[发明专利]基于声学和振动特性的水果硬度检测方法

说明书

一种基于声学和振动特性的水果硬度检测方法，采集声音信号数据和振动信号数据传输至计算机中；利用数字信号处理软件对信号数据预处理并提取特征值；经筛选后得到信号数据的精准特征值；建立水果硬度检测模型。这种检测方法可以检测各种水果的硬度，用以判定水果成熟程度，以及水果品质，实现对水果的快速精准分级，有利于合理掌握培育良种，加工时间，收获储存，出口运输，具有良好的经济效益和社会效益，适宜推广使用。

技术领域

本发明涉及到一种基于声学特性与振动特性的硬度快速检测方法，主要应用于水果硬度检测领域。

技术背景

我国果品和蔬菜总产量居世界第一，2006年我国蔬菜和水果的总产量分别为5.82亿吨和1.62亿吨，2015年仅苹果产量近4000万吨。果品蔬菜的贮运保鲜是农业产业链的重要延伸，长期以来，我国农产品采后保鲜技术、装备等比较落后，致使其在采后分级以及商品化远落后于发达国家，尤其是尚无根据水果内在品质进行分级技术和装备，采后附加值得不到体现。

由于水果产地、种植技术、气候等综合因素的影响，水果采后品质难以一致。即使同一产地的同一品种，因不同采收成熟期、树体差异等，果实品质也难以相同。但随着生活水平的提高，人们需要从营养、保健、习惯等方面得到差异化的满足。这要求水果在采后根据糖度、硬度、风味、颜色等必须进行分级，满足人们的需求。

利用声振法对水果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，是果品品质检测中一种常见有效的手段。但是现有的检测技术都比较复杂，最常见的手持式硬度计操作复杂，受人为影响较大，检测速度慢，对水果破坏性大。

发明内容

本发明是针对背景技术中提及的技术缺陷，提供一种基于声学特性与振动特性的硬度快速检测方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于声学和振动特性的水果硬度检测方法，按照以下步骤进行：

（1）、采集待检测硬度目标被击打时发出的声音信号数据和振动信号数据，并将其传输至计算机中；

（2）利用计算机中的数字信号处理软件对采集到的声音信号数据和振动信号数据进行预处理并提取特征值；

（3）经筛选后分别得到声音信号数据和振动信号数据的精准特征值；

（4）建立水果硬度检测模型，对待检测对象的精准特征值进行提取，模型输入待检测对象的精准特征值即可输出检测硬度。

步骤（2）中的预处理是指：把采集到的声音信号进行降噪处理；把采集到的振动信号经自适应滤波处理。

步骤（2）中的特征值的提取方法如下：

（1）利用数字信号处理方法对采集到的声音、振动信号数据进行处理，获得声音、振动信号的时域特性曲线，分析时域信号并提取声音、振动信号的时域特征值；

（2）对信号进行傅立叶变换得到频域特性曲线，分析频域信号并提取声音、振动信号的频域特征值；

步骤（3）中所筛选出的声音精准特征值和振动精准特征值互为补充。

步骤（3）中精准特征值的筛选过程，采用主成分分析方法，分别选取声音特征值和振动特征值中累计贡献率85%以上的主成分作为筛选后的精准特征值。

所述的声音信号数据和振动信号数据均是在待检测目标被击打时通过传感器采取而得。

步骤4中，通过建立水果硬度检测模型对精准特征值进行分析；所述检测苹果硬度检测模型为基于三层BP神经网络的方法，其输入层为精准特征值、隐含层数为输入层的2倍加1、输出层为模型硬度检测结果；

模型建立方法如下：