JP3209111B2 - 青果物の熟度測定方法及び測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トマト、キウイ、
リンゴなどの青果物の軟化度を非破壊的に測定すること
により青果物の熟度を測定する青果物の熟度測定方法お
よび測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】青果物の熟度を非破壊的に計測する方法
として、振動を用いた青果物の力学的特性測定法があ
る。振動を与えられた青果物は固有の共振周波数で共振
を起こすが、この共振周波数は青果物が熟すに従い周波
数の低い方向に移動することが知られている。従来の力
学的測定法では、青果物に振動を与える加振部とその振
動を検出する検出部とからなり、検出された青果物の振
動応答特性より周波数応答特性を計算し、青果物に固有
の共振周波数を求めて青果物の熟度の指標としている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、共振周波数
を熟度の指標とすることは次のような問題がある。 （１）共振周波数を求めるために青果物に振動信号を与
える必要があるが、この振動信号は正弦波を用いると共
振周波数が存在する周波数帯域において低い周波数から
順に細かく周波数を上げて掃引する必要があるので測定
時間が長くなる。 （２）振動信号にランダム信号または疑似ランダム信号
またはインパルス信号を用いれば測定時間は短くなる
が、この振動信号の発生のための複雑な信号発生回路が
必要になる。 （３）また（２）の振動信号を用いた時は、青果物の振
動応答特性を周波数領域で解析する必要があるので、高
速フーリエ変換回路などの複雑な信号処理回路が必要に
なる。 （４）共振周波数を測定するためには、共振周波数が存
在する周波数帯域において複数の周波数による測定値が
必要である。また精度の良い共振周波数を求めるために
は周波数分解能を細かくする必要があり、必然的に測定
値の数は多くなる。この大量の測定値から共振周波数を
探索しなければならないが、複雑な探索アルゴリズムが
必要である。

【０００４】本発明の目的は、上記課題を解決するため
になされたものであり、振動を用いた青果物の力学的特
性測定法において、簡単な振動信号と信号処理方法で青
果物の熟度を高速かつ正確に測定できる青果物の熟度測
定方法および測定装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、振動動発生装置により所定の周波数の正弦
波振動を測定すべき青果物に与え、その青果物の表面の
振動を振動検出手段により検出し、その青果物に与えた
振動との位相差を用いることにより青果物の熟度を測定
することを特徴とした青果物の熟度測定方法および測定
装置であり、従来の振動応答から得られた共振周波数の
代わりに位相差を熟度の指標に用いることを特徴とした
ものである。

【０００６】本発明によれば、振動を用いた青果物の力
学的特性測定法において複雑な振動信号や高速フーリエ
変換などを必要とする複雑な信号処理、共振周波数探索
のための複雑なアルゴリズムを必要とせず、簡単な振動
信号と信号処理方法を用いることにより、青果物の熟度
を高速かつ正確に測定できる青果物の熟度測定装置を提
供することにある。

【０００７】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、測定す
べき青果物を戴置する架台を異なる周波数で選択的に振
動を発生させる振動発生手順と、前記架台の振動を検出
する第一の振動検出手順と、前記架台に戴置された青果
物の振動を検出する第二の振動検出手順と、前記第一と
第二の両振動検出手段の出力から位相差を検出する位相
比較手順と、予め定められた第一の周波数で前記振動発
生手順が振動を発生した時に、前記位相比較手順の第一
の検出出力を記憶するメモリ手順と、前記第一の周波数
と異なる第二の周波数で前記振動発生手順が振動を発生
した時に、前記位相比較手順の第二の検出出力と予め定
められた値との大小関係を比較する大小比較手順と、前
記大小比較手順の出力に応じて、前記メモリ手順に記憶
された第一の検出出力に３６０°を加算あるいは非加算
した値を選択的に出力する演算手順とを有し、前記演算
手順の出力を用いることにより青果物の熟度を測定する
ことを特徴とした青果物の熟度測定方法であり、複雑な
振動信号や信号処理方法を用いることなく青果物の熟度
を高速かつ正確に測定できる青果物の熟度測定器を提供
することにある。

