快速无损水果质地的检测方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种水果检测方法及装置，尤其设及一种快速无损水果质地的检测方 法及装置。
【背景技术】
[0002] 我国是一个农业大国，每年水果产量巨大，但是由于水果产后的检测与分级技术 仍然比较落后，因此水果的出口率依然很低。同时，随着我国的发展，人民生活水平不断提 高，人们对水果的内部品质要求也越来越高。质地作为评判水果口感和成熟度的一项关键 指标，被广泛运用在了水果种植、采后保存、采后加工W及食用评估等方面。
[0003] 传统的水果质地检测方法采用的是穿刺法，其主要步骤是采用一个手持式硬度 计，将压头插入果实一定的深度，该过程中最大的力则记为果实的硬度。但是，该方法存在 不易校准、受人为因素影响大、不可重复并且是有损检测等缺点，因此我们需要找到一种快 速无损检测的方式来实现水果质地的检测。声学振动法是目前最常用且有效的水果质地无 损检测方法之一。
[0004] 在声学振动法中，检测振动的传感器包括接触式传感器和非接触式传感器。接触 式传感器由于会影响被测物体的自由振动而无法准确测量水果的振动特性。非接触式传感 器主要包括了麦克风和激光多普勒传感器。但是，麦克风的缺点在于容易受环境噪声的影 响，应用局限性较大。激光多普勒测振技术作为一种光学的检测方式，具有不影响被测物体 自由振动和不受环境噪声影响等独到的优势，因此十分适合用于声学振动法检测水果的质 地。现有的基于激光多普勒测振检测水果质地的技术中，均是采用扫频信号作为水果的激 励信号，该方式的缺点是检测速度慢，频率需要逐渐增大或减小W寻找水果的共振频率，因 此无法满足在线检测或者消费者现场使用的需求。
【发明内容】
[0005] 为了解决现有激光多普勒测振技术用于水果质地检测耗时的问题，本发明目的 在于提供一种快速无损水果质地的检测方法及装置，基于激光多普勒测振技术，采用冲击 振动的方式用于快速获取水果的振动信息，同时结合相应的信号处理方法和化学计量学方 法，建立水果的质地预测模型，实现水果质地的快速无损检测。
[0006] 本发明采用的技术方案是：
[0007] 一、一种快速无损水果质地的检测方法：
[000引步骤1)采集建模样品集：选择与待测水果同一批次的同种水果作为试验样本，试 验样本的水果依次进行步骤2)?步骤8);
[0009] 步骤。巧憶质量m ;用电子天平逐一称重；
[0010] 步骤3)测定果形系数SI ;分别沿水果赤道和"果梗-果專"方向均匀间隔120° 测量水果的直径d和高h各3次，取平均值作为水果的直径之和高;^，用高和直径的比值作 为果形系数SI :
[0011] SI Id
[0012] 步骤4)采集振动响应信号；将各个水果置于振动台中屯、位置，振动台在激励信号 的控制下进行振动，用激光多普勒测振仪测量得到水果的振动响应数据；
[0013] 步骤5)提取振动特征参数；采集到的振动响应数据进行快速傅里叶变换处理，得 到时域数据和频域数据，分别对时域数据和频域数据提取振动特征参数；
[0014] 步骤6)振动特征参数降维；采用数据降维方法，把从步骤6)提取得到的振动特征 参数进行降维，得到降维后的振动参数；
[0015] 步骤7)测定质地指标值；对试验样本的水果，利用质构仪并采用质地测试方法， 在水果赤道处均匀选取a个待测点，相邻待测点之间的间隔为360/a度，测量各个待测点的 质地指标，将所有待测点的质地指标的平均值作为试验样本的质地指标值；
[0016] 步骤8)建立质地预测模型；将上述试验样本由步骤2)得到的质量m、步骤3)得 到的果形系数SI和步骤6)得到降维后的振动参数作为输入参数，质地指标值作为输出参 数，采用化学计量学方法建立用于预测质地指标的质地预测模型；
[0017] 步骤9)将待测水果依次进行步骤2)?步骤6)得到质量m、果形系数SI和降维后 的振动参数，然后输入质地预测模型得到待测水果对应的质地指标值，完成快速无损检测。
[0018] 所述的步骤1)中的试验样本包括至少30个水果。
[0019] 所述步骤4)中，所述的激励信号指由信号发生器发出通过振动控制器输出，并经 功率放大器放大后控制振动发生机工作的信号，该激励信号是脉冲信号。
[0020] 所述步骤4)中，所述的用激光多普勒测振仪测量水果的振动响应信号的具体方 式为；激光探头竖直向下固定于=脚架上，调节激光探测头使激光束聚焦于水果上表面顶 部，反射回的激光由激光探测头接收，经激光多普勒测振控制器处理后获得水果的振动响 应数据。
[0021] 所述步骤7)中，所述的质地测试方法选自但不限于W下方法；穿刺试验方法、压 缩试验方法或者蠕变试验方法。
[0022] 所述步骤5)中，所述的振动特征参数包括时域特征参数和频域特征参数，时域特 征参数包含但不限于W下参数的一个或多个；平均值、方差、最大值、最小值、信号持续时 间、整流平均值、波形面积、均方根、偏度、峰度、峰峰值、峰值因子、脉冲因子、波形因子和裕 度因子；频域特征参数包含但不限于W下参数：频率段所对应的幅频响应曲线的面积。
