向旋转棘轮1-6-1，直至三个压力薄膜传感器检测模块的显示屏示数均为零为止，记录此时螺旋测微器的示数L2；
步骤5：加压过程
每次螺旋测微器1-5进给旋转位移量D，使薄膜压力传感器5-2受压并将采集到的压力数据传输给对应压力传感器检测模块2-1，每个压力传感器检测模块2-1就会显示压力参数F(牛顿)，每个压力传感器检测模块2-1显示所连接的四个薄膜压力传感器5-2采集的压力参数，分别为F′i、F″i、F″′i、F″″i，同时猕猴桃试验品7-1在感压纸5-10上留下挤压痕迹，使用扫描仪读取感压纸5-10上的受力面积，使用配套的压力图片解析系统FPD-8010D进行分析，得出感压纸5-10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，通过测量水果截面椭圆的长轴Ai和短轴Bi得到曲率半径Ri，则曲率半径
Figure BDA0003097290600000171
设每次进给的旋转位移量为D(D＝1mm)，螺旋测微器1-5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，记录通过测量每个感压纸5-10受力面积获得的面积数据、水果截面椭圆的长轴数据及水果截面椭圆的短轴数据；记录每个压力传感器检测模块2-1显示的4组压力数据；重复上述过程N次，记录所有获得的实验数据；第1个压力传感器检测模块2-1就会显示压力参数(Fi)1，分别为(F′i)1——代表第一个压力数据单元第一个压力传感器产生的压力数据集、(F″i)1——代表第一个压力数据单元第二个压力传感器产生的压力数据集、(F″′i)1——代表第一个压力数据单元第三个压力传感器产生的压力数据集、(F″″i)1——代表第一个压力数据单元第四个压力传感器产生的压力数据集、(Mi)1——代表第一个压力数据单元感压纸的面积数据集、(Ai)1——代表第一个压力数据单元感压纸的水果截面椭圆的长轴数据集、(Bi)1——代表第一个压力数据单元感压纸的水果截面椭圆的短轴数据集；第2个压力数据采集单元所对应的压力传感器检测模块2-1也会显示压力参数(Fi)2，分别为(F′i)2——代表第二个压力数据单元第一个压力传感器产生的压力数据集、(F″i)2——代表第二个压力数据单元第二个压力传感器产生的压力数据集、(F″′i)2——代表第二个压力数据单元第三个压力传感器产生的压力数据集、(F″″i)2——代表第二个压力数据单元第四个压力传感器产生的压力数据集、(Mi)2——代表第二个压力数据单元感压纸的面积数据集、(Ai)2——代表第二个压力数据单元感压纸的水果截面椭圆的长轴数据集、(Bi)2——代表第二个压力数据单元感压纸的水果截面椭圆的短轴数据集；第3个压力数据采集单元所对应的压力传感器检测模块2-1也会显示压力参数(Fi)3，分别为(F′i)3——代表第三个压力数据单元第一个压力传感器产生的压力数据集、(F″i)3——代表第三个压力数据单元第二个压力传感器产生的压力数据集、(F″′i)3——代表第三个压力数据单元第三个压力传感器产生的压力数据集、(F″″i)3——代表第三个压力数据单元第四个压力传感器产生的压力数据集、(Mi)3——代表第三个压力数据单元感压纸的面积数据集、(Ai)3——代表第三个压力数据单元感压纸的水果截面椭圆的长轴数据集、(Bi)3——代表第三个压力数据单元感压纸的水果截面椭圆的短轴数据集，其中i表示试验次数，i＝1、2、3……N；如N＝10，每个压力数据采集单元得到10组*4个的压力数据，总共得到10组*12个压力数据，每个感压纸得到10组*3个的数据，总共得到10组*3个压力数据。
步骤6：关机
当测量完毕后，反向旋转螺旋测微器的棘轮1-5-1，使得微分筒1-5-2的刻度恢复至L2，由于弹簧5-12的存在，连接板5-5恢复至初始位置，关闭三个薄膜压力传感器检测模块2-1，按下电源总开关3-2；
步骤7：处理数据
首先，处理一组压力数据采集单元及对应的压力数据显示单元获得的数据：
第i次施压等效中心点压力(Fi)1＝H[(F′i)1，(F″i)1，(F″′i)1，(F″″i)1] (1)
第i次施压受力面积的大小(Mi)1，记X＝(Mi)1，Y＝(Fi)1
∑XY＝∑(Mi)1(Fi)1 (2)
Figure BDA0003097290600000201
