西瓜敲擊振動多點同步測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種西瓜敲擊振動多點同步測量裝置。包括活動支架、撞擊部件和傳感器夾持部件；中心體架側(cè)面四周均布安裝有四個臂架，四個臂架的長度方向均沿中心體架徑向安裝，各個臂架內(nèi)沿長度方向安裝有直線導(dǎo)軌，直線導(dǎo)軌上均安裝滑塊，各個臂架側(cè)面設(shè)有手柄件；四周其中一側(cè)臂架的滑塊下端安裝有撞擊部件，四周其余三側(cè)臂架的滑塊下端各安裝有傳感器夾持部件，中心體架中心裝有升降機構(gòu)，西瓜的四周被撞擊部件和三個傳感器夾持部件夾持。檢測時將本裝置置于西瓜上，通過調(diào)整傳感器夾持部件的位置可使本裝置緊扣西瓜。本發(fā)明裝置體積小，重量輕，可以多點同步獲取西瓜敲擊振動信號，有利于進一步西瓜品質(zhì)的精確檢測。
【專利說明】西瓜敲擊振動多點同步測量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種水果的測量裝置，尤其是涉及一種西瓜敲擊振動多點同步測量裝 置。

【背景技術(shù)】
[0002] 西瓜是一種深受人們喜愛的水果，在全球水果總產(chǎn)中西瓜位居第五。在我國，西瓜 有著廣泛的種植，同時產(chǎn)量和消費量均很大。西瓜不僅味美，而且營養(yǎng)豐富，具有保健的功 效。另外，西瓜的種植周期短、收益高，在不影響糧食生產(chǎn)的情況下，可以利用間種套種多種 一茬西瓜，增加經(jīng)濟效益。
[0003] 西瓜品質(zhì)標準化一直是國內(nèi)西瓜銷售中的問題，由于國內(nèi)西瓜多為分散經(jīng)營，西 瓜的品質(zhì)一般按照經(jīng)驗判斷，即使進行抽樣檢測，也往往使用破壞性試驗，效率低下。因此， 研究快速無損的西瓜品質(zhì)檢測方法，對于提高西瓜品質(zhì)、提高西瓜在國際市場上的競爭力， 有著非常重要的意義。
[0004] 常用無損檢測農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)方法有X射線、高光譜、電子鼻、近紅外、核磁共振、聲學(xué) 檢測、機器視覺等。在眾多農(nóng)產(chǎn)品無損檢測的方法中，聲學(xué)振動技術(shù)具有受干擾少、成本低 廉、可在野外等各種環(huán)境中工作等優(yōu)點，在農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部品質(zhì)分析、農(nóng)產(chǎn)品分級等方面顯示出 了巨大的潛力，具有廣闊的市場前景。
[0005] 目前基于聲學(xué)振動技術(shù)檢測農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的研究大多在實驗室中進行?；谠摷夹g(shù) 開發(fā)的儀器都是單點式的，只采集樣品某一點的振動信號，并據(jù)此對整個樣品的品質(zhì)進行 分析。但單點測試無法獲得樣品所有的內(nèi)部信息，因此難以達到預(yù)測要求。因而，開發(fā)一種 基于聲學(xué)振動技術(shù)、可實現(xiàn)多點測量、可滿足不同尺寸樣品測量要求的西瓜振動測量裝置， 可以為西瓜品質(zhì)精確檢測提供有利的手段。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種西瓜敲擊振動多點同步測量裝置，其體積小，重量輕， 可同步獲取西瓜多點振動信號，且可滿足不同尺寸樣品測量要求，有利于西瓜敲擊振動的 精確測量，為西瓜品質(zhì)精確檢測提供有利手段。
