基于聲學(xué)特性的甜瓜成熟度檢測

1、基于聲學(xué)特性的甜瓜成熟度檢測,主要內(nèi)容甜瓜概況常用甜瓜成熟度檢測方法聲振動檢測系統(tǒng)總結(jié)與展望,甜瓜概況,甜瓜，屬于葫蘆科植物，廣泛栽培于溫帶至熱帶地區(qū)。中國、西班牙、美國、伊朗等國家廣泛栽培，中國產(chǎn)量最高。,甜瓜概況,甜瓜的主要價值：,甜瓜概況,甜瓜作為世界十大水果之一，以其獨(dú)特的品質(zhì)風(fēng)味備受人們的喜愛，其營養(yǎng)價值名列世界十大水果第二位。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，國內(nèi)外對甜瓜的需求日益增加。 中國是甜

2、瓜生產(chǎn)的大國，甜瓜產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為中國一個具有國際競爭力和較大經(jīng)濟(jì)增長空間的重要園藝產(chǎn)業(yè)，是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收的高效園藝作物之一。,甜瓜概況,常用甜瓜成熟度檢測方法,甜瓜的成熟度是評價其品質(zhì)的重要依據(jù)，也是影響消費(fèi)者購買的主要因素。甜瓜的成熟度檢測對其生產(chǎn)及流通具有重要意義。 甜瓜成熟度常用的檢測方法有:人為主觀判斷法、力-變形檢測技術(shù)、聲振動檢測技術(shù)以及電子鼻檢測技術(shù)。,常用甜瓜成熟度檢測方法,人為主觀判斷法：人為主觀

3、判斷法是由人們通過購買或種植甜瓜所積累的多年經(jīng)驗(yàn)，憑借自身觀察品嘗及甜瓜品種的生長方式等進(jìn)行主觀判斷甜瓜成熟度的方法。力-變形檢測技術(shù)：通過對不同成熟度的甜瓜進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，得到壓縮力與甜瓜的變形曲線、楊氏模量、破壞力、變形量、破壞能等指標(biāo)，分析并尋找出這些指標(biāo)與甜瓜成熟度之間的關(guān)系，從而進(jìn)行檢測。,常用甜瓜成熟度檢測方法,聲振動檢測技術(shù)：甜瓜在聲波作用下，其反射波可以提供其聲學(xué)特性，如聲音的反射特性、散射特性、透射特性等，不同成熟度

4、的甜瓜其聲學(xué)特性存在差異，可以通過這些聲學(xué)特性與成熟度之間的關(guān)系，從而進(jìn)行檢測。電子鼻檢測技術(shù)：模擬人的嗅覺器官，氣味分子被電子鼻的傳感器陣列吸附，通過對已知樣品的數(shù)據(jù)建立分析模型，得到未知檢測樣品的參數(shù)。,常用甜瓜成熟度檢測方法,常用甜瓜成熟度檢測方法,聲振動檢測系統(tǒng),基于聲音特性甜瓜成熟度檢測研究:1.Mizrach 等利用超聲波連續(xù)觸發(fā)系統(tǒng)，測量了秋季和冬季生長的甜瓜內(nèi)部生化參數(shù)，發(fā)現(xiàn)超聲波信號強(qiáng)弱與甜瓜的成熟度有關(guān)，當(dāng)甜瓜成

5、熟時，超聲波信號增強(qiáng)，甜瓜成熟度和信號衰減之間存在相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.842,聲振動檢測系統(tǒng),2.Sugiyama 等對網(wǎng)紋甜瓜的聲學(xué)特性研究發(fā)現(xiàn)，隨著甜瓜的成熟，聲波在甜瓜中的傳播速度和共振頻率均降低，兩者的變化趨勢完全一致，可以利用測定聲波傳播速度確定甜瓜的成熟度，結(jié)果表明，適宜食用的成熟甜瓜的聲波傳播速度為37 - 50 m/s,聲振動檢測系統(tǒng),3.Sugiyama研制了一種便攜式的甜瓜手提硬度測定，包括輕撞擊系統(tǒng)和2 個麥克風(fēng)

