一種利用超聲波檢測馬鈴薯空心的方法與裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超聲波馬鈴薯空心檢測方法與裝置，該裝置可發(fā)射低頻率高能量超聲波，克服了果蔬材料高衰減特性給檢測帶來的困難，可用于馬鈴薯空心的檢測。當超聲波透過馬鈴薯時，采集其信號，進行時域與頻域分析，提取馬鈴薯的聲速、衰減系數(shù)和接收信號的功率譜譜矩作為特征，將特征參數(shù)融合后實現(xiàn)馬鈴薯空心診斷。該發(fā)明可為馬鈴薯質(zhì)量診斷與評價提供重要的參考依據(jù)。
【專利說明】—種利用超聲波檢測馬鈴薯空心的方法與裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采用超聲波技術，檢測馬鈴薯是否空心的方法與裝置，屬于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無損檢測【技術領域】，具體涉及到用于馬鈴薯空心病的檢測與診斷的方法與裝置。
【背景技術】
[0002]馬鈴薯空心病是馬鈴薯存在的主要缺陷之一，它會降低馬鈴薯的食用、種用及深加工用價值，給種植者、加工者以及消費者帶來較大的經(jīng)濟損失。無損檢測近年來得到了廣泛重視，其中超聲波以其方向性好、穿透能力強、對人體和環(huán)境無害等優(yōu)點，在工業(yè)及醫(yī)療領域得到了廣泛應用。然而果蔬組織結構內(nèi)部顆粒大、不均勻而且伴有孔隙，超聲在其中傳播時很容易因散射而衰減。針對上述問題，本文研制了一套超聲檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可發(fā)射低頻率高能量超聲波，克服了果蔬材料高衰減特性給檢測帶來的困難，成功用于馬鈴薯空心病的檢測與診斷。
[0003]目前，國內(nèi)外學者研究了很多技術對果蔬內(nèi)部品質(zhì)進行無損檢測，主要包括核磁共振(龐林江，王允祥，何志平等.核磁共振技術在水果品質(zhì)檢測中的應用[J].農(nóng)機化研究，2006，8:176-180.)、激光(藥林桃，劉木華，劉道金等.激光技術在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測中的研究進展[J].激光生物學報，2007，16(3):369-373.)、計算機視覺(焦文興，潘天麗，李月娥.計算機視覺技術在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測中的應用[J].陜西農(nóng)業(yè)科學，2003 (5):29-33.)、高光譜成像(趙杰文，劉劍華，陳全勝等.利用高光譜圖像技術檢測水果輕微損傷[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2008，39 (I): 106-109.)、近紅外光譜(韓東海，王加華.水果內(nèi)部品質(zhì)近紅外光譜無損檢測研究進展[J].中國激光，2008,35(8):1123-1131.)、主動熱成像技術(周建民，周其顯.基于主動熱成像技術的蘋果早期機械損傷檢測[J].農(nóng)機化研究，2010 (8): 162-165.)、X射線(劉小勇，張輝元，董鐵等.蘋果水心病無損檢測與防治研究進展[J].果樹學報，2008，25 (5):721-726.)等。這些技術的應用主要集中在果蔬內(nèi)部的糖度、酸度、水分、果肉堅實度等內(nèi)部品質(zhì)指標的檢測。目前，并沒有利用超聲波對馬鈴薯空心進行無損檢測的的相關技術，經(jīng)檢索也沒有發(fā)現(xiàn)相關報導。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提出一種快速、精準檢測馬鈴薯空心病的裝置和方法，該方法采用超聲波無損檢測方法，可以發(fā)射低頻率高能量超聲波，克服了果蔬材料高衰減特性給檢測帶來的困難，可用于馬鈴薯空心病的檢測與診斷。
[0005]本發(fā)明提出的檢測馬鈴薯空心病的裝置由由超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、單片機核心控制電路和超聲傳感器、按鍵模塊和顯示模塊組成。
[0006](I)超聲波發(fā)射電路，該電路主要由低壓直流模塊、MOSFET驅動模塊、MOSFET全橋變換模塊、脈沖變壓器升壓模塊組成；
[0007](2)超聲波接收電路，該電路主要由前置放大模塊、帶通濾波模塊、后級放大模塊、回波輸出模塊組成；[0008](3)單片機核心控制電路，該電路主要由STC89C52單片機和外設電路組成；
[0009](4)按鍵模塊；
[0010](5)顯示模塊；
[0011](6)超聲傳感器，由一個超聲發(fā)射傳感器和一個超聲接收傳感器組成。
[0012]上述裝置的各模塊的主要特征和功能包括:
[0013](I)超聲波發(fā)射電路，主要用于由低壓直流電產(chǎn)生高壓雙極性電脈沖激勵信號，電脈沖激勵信號波形參數(shù)由單片機核心電路控制，用于驅動KHz級超聲波發(fā)射傳感器，以產(chǎn)生低頻高能超聲波，用于穿透待測馬鈴薯。
[0014](2)超聲波接收電路，主要用于接收透過馬鈴薯的超聲信號，通過帶通濾波模塊濾除干擾成份，后級放大模塊、回波輸出模塊并實現(xiàn)信號的放大與輸出。