[0007] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是： 本發(fā)明包括活動支架、撞擊部件和傳感器夾持部件，活動支架包括頂支架、直線導(dǎo)軌和 升降機構(gòu)，頂支架包括四個臂架、中心體架、和手柄件； 中心體架側(cè)面四周均布安裝有四個臂架，四個臂架的長度方向均沿中心體架徑向安 裝，各個臂架內(nèi)沿長度方向安裝有直線導(dǎo)軌，直線導(dǎo)軌上均安裝滑塊，各個臂架側(cè)面設(shè)有用 于固定滑塊移動的手柄件； 四周其中一側(cè)臂架的滑塊下端安裝有撞擊部件，四周其余三側(cè)臂架的滑塊下端各安裝 有傳感器夾持部件，中心體架中心安裝有用于固定西瓜中心位置的升降機構(gòu)，西瓜的四周 被撞擊部件和三個傳感器夾持部件夾持。
[0008] 所述的撞擊部件包括撞擊支架、撞擊條、螺栓型軌跡滾輪滾針軸承、第一立式直線 光軸固定座和鍍鋅鋼絲扭簧； 呈U形的撞擊支架倒置安裝在滑塊下端，撞擊支架的U形開口端之間安裝有第一立式 直線光軸固定座，撞擊條頂端的側(cè)臂軸通過螺栓型軌跡滾輪滾針軸承鉸接在第一立式直線 光軸固定座上，撞擊條頂端的側(cè)臂軸套有用于彈性限位的鍍鋅鋼絲扭簧，鍍鋅鋼絲扭簧的 扭臂端頂在撞擊支架側(cè)面，撞擊支架靠近中心體架的一側(cè)通過支架安裝有對射光電傳感器 模塊，對射光電傳感器模塊的對射光電傳感器之間設(shè)有擋片，擋片連接在撞擊條側(cè)面，撞擊 條底端側(cè)面安裝有用于敲擊西瓜的撞擊頭。
[0009] 所述的升降機構(gòu)包括螺紋手柄、螺孔法蘭、鋅合金軸承座、軸承連接件和透明吸 盤，螺孔法蘭安裝在中心體架中心，螺孔法蘭上通過螺紋套有螺紋手柄，螺紋手柄底部通過 軸承安裝在鋅合金軸承座上，軸承連接件固定安裝在鋅合金軸承座上，用于固定西瓜位置 的透明吸盤固定安裝在軸承連接件底面。
[0010] 所述的傳感器夾持部件包括傳感器支柱和第二立式直線光軸固定座，傳感器支柱 頂端固定安裝在滑塊底面，第二立式直線光軸固定座安裝在傳感器支柱底端，第二立式直 線光軸固定座的通孔中安裝有加速度傳感器，加速度傳感器朝向西瓜放置。
[0011] 所述加速度傳感器為娃電容式微機械加速度傳感器；娃電容式微機械加速度傳感 器通過焊接在傳感器電路板上再安裝到第二立式直線光軸固定座上，傳感器電路板外部包 裹一層泡沫塑料膜。
[0012] 本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是： 1、可以對西瓜赤道面上間隔為90°的三個位置進行同步采樣，以實現(xiàn)對樣品整體品質(zhì) 的準確分析。
[0013] 2、可以根據(jù)西瓜的大小調(diào)節(jié)活動支架，確保檢測點的位置始終保持在西瓜的赤道 部位，以應(yīng)對不同尺寸西瓜的測量要求，且測試時不會對西瓜及瓜藤造成損害。
[0014] 3、可以測量撞擊加速度在±50g范圍內(nèi)的加速度。
[0015] 4、撞擊部件的設(shè)計：本發(fā)明設(shè)計的撞擊部件集成化程度高，不受操作人員的熟練 程度影響，且不會對西瓜造成損害。
[0016] 5、可以將采樣后的加速度傳感器輸出信號通過USB轉(zhuǎn)TTL串口模塊傳送到計算機 中。
[0017] 6、自行編寫的"聲學(xué)振動分析軟件"可對上傳到計算機中的采樣后的加速度傳感 器輸出信號進行快速傅里葉變換、歸一化幅頻響應(yīng)、計算不同頻段BM值等處理，供研究人 員進一步分析西瓜品質(zhì)。
