CN114184678A - 一种香梨成熟度激光多普勒测振法在线无损检测装置及方法 - Google Patents

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赵康
李贺
莫小明
翟明灿
郭磊
陈可心
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Abstract

本发明公开了一种香梨成熟度的激光多普勒测振法在线无损检测装置及方法，将被测香梨放置在运输带上，当其运输到检测位置时停止，然后由敲击装置释放敲击小球，激励香梨果实振动，同时激光多普勒测振仪投射激光到振动的香梨果实表面，对香梨进行检测，并将采集到的振动信号通过数据采集模块传输到计算机中，通过软件分析香梨的成熟度，从而实现香梨成熟度的在线无损检测及分级。

Description

一种香梨成熟度激光多普勒测振法在线无损检测装置及方法
技术领域
本发明涉及一种香梨成熟度激光多普勒测振法在线无损检测装置及方法。
背景技术
库尔勒香梨是新疆的特色水果，以其独特果型、皮薄肉嫩，汁多渣少，香味浓郁，酥脆爽口，营养丰富而享誉国内外，深受广大消费者的喜爱。但近年来，商家为抢占市场、提前上市，诱导果农户过早采收，使得水果失去了原有的香甜，降低了口感，使得水果品质下降。其次，由于大多数水果都是在夏、秋两季收获，气温比较高，采摘后的水果成熟速度较快，特别在分选、运输过程中，由于过度成熟，会降低水果的品质，并造成大量的损失。
水果成熟度是衡量水果品质和等级的一个重要指标，区分不同成熟度的水果，可以降低水果在采摘、包装、储存、运输等物流环节的损失率。水果在成熟过程中，果实的硬度不断变软。硬度是评估果蔬的成熟度和反映果蔬内部品质的重要指标之一。在水果处理的不同阶段，硬度发挥着越来越重要的作用，它对水果的采摘、分选、运输、储藏以及销售都能提供重要指导。
激光多普勒测振技术测量的是物体的振动速度，是一种非接触式测量技术，灵敏度高，动态响应快，横向振动干扰不敏感，能够检测微小的振动，激光多普勒测振技术（LDV）是集光机电为一体，检测物体振动速度的一种非接触式测量技术，具有精度高、动态响应快、测量范围大、抗电磁干扰等优点，能够对微小振幅进行检测，可准确测量水果的振动响应。对于不同成熟度的香梨，其内部组织结构不同，振动能量的传递必然不同，因此从理论上讲，可以利用该技术检测的香梨的振动特性，并建立香梨振动特性和成熟度之间的关系。
发明内容
1.本发明的目的。
本发明是提供了一种水果成熟度在线无损检测装置及方法，应用激光多普勒测振技术可快速无损分析香梨的成熟度，从而实现香梨的成熟度分级。该系统具有自动化程度高、检测速度快、非接触式检测的特点。
2.本发明的目是采用以下技术方案实现。
一种用于香梨成熟度在线无损检测装置：包括机架、运输带、光电传感器、伺服电机、敲击式激励装置和激光多普勒测振仪等；机架上安装一侧有遮光板的运输带，传输带中部下方安装敲击装置；机架上的伺服电机通过链轮带动运输带运动。激光多普勒测振仪安放在运输带运动方向前方。
所述的敲击式激励装置主要包括底座、敲击杆、敲击小球、电磁铁、伸缩式电磁铁、弹簧、加速度传感器等。敲击杆一端安装敲击小球，在敲击小球下面安装加速度传感器，另一端与底座连接并能够自由转动。在底座上还安装有电磁铁和伸缩式电磁铁，在伸缩式电磁铁工作端与弹簧连接。
所述的运输带主要包括链条、支撑杆、果杯等。支撑杆穿过果杯并在两端分别与两条链条连接，对水果进行支撑。
所述装置还包括plc、继电器等。光电传感器和伺服电机控制器与plc连接，敲击装置中的电磁铁和伸缩式电磁铁通过继电器与plc连接。
一种用于香梨成熟度无损在线检测方法，该方法包括以下步骤。
（1）香梨由称重传感器移至运输带上，再由运输带将香梨传送到检测位置，光电传感器被遮光板遮挡，并把信号传输给plc，由plc控制伺服电机停止运动，并使电磁铁得电，吸住敲击杆，然后使伸缩式电磁铁得电，使弹簧压缩储能。然后电磁铁失电释放敲击杆，由敲击杆上的敲击小球对香梨进行敲击。敲击杆上的加速度传感器采集到的振动信号作为触发信号，使激光多普勒测振仪对果实的振动进行检测并采集响应信号，然后通过数据采集模块传输给计算机。在电磁铁失电后，伸缩式电磁铁失电，使弹簧回复初始位置。然后伺服电机运转使运输带转动，进行下一个香梨的检测。
（2）敲击装置进行敲击时，敲击杆上的加速度计采集到的敲击信号作为触发信号，使LDV对果实进行检测并采集振动信号，然后传输给计算机。
（3）计算机根据激光多普勒测振仪采集的振动信号，分析出香梨果实的共振频率，计算出其阻尼比η：
Figure 737932DEST_PATH_IMAGE001
其中，η为阻尼比，f a和f b分别为共振频率f R所对应的相对幅值向下平移3dB得到的左右两点所对应的频率值，f R为共振频率。
LDV采集的共振频率结合称重传感器采集的质量，计算出其弹性指数EI：
Figure 927605DEST_PATH_IMAGE002
其中，f R为共振频率，m为被测香梨的质量，EI为弹性指数。
由阻尼比分析香梨可溶性固形物含量，弹性指数分析出香梨硬度情况，参考本领域的国家标准，判断香梨的成熟度。
3.本发明的有益效果是：
本发明是一种采用激光多普勒测振法对香梨成熟度进行线检测的装置，能够准确、快速无损检测香梨的成熟度并对其进行分级。
附图说明
图1为本发明整体结构三维图。
图2为本发明敲击装置结构三维图。
图3为运输带结构三维图。
具体实施方式
一种用于香梨成熟度无损在线检测装置：包括机架2、运输带4、光电传感器6、伺服电机7、敲击式激励装置5和激光多普勒测振仪1等；机架2上安装一侧有遮光板的运输带4，传输带4中部下方安装敲击装置5；机架2上的伺服电机7通过链轮3带动运输带4运动。激光多普勒测振仪1安放在运输带4运动方向前方。
所述的敲击式激励装置5主要包括底座54、敲击杆53、敲击小球51、电磁铁52、伸缩式电磁铁55、弹簧56、加速度传感器57等。敲击杆53一端安装敲击小球51，在敲击小球51下面安装加速度传感器57，另一端与底座54连接并能够自由转动。在底座54上还安装有电磁铁52和伸缩式电磁铁55，在伸缩式电磁铁55工作端与弹簧56连接。
所述的运输带主要包括链条43、支撑杆42、果杯41等。支撑杆42穿过果杯41并在两端分别与两条链条43连接，对水果进行支撑。
所述装置还包括plc、继电器等。光电传感器6和伺服电机7控制器与plc连接，敲击装置5中的电磁铁52和伸缩式电磁铁55通过继电器与plc连接。
一种用于香梨成熟度无损在线检测方法，该方法包括以下步骤。
（1）香梨由称重传感器移至运输带4上，再由运输带4将香梨传送到检测位置，光电传感器6被遮光板遮挡，并把信号传输给plc，由plc控制伺服电机7停止运动，并使电磁铁52得电，吸住敲击杆53，然后使伸缩式电磁铁55得电，使弹簧56压缩储能。然后电磁铁52失电释放敲击杆53，由敲击杆53上的敲击小球51对香梨进行敲击。敲击杆53上的加速度传感器57采集到的振动信号作为触发信号，使激光多普勒测振仪1对果实的振动进行检测并采集响应信号，然后通过数据采集模块传输给计算机。在电磁铁52失电后，伸缩式电磁铁55失电，使弹簧56回复初始位置。然后伺服电机7运转使运输带转动，进行下一个香梨的检测。
（2）敲击装置5进行敲击时，敲击杆53上的加速度计57采集到的敲击信号作为触发信号，使激光多普勒测振仪1对果实进行检测并采集振动信号，然后传输给计算机。
（3）计算机根据激光多普勒测振仪1采集的振动信号，分析出香梨果实的共振频率，计算出其阻尼比η：
Figure 358586DEST_PATH_IMAGE001
其中，η为阻尼比，f a和f b分别为共振频率f R所对应的相对幅值向下平移3dB得到的左右两点所对应的频率值，f R为共振频率。
LDV采集的共振频率结合称重传感器采集的质量，计算出其弹性指数EI：
Figure 924696DEST_PATH_IMAGE002
其中，f R为共振频率，m为被测香梨的质量，EI为弹性指数。
由阻尼比分析出香梨可溶性固形物含量，弹性指数分析出香梨硬度情况，参考本领域的国家标准，判断香梨的成熟度。
3.本发明的有益效果是：
本发明是一种采用激光多普勒原理的香梨成熟度在线检测系统，能够准确、快速无损检测香梨的成熟度并对其进行分级。

