一种水果坚实度信息在线采集系统和方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种水果坚实度信息在线采集系统和方法。
【背景技术】
[0002] 中国素有"世界水果王国"的美称，几乎所有种类的水果都有生产且产量高，但由 于检测分级设备落后，水果在国际市场竞争力依然不够，出口率较低，水果在采后贮运过程 中存在成熟软化及腐烂的问题。
[0003] 水果坚实度，是指果肉抗压力的强弱，可以作为判断水果品质的一项重要指标。准 确地检测水果的坚实度，对于确定适宜的收获期、采后保存、评估最佳食用期以及产品分级 等都具有重要意义。传统的水果坚实度检测方法主要是抽样，通常在样品的赤道处选取几 个检测点，然后在检测点去皮，用质构仪或硬度计压入果实内部一定距离测得，这是一种破 坏性检测，检验率低，费时费力并造成大量浪费。目前有关水果坚实度的无损检测方法主要 是声学检测法，也有部分研究提到近红外光谱检测法和高光谱空间散射曲线法等。声学检 测法信号容易受到环境噪声的干扰导致检测精度不高，有些使用敲击的方式还会对水果造 成一定的损伤;近红外技术与其化学物质有关，而水果的坚实度主要与其物理结构有关，因 而近红外检测结果不是十分理想，且对于水果表面有缺陷的样本时检测点需避开缺陷位 置;而高光谱技术受光源等环境因素影响非常大，检测条件苛刻。
[0004] 激光多普勒测振技术Laser Doppler Vibrometry(LDV)technology是一项用于检 测物体机械振动特性的技术。对于水果机械振动特性的测量可以分为两种方式:接触式和 非接触式。传统的测量方法需要把加速度传感器附着于被测物体表面，利用其输出的信号 实现"加速度-速度-位移"的相关测量，这种接触式的安装方式会破坏原有的振动状态，甚 至在许多场合无法应用，因此限制了它的应用范围。而激光多普勒测振技术作为一种非接 触式测量方法，集光机电为一体，不受环境噪声影响，具有精度高、动态响应快、测量范围 大、抗电磁干扰、对横向振动干扰不敏感等优点，对检测振幅微小的振动也很有效，其特点 满足了水果振动测量的需要。在不同质地的水果中，振动能量的传递必然不同，因此从理论 上讲，可以通过利用该技术来检测水果的机械振动特性用以建立和坚实度之间的关系。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是在于提供一种水果坚实度信息在线采集系统和方法，应用激光多 普勒技术和声学振动技术，能够快速无损的分析出水果的内部品质，从而实现水果按品质 分级，而且该系统具有自动化程度高、非接触式激励和采集的无损检测的特点。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种水果坚实度信息在线采集系统， 包括控制器、第一水平输送系统、第二水平输送系统、风车系统、扬声器、激光多普勒测振 仪、机架和麦克风;所述风车系统包括风车、电机和蓝牙模块，风车的中心轴与电机的输出 轴相连;所述风车包括6片扇叶，相邻的两片扇叶之间的夹角为60度，且每片扇叶上具有压 力传感器，压力传感器与蓝牙模块相连;所述第一水平输送系统包括第一电机和第一水平 传送带、第二水平输送系统包括第二电机和第二水平传送带;所述第一水平传送带、风车、 第二水平传送带依次安装在机架上，且第一水平传送带、风车的中心轴、第二水平传送带位 于同一水平面上;所述激光多普勒测振仪和扬声器分别安装在机架上，且位于风车的两侧， 激光多普勒测振仪和扬声器相对;所述麦克风固定安装在扬声器上;所述第一电机、第二电 机、电机、蓝牙模块和控制器均固定在机架上，且麦克风、第一电机、第二电机、电机、激光多 普勒测振仪、扬声器、蓝牙模块分别与控制器相连。