[0018] 7、操作簡單、體積小、重量輕。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明的總裝配側(cè)視圖。
[0020] 圖2是本發(fā)明的總裝配俯視圖。
[0021] 圖3是本發(fā)明的活動支架裝配側(cè)視圖。
[0022] 圖4是本發(fā)明撞擊部件的裝配側(cè)視圖。
[0023] 圖5是本發(fā)明傳感器夾持部件的裝配側(cè)視圖。
[0024] 圖6是傳感器電路原理圖。
[0025] 圖7是信號采集電路原理圖。
[0026] 圖中：1、臂架，2、中心體架，3、滑塊，4、手柄件，5、直線導(dǎo)軌，6、螺紋手柄，7、螺孔法 蘭，8、鋅合金軸承座，9、軸承連接件，10、透明吸盤，11、撞擊支架，12、撞擊條，13、螺栓型軌 跡滾輪滾針軸承，14、第一立式直線光軸固定座，15、鍍鋅鋼絲扭簧，16、傳感器支柱，17、對 射光電傳感器模塊，18、第二立式直線光軸固定座，19、擋片，20、撞擊頭。

【具體實施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方案作進一步的說明。
[0028] 如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括活動支架、撞擊部件和傳感器夾持部件，活動支架包 括頂支架、直線導(dǎo)軌5和升降機構(gòu)，頂支架包括四個臂架1、中心體架2、和手柄件4。
[0029] 如圖2所示，中心體架2側(cè)面四周均布安裝有四個臂架1，四個臂架1的長度方向 均沿中心體架2徑向安裝，各個臂架1內(nèi)沿長度方向安裝有直線導(dǎo)軌5,直線導(dǎo)軌5上均安 裝滑塊3,各個臂架1側(cè)面設(shè)有用于固定滑塊3移動的手柄件4。
[0030] 如圖1所示，四周其中一側(cè)臂架1的滑塊3下端安裝有撞擊部件，四周其余三側(cè)臂 架1的滑塊3下端各安裝有傳感器夾持部件，中心體架2中心安裝有用于固定西瓜中心位 置的升降機構(gòu)，西瓜的四周被撞擊部件和三個傳感器夾持部件夾持。
[0031] 如圖1、圖4所示，所述的撞擊部件包括撞擊支架11、撞擊條12、螺栓型軌跡滾輪滾 針軸承13、第一立式直線光軸固定座14和鍍鋅鋼絲扭簧15 ;呈U形的撞擊支架11倒置安 裝在滑塊3下端，撞擊支架11的U形開口端之間安裝有第一立式直線光軸固定座14,撞擊 條12頂端的側(cè)臂軸通過螺栓型軌跡滾輪滾針軸承13鉸接在第一立式直線光軸固定座14 上，撞擊條12頂端的側(cè)臂軸套有用于彈性限位的鍍鋅鋼絲扭簧15,鍍鋅鋼絲扭簧15的扭臂 端頂在撞擊支架11側(cè)面，撞擊支架11靠近中心體架2的一側(cè)通過支架安裝有對射光電傳 感器模塊17,對射光電傳感器模塊17的對射光電傳感器之間設(shè)有擋片19,擋片19連接在 撞擊條12側(cè)面，撞擊條12底端側(cè)面安裝有用于敲擊西瓜的撞擊頭20。
[0032] 如圖1、圖3所示，所述的升降機構(gòu)包括螺紋手柄6、螺孔法蘭7、鋅合金軸承座8、 軸承連接件9和透明吸盤10,螺孔法蘭7安裝在中心體架2中心，螺孔法蘭7上通過螺紋套 有螺紋手柄6,螺紋手柄6底部通過軸承安裝在鋅合金軸承座8上，軸承連接件9固定安裝 在鋅合金軸承座8上，用于固定西瓜位置的透明吸盤10固定安裝在軸承連接件底面。
[0033] 如圖1、圖5所示，所述的傳感器夾持部件包括傳感器支柱16和第二立式直線光軸 固定座18,傳感器支柱16頂端固定安裝在滑塊3底面，第二立式直線光軸固定座18安裝在 傳感器支柱16底端，第二立式直線光軸固定座18的通孔中安裝有加速度傳感器，加速度傳 感器朝向西瓜放置。
