声学检测技术在农产品品质无损检测中的应用

1、2003年1月 农 机 化 研 究 第1期声学检测技术在农产品品质无损检测中的应用吕飞玲，应义斌（浙江大学生物系统工程与食品科学院，浙江杭州）摘要阐明了农产品声学特性的测定原理，综述了目前国内外声学检测技术在农产品品质无损检测中应用及该技术的应用前景，介绍了农产品声学特性在农产品品质无损检测中的典型应用实例。关键词农产品；声学技术；品质；无损检测中图分类号文献标识码文章编号（）农产品的声学特性及检测原理农产品的声学特性是指农产品在声波作用下的反射特性、散射特性、透射特性、吸收特性、衰减系数、传播速度及其本身的声阻抗与固有频率等，它们反映了声波与农产品相互作用的基本规律。农产品声学特性的检测装置

2、通常由声波发生器、声波传感器、电荷放大器、动态信号分析仪、微型计算机、绘图仪或打印机等组成。检测时，由声波发生器发出的声波连续射向被测物料，从物料透过、反射或散射的声波信号，由声波传感器接收，经放大后送到动态信号分析仪和计算机以进行分析，即可求出农产品的有关声学特性。时监测甜瓜的成熟度，研究了甜瓜的声波响应特性。研究发现，随着甜瓜的成熟，甜瓜的共振频率将降低。据此研制了一种便携式的甜瓜硬度测定仪。该测定仪的测试结果和破坏性检测结果的相关性高达，可以被用来监测甜瓜成熟过程中的生理变化。和等（）通过研究种不同品种的桃子的声学特性，发现桃子的声波响应特性与其硬度具有较高的相关性，相关系数为，并认为可

3、以利用硬度因子（fm）作为硬度指标来检测桃子的成熟度。等（）的研究表明，西红柿在声波作用下的共振频率随贮藏时间的延长而减小，并与硬度显著相关。等（）提出了基于第一共振频率和西红柿质量的硬度检测因子。试验表明，利用该硬度因子来测定西红柿的硬度比专家主观评审具有更高的可重复性和精确度。等（）利用声脉冲响应技术对梨树上梨的硬度变化进行了监测，发现梨的硬度与其声脉冲响应特性的相关性达到，可以用来确定适宜的梨的采收时间。目前，美国在上述方面的研究处于领先地位，我国在这方面研究的起步较晚。何东健等（）以无损判断西瓜成熟度和内部品质为目的，测定了西瓜果实的打击音波曲线，并对打击音波特性值和感官评价值及基础特

4、性之间的相关性进行了分析。研究发现，未熟果在打击瞬时，其音波振幅达到最大；随后急剧衰减，呈不规则的衰减波形。而适熟果和过熟果的振幅出现在打击之后的某一时刻，其波形上下对称，呈有规律的国内外研究现状利用农产品的声学特性对其品质进行无损检测和分级是近年发展形成的新技术，国外已有部分学者对此做了一些基础研究工作。等（）对苹果的声学特性进行了研究，发现苹果在受到声波激励后有许多共振点。第个共振点的频率（f）强烈地受到苹果尺寸和硬度的影响，其硬度与刚性系数fm高度相关（m为苹果质量）；同时还发现可利用苹果的声学特性测出苹果的杨氏模量、密度和泊松比等机械特性。和等（）研究发现苹果的硬度、尺寸和形状是影响苹

5、果的声波响应特性的主要因素，并指出声音脉冲产生方法、水果的测量位置和水果支持方法没有影响水果的共振频率。等（）为了在生长过程中随收稿日期作者简介吕飞玲（），女，浙江东阳人，浙江大学生物系统工程与食品科学学院硕士，主要从事声学特性在农产品品质检测中的应用方面的工作。- 145 -2003年1月 农 机 化 研 究 第1期 衰减。成，在铝摆的顶端装有事先知道其坚实度的半球状王书茂等（）的研究表明，传统的判断的橡胶。个压电传感器等空间°，放置在水果西瓜成熟度的含糖量与西瓜的振动基频有较好的相床以便检测到水果的动态响应；每个传感器被置于关关系，而且冲击振动方法是一种比较有效的西瓜机械冲击装置