Figure BDA0003097290600000202
Figure BDA0003097290600000203
(Mi)1与(Fi)1组成的施压硬度
Figure BDA0003097290600000204
Figure BDA0003097290600000205
施压硬度
Figure BDA0003097290600000206
Ri与Fi组成的施压硬度(P)1＝minPi (9)
果实硬度T1＝min[U1，(P)1] (10)同理可得，其余两组压力数据采集单元及对应的压力数据显示单元的数据，得到对应的果实硬度：
果实硬度T2＝min[U2，(P)2] (11)
果实硬度T3＝min[U3，(P)3] (12)
果实硬度T＝min{T1，T2，T3} (13)。

Claims (8)

1.一种便携式猕猴桃硬度检测装置，其特征在于，包括有底座单元及置在底座单元上的支撑台单元，底座单元上安装有夹持单元，夹持单元夹持有螺旋测微器(1-5)；还包括有三个压力数据采集单元，其中两个压力数据采集单元设置在支撑台单元上，第三个压力数据采集单元通过与柱形联接器(5-4)与螺旋测微器(1-5)连接；猕猴桃试验品(7-1)位于三个压力数据采集单元之间；还包括有供电单元、三个压力数据显示单元及三个薄膜压力传感器单元，一个压力数据显示单元与一个薄膜压力传感器单元连接；一个薄膜压力传感器单元与一个压力数据采集单元配合使用；三个压力数据显示单元及三个薄膜压力传感器单元均与供电单元连接。
2.根据权利要求1所述的一种便携式猕猴桃硬度检测装置，其特征在于，所述底座单元包括有顶部开口的外壳(1-1)及四个可调支撑底座(1-8)，可调支撑底座(1-8)包括有基板及支腿，支腿通过螺栓与基板连接；外壳(1-1)顶部开口处设置有盖板(1-2)；四个支腿的顶端均穿过外壳(1-1)底板与盖板(1-2)下表面固定连接；
支撑台单元包括有上表面开有V形槽的支撑台(6-2)，支撑台(6-2)的V形槽内设置有定位板(6-1)，定位板(6-1)由两个呈镜像设置的剖面为L形的挡板连接而成，两个压力数据采集单元对称的设置在支撑台(6-2)的V形槽内，定位板(6-1)位于两个压力数据采集单元之间，定位板(6-1)用于将两个压力数据采集单元间隔开；两个L形的挡板之间的夹角大小与V形槽的夹角大小一致，均为60°；支撑台(6-2)设置在盖板(1-2)上表面上；外壳(1-1)一侧侧壁安装有三个压力数据显示单元。
3.根据权利要求2所述的一种便携式猕猴桃硬度检测装置，其特征在于，所述夹持单元包括竖直设置的两个相互平行的立柱(1-3)，两个立柱(1-3)的底端均穿过盖板(1-2)固定在外壳(1-1)的底板上表面上；还包括有水平设置横梁安装块(1-4)及与其配合使用的横梁支架(1-6)，两个立柱(1-3)垂直穿过横梁安装块(1-4)，分别通过一个固定螺钉(1-4-2)固接；横梁安装块(1-4)一侧侧壁开设有T形滑槽(1-4-1)，横梁支架(1-6)的一端为T形端部，横梁支架(1-6)的T形端部位于T形滑槽内(1-4-1)，横梁支架(1-6)的另一端设置有通孔(1-9)及缺口(1-10)，缺口(1-10)与通孔(1-9)连通，螺旋测微器(1-5)竖直穿过通孔(1-9)，通过夹持螺钉(1-7)穿过缺口(1-10)将螺旋测微器(1-5)与横梁支架(1-6)固定；螺旋测微器(1-5)为syntek高精度微分头，包括有由上至下依次设置的棘轮(1-5-1)、微分筒(1-5-2)及螺杆(1-5-3)；柱形联接器(5-4)包括上下设置的两个直径不同的圆柱体连接块固接组成，直径小的圆柱体连接块与螺杆(1-5-3)底端连接，直径大的圆柱体连接块与未设置在支撑台(6-2)上的一个压力数据采集单元连接。