Claims (9)

1.一种香梨成熟度在线无损检测装置，其特征在于，包括机架（2）、运输带（4）、光电传感器（6）、伺服电机（7）、敲击式激励装置（5）和激光多普勒测振仪（1）等；机架（2）上安装一侧有遮光板的运输带（4），传输带（4）中部下方安装敲击装置（5）。
2.机架（2）上伺服电机（7）通过链轮（3）带动运输带（4）运动，激光多普勒测振仪（1）安放在运输带（4）运动方向前方。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的敲击式激励装置（5）主要包括底座（54）、敲击杆（53）、敲击小球（51）、电磁铁（52）、伸缩式电磁铁（55）、弹簧（56）、加速度传感器（57）等。
4.敲击杆（53）一端安装敲击小球（51），在敲击小球（51）下面安装加速度传感器（57），另一端与底座（54）连接并能够自由转动。
5.在底座（54）上还安装有电磁铁（52）和伸缩式电磁铁（55），在伸缩式电磁铁（55）工作端与弹簧（56）连接。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的运输带主要包括链条（43）、支撑杆（42）、果杯（41）等。
7.支撑杆（42）穿过果杯（41）并在两端分别与两条链条（43）连接，对水果进行支撑。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括plc、继电器等。
9.光电传感器（6）和伺服电机（7）控制器与plc连接，敲击装置（5）中的电磁铁（52）和伸缩式电磁铁（55）通过继电器与plc连接。
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