【０００８】請求項２に記載の発明は、測定すべき青果
物を載置する架台と、その架台を異なる周波数で選択的
に振動させる振動発生手段と、前記架台の振動を検出す
る第一の振動検出手段と、前記架台に載置された青果物
の表面の振動を非接触に検出する第二の振動検出手段
と、前記第一と第二の両振動検出手段の検出した振動の
位相差を検出する位相比較手段と、予め定められた第一
の周波数で前記振動発生手段を駆動した際の、前記位相
比較手段の第一の検出出力を記憶するメモリ手段と、前
記第一の周波数より異なる第二の周波数で前記振動発生
手段を駆動した際の、前記位相比較手段の第二の検出出
力と予め定められた値との大小関係を比較する大小比較
手段と、その大小比較手段の検出出力に応じて、前記メ
モリ手段に記憶された第一の検出出力に３６０°を加算
あるいは非加算した値を出力する演算手段とを有し、前
記演算手段の出力の値で前記測定すべき青果物の熟度を
判定することを特徴とする青果物の熟度測定装置であ
り、測定すべき青果物に与えた振動とその青果物の表面
の振動との間に３６０°以上の位相差があっても、速や
かにその位相差が検出できるものであり、青果物の熟度
を高速かつ正確に測定できる。

【０００９】（実施の形態）以下に、本発明の請求項１
及び請求項２に記載された発明の実施の形態について、
図１乃至図７を用いて説明する。

【００１０】図１は青果物に振動を与えたときの振動応
答の周波数応答関数のゲイン特性を示すもので、青果物
は固有の共振周波数を持つが、図１に示すように未熟か
ら過熟まで青果物が変化するに従い共振周波数のピーク
は低周波側にシフトしていく。この時の位相特性を図２
に示す。すなわち、未熟、適熟および過熟の３個の青果
物（キウイ）の一方からそれぞれ所定周波数の振動を加
え、その青果物反対側の表面の振動を検知し、その両方
の振動の位相差を、前記所定周波数を順次変化せしめて
測定したものが、図２であり、青果物が熟すに連れて同
一周波数における位相差が順次大きくなることを示して
いる。

【００１１】従って、この位相差のシフトに着目し、適
当な周波数における位相差の変化を調べれば青果物の熟
度の測定が可能になる。

【００１２】ところで、図３において、第一の周波数
（例えば６００Ｈｚ）の振動を加えた際の適熟青果物の
位相差が３６０°であるとき、過熟青果物の位相差は３
６０°より大きい値（３６０°＋ｂ）を示すはずである
が、一方、位相比較器では、このように３６０度以上の
位相差を直接検出することが出来ないので、３６０°を
差し引いた値ｂを位相差として出力することとなり、位
相比較器の結果を補正する判断処理が必要になる。

【００１３】その判断処理のために本発明では、図３に
示すように適熟の標準的なサンプル青果物が３６０°の
位相差を示すように第一の周波数を設定し、その第一周
波数に対して適当な間隔（例えば２００Ｈｚ）で低周波
側に第二の周波数を定め、その第二の周波数における前
記適熟のサンプル青果物の位相差ａを計測し、その値ａ
を記録しておく。

【００１４】然る後に、測定すべき青果物Ａの第一の周
波数における位相差ｂと第二の周波数における位相差ｃ
とをそれぞれ測定する。そして、この第二の周波数にお
ける位相差ｃが前記の位相差ａよりも大きいので、前記
の第一の周波数における位相差ｂは３６０度を越えた位
相差を示すものと判断し、この位相差ｂに３６０°を加
算した（ｂ＋３６０°）を、この測定すべき青果物Ａの
第一の周波数における正しい位相差として熟度の判定に
使用する。同様にして、測定すべき青果物Ｂの第一の周
波数における位相差ｄと第二の周波数における位相差ｅ
とをそれぞれ測定する。そして、この第二の周波数にお
ける位相差ｅが前記の位相差ａよりも小さいので、前記
の第一の周波数における位相差ｂは３６０度を越えてい
ない位相差を示すものと判断し、この位相差ｅをそのま
ま、この測定すべき青果物Ｂの第一の周波数における正
しい位相差として熟度の判定に使用する。