[0034] 所述的加速度傳感器為娃電容式微機械加速度傳感器；娃電容式微機械加速度傳 感器通過焊接在傳感器電路板上再安裝到第二立式直線光軸固定座18上，傳感器電路板 外部包裹一層泡沫塑料膜，以保護電路不受損害。將焊接有加速度傳感器的傳感器電路插 入第二立式直線光軸固定座18的通孔中，調(diào)節(jié)第二立式直線光軸固定座18頂部的內(nèi)六角 螺釘以夾緊傳感器電路。在第二立式直線光軸固定座18的前沿可以貼上保護墊防止傳感 器受損。
[0035] 圖1為裝置的總裝配圖，由活動支架、撞擊部件、傳感器夾持部件組成。本發(fā)明使 用時，將裝置放置在西瓜上，通過透明吸盤10吸附在西瓜上使裝置穩(wěn)固。通過旋動螺紋手 柄6調(diào)節(jié)活動支架的高度，使得撞擊部件和傳感器夾持部件均處于西瓜的赤道面上。通過 調(diào)節(jié)撞擊部件和傳感器夾持部件與裝置中心線之間的距離使這兩個部件緊貼西瓜。旋動安 裝在手柄件4上的手柄夾緊直線導(dǎo)軌上的滑塊，使得撞擊部件和傳感器夾持部件的位置固 定。撥動撞擊條12,釋放后撞擊條12的撞擊頭20撞擊西瓜，傳感器即會自動開始米集振動 信號。
[0036] 本發(fā)明的零件之間可通過螺紋緊固件連接。手柄件4上安裝螺紋手柄，通過安裝 在手柄件4上的螺紋手柄將滑塊滑動的距離控制在0-51. 5mm。
[0037] 直線導(dǎo)軌5上的滑塊可以在導(dǎo)軌上做直線滑動?；瑝K上可以用螺釘安裝撞擊部件 和傳感器夾持部件，因此裝撞擊部件和傳感器夾持部件可以根據(jù)西瓜的大小調(diào)整其與活動 支架中心線之間的距離。
[0038] 透明吸盤10具有吸附西瓜的功能，使得活動支架可以放置在西瓜上而不掉落，通 過旋轉(zhuǎn)螺紋手柄6,使得活動支架可以上下移動，因此可以將撞擊部件和傳感器夾持部件調(diào) 整到西瓜的赤道面上。撞擊部件的撞擊點和傳感器夾持部件的夾持點共面，即三個加速度 傳感器和對射光電傳感器安裝在同一平面上。
[0039] 撞擊支架11直接前端安裝有對射光電傳感器模塊，撞擊條12中部適當(dāng)位置安裝 一塊擋片19。當(dāng)撥動撞擊條時，鍍鋅鋼絲扭簧15被壓縮，釋放撞擊條即可撞擊西瓜，在撞擊 到西瓜的同時，擋片19擋住對射光電傳感器，傳感器信號采集開始。
[0040] 具體實施中通過將撞擊條撥動到撞擊支架11的后沿使得每次撞擊的力度均相 同。可以更換不同的扭簧使撞擊力度不同，可以在撞擊條的前端安裝具有一定彈性的材料 如橡膠、EVA、軟木等防止撞擊時對西瓜的損害。
[0041] 加速度傳感器可采用飛思卡爾MMA2202KEG的硅電容式微機械加速度傳感器，傳 感器電路原理圖如圖6所示。可根據(jù)撞擊加速度大小的不同選用不同型號的傳感器。傳感 器輸出電壓信號，該電壓信號與加速度呈線性關(guān)系。傳感器電路由信號采集電路供電。
[0042] 對射光電傳感器模塊17可米用H206對射光電傳感器模塊。
[0043] 本發(fā)明的三個加速度傳感器和對射光電傳感器17采集得到的信號傳輸?shù)饺鐖D7 所示的信號采集電路中，包括模數(shù)傳感器、8051單片機U1或其兼容機、8路鎖存器U5、擴展 存儲器U6和USB轉(zhuǎn)TTL串口模塊。所述加速度傳感器連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器、8051單片機或其 兼容機；所述8051單片機或其兼容機再連接8路鎖存器U5 ;所述8路鎖存器U5再連接擴 展存儲器U6 ;所述USB轉(zhuǎn)TTL串口模塊一端連接8051單片機或其兼容機的串口引腳（P3. 0 和P3. 1 )，另一端連接計算機的USB接口。