6、的°位置；水果床放到力传感器上用于测定水果质量。声学特性检测的典型实例苹果硬度的检测用传感器、和声音传输法来检测储存期的苹果的硬度。如图所示为苹果硬度的硬度检测系统。测试时，完整的苹果水平地放置在电磁振动器上，用的花泥把苹果固定在小的粘附在振动器上的铝基座。为了驱动振动器的电磁阀，等同于的正弦曲线扫描时间，压缩电子信号加入功放大器控制单元铝摆被测水果压电传感器率放大仪。结果，脉冲引起从的持续不水果床天平螺线管电源断地加速振动的输入。加速机垂直地置立于苹果振图鳄梨成熟度检测系统动器的另一侧。信号分析仪搜集来自加速机的时间压电传感器和力传感器通过放大器和板连域信号，平均了单点位置个连续的

7、脉冲的响应，接到一台计算机，这台计算机也用来采集数据。用快速傅立叶变换把响应转换为频率域。然后，频冲击装置自动被控制单元激活。每个传感器以率域信号传输给计算机。用质量乘以第共振频率样本每秒采样信号，采样时间为。使用的平方（fm）作为每只苹果的硬度系数。计算机程序控制数据收集过程，并以快速傅里叶变换（）和零填塞方式把响应从时间转化为频率领域。研究发现，鳄梨硬度和共振频率的相关系数为。结束语利用农产品声学特性对其内部品质进行无损检测和分级是生物学、声学、农业物料学、电子学、计算机等学科在农产品生产和加工中的综合应用，是生物学科和物理学科交叉而形成的新研究课题。该技术具有适应性强、检测灵敏度高、对人

8、体无害、加速计接触材料底座使用灵活、设备轻巧、成本低廉、可在野外及水下图苹果硬度检测系统等各种环境中工作和易实现自动化等优点，是正在声音测试法检测鳄梨的成熟度发展的新领域。虽然国外对于这一新技术已经做了 图所示的装置是等（）设一些基础研究工作，但这些研究均是研究农产品声计的鳄梨成熟度无损检测系统。该系统由压电传感学特性共振频率、反射特性、透射特性、吸收特器、带有机械冲击装置的水果床、力传感器、信号性、衰减特性和传播速度及其本身的声阻抗等中的放大器、机、控制试验和分析试验结果软件构成。某一特性与农产品某一品质指标的关系，而对多种压电传感器由某种允许水果自由振动通过的并由声学特性对农产品某一内部品

9、质指标或多种内部品层半导体包被的薄膜组成，其中充满了聚乙烯泡沫。质指标的综合影响的研究还未见有报道，这就阻碍冲击装置由压入型的螺线管和短的铝摆组了检测精度的提高。（下转第页）- 146 -2003年1月 农 机 化 研 究 第1期 测距离l（l2ll1）如图所示，l一般为。进行了实地试验。试验结果表明：该植株探测器抗干扰能力强，可以在干扰大的白天正常工作而且具有良好的方向性，动作快。在棉花静电对靶喷雾的应用中，可以根据植株的有无实现喷雾控制，达到靶向喷雾的目的。存在的问题：一是在喷药的时候，要打掉棉花下部的老叶，以免挡住棉花的茎部产生误动作；二是电动车体积稍大，质量比较大，田间作业不太灵活，有

10、图有效距离试验与结论此台样机于年月在盐城沿海地区农科所待进一步改进。参考文献王荣植保机械学北京：机械工业出版社，周家春，李建康一种新型光电检测电路照明工程学报，（）：陈尔绍传感器实用装置制作集锦北京：人民邮电出版社，赵负图光电检测控制电路手册北京：化学工业出版社，江月松光电技术与实验北京：北京理工大学出版社，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（上接第页）参考文献，：，（）：，（）：，