【００１５】以上の計測方法を用いた熟度測定装置を図
５に示す。図５において、振動発生器１２は、測定する
青果物９に所定の振動を与えるための振動源であり、例
えば永久磁石と電磁コイルとから構成されており、与え
られた電気信号を機械的振動に変換する。振動発生器１
２には、測定する青果物９を載せるための架台１１が機
械的に接続されている。

【００１６】青果物９に与える振動周波数は、マイクロ
プロセッサ６に接続された正弦波発振器１５により電力
増幅器１４を介して振動発生器１２に与えられる。測定
する青果物９の直上にはレーザードップラー振動計２を
配置する。レーザー光源１は、レーザードップラー振動
計２の光源である。レーザードップラー振動計２により
青果物９の表面の振動を非接触に検出し速度に比例した
ビート信号を出力する。復調器３はレーザードップラー
振動計２の出力を振動信号に変換し位相比較器４の入力
Ａ１６に入力する。架台１１には、青果物９に与える振
動を検出するための加速度センサ１０のような振動検出
手段が設けられている。加速度センサ１０の出力は増幅
器１３によって増幅され位相比較器４の入力Ｂ１７に入
力される。位相比較器４では、入力Ａ１６と入力Ｂ１７
の位相差を比較し、位相差に応じた直流電圧を出力す
る。位相比較器の出力はＡＤ変換器５によりディジタル
値に変換されマイクロプロセッサ６に入力される。メモ
リ８はマイクロプロセッサ６に接続され、マイクロプロ
セッサ６に演算結果や測定結果を記憶する。表示装置７
は、マイクロプロセッサ６に接続され、測定結果を表示
する。

【００１７】図５における熟度測定装置において、マイ
クロプロセッサが行う計測手順を図６に示す。

【００１８】架台１１に青果物９を載せ、マイクロプロ
セッサ６から正弦波発振器１５に対し、前述のようにし
て設定された第一の周波数での発振を指令する。正弦波
発振器１５の発振出力は電力増幅器１４を介して振動発
生器１２に送られ架台１１上の青果物９に第一の周波数
の振動を印加する。この時、架台上の振動を加速度セン
サ１０にて検出し増幅器１３を介して位相比較器４に入
力する。

【００１９】同時に青果物９の振動印加側と反対側の表
面振動をレーザードップラー振動計２にて検出し復調器
３を介して位相比較器４に入力する。位相比較器４の出
力はＡＤ変換器５を介してマイクロプロセッサ６に入力
される。この結果をマイクロプロセッサ６はメモリ８に
記憶する。次にマイクロプロセッサ６は正弦波発振器１
５に対し第二の周波数で発振するように指令する。正弦
波発振器１５の発振出力は電力増幅器１４を介して振動
発生器１２に送られ架台１１上の青果物９を第二の周波
数で振動させる。この時、架台上の振動を加速度センサ
１０にて検出し増幅器１３を介して位相比較器４に入力
する。

【００２０】同時に青果物９の表面振動をレーザードッ
プラー振動計２にて検出し復調器３を介して位相比較器
４に入力する。位相比較器４の出力はＡＤ変換器５を介
してマイクロプロセッサ６に入力される。マイクロプロ
セッサ６は、この時の位相差が前述のようにして予め定
められたａ度を越えたか否か判断する。その後、メモり
８に記憶した第一の周波数における位相差をメモリ８か
ら読みだし、第二の周波数での位相差がａ度未満であれ
ば第一の周波数における位相差を保持し、第二の周波数
での位相差がａ度を越えていれば第一の周波数での位相
差に３６０度を加算する。このような演算処理を行った
第一の周波数における位相差を表示装置７に表示する。

【００２１】以上の実施の形態においては、第一の周波
数に対して低周波側に第二の周波数を設定したが、図４
に示すように高域側に設定しても良い。但し、この場合
は、測定すべき青果物Ａ，Ｂの第二の周波数における位
相差ｃ，ｅがそれぞれ所定の位相差ａと比較して、小な
る場合には、３６０°を加算し、大なる場合には非加算
とするように、前述と逆にする必要がある。また、前記
第二の周波数は、第一の周波数における位相差との間で
３６０°以上異なる位相差を発生しない範囲に定める必
要がある。