4.根据权利要求3所述的一种便携式猕猴桃硬度检测装置，其特征在于，所述压力数据采集单元包括有连接板(5-5)，连接板(5-5)上均匀设置有三个定位通孔(5-3)，定位通孔(5-3)朝向压力数据采集单元内部的开口端口径小于向外的开口端口径；连接板(5-5)正下方设置有接触圆板(5-9)，接触圆板(5-9)的上表面均匀设置有三个定位螺孔底座(5-6)，三个定位螺孔底座(5-6)的分布与连接板(5-5)上设置的三个定位通孔(5-3)一一对应，每个定位螺孔底座(5-6)内还设置有一个定位螺栓(5-8)，定位螺栓(5-8)的一端与定位螺孔底座(5-6)螺纹连接，定位螺栓(5-8)的另一端设置有圆柱形凸块，定位螺栓(5-8)端部的圆柱形凸块设置在定位通孔(5-3)内，圆柱形凸块的外径大于定位通孔(5-3)压力数据采集单元内部的开口端口径，每个定位螺栓(5-8)上还套有一个弹簧(5-12)；连接板(5-5)朝向接触圆板(5-9)的下表面还设置有四个定位圆柱(5-11)，定位圆柱(5-11)的侧壁上开有条形凹槽(5-11-1)，每个定位圆柱(5-11)的外壁均套有一个薄膜压力传感器压头(5-7)；薄膜压力传感器压头(5-7)包括有卡环(5-7-1)，卡环(5-7-1)的侧壁上开有薄膜压力传感器安装缺口(5-7-3)及螺栓孔(5-7-4)，卡环(5-7-1)下方设置有半球形底座(5-7-2)，薄膜压力传感器压头(5-7)的卡环(5-7-1)套在定位圆柱(5-11)外壁上，卡环(5-7-1)侧壁上的螺栓孔(5-7-4)与定位圆柱(5-11)侧壁上的条形凹槽(5-11-1)相对设置，止转螺栓(5-1)端部穿过卡环(5-7-1)侧壁上的螺栓孔(5-7-4)到达条形凹槽(5-11-1)内，止转螺栓(5-1)端部能够在条形凹槽(5-11-1)内上下滑动；每个薄膜压力传感器压头(5-7)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)通过薄膜压力传感器安装缺口(5-7-3)安装在半球形底座(5-7-2)内；每个薄膜压力传感器(5-2)均通过导线与供电单元连接；四个薄膜压力传感器(5-2)均通过导线与一个压力数据显示单元连接；接触圆板(5-9)的下表面设置有感压纸(5-10)。
5.根据权利要求4所述的一种便携式猕猴桃硬度检测装置，其特征在于，所述压力数据显示单元包括有三个压力传感器检测模块(2-1)，每压力数据采集单元的四个薄膜压力传感器(5-2)均通过导线与一个压力传感器检测模块(2-1)连接，每个压力传感器检测模块(2-1)均通过导线与供电单元连接；压力传感器检测模块(2-1)为能斯达MY2802多功能转换模块。
6.根据权利要求5所述的一种便携式猕猴桃硬度检测装置，其特征在于，所述供电单元包括有依次连接的可充电锂电池(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)及航空插头单元(2-3)，三个压力传感器检测模块(2-1)均与漏电保护器(4-2)连接；航空插头单元(2-3)包括有12个航空插头，一个航空插头通过导线与一个薄膜压力传感器(5-2)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)、航空插头单元(2-3)及充电信号灯(4-1)均安装在外壳(1-1)一侧壁上；可充电锂电池(3-3)及漏电保护器(4-2)均安装在外壳(1-1)内部底板上。
7.根据权利要求6所述的一种便携式猕猴桃硬度检测装置，其特征在于，所述外壳(1-1)的一侧壁上安装有USB通信接口(2-2)，每个压力传感器检测模块(2-1)均与USB通信接口(2-2)连接。
8.一种便携式猕猴桃硬度检测方法，其特征在于，采用如权利要求7所述的检测装置，具体包括以下步骤：
步骤1：调整装置
使用时，首先将装置放置在水平面上，通过水平仪(1-11)调整四个可调支撑底座(1-8)使装置处于水平状态；
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块(2-1)工作；
步骤3：旋转螺旋测微器至待定位置
利用游标卡尺测量猕猴桃试验品(7-1)的尺寸，调松固定螺钉(1-4-2)，确定横梁安装块(1-4)的高度和螺杆(1-5-3)的初始位置，根据猕猴桃试验品(7-1)的尺寸来确定横梁安装块(1-4)的高度，并将猕猴桃试验品(7-1)放置在三个压力数据采集单元之间，三个压力数据采集单元的三个接触圆板(5-9)与猕猴桃试验品(7-1)相对；通过手动旋转棘轮(1-5-1)，带动柱形联接器(5-4)和位于猕猴桃试验品(7-1)上面的压力数据采集单元竖直向下运动，直至接触圆板(5-9)的下表面距离猕猴桃试验品(7-1)的最高点5-10mm，记录此时螺旋测微器的示数L1；
步骤4：采集临界参数