[0007] 进一步地，所述第一水平输送系统还包括第一传动轴、第二传动轴和第一传送带； 第一传动轴、第二传动轴均安装在机架上，第一水平传送带的两端分别与第一传动轴、第二 传动轴相连;第一电机的输出轴通过第一传送带与第一传动轴相连。
[0008] 进一步地，所述第二水平输送系统还包括第三传动轴、第四传动轴和第二传送带； 第三传动轴、第四传动轴均安装在机架上，第二水平传送带的两端分别与第三传动轴、第四 传动轴相连;第二电机的输出轴通过第二传送带与第三传动轴相连。
[0009] 进一步地，所属系统还包括气缸、滑道和三位二通电磁阀；气缸和滑道分别安装在 机架上，且位于第二水平传送带的两侧，气缸和滑道相对;三位二通电磁阀固定在机架上， 一端与控制器相连，另一端与气缸相连。
[0010] -种水果坚实度信息在线采集方法，该方法包括以下步骤：
[0011] 1、调整风车的位置，使得其中两扇叶与第一水平传送带、第二水平传送带平行，然 后将被测水果置于第一水平传送带上，被测水果被输送到风车的扇叶中，压力传感器采集 被测水果的质量，并通过蓝牙模块将质量信号发送到控制器；
[0012] 2、接收到重量信号后，通过电机控制风车逆时针旋转60度，使被测水果位于扬声 器和激光多普勒测振仪之间;然后控制扬声器、麦克风和激光多普勒测振仪工作，扬声器发 出声波信号，激励被测水果振动；同时，麦克风采集由扬声器发出的激励信号;激光多普勒 测振仪投射激光到振动的水果表面，采集被测水果的振动速度，并将测得的振动速度信息 通过数据采集卡传输到控制器中。
[0013] 3、控制器根据激光多普勒测振仪采集的振动速度信息以及麦克风采集的激励信 号，分析出该水果的第二共振频率，结合压力传感器采集的质量信号，计算出其杨氏模量 为第二共振7频率，m为被测水果质量^分析出水果M实度'倩况，并判断 1 亥被测 水果的成熟情况。
[0014] (4)控制器通过电机控制风车逆时针旋转60度，被测水果由于离心力作用，离开扇 叶，进入第二水平传送带。
[0015] 本发明的有益效果在于:本发明是一个应用激光多普勒原理的水果坚实度在线检 测系统，不易受环境噪声的干扰，能够准确地进行现场检测并根据水果品质对其进行分级。
【附图说明】
[0016] 图1是本发明整体结构三维图；
[0017] 图2为第一水平输送装置的结构示意图；
[0018] 图3是第二水平输送装置的结构示意图；
[0019] 图中，第一水平传送带1、风车2、扬声器3、激光多普勒测振仪4、、气缸5、滑道6、第 二水平传送带7、机架8、第四传动轴71、第三传动轴72、第二传送带73、第二电机74、第二传 动轴11、第一传动轴12、第一传送带13、第一电机14。
【具体实施方式】
[0020] 本系统综合了压力传感器、激光多普勒测振仪4等，结合激光多普勒原理，实现了 对水果坚实度的检测，其中采用了水平输送装置、风车2、气缸5等部件实现了装置的自动 化;其中的控制器也是现有技术，例如可以采用TMS320F2812DSP开发板。
[0021] 如图1所示，一种水果坚实度信息在线采集系统，包括控制器、第一水平输送系统、 第二水平输送系统、风车系统、扬声器3、激光多普勒测振仪4、机架8和麦克风;所述风车系 统包括风车2、电机和蓝牙模块，风车2的中心轴与电机的输出轴相连;所述风车2包括6片扇 叶，相邻的两片扇叶之间的夹角为60度，且每片扇叶上具有压力传感器，压力传感器与蓝牙 模块相连;所述第一水平输送系统包括第一电机14和第一水平传送带1、第二水平输送系统 包括第二电机74和第二水平传送带7;所述第一水平传送带1、风车2、第二水平传送带7依次 安装在机架8上，且第一水平传送带1、风车2的中心轴、第二水平传送带7位于同一水平面 上；；所述激光多普勒测振仪4和扬声器3分别安装在机架8上，且位于风车2的两侧，激光多 普勒测振仪4和扬声器3相对;所述麦克风固定安装在扬声器上;所述第一电机14、第二电机 74、电机和控制