一种香梨硬度声振法无损检测装置的制作方法

本发明涉及一种香梨硬度声振法无损检测装置。

背景技术：

香梨是新疆特色果品，随着种植区扩大，石细胞含量较多的粗皮果增多，内部品质差异变大；香梨的内部品质可通过口感识别，但误差大；硬度是评价水果内部品质的重要指标之一，目前市场上的水果硬度检测仪器有硬度计、质构仪、SA-1型水果无损硬度计，硬度计和质构仪属于破坏性检测，不利于大批量检测和在线检测，SA-1型水果无损硬度计检测精度受噪声影响大。申请日：2015年7月30日，申请号：201510470721.3“香梨坚实度无损检测装置”用于香梨硬度无损检测，但这种采用加速度计检测香梨硬度的方法，检测时会给香梨自由振动增加额外质量，且存在定位困难的问题，影响检测精度，导致香梨内部品质检测精度不高。因此，发明一种便携、无损、精确的香梨硬度无损检测装置有效测定香梨硬度，满足果农、果商、消费者和检测部门的检测要求，对实现香梨内部品质分级和提高香梨商品价值有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种香梨硬度声振法无损检测装置，以便携、无损、精确地判断香梨内部品质的优劣，实现香梨内部品质分级和提高香梨商品价值，有效减少市场上香梨内部品质参差不齐、质优价低的现象，解决了目前市场上水果硬度检测仪器破坏性检测、受噪声影响大、香梨坚实度无损检测装置加速度传感器对香梨自由振动增加额外质量且定位困难的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明其特点在于：检测装置由香梨声振激励感测部件、控制器两部分构成，所述的香梨声振激励感测部件由右支架、感测端压电梁式传感器、激励端压电梁式传感器、缓冲垫、支撑架、中支架、连接板、超声波测距传感器、调距弹簧、导杆、左支架和底座组成；所述的右支架是用来固定激励端压电梁式传感器，并固定于底座上，所述的激励端压电梁式传感器和感测端压电梁式传感器分别对香梨进行激励和感测，所述的缓冲垫置于支撑架上，香梨置于缓冲垫上能够保持自由振动，所述的支撑架固定于底座上，所述的中支架是用来固定感测端压电梁式传感器的，其固定于底座上，所述的连接板用于连接中支架和超声波测距传感器，所述的超声波测距传感器是用来测量香梨激励端和感测端之间的距离，所述的调距弹簧套设于导杆上，用于调节中支架与右支架的距离，使中支架上感测端压电梁式传感器和激励端压电梁式传感器与香梨紧密接触，保证香梨声振响应信号的准确性，所述的导杆一端通过沉孔螺钉固定于中支架上，对应端穿过左支架并伸出左支架10 mm，使调距弹簧工作时导杆带动中支架水平移动，所述的左支架固定于底座上，使导杆水平移动时方向恒定；所述的控制器分别与激励端压电梁式传感器、感测端压电梁式传感器和超声波测距传感器相连。

所述的控制器由DSP、高压放大电路、信号调理电路、LCD液晶显示模块和键盘组成；DSP发出尖波脉冲激励信号，经过高压放大电路对激励信号进行放大，高压放大电路连接激励端压电梁式传感器对香梨进行声振激励，然后感测端压电梁式传感器感测出声振响应信号，通过信号调理电路进行信号调理，然后DSP进行数据信号采集，同时采集超声波测距传感器测出的激励点与感测点之间的距离数据，最后通过DSP进行数据处理之后由LCD液晶显示模块显示香梨硬度参数值。

所述的高压放大电路，包括内部含有四独立运算放大器的LM124运放芯片作为电压跟随器；由电阻R92和电阻R90构成的比例变换电路；由电阻R91、电容C94、电阻R93、电容C90、电容C91和LM124运放构成有源二阶滤波电路；稳压二极管构成的稳压电路。

所述的信号调理电路，包括内部含有四个独立运算放大器的LM124芯片作为电压跟随器；由电阻R92和电阻R90构成的比例变换电路；由电阻R91、电容C94、电阻R93、电容C90、电容C91和LM124运放构成有源二阶滤波电路；稳压二极管构成的稳压电路。

与现有技术相比，本发明可以便携、无损、精确地判断香梨内部品质的优劣，有效减少市场上香梨内部品质参差不齐、质优价低的现象，解决了目前市场上水果硬度检测仪器破坏性检测、受噪声影响大、香梨坚实度无损检测装置加速度传感器对香梨自由振动增加额外质量且定位困难的问题。

附图说明

图1为本发明检测装置结构示意图；

图2为本发明声振激励感测部件的立体结构图；

图3为本发明声振激励感测部件的立体分解图；

图4为本发明控制器电路原理框图；

图5为本发明图高压放大电路电路图；

图6为本发明信号调理电路电路图；

图7为本发明检测装置的工作流程图；

图示中：1为右支架、2为激励端压电梁式传感器、3为感测端压电梁式传感器、4为缓冲垫、5为支撑架、6为中支架、7为连接板、8为超声波测距传感器、9为调距弹簧、10为导杆、11为左支架、12为底座、13为香梨、14控制器。