[0023] 所述步骤7)中，所述的数据降维方法选自但不限于W下方法；主成分分析法、相 关系数法或者逐步多元线性回归法；当数据降维方法采用相关系数法，其中选择振动特征 参数与质地指标值之间所有相关系数中大于0. 5的相关系数所对应的振动特征参数。
[0024] 所述步骤8)中，所述的化学计量学方法选自但不限于W下方法：多元线性回归方 法、人工神经网络方法或者支持向量机方法。
[0025] 二、一种快速无损水果质地的检测装置：
[0026] 包括信号发生器、振动控制器、功率放大器、振动发生机、扩展台和IE阳加速度传 感器、激光多普勒测振模块、数据采集卡和=脚架；振动控制器的输入端与信号发生器连 接，振动控制器的输出端经功率放大器与振动发生机连接，振动发生机与扩展台刚性连接， 扩展台上固定安装有IEPE加速度传感器，水果放置在扩展台上，IEPE加速度传感器与振 动控制器连接，激光多普勒测振模块由激光探测头W及与激光探测头连接的激光多普勒测 振控制器组成；激光探测头竖直向下安装在=脚架上，激光探测头的激光束垂直于扩展台 面并投射到水果上表面顶部处，数据采集卡的两路输入端分别与激光多普勒测振控制器和 IEPE加速度传感器的输出端连接，数据采集卡的输出端与数据存储模块连接。
[0027] 所述的激光探测头的聚焦镜头与水果上表面顶部的垂直距离大于激光探测头最 小工作距离。
[002引所述的信号发生器发出激励信号至振动控制器，并经功率放大器放大后控制振动 发生机工作，该激励信号是脉冲信号。
[0029] 与【背景技术】相比，本发明具有的有益效果是：
[0030] 本发明通过采用冲击振动的方式，大大缩短了激光多普勒测振技术用于检测水果 质地的时间；同时，采用多振动特征参数结合水果质量和果形作为预测模型的输入参数，提 高了模型的预测精度和适应性。
【附图说明】
[0031] 图1是本发明的方法流程图。
[0032] 图2是本发明的装置结构示意图。
[0033] 图3是本发明实施例中一个激励梨振动的典型半正弦脉冲信号。
[0034] 图4是本发明实施例中一个典型的梨振动响应信号。
[0035] 图中；1、信号发生器；2、振动控制器；3、功率放大器；4、振动发生机；5、扩展台； 6、IE阳加速度传感器；7、水果；8、激光探测头；9、激光多普勒测振控制器；10、数据采集卡； 11、数据存储模块。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0037] 如图1所示，本发明检测方法包括W下步骤：
[003引步骤1)采集建模样品集：选择与待测水果同一批次的同种水果作为试验样本，试 验样本的水果依次采用W下所有步骤进行测量；步骤1)中的试验样本包括至少30个水果。
[0039] 步骤。测定质量m ;用电子天平逐一称重；
[0040] 步骤扣巧憶果形系数SI ;分别沿水果赤道和"果梗-果專"方向均匀间隔120° 测量水果的直径d和高h各3次，取平均值作为水果的直径之和高:^，用高和直径的比值作 为果形系数SI :
[0041] Sl^h/d
[0042] 步骤4)采集振动响应信号；将各个水果置于振动台中屯、位置，振动台在激励信号 的控制下进行振动，用激光多普勒测振仪测量得到水果的振动响应数据；
[0043] 该激励信号指由信号发生器发出通过振动控制器输出，并经功率放大器放大后控 制振动发生机工作的信号，该激励信号是脉冲信号。
[0044] 用激光多普勒测振仪测量水果的振动响应信号的具体方式为；激光探头竖直向下 固定于=脚架上，调节激光探测头使激光束聚焦于水果上表面顶部，反射回的激光由激光 探测头接收，经激光多普勒测振控制器处理后获得水果的振动响应数据。
[0045] 步骤5)提取振动特征参数；采集到的振动响应数据进行快速傅里叶变换处理，得 到时域数据和频域数据，分别对时域数据和频域数据提取振动特征参数；
[0046] 其振动特征参数包括时域特征参数和频域特征参数，时域特征参数包含但不限于 W下参数的一个或多个；平均值、方差、最大值、最小值、信号持续时间、整流平均值、波形面 积、均方根、偏度、峰度、峰峰值、峰值因子、脉冲因子、波形因子和裕度因子；频域特征参数 包含但不限于W下参数：两个频率之间频率段所对应的幅频响应曲线的面积。
[0047] 步骤6)振动特征参数降维；采用数据降维方法，把从步骤6)提取得到的振动特征 参数进行降维，得到降维后的振动参数；
[0048] 步骤7)测定质地指标值；对试验样本的水果，利用质构仪并采用质地测试方法， 在水果赤道处均匀选取a个待测点，相邻待测点之间的间隔为360/a度，其中a = 2?4， 测量各个待测点的质地指标，将所有待测点的质地指标的平均值作为试验样本的质地指标 值；
[0049] 其质地测试方法选自但不限于W下方法；穿刺试验方法、压缩试验方法或者蠕变 试验方法等力学测试方法。
[0化0] 其数据降维方法选自但不限于W下方法；主成分分析法、相关系数法或者逐步多 元线性回归法；当数据降维方法采用相关系数法，其中选择振动特征参数与质地指标值之 间所有相关系数中大于0. 5的相关系数所对应的振动特征参数。
[0化1] 步骤8)建立质地预测模型；将上述试验样本由步骤2)得到的质量m、步骤3)得