[0015](3)單片機核心控制電路，主要用于產(chǎn)生控制信號，調(diào)節(jié)電脈沖信號的波形參數(shù)，所述波形參數(shù)包括激勵脈沖信號的頻率、個數(shù)、重復周期等，控制電子開關的通斷，以及為按鍵模塊和顯示模塊提供信息交互。
[0016](4)按鍵模塊，主要用于人機通訊，控制參數(shù)的調(diào)節(jié)。
[0017](5)顯示模塊，主要用于顯示檢測結果。
[0018](6)超聲傳感器，主要用于發(fā)射KHz級超聲波，以及接收超聲波信號，兩傳感器采用單發(fā)單收模式。
[0019]本發(fā)明采用上述檢測馬鈴薯空心病的裝置對馬鈴薯空心病診斷方法，主要包括以下具體步驟:
[0020](I)組建超聲波檢測系統(tǒng)，所述檢測系統(tǒng)由超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、單片機核心控制電路和超聲傳感器、按鍵模塊和顯示模塊組成，調(diào)試上述超聲波檢測系統(tǒng)，使各模塊能夠正常工作；對馬鈴薯開始檢測；
[0021](2)將接收信號經(jīng)過處理后，提取馬鈴薯聲速，超聲衰減系數(shù)及功率譜譜矩，各特征參數(shù)分別按以下方法計算得到:
[0022]1.馬鈴薯聲速C可根據(jù)公式C=l/t求出，式中，I為馬鈴薯探測長度，t為渡越時間；
[0023]i1.超聲衰減系數(shù)A可根據(jù)公式A=Afal求得，式中，Atl為發(fā)射超聲信號的幅值，a為超聲衰減系數(shù)，I為馬鈴薯探測長度；
[0024]ii1.功率譜譜矩M可根據(jù)公式
【權利要求】
1.一種利用超聲波檢測馬鈴薯空心的檢測裝置，其特征在于，該裝置由超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、單片機核心控制電路和超聲傳感器、按鍵模塊和顯示模塊組成； 所述的超聲波發(fā)射電路，用于由低壓直流電產(chǎn)生高壓雙極性電脈沖激勵信號，電脈沖激勵信號波形參數(shù)由單片機核心電路控制，用于驅動KHz級超聲波發(fā)射傳感器，以產(chǎn)生低頻聞能超聲波； 所述的超聲波接收電路，用于接收透過馬鈴薯的超聲信號，濾除干擾成份，并實現(xiàn)信號的放大與輸出； 所述的單片機核心控制電路，用于產(chǎn)生控制信號，調(diào)節(jié)電脈沖信號的波形參數(shù)，控制電子開關的通斷，為按鍵模塊和顯示模塊提供信息交互。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種利用超聲波檢測馬鈴薯空心的檢測裝置，其特征在于:超聲波發(fā)射電路，該電路由低壓直流模塊、MOSFET驅動模塊、MOSFET全橋變換模塊、脈沖變壓器升壓模塊組成。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種利用超聲波檢測馬鈴薯空心的檢測裝置，其特征在于，超聲波接收電路，該電路由前置放大模塊、帶通濾波模塊、后級放大模塊、回波輸出模塊組成。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種利用超聲波檢測馬鈴薯空心的檢測裝置，其特征在于:單片機核心控制電路，該電路由STC89C52單片機和外設電路組成。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種利用超聲波檢測馬鈴薯空心的檢測裝置，其特征在于，所述按鍵模塊，用于人機通訊，控制參數(shù)的調(diào)節(jié)；所述顯示模塊，用于顯示檢測結果。
6.根據(jù)權利要求1所述的`一種利用超聲波檢測馬鈴薯空心的檢測裝置，其特征在于，超聲傳感器由一個超聲發(fā)射傳感器和一個超聲接收傳感器組成，用于發(fā)射Hfe級超聲波和接收超聲波信號，所述超聲發(fā)射傳感器和超聲接收傳感器為單發(fā)單收模式。
7.一種超聲波馬鈴薯空心檢測方法，其包括以下具體步驟: (1)組建超聲波檢測系統(tǒng)，所述檢測系統(tǒng)由超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、單片機核心控制電路和超聲傳感器、按鍵模塊和顯示模塊組成； (2)啟動上述超聲波檢測系統(tǒng)，超聲波發(fā)射電路發(fā)射超聲波，超聲波接收電路接收信號，經(jīng)過處理后，提取馬鈴薯聲速，超聲衰減系數(shù)及功率譜譜矩，各特征參數(shù)分別按以下方法計算得到: `1.馬鈴薯聲速C可根據(jù)公式C=l/t求出，式中，I為馬鈴薯探測長度，t為渡越時間； i1.超聲衰減系數(shù)A可根據(jù)公式A=Ac^al求得，式中，Atl為發(fā)射超聲信號的幅值，a為超聲衰減系數(shù)，I為馬鈴薯探測長度；

ii1.功率譜譜矩M可根據(jù)公式
【文檔編號】G01N29/07GK103630607SQ201310588825
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權日:2013年11月20日
【發(fā)明者】宋壽鵬, 趙騰飛, 邵勇華, 王云蛟, 堵瑩 申請人:江蘇大學