具体实施方式

实施例：参照附图1、2、3，香梨硬度声振法无损检测装置包括1为右支架、2为激励端压电梁式传感器、3为感测端压电梁式传感器、4为缓冲垫、5为支撑架、6为中支架、7为连接板、8为超声波测距传感器、9为调距弹簧、10为导杆、11为左支架、12为底座、13为香梨、14为控制器；所述的右支架1是用来固定激励端压电梁式传感器2，并固定于底座12上，所述的激励端压电梁式传感器1和感测端压电梁式传感器3分别对香梨13进行激励和感测，所述的缓冲垫4置于支撑架5上，香梨13置于缓冲垫4上能够保持自由振动，所述的支撑架5固定于底座12上，所述的中支架6是用来固定感测端压电梁式传感器3的，其固定于底座12上，所述的连接板7用于连接中支架6和超声波测距传感器8，所述的超声波测距传感器8是用来测量香梨13激励端和感测端之间的距离，所述的调距弹簧9套设于导杆10上，用于调节中支架6与右支架2的距离，使中支架6上感测端压电梁式传感器3和激励端压电梁式传感器2与香梨13接触紧密，保证香梨13声振响应信号的准确性，所述的导杆10一端通过沉孔螺钉固定于中支架6，对应端穿过左支架10并伸出10 mm，使调距弹簧9工作时导杆10带动中支架6水平移动，所述的左支架10固定于底座12上，使导杆10水平移动时方向恒定；所述的控制器14分别于与激励端压电梁式传感器2、感测端压电梁式传感器3和超声波测距传感器8相连。

测试前将中支架6向左拉动一定距离，然后将香梨13置于缓冲垫4上，然后中支架6由于受到调距弹簧9产生的弹力作用缓慢向右移动，直到中支架6上的感测端压电梁式传感器3接触到香梨13。

本发明的香梨硬度声振法无损检测装置工作原理为：

将香梨13置于缓冲垫4上之后，对装置进行上电，由控制器14发出尖波脉冲激励信号，通过激励端压电梁式传感器2对香梨13进行声振激励，然后由感测端压电梁式传感器3感测出声振响应信号，同时超声波测距传感器8测出的感测端和激励端之间的距离，最后由控制器14采集声振响应数据信号和距离数据，经过数据处理得出声速值，并根据声速与香梨硬度的关系式得出香梨硬度参数值，并显示香梨硬度参数值。

如图4所示，所述的控制器14，包括DSP、高压放大电路、信号调理电路、LCD液晶显示模块和键盘。DSP发出尖波脉冲激励信号且进行数据采集和处理，高压放大电路对脉冲激励信号放大，信号调理电路对感测出的声振响应信号进行调理，LCD液晶显示模块显示香梨硬度参数值。

控制器的工作原理：按键盘中的运行按键，DSP发出尖波脉冲激励信号，然后由高压放大电路进行尖波脉冲激励信号放大，激励香梨之后，产生的声振响应信号经过信号调理电路进行信号调理，然后DSP进行数据采集处理，通过LCD液晶显示模块显示香梨硬度检测结果。

如图5，所述的高压放大电路，包括PA78DK高压运放芯片及其电阻电容外围电路；R_in和R_m用来确定放大倍数，电容C_c1和电阻R_c1构成相位补偿网络,电容C_c2和电阻R_c2构成相位补偿网络，电容C_s和C_x都是为了防止产生寄生振荡，R_ci起限流作用。

图5中的PA78DK是一种高压运放，具有压摆率高，闲置电流消耗低，能够方便进行外部相位补偿等优点。

高压放大电路的工作原理: 高压放大电路包括PA78DK芯片及其电容电阻外围电路；PA78DK是一种高压运放，尖波脉冲激励信号经V_kin输入经过PA78DK高压放大电路进行电压放大，经V_kout输出。

如图6，所述的信号调理电路，包括内部含有四个独立运算放大器的LM124运放芯片作为电压跟随器；由电阻R92和电阻R90构成的比例变换电路；由电阻R91、电容C94、电阻R93、电容C90、电容C91和LM124运放构成有源二阶滤波电路；稳压二极管构成的稳压电路。

图6中的LM124具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点。

信号调理电路原理：由感测端产生的响应电信号EXBIN1，经过比例变换，降低响应电压值，之后经过有源二阶滤波电路进行滤波，然后经过LM124电压跟随器，之后再经过DT5稳压二极管进行稳压，保证输出稳定的电压AINB1。

图7所示，检测装置的工作流程包括DSP发出尖波脉冲激励信号，经高压放大电路放大，通过激励端压电梁式传感器激励香梨，感测端压电梁式传感器感测出声振响应信号，经过信号调理电路调理，由DSP采集，经DSP内置程序FFT变换后，并通过算法得出声振信号传播时间，同时DSP采集测距传感器测得距离数据，经过DSP进行数据处理得出声速值，并评估出香梨硬度，最后由LCD液晶显示模块显示香梨硬度参数值。

本发明中的控制器需要四组供电电源，分别为-15V、+5V、+3.3V、+50V,上述电源可采用开关电源芯片和稳压电源芯片(如LM2596S、LM317等型号)加以实现，控制器电路中的DSP芯片可采用TMS320F28335。