[0044] USB轉(zhuǎn)TTL串口模塊如：WaveShare PL2303TA USB轉(zhuǎn)TTL串口模塊將計算機的USB 接口轉(zhuǎn)換為RS232接口，為整個信號采集電路供電。電路中芯片U2的SENS0R0、芯片U3的 SENS0R1、芯片U4的SENS0R2與三個加速度傳感器中的信號輸出引腳相連。
[0045] 單片機U1 :AT89C51RB2的PL 0、P1. 1和P1. 2引腳用于分別接收3個模/數(shù)轉(zhuǎn)換 器如：LTC1292CCN8的串行輸入，P1. 6和P1. 7引腳分別連接3個模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的控制引腳 CLK和CS，用以同步控制3個模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。單片機的P0 口和P2 口與擴展存儲器如：62256 相連。
[0046] 單片機U1的P0 口還與8路鎖存器U5如：74HC373相連。8路鎖存器U5的Q0-Q7 引腳分別與擴展存儲器U6的A0-A7引腳相連。PTP3. 0、PRP3. 1與USB轉(zhuǎn)TTL串口模塊的 TXD、RXD相連，單片機U1的PHP3. 2與對射光電傳感器模塊的輸出腳相連，對射光電傳感器 模塊由信號采集電路供電。信號采集電路與USB轉(zhuǎn)TTL串口模塊、傳感器電路和對射光電 傳感器模塊之間的通過XH2. 54端子連接線和杜邦線連接，將USB轉(zhuǎn)TTL串口模塊插入計算 機USB接口即可啟動電路，測試就緒。
[0047] 本發(fā)明裝置可配合"聲學(xué)振動分析軟件"使用，完成數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)解碼和數(shù)據(jù)分 析的功能。上述USB轉(zhuǎn)TTL串口模塊將計算機的USB接口轉(zhuǎn)換成了 RS232接口，"聲學(xué)振動 分析軟件"能夠從轉(zhuǎn)換成的RS232接口自動接收信號采集電路上傳的數(shù)據(jù)，通過對接收的原 始二進制流進行移位等操作完成解碼，得到加速度傳感器輸出的實際電壓信號。可對采樣 后的加速度傳感器輸出信號進行快速傅里葉變換、歸一化幅頻響應(yīng)、計算不同頻段總能量 (Baud Magnitude, BM)值處理，進行進一步分析西瓜品質(zhì)。
[0048]自行編寫的"聲學(xué)振動分析軟件"可對上傳到計算機中的采樣后的加速度傳感器 輸出信號進行快速傅里葉變換、歸一化幅頻響應(yīng)、計算不同頻段總能量（Baud Magnitude, BM)值處理,供研究人員進一步分析西瓜品質(zhì)。
[〇〇49] 上述【具體實施方式】用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的 精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范 圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種西瓜敲擊振動多點同步測量裝置，其特征在于：包括活動支架、撞擊部件和傳 感器夾持部件，活動支架包括頂支架、直線導(dǎo)軌（5)和升降機構(gòu)，頂支架包括四個臂架（1)、 