聲學(xué)檢測技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無損檢測中的應(yīng)用

1、2003年1月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第1期聲學(xué)檢測技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無損檢測中的應(yīng)用呂飛玲，應(yīng)義斌（浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)院，浙江杭州）摘要闡明了農(nóng)產(chǎn)品聲學(xué)特性的測定原理，綜述了目前國內(nèi)外聲學(xué)檢測技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無損檢測中應(yīng)用及該技術(shù)的應(yīng)用前景，介紹了農(nóng)產(chǎn)品聲學(xué)特性在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無損檢測中的典型應(yīng)用實(shí)例。關(guān)鍵詞農(nóng)產(chǎn)品；聲學(xué)技術(shù)；品質(zhì)；無損檢測中圖分類號文獻(xiàn)標(biāo)識碼文章編號（）農(nóng)產(chǎn)品的聲學(xué)特性及檢測原理農(nóng)產(chǎn)品的聲學(xué)特性是指農(nóng)產(chǎn)品在聲波作用下的反射特性、散射特性、透射特性、吸收特性、衰減系數(shù)、傳播速度及其本身的聲阻抗與固有頻率等，它們反映了聲波與農(nóng)產(chǎn)品相互作用的基本規(guī)律。農(nóng)產(chǎn)品聲學(xué)特性的檢測裝置

2、通常由聲波發(fā)生器、聲波傳感器、電荷放大器、動態(tài)信號分析儀、微型計(jì)算機(jī)、繪圖儀或打印機(jī)等組成。檢測時(shí)，由聲波發(fā)生器發(fā)出的聲波連續(xù)射向被測物料，從物料透過、反射或散射的聲波信號，由聲波傳感器接收，經(jīng)放大后送到動態(tài)信號分析儀和計(jì)算機(jī)以進(jìn)行分析，即可求出農(nóng)產(chǎn)品的有關(guān)聲學(xué)特性。時(shí)監(jiān)測甜瓜的成熟度，研究了甜瓜的聲波響應(yīng)特性。研究發(fā)現(xiàn)，隨著甜瓜的成熟，甜瓜的共振頻率將降低。據(jù)此研制了一種便攜式的甜瓜硬度測定儀。該測定儀的測試結(jié)果和破壞性檢測結(jié)果的相關(guān)性高達(dá)，可以被用來監(jiān)測甜瓜成熟過程中的生理變化。和等（）通過研究種不同品種的桃子的聲學(xué)特性，發(fā)現(xiàn)桃子的聲波響應(yīng)特性與其硬度具有較高的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為，并認(rèn)為可

3、以利用硬度因子（fm）作為硬度指標(biāo)來檢測桃子的成熟度。等（）的研究表明，西紅柿在聲波作用下的共振頻率隨貯藏時(shí)間的延長而減小，并與硬度顯著相關(guān)。等（）提出了基于第一共振頻率和西紅柿質(zhì)量的硬度檢測因子。試驗(yàn)表明，利用該硬度因子來測定西紅柿的硬度比專家主觀評審具有更高的可重復(fù)性和精確度。等（）利用聲脈沖響應(yīng)技術(shù)對梨樹上梨的硬度變化進(jìn)行了監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)梨的硬度與其聲脈沖響應(yīng)特性的相關(guān)性達(dá)到，可以用來確定適宜的梨的采收時(shí)間。目前，美國在上述方面的研究處于領(lǐng)先地位，我國在這方面研究的起步較晚。何東健等（）以無損判斷西瓜成熟度和內(nèi)部品質(zhì)為目的，測定了西瓜果實(shí)的打擊音波曲線，并對打擊音波特性值和感官評價(jià)值及基礎(chǔ)特