手动旋转棘轮(1-5-1)，保证接触圆板(5-9)的下表面刚接触到猕猴桃试验品(7-1)的最高点时，三个压力薄膜传感器检测模块的显示屏示数均为零，如果至少一个显示屏示数不为零，则手动反向旋转棘轮1-6-1，直至三个压力薄膜传感器检测模块的显示屏示数均为零为止，记录此时螺旋测微器的示数L2；
步骤5：加压过程
设每次进给的旋转位移量为D，螺旋测微器(1-5)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，记录通过测量每个感压纸(5-10)受力面积获得的面积数据、水果截面椭圆的长轴数据及水果截面椭圆的短轴数据；记录每个压力传感器检测模块(2-1)显示的4组压力数据；重复上述过程N次，记录所有获得的实验数据；第1个压力传感器检测模块(2-1)就会显示压力参数(Fi)1，分别为(F′i)1——代表第一个压力数据单元第一个压力传感器产生的压力数据集、(F″i)1——代表第一个压力数据单元第二个压力传感器产生的压力数据集、(F″′i)1——代表第一个压力数据单元第三个压力传感器产生的压力数据集、(F″″i)1——代表第一个压力数据单元第四个压力传感器产生的压力数据集、(Mi)1——代表第一个压力数据单元感压纸的面积数据集、(Ai)1——代表第一个压力数据单元感压纸的水果截面椭圆的长轴数据集、(Bi)1——代表第一个压力数据单元感压纸的水果截面椭圆的短轴数据集；第2个压力数据采集单元所对应的压力传感器检测模块(2-1)也会显示压力参数(Fi)2，分别为(F′i)2——代表第二个压力数据单元第一个压力传感器产生的压力数据集、(F″i)2——代表第二个压力数据单元第二个压力传感器产生的压力数据集、(F″′i)2——代表第二个压力数据单元第三个压力传感器产生的压力数据集、(F″″i)2——代表第二个压力数据单元第四个压力传感器产生的压力数据集、(Mi)2——代表第二个压力数据单元感压纸的面积数据集、(Ai)2——代表第二个压力数据单元感压纸的水果截面椭圆的长轴数据集、(Bi)2——代表第二个压力数据单元感压纸的水果截面椭圆的短轴数据集；第3个压力数据采集单元所对应的压力传感器检测模块(2-1)也会显示压力参数(Fi)3，分别为(F′i)3——代表第三个压力数据单元第一个压力传感器产生的压力数据集、(F″i)3——代表第三个压力数据单元第二个压力传感器产生的压力数据集、(F″′i)3——代表第三个压力数据单元第三个压力传感器产生的压力数据集、(F″″i)3——代表第三个压力数据单元第四个压力传感器产生的压力数据集、(Mi)3——代表第三个压力数据单元感压纸的面积数据集、(Ai)3——代表第三个压力数据单元感压纸的水果截面椭圆的长轴数据集、(Bi)3——代表第三个压力数据单元感压纸的水果截面椭圆的短轴数据集，其中i表示试验次数，i＝1、2、3……N；
步骤6：关机
当测量完毕后，反向旋转螺旋测微器的棘轮(1-5-1)，使得微分筒(1-5-2)的刻度恢复至L2，由于弹簧(5-12)的存在，连接板(5-5)恢复至初始位置，关闭三个薄膜压力传感器检测模块(2-1)，按下电源总开关(3-2)；
步骤7：处理数据
首先，处理一组压力数据采集单元及对应的压力数据显示单元获得的数据：
第i次施压等效中心点压力(Fi)1＝H[(F′i)1，(F″i)1，(F″′i)1，(F″″i)1] (1)
第i次施压受力面积的大小(Mi)1，记X＝(Mi)1，Y＝(Fi)1
∑XY＝∑(Mi)1(Fi)1 (2)
Figure FDA0003097290590000071
Figure FDA0003097290590000072
Figure FDA0003097290590000073
(Mi)1与(Fi)1组成的施压硬度
Figure FDA0003097290590000081
Figure FDA0003097290590000082
施压硬度
Figure FDA0003097290590000083
Ri与Fi组成的施压硬度(P)1＝minPi (9)
果实硬度T1＝min[U1，(P)1] (10)
同理可得，其余两组压力数据采集单元及对应的压力数据显示单元的数据，得到对应的果实硬度：
果实硬度T2＝min[U2，(P)2] (11)
果实硬度T3＝min[U3，(P)3] (12)
果实硬度T＝min{T1，T2，T3} (13)。
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