[发明专利]西瓜成熟度超声无损检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及农产品电子检测装置，具体涉及一种西瓜成熟度超声无损检测装置。

背景技术

西瓜是我国重要的经济作物之一，西瓜的成熟度不但影响瓜农和西瓜经销商的经济效益，也影响了消费者的切身利益。西瓜在生长的各种阶段，西瓜皮与瓜瓤的声阻抗之间都存在差异，西瓜越成熟这种差异就越大。人们常用的成熟度鉴定方式有算、看、听、测等，这些含有人的主观意识的方法都难以对西瓜成熟度做出精确的判读。而目前国内外的各种西瓜成熟度无损检测仪，都是利用声振法对瓜果类产品进行成熟度的无损检测，此类方法无疑是一种颇有价值的有效方法。而且，前人已经对西瓜的敲击声学特性进行了大量研究，证实了能够通过敲击声学判断西瓜的成熟度。但是大多数试验仪器多是基于PC机或大型仪器，价格十分昂贵，也不易操作，而且多数体积较大，因此目前的西瓜成熟度检测离实用还有一定的距离。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种检测准确度高、结构简单、制造成本低、携带方便、易于推广的西瓜成熟度超声无损检测装置。

本发明解决上述问题的技术方案是：包括中央处理器、液晶显示屏、键盘、成熟度检测模块，键盘、液晶显示屏分别与中央处理器相连，所述成熟度检测模块包括发射电路、第一超声波探头、第二超声波探头、第二信号处理电路，发射电路一端连接中央处理器，另一端与第一超声波探头相连，第二信号处理电路一端与第二超声波探头相连，另一端连接到中央处理器，中央处理器发出脉冲波，经发射电路进行放大，通过第一超声波探头发射出超声波，第二超声波探头接收到从西瓜内部反射回来的声波，再经第二信号处理电路处理后，送给中央处理器进行处理，处理后由液晶显示屏显示成熟度。

上述的西瓜成熟度超声无损检测装置中，还包括重量检测模块，所述重量检测模块包括压力传感器、第一信号处理电路、A/D转换电路，压力传感器、第一信号处理电路、A/D转换电路依次串接，压力传感器因西瓜重量而输出一定值的直流信号，信号经过信号处理电路，再经过A/D转换电路，将模拟信号转换成数字信号送给中央处理器分析处理，由液晶显示屏显示西瓜重量。

本发明的有益效果是：本发明利用西瓜皮与瓜瓤的声阻抗之间的差异，让超声波在西瓜组织中传播，采集分界面的反射波，利用傅里叶变换计算出反射波形幅值，再利用模糊算法将幅值与成熟度相比较，即可检测出西瓜的成熟度，检测准确度高，结构简单、制造成本低、携带方便、易于推广。

附图说明

图1为本发明的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

本发明中西瓜成熟度检测的原理：西瓜在成长过程中西瓜皮与西瓜瓤的密度差别随着成熟度的增加而增加，质点中声速和密度的乘积的声特性阻抗也随着成熟度的增加而增加。

其次，对于40kHz的超声波来说，在西瓜内其波长λ=37.5mm，而西瓜皮与西瓜瓤的界面明显大于其波长。所以西瓜皮与西瓜瓤的界面对于该系统来说为大界面对入射超声波呈反射现象。

声束入射至平滑的大界面时，声能从界面反射回原介质；反射声束的幅值（A）与声强反射系数（RA）有以下关系式：

式中Z₁，Z₂分别为第一介质与第二介质的声特性阻抗。θi为人射角；θt为穿透角。

因此，反射回声的幅值主要取决于大界面两侧介质的声特性阻抗差别度，差别愈大，反射回声幅值愈大，穿透声波幅值愈小。利用这种关系可建立一种模糊关系式来判断西瓜的成熟度。

参见图1，本发明包括中央处理器3、液晶显示屏1、键盘2、重量检测模块和成熟度检测模块，键盘2、液晶显示屏1分别与中央处理器3相连，所述重量检测模块包括压力传感器9、第一信号处理电路10、A/D转换电路11，压力传感器9、第一信号处理电路10、A/D转换电路11依次串接；所述成熟度检测模块包括发射电路4、第一超声波探头6、第二超声波探头7、第二信号处理电路5，发射电路4一端连接中央处理器3，另一端与第一超声波探头6相连，第二信号处理电路5一端与第二超声波探头7相连，另一端连接到中央处理器3。

液晶显示屏1显示西瓜成熟度（A过熟、B适熟、C半熟、D不熟）和重量清单，两者可以自由切换；键盘2用来输入数字0～9，还有输入几种称重控制指令，所以该西瓜成熟度超声无损检测称可应用于西瓜零售或西瓜种植户（场、所）。

本发明是以中央处理器3作为控制核心，重量检测模块可以选用电阻应变式压力传感器，经第一信号处理电路10进行放大、滤波、限幅处理后，送到A/D转换电路11将模拟信号转换成数字信号，然后将数字信号送给中央处理器3进行处理，由液晶显示屏1显示西瓜重量。成熟度检测模块是由中央处理器3经发射电路4产生高能脉冲，激励超声波换能器，使之发出超声波，在西瓜组织中传播，最终在瓜皮与瓜瓤的分界面反射回。由于换能器的可逆效应，反射回来的超声波又转换成电脉冲送至第二信号处理电路5，经滤波、放大、再滤波、限幅后，由中央处理器3自带的ADC进行波形数据采集，中央处理器3利用傅里叶变换和模糊算法对采集信号进行处理，处理后与系统预存的数据进行比较，通过比较可以得出对应的成熟度，再由中央控制器3控制液晶显示屏1显示其检测结果(成熟度)，显示为“过熟”、“适熟”、“半熟”、“不熟”或按“A”、“B”、“C”、“D”四个等级显示西瓜的成熟度。