基于声学特性的香瓜成熟度检测方法

要 ：利 用声 学特 性 检 测 香 瓜 内 部 品质 ， 过 敲 击 香 瓜 发 出 的声 频 ， 立 声 学 特性 和果 蔬 品质 的相 关 性 。 采 用 通 建
Ｐ Ｏ ４ ０建模 并 仿 真 ， 作 了 自动 化 电脑 控 制 击 打装 置 ； 用 麦 克 风 接 收 信 号 ， 用 Ｌ Ｂ ＩＷ 软 件 对 声 波 信 号 ＲＥ ． 制 利 运 Ａ ＶＥ
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本研究采用 Ａ Ｒ单 片机实现对装置传送 部分和 Ｖ
通讯作 者 ：张本华 （ ９ １ ） 男 ， １７ 一 ， 山东莒县 人 ， 教授 ， 士 ， 博 硕士 生导师 ：
（ ｍａ ） ｂ ＠ ｓａ ．ｄ ．３。 Ｅ— ｉ ｚｈ ｙｕ ｅ ｕ （１ ｌ １
试 平 台 ， 量 西瓜 含 糖量 与其 声 学特 性 之 间 的关 系 。 测
我国在这方面的起步 较晚 ， 构建 果蔬 品质 和物理 特性相关性模型 的水平有待提 高。鉴 于此 ， 文提 出 本
首先 ， 运用感官检测 ， 分别找 ３个人对香瓜进行鉴 定并分类 。按照适熟 、 、 熟 过熟分别将 香瓜分成 ３组 ， 每组各 １ ， ０个 在声波ｉ 试 的同时也 进行 品质 的测定 。 贝 ０ 分别将 ３ 组数据取平均值 ， 如表 １ 所示 。通过 数据处 理和统计分析 ， 建立声学特性和香瓜 品质 的相关 性模 型 ， 而可 以方便地测量各种不同水果 的声学特性。 从
２１ 年 １ ０ １ ０月
农 机 化 研 究
第 １ ０期
基 于 声 学 特 性 的 香 瓜 成 熟 度 检 测 方 法
张 帅 ，史 磊 ，张 本 华
０３ ０ ６ ０ ０；３ ．
（ ． 阳 农 业 大 学 工 程 学 院 ， 沈 阳 １ ０ ６ ；２． 山职 业 技 术 学 院 机 电工 程 系 ，河 北 唐 山 １沈 ｌ１１ 唐 黑 龙 江 省 农 业 机 械 工 程 科 学 研 究 院 ，哈 尔 滨 １ ０ ８ ） ５ ０ １ 摘
关 键 词 ：香 瓜 成 熟 度 ；声 学特 性 ；检 测 ；敲 击
中图分类号 ：Ｓ ２ １２ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ － ８ Ｘ（ ０ １ １ － １ ６ ０ ０ ３ １ ８ ２ １ ）０ ０ ２ －４
０ 引言
利用声震法对果蔬进行无损检测是一种有效的检 测 方 法 … 。在 外 部 激 振 下 表 现 出 的声 学 特 性 用 来 测 量水果 的硬度 、 水分及 含糖量等 指标 ， 是果 品品质检
进行 采集接收 ， Ｏｉｎ ． 用 ｒ ｉ １软件 进行信 号 的处理 （ 括数 据平 滑 、ｒ ｇ８ 包 Ｆ ｒ法分 析数 据 、 据拟 合 、 数 基线 峰值分 析
等 ） 并 对 分 析 的数 据 基 线 式 建模 。结 果 表 明 ， 于声 学 特性 和香 瓜 硬 度有 显 著 的线 性 相关 性 。 ， 基
度 测 出 了 苹 果 的 杨 氏 模 量 、 度 和 泊 松 比等 特 性 ； 密
香瓜 的 自动化品质检测系统主要 由声 音传感与放 大单元 、ｃ机 、 Ｐ 步进电机驱动控制器 、 温度传感器 、 超
声波传感器 、 串行通讯 接 口、 支撑装置 、 传送装置和打
击装置等几部分构 成。采 用 Ｇ 一 Ｙ １型果实硬度 计测
１ ２ 主 要 仪器 ．
Ａ ｂｔ ＿建立 了苹果 的共 振频率与弹性特性的相 ｂｏ ２ ｔ 关性 ；ｉ ｅ ３ Ｆｎ ｙ＿ 建立香蕉 的成熟度 与杨 氏模 量有很好 ｎ 的相关性 ； ｌ ｋ４提 出声 波通 过西瓜 的衰减 时间 和 Ｃａ ＿ ｒ 西瓜的硬度密切相关 ， 并且衰减 时间随着 西瓜成熟度 的提高 而延 长 ； ａ ｅ 和 Ｆ ｒ 利 用声波 的传播速 Ｇｒｔ ｒｔ ｕｙ ｒ
定 硬度 ， 用 Ｌｂ ＩＷ 平 台 Ｖｓ ｎ开 发包 判定 实 物 尺 采 ａＶＥ ｉｏ ｉ
寸， 采用游标卡尺和糖度计等对香瓜品质进行测定 。
１ ３ 方法 ．
Ｙ ｍ ｍ ｔ 利用声激励 的方法测 出 了部分 水果 的固 ａａｏ ｏ
有频率 ， 结果表 明 ， 果蔬的声学特性与杨 氏模 量 、 限 极 运用敲击方式击 打香 瓜 ， 通过麦 克风采集声波信 强 度 和 硬 度 是 显 著 相 关 的 ；ａｖｉ和 Ａ ｓｏｇ卜副试 ’ 。为了使试验在透明 的隔音箱 内进行 ， Ｓｌ ｔ ｅ ｍ ｔ ｎ ｒ 号 从而避免外 验 表 明 ， 果 、 红 柿 和 西 瓜 的共 振 频 率 与 硬 度 显 著 界 干 扰导 致 的误 差 。将 香 瓜 进 行 自由度 约 束 ， 苹 西 固定 在
了声 学特性 的检测方法 ， 分析 了香瓜 的 固有频 率 ， 并
设计 了 自动化 打击 装 置 ， ． 以提 高果 蔬 产 品成熟 度 的
收稿 日期 ：２ １ １ — ８ ０ ０— ２ ２
基金项 目 ：辽宁省 自然科学基金 项 目（ ０ ６ ０ ７ ２０２ １ ） 作者简 介 ：张 帅（９４ ） 男 ， １８ 一 ， 辽宁 鞍 山人 ， 士研 究 生 ， Ｅ ｍ ｉ 硕 （ — ａ） ｌ
相 关 ， 别 建 立 了测 定 西 红 柿 的 成 熟 度 及 苹 果 硬 度 的 分
支架上 ， 声波信号经 电脑采集后 ， 由电脑记 录并储存 ，
运 用 软件 Ｌｂｉ ａｖｅ ｗ和 Ｏｉｎ搭 建 数据 的采 集 、 录 、 ｒｉ ｇ 记 处 理 和分 析 等 平 台 。
方法 ； 饶秀勤和应义斌等人 ＿ 建立 了一个声学特征测 ９
测 中一种 常 见 有 效 的 手 段 。 近 年来 ， 果 蔬 的 成 熟 度 在 检 测 的 方 面 ， 内外 已经取 得 了一 定 的进 展料 与方法
１ １ 材 料 ．
本课题主要选用蜜雪华香瓜为研究对象 ， ３ ， 选 组
每 组种 １ 香瓜 。 ０个