【００２２】図７は本発明の熟度測定装置の第二の実施
の形態を示すもので、前述の図４に示した実施の形態と
の差異は、青果物９に振動を与える手段を平板マイクロ
ホンに、そして、青果物９の振動を振動印加場所の近傍
とその反対側からそれぞれ検出する検出手段を、それぞ
れコンタクトマイクロホンにした点にあり、その他の動
作は同一である。なお、図７の２１，２２，２３はそれ
ぞれ増幅器である。

【００２３】熟すに従い第一の周波数における位相差が
３６０度を越えない青果物が有る。また、第一の周波数
における位相差の変化が３６０度までの範囲で熟度測定
しても実用上問題の無い青果物もある。このような青果
物の熟度判定には、第一の周波数における位相差で十分
であり、第二の周波数での位相差を計測する必要はな
い。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明の青果物の熟度測定
方法及び装置によれば、振動を用いた青果物の力学的特
性測定法において複雑な振動信号や高速フーリエ変換な
どを用いた複雑な信号処理回路や共振周波数探索の複雑
なアルゴリズムを必要とせず、簡単な振動信号と信号処
理方法を用いることにより、青果物の熟度を高速かつ正
確に測定できる青果物の熟度測定器を提供することが可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】青果物の熟すに従い共振周波数のピーク低周波
側に移動することを示す図

【図２】青果物の熟すに従い位相差が低周波側にシフト
することを示す図

【図３】青果物が熟すに従い位相差が３６０度を越える
ことを示す図

【図４】青果物が熟すに従い位相差が３６０度を越える
ことを示す図

【図５】本発明の実施の形態における青果物の熟度測定
装置のブロック図

【図６】同青果物の熟度判定装置の動作を説明するため
のフローチャート

【図７】本発明の実施の形態における他の青果物の熟度
測定装置のブロック図

【符号の説明】

２ レーザードップラー振動計 ４ 位相比較器 ６ マイクロプロセッサ ９ 青果物 １０ 加速度センサ １１ 架台 １２ 振動発生器 １５ 正弦波発振器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 29/00 - 29/28 G01N 33/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定すべき青果物を戴置する架台を異な
   る周波数で選択的に振動を発生させる振動発生手順と、
   前記架台の振動を検出する第一の振動検出手順と、前記
   架台に戴置された青果物の振動を検出する第二の振動検
   出手順と、前記第一と第二の両振動検出手段の出力から
   位相差を検出する位相比較手順と、予め定められた第一
   の周波数で前記振動発生手順が振動を発生した時に、前
   記位相比較手順の第一の検出出力を記憶するメモリ手順
   と、前記第一の周波数と異なる第二の周波数で前記振動
   発生手順が振動を発生した時に、前記位相比較手順の第
   二の検出出力と予め定められた値との大小関係を比較す
   る大小比較手順と、前記大小比較手順の出力に応じて、
   前記メモリ手順に記憶された第一の検出出力に３６０°
   を加算あるいは非加算した値を選択的に出力する演算手
   順とを有し、前記演算手順の出力を用いることにより青
   果物の熟度を測定することを特徴とした青果物の熟度測
   定方法。
2. 【請求項２】 測定すべき青果物を戴置する架台と、そ
   の架台を異なる周波数で選択的に振動させる振動発生手
   段と、前記架台の振動を検出する第一の振動検出手段
   と、前記架台に戴置された青果物の表面の振動を検出す
   る第二の振動検出手段と、前記第一と第二の両振動検出
   手段の検出した振動の位相差を検出する位相比較手段
   と、予め定められた第一の周波数で前記振動発生手段を
   駆動した際の、前記位相比較手段の第一の検出出力を記
   憶するメモリ手段と、前記第一の周波数より異なる第二
   の周波数で前記振動発生手段を駆動した際の、前記位相
   比較手段の第二の検出出力と予め定められた値との大小
   関係を比較する大小比較手段と、その大小比較手段の検
   出出力に応じて、前記メモリ手段に記憶された第一の検
   出出力に３６０°を加算あるいは非加算した値を選択的
   に出力する演算手段とを有し、前記演算手段の出力の値
   で前記測定すべき青果物の熟度を判定することを特徴と
   する青果物の熟度測定装置。