4、性之間的相關(guān)性進(jìn)行了分析。研究發(fā)現(xiàn)，未熟果在打擊瞬時(shí)，其音波振幅達(dá)到最大；隨后急劇衰減，呈不規(guī)則的衰減波形。而適熟果和過熟果的振幅出現(xiàn)在打擊之后的某一時(shí)刻，其波形上下對稱，呈有規(guī)律的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀利用農(nóng)產(chǎn)品的聲學(xué)特性對其品質(zhì)進(jìn)行無損檢測和分級是近年發(fā)展形成的新技術(shù)，國外已有部分學(xué)者對此做了一些基礎(chǔ)研究工作。等（）對蘋果的聲學(xué)特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)蘋果在受到聲波激勵后有許多共振點(diǎn)。第個(gè)共振點(diǎn)的頻率（f）強(qiáng)烈地受到蘋果尺寸和硬度的影響，其硬度與剛性系數(shù)fm高度相關(guān)（m為蘋果質(zhì)量）；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)可利用蘋果的聲學(xué)特性測出蘋果的楊氏模量、密度和泊松比等機(jī)械特性。和等（）研究發(fā)現(xiàn)蘋果的硬度、尺寸和形狀是影響蘋

5、果的聲波響應(yīng)特性的主要因素，并指出聲音脈沖產(chǎn)生方法、水果的測量位置和水果支持方法沒有影響水果的共振頻率。等（）為了在生長過程中隨收稿日期作者簡介呂飛玲（），女，浙江東陽人，浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院碩士，主要從事聲學(xué)特性在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測中的應(yīng)用方面的工作。- 145 -2003年1月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第1期 衰減。成，在鋁擺的頂端裝有事先知道其堅(jiān)實(shí)度的半球狀王書茂等（）的研究表明，傳統(tǒng)的判斷的橡膠。個(gè)壓電傳感器等空間°，放置在水果西瓜成熟度的含糖量與西瓜的振動基頻有較好的相床以便檢測到水果的動態(tài)響應(yīng)；每個(gè)傳感器被置于關(guān)關(guān)系，而且沖擊振動方法是一種比較有效的西瓜機(jī)械沖擊裝置

6、的°位置；水果床放到力傳感器上用于測定水果質(zhì)量。聲學(xué)特性檢測的典型實(shí)例蘋果硬度的檢測用傳感器、和聲音傳輸法來檢測儲存期的蘋果的硬度。如圖所示為蘋果硬度的硬度檢測系統(tǒng)。測試時(shí)，完整的蘋果水平地放置在電磁振動器上，用的花泥把蘋果固定在小的粘附在振動器上的鋁基座。為了驅(qū)動振動器的電磁閥，等同于的正弦曲線掃描時(shí)間，壓縮電子信號加入功放大器控制單元鋁擺被測水果壓電傳感器率放大儀。結(jié)果，脈沖引起從的持續(xù)不水果床天平螺線管電源斷地加速振動的輸入。加速機(jī)垂直地置立于蘋果振圖鱷梨成熟度檢測系統(tǒng)動器的另一側(cè)。信號分析儀搜集來自加速機(jī)的時(shí)間壓電傳感器和力傳感器通過放大器和板連域信號，平均了單點(diǎn)位置個(gè)連續(xù)的

7、脈沖的響應(yīng)，接到一臺計(jì)算機(jī)，這臺計(jì)算機(jī)也用來采集數(shù)據(jù)。用快速傅立葉變換把響應(yīng)轉(zhuǎn)換為頻率域。然后，頻沖擊裝置自動被控制單元激活。每個(gè)傳感器以率域信號傳輸給計(jì)算機(jī)。用質(zhì)量乘以第共振頻率樣本每秒采樣信號，采樣時(shí)間為。使用的平方（fm）作為每只蘋果的硬度系數(shù)。計(jì)算機(jī)程序控制數(shù)據(jù)收集過程，并以快速傅里葉變換（）和零填塞方式把響應(yīng)從時(shí)間轉(zhuǎn)化為頻率領(lǐng)域。研究發(fā)現(xiàn)，鱷梨硬度和共振頻率的相關(guān)系數(shù)為。結(jié)束語利用農(nóng)產(chǎn)品聲學(xué)特性對其內(nèi)部品質(zhì)進(jìn)行無損檢測和分級是生物學(xué)、聲學(xué)、農(nóng)業(yè)物料學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)等學(xué)科在農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)和加工中的綜合應(yīng)用，是生物學(xué)科和物理學(xué)科交叉而形成的新研究課題。該技術(shù)具有適應(yīng)性強(qiáng)、檢測靈敏度高、對人

