基于声学特性的甜瓜成熟度检测.ppt

基于声学特性的甜瓜成熟度检测,主要内容 甜瓜概况 常用甜瓜成熟度检测方法 声振动检测系统 总结与展望,甜瓜概况,甜瓜，属于葫芦科植物，广泛栽培于温带至热带地区。中国、西班牙、美国、伊朗等国家广泛栽培，中国产量最高。,甜瓜概况,甜瓜的主要价值：,甜瓜概况,甜瓜作为世界十大水果之一，以其独特的品质风味备受人们的喜爱，其营养价值名列世界十大水果第二位。随着经济的发展和人们生活水平的提高，国内外对甜瓜的需求日益增加。 中国是甜瓜生产的大国，甜瓜产业已经成为中国一个具有国际竞争力和较大经济增长空间的重要园艺产业，是农业增产、农民增收的高效园艺作物之一。,甜瓜概况,常用甜瓜成熟度检测方法,甜瓜的成熟度是评价其品质的重要依据，也是影响消费者购买的主要因素。甜瓜的成熟度检测对其生产及流通具有重要意义。 甜瓜成熟度常用的检测方法有:人为主观判断法、力-变形检测技术、声振动检测技术以及电子鼻检测技术。,常用甜瓜成熟度检测方法,人为主观判断法：人为主观判断法是由人们通过购买或种植甜瓜所积累的多年经验，凭借自身观察品尝及甜瓜品种的生长方式等进行主观判断甜瓜成熟度的方法。 力-变形检测技术：通过对不同成熟度的甜瓜进行压缩试验，得到压缩力与甜瓜的变形曲线、杨氏模量、破坏力、变形量、破坏能等指标，分析并寻找出这些指标与甜瓜成熟度之间的关系，从而进行检测。,常用甜瓜成熟度检测方法,声振动检测技术：甜瓜在声波作用下，其反射波可以提供其声学特性，如声音的反射特性、散射特性、透射特性等，不同成熟度的甜瓜其声学特性存在差异，可以通过这些声学特性与成熟度之间的关系，从而进行检测。 电子鼻检测技术：模拟人的嗅觉器官，气味分子被电子鼻的传感器阵列吸附，通过对已知样品的数据建立分析模型，得到未知检测样品的参数。,常用甜瓜成熟度检测方法,常用甜瓜成熟度检测方法,声振动检测系统,基于声音特性甜瓜成熟度检测研究: 1.Mizrach 等利用超声波连续触发系统，测量了秋季和冬季生长的甜瓜内部生化参数，发现超声波信号强弱与甜瓜的成熟度有关，当甜瓜成熟时，超声波信号增强，甜瓜成熟度和信号衰减之间存在相关性，相关系数为0.842,声振动检测系统,2.Sugiyama 等对网纹甜瓜的声学特性研究发现，随着甜瓜的成熟，声波在甜瓜中的传播速度和共振频率均降低，两者的变化趋势完全一致，可以利用测定声波传播速度确定甜瓜的成熟度，结果表明，适宜食用的成熟甜瓜的声波传播速度为37 - 50 m/s,声振动检测系统,3.Sugiyama研制了一种便携式的甜瓜手提硬度测定，包括轻撞击系统和2 个麦克风传感器。测试得到的声音信号会通过A/D 转换发送给计算机并计算出传输速度与这两个声音信号的相关性，结果表明，该测定仪的测试结果和破坏性检测结果的相关性高达0.94,声振动检测系统,4.Kuroki 等利用声振动检测技术开发了实用型便携式温室甜瓜成熟度评估仪。该仪器能够在现场测量甜瓜的弹性指数，测量准确且重复性较好。利用该仪器测量甜瓜在成熟过程中的弹性指数变化可以判断甜瓜的成熟度。,声振动检测系统,甜瓜声振动检测系统的设计：,声振动检测系统,,RS-485,单片机,上位机（PC）,甜瓜,,,隔音箱,,,TTL,,伺服电机 敲击棒,,声音传感器 放大元件,输送带,熟,适熟,,分 级 执 行 器,过熟,甜瓜声振动检测系统的工作过程： 采摘后的甜瓜移送到检测线上来，一个一个排列开来，并依次进入隔音箱 输送到隔音箱的甜瓜，单片机控制伺服电机驱动敲击棒轻轻敲打甜瓜，发出敲击 敲击声经过单片机控制的声音传感器和放大元件将信号通过TTL协议和A/D转换器传给单片机，并通过RS-485传给PC机,声振动检测系统,4.PC机通过Labview和Origin来进行数据接收和数据处理，通过对数据信号进行敲击音波功率谱提取峰值后，判断甜瓜的成熟度 5.PC机发出判断结果给单片机，单片机通过结果控制对应的执行器将相应的甜瓜移送到对应位置,声振动检测系统,有研究表明： 适熟香瓜基频为315 -324Hz，熟的香瓜为288 -315Hz，过熟香瓜为260 -288Hz 香瓜的声学特征值与其硬度系数存在较好的相关性( 除对称度以外) ，其中硬度和峰值的相关系数R2 为0.93767,声振动检测系统,总结与展望,总结： 设计了一个基于声音特性的甜瓜成熟度检测系统，根据相关的判断指数，能够很好的实现甜瓜成熟度分级 声音特性不仅仅可以用于甜瓜成熟度检测，也可以用于西瓜糖度、多种果蔬等成熟度和品质检测，利用声振法进行无损检测是一种有效的检测方法,总结与展望,展望： 国外学者对于甜瓜内在品质无损检测技术虽然有一定的研究，但是总体上没有西瓜、番茄等作物研究的深入，而国内关于甜瓜无损检测的研究也很少 由于甜瓜的基本特性随品种和生长地域不同而异甜瓜的内在品质与物理参数之间的相关性需要更进一步研究和完善，同时还需研制开发实用便携式检测仪，服务于生产 利用甜瓜的近红外光谱特征进行研究，建立光谱与品质指标相关性数学模型，便于甜瓜在生长过程中实时进行无损检测,参考文献,陈小央. 甜瓜内在品质无损检测方法研究进展[J].中国蔬菜, 2011（10）：10-15 孙晓法，傅巧娟. 网纹甜瓜熟度的非破坏性检测技术[J]．中国西瓜甜瓜，2001（3）：40 田海清，王春光，杨晓清．厚皮甜瓜无损检测方法的研究现状及发展趋势．农机化研究，2010（10）：245-248. 孙丰宝. 厚皮甜瓜成熟的鉴别技巧[J].农业知识，2005( 8) : 5． 唐晓伟，张万清，耿利华，等. 电子鼻评价甜瓜成熟度及风味的研究[J].中国农学通报, 2010,26( 21) : 75 － 80． Vallone S,Lloyd N W,Ebeler S E,et al. Fruit volatile analysis using an electronic nose[J].Journal of Visualized Experiments，2012，61:3821． Rock F N,Weimar U. Electronic nose: Current status and future trends[J].Chemical Ｒeviews，2008， 108( 2) : 705 － 725． 张帅，史磊，张本华. 基于声学特性的香瓜成熟度检测方法[J].农机化研究,2011，33( 10) : 126－ 129． Taniwaki M,Takahashi M,Sakurai N． Determination of optimum ripeness for edibility of postharvest melons using nondestructive vibration[J]. Food Research International,2009,42( 1) : 137 － 141． Kuroki S,Tohro M,Sakurai N． Monitoring of the elasticity index of melon fruit in a greenhouse[J]. Journal of Japan Social HorticulturalScience，2006，75( 5) : 415 － 420． Mizrach A． Ultrasonic technology for quality evaluation of fresh fruit and vegetables in pre － and postharvest processes[J]. Postharvest Biology and Technology, 2008,48( 3) : 315 － 330． 应义斌，蔡东平，何卫国，等． 农产品声学特性及其在品质无损检测中的应用[J].农业工程学报，1997( 3) : 213 － 217． 吕琛，李锋霞，马本学，等． 甜瓜成熟度检测技术研究进展［J］． 江苏农业科学，2014，42( 1) : 244 － 246．,谢 谢！,