6、傳感器。測試得到的聲音信號會通過A/D 轉(zhuǎn)換發(fā)送給計(jì)算機(jī)并計(jì)算出傳輸速度與這兩個聲音信號的相關(guān)性，結(jié)果表明，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)0.94,聲振動檢測系統(tǒng),4.Kuroki 等利用聲振動檢測技術(shù)開發(fā)了實(shí)用型便攜式溫室甜瓜成熟度評估儀。該儀器能夠在現(xiàn)場測量甜瓜的彈性指數(shù)，測量準(zhǔn)確且重復(fù)性較好。利用該儀器測量甜瓜在成熟過程中的彈性指數(shù)變化可以判斷甜瓜的成熟度。,聲振動檢測系統(tǒng),甜瓜聲振動檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：,聲振動檢測系

7、統(tǒng),,RS-485,單片機(jī),上位機(jī)（PC）,甜瓜,,,隔音箱,,,TTL,,伺服電機(jī)敲擊棒,,聲音傳感器放大元件,輸送帶,熟,適熟,,分級執(zhí)行器,過熟,甜瓜聲振動檢測系統(tǒng)的工作過程：采摘后的甜瓜移送到檢測線上來，一個一個排列開來，并依次進(jìn)入隔音箱輸送到隔音箱的甜瓜，單片機(jī)控制伺服電機(jī)驅(qū)動敲擊棒輕輕敲打甜瓜，發(fā)出敲擊敲擊聲經(jīng)過單片機(jī)控制的聲音傳感器和放大元件將信號通過TTL協(xié)議和A/D轉(zhuǎn)換器傳給單片機(jī)，并通過RS-485

8、傳給PC機(jī),聲振動檢測系統(tǒng),4.PC機(jī)通過Labview和Origin來進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)處理，通過對數(shù)據(jù)信號進(jìn)行敲擊音波功率譜提取峰值后，判斷甜瓜的成熟度5.PC機(jī)發(fā)出判斷結(jié)果給單片機(jī)，單片機(jī)通過結(jié)果控制對應(yīng)的執(zhí)行器將相應(yīng)的甜瓜移送到對應(yīng)位置,聲振動檢測系統(tǒng),有研究表明： 適熟香瓜基頻為315 -324Hz，熟的香瓜為288 -315Hz，過熟香瓜為260 -288Hz 香瓜的聲學(xué)特征值與其硬

9、度系數(shù)存在較好的相關(guān)性( 除對稱度以外) ，其中硬度和峰值的相關(guān)系數(shù)R2 為0.93767,聲振動檢測系統(tǒng),總結(jié)與展望,總結(jié)：設(shè)計(jì)了一個基于聲音特性的甜瓜成熟度檢測系統(tǒng)，根據(jù)相關(guān)的判斷指數(shù)，能夠很好的實(shí)現(xiàn)甜瓜成熟度分級聲音特性不僅僅可以用于甜瓜成熟度檢測，也可以用于西瓜糖度、多種果蔬等成熟度和品質(zhì)檢測，利用聲振法進(jìn)行無損檢測是一種有效的檢測方法,總結(jié)與展望,展望：國外學(xué)者對于甜瓜內(nèi)在品質(zhì)無損檢測技術(shù)雖然有一定的研究，但是總體上沒有

10、西瓜、番茄等作物研究的深入，而國內(nèi)關(guān)于甜瓜無損檢測的研究也很少由于甜瓜的基本特性隨品種和生長地域不同而異甜瓜的內(nèi)在品質(zhì)與物理參數(shù)之間的相關(guān)性需要更進(jìn)一步研究和完善，同時還需研制開發(fā)實(shí)用便攜式檢測儀，服務(wù)于生產(chǎn)利用甜瓜的近紅外光譜特征進(jìn)行研究，建立光譜與品質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性數(shù)學(xué)模型，便于甜瓜在生長過程中實(shí)時進(jìn)行無損檢測,參考文獻(xiàn),陳小央. 甜瓜內(nèi)在品質(zhì)無損檢測方法研究進(jìn)展[J].中國蔬菜, 2011（10）：10-15孫曉法，傅巧娟. 網(wǎng)

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