中心體架（2)、和手柄件（4); 中心體架（2)側(cè)面四周均布安裝有四個臂架（1)，四個臂架（1)的長度方向均沿中心體 架（2)徑向安裝，各個臂架（1)內(nèi)沿長度方向安裝有直線導(dǎo)軌（5)，直線導(dǎo)軌（5)上均安裝滑 塊（3)，各個臂架（1)側(cè)面設(shè)有用于固定滑塊（3)移動的手柄件（4);四周其中一側(cè)臂架（1) 的滑塊（3)下端安裝有撞擊部件，四周其余三側(cè)臂架（1)的滑塊（3)下端各安裝有傳感器夾 持部件，中心體架（2)中心安裝有用于固定西瓜中心位置的升降機構(gòu)，西瓜的四周被撞擊部 件和三個傳感器夾持部件夾持。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種西瓜敲擊振動多點同步測量裝置，其特征在于：所述的 撞擊部件包括撞擊支架（11)、撞擊條（12)、螺栓型軌跡滾輪滾針軸承（13)、第一立式直線 光軸固定座（14)和鍍鋅鋼絲扭簧（15);呈U形的撞擊支架（11)倒置安裝在滑塊（3)下端， 撞擊支架（11)的U形開口端之間安裝有第一立式直線光軸固定座（14)，撞擊條（12)頂端的 側(cè)臂軸通過螺栓型軌跡滾輪滾針軸承（13)鉸接在第一立式直線光軸固定座（14)上，撞擊 條（12)頂端的側(cè)臂軸套有用于彈性限位的鍍鋅鋼絲扭簧（15)，鍍鋅鋼絲扭簧（15)的扭臂 端頂在撞擊支架（11)側(cè)面，撞擊支架（11)靠近中心體架（2)的一側(cè)通過支架安裝有對射光 電傳感器模塊（17 )，對射光電傳感器模塊（17 )的對射光電傳感器之間設(shè)有擋片（19 )，擋片 (19)連接在撞擊條（12)側(cè)面，撞擊條（12)底端側(cè)面安裝有用于敲擊西瓜的撞擊頭（20)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種西瓜敲擊振動多點同步測量裝置，其特征在于：所述的 升降機構(gòu)包括螺紋手柄（6)、螺孔法蘭（7)、鋅合金軸承座（8)、軸承連接件（9)和透明吸盤 (10)，螺孔法蘭（7)安裝在中心體架（2)中心，螺孔法蘭（7)上通過螺紋套有螺紋手柄（6)， 螺紋手柄（6 )底部通過軸承安裝在鋅合金軸承座（8 )上，軸承連接件（9 )固定安裝在鋅合金 軸承座（8)上，用于固定西瓜位置的透明吸盤（10)固定安裝在軸承連接件底面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種西瓜敲擊振動多點同步測量裝置，其特征在于：所述的 傳感器夾持部件包括傳感器支柱（16)和第二立式直線光軸固定座（18)，傳感器支柱（16) 頂端固定安裝在滑塊（3)底面，第二立式直線光軸固定座（18)安裝在傳感器支柱（16)底 端，第二立式直線光軸固定座（18)的通孔中安裝有加速度傳感器，加速度傳感器朝向西瓜 放置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種西瓜敲擊振動多點同步測量裝置，其特征在于：所述加 速度傳感器為硅電容式微機械加速度傳感器；硅電容式微機械加速度傳感器通過焊接在傳 感器電路板上再安裝到第二立式直線光軸固定座（18 )上，傳感器電路板外部包裹一層泡沫 塑料膜。
【文檔編號】G01N29/22GK104062357SQ201410223740
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】崔笛, 黃思淵, 應(yīng)義斌, 葉尊忠 申請人:浙江大學(xué)