8、體無害、加速計(jì)接觸材料底座使用靈活、設(shè)備輕巧、成本低廉、可在野外及水下圖蘋果硬度檢測系統(tǒng)等各種環(huán)境中工作和易實(shí)現(xiàn)自動化等優(yōu)點(diǎn)，是正在聲音測試法檢測鱷梨的成熟度發(fā)展的新領(lǐng)域。雖然國外對于這一新技術(shù)已經(jīng)做了 圖所示的裝置是等（）設(shè)一些基礎(chǔ)研究工作，但這些研究均是研究農(nóng)產(chǎn)品聲計(jì)的鱷梨成熟度無損檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由壓電傳感學(xué)特性共振頻率、反射特性、透射特性、吸收特器、帶有機(jī)械沖擊裝置的水果床、力傳感器、信號性、衰減特性和傳播速度及其本身的聲阻抗等中的放大器、機(jī)、控制試驗(yàn)和分析試驗(yàn)結(jié)果軟件構(gòu)成。某一特性與農(nóng)產(chǎn)品某一品質(zhì)指標(biāo)的關(guān)系，而對多種壓電傳感器由某種允許水果自由振動通過的并由聲學(xué)特性對農(nóng)產(chǎn)品某一內(nèi)部品

9、質(zhì)指標(biāo)或多種內(nèi)部品層半導(dǎo)體包被的薄膜組成，其中充滿了聚乙烯泡沫。質(zhì)指標(biāo)的綜合影響的研究還未見有報(bào)道，這就阻礙沖擊裝置由壓入型的螺線管和短的鋁擺組了檢測精度的提高。（下轉(zhuǎn)第頁）- 146 -2003年1月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第1期 測距離l（l2ll1）如圖所示，l一般為。進(jìn)行了實(shí)地試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：該植株探測器抗干擾能力強(qiáng)，可以在干擾大的白天正常工作而且具有良好的方向性，動作快。在棉花靜電對靶噴霧的應(yīng)用中，可以根據(jù)植株的有無實(shí)現(xiàn)噴霧控制，達(dá)到靶向噴霧的目的。存在的問題：一是在噴藥的時(shí)候，要打掉棉花下部的老葉，以免擋住棉花的莖部產(chǎn)生誤動作；二是電動車體積稍大，質(zhì)量比較大，田間作業(yè)不太靈活，有

10、圖有效距離試驗(yàn)與結(jié)論此臺樣機(jī)于年月在鹽城沿海地區(qū)農(nóng)科所待進(jìn)一步改進(jìn)。參考文獻(xiàn)王榮植保機(jī)械學(xué)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，周家春，李建康一種新型光電檢測電路照明工程學(xué)報(bào)，（）：陳爾紹傳感器實(shí)用裝置制作集錦北京：人民郵電出版社，趙負(fù)圖光電檢測控制電路手冊北京：化學(xué)工業(yè)出版社，江月松光電技術(shù)與實(shí)驗(yàn)北京：北京理工大學(xué)出版社，Design and Application of a Plant DetectorSUN Hong-xiang1，WU Chun-du2，CHU Jin-yu2，ZHANG Bo2（1.School of Electronical and Information Engineering，

11、Jiangsu University,Zhenjiang ,China; 2.School of Biological and Environmental Engineering，Jiangsu University,Zhenjiang,China)Abstract The paper introduces the design and application of a plant detector which is installed on an electrostatic and target spraying machinery for cotton.The photoelectric detecting technique is applied in the detector to realize the detection of whether plant to exist.The practical tests show that the detector has the properties of accuracy,high reliability and anti-interference.Key words plant; photoelectric detecting ;target spraying（上接第頁）參考文獻(xiàn)，：，（）：，（）：，