西瓜无损检测方法
论文-利用超声检测西瓜的成熟度
分类号： O426.9本科生毕业论文（设计）题目：西瓜成熟度的超声检测法作者单位物理学与信息技术学院作者姓名张俊贤专业班级应用电子技术教育（1）班指导教师（职称）郭建中（教授）论文（设计）完成时间二〇一四年五月西瓜成熟度的超声检测法张俊贤陕西师范大学物理学与信息技术学院，陕西西安 710062摘要: 超声波法无损检测技术以其操作简单、快速、适应性强、检测精度较高等特点而在农产品品质无损检测中得到了广泛应用。
为达无损检测西瓜成熟度的目的，本研究在自主搭建的超声学检测台上采集透过西瓜的超声学信号，提取超声从脉冲发射点传到接收点过程中声透过率参数（δ）。
从中选取相关系数前30位的声透过率值，借助软件中多元线性回归函数建立多元线性回归方程。
研究不同发射点和信号接收点组合所建模型的预测值和实测值。
试验结果表明，发射点和接收点位于赤道部位能获得较好的测定模型。
利用Matlab软件中的仿真技术，对超声衰减与西瓜硬度进行仿真。
成熟度指数与坚硬度有较为接近的线性关系。
因此,用西瓜成熟度指数来检验西瓜的成熟程度是一种比较有效的无损检测方法。
关键词：西瓜；超声衰减；Matlab仿真；坚硬度1前言随着现代食品工业的发展以及为了满足市场竞争的需求，人们越来越多地把主要精力投向提高产品品质。
因此，建立有效的农产品无损检测方法对促进食品产业健康蓬勃发展以及提高国民生活质量发挥着重要作用。
在农产品加工中，水果的成熟度以及随后的质量评估都非常重要。
要求有一种可靠、快速、非破坏性的检测技术，用来测量水果中与成熟和品质有关的一些物理性质。
西瓜作为世界上的重要水果之一，为人们所喜爱，给人们带来可观的经济效益。
在判断西瓜成熟度方面,人们积累了丰富的经验,比如“计算生长期”,“观察外部形态”,“触、拍、压、闻”等无损检验法,为消费者提供成熟的西瓜起到了关键作用。
但这些方法依赖于个人经验等主观因素,尤其消费者难以掌握。
然而按西瓜成熟度分级销售,对销售者和消费者都是有益的。
西瓜品质检测
2.2 动态特性测试法
▪ 在不同预加载荷、激振功率、成熟程度等条 件下，测定动态试验的弹性模量和相位角。 测试原理是正弦交变应力- 应变动态试验。 作轴向加载时，正弦力由正弦波发生器经过 放大器后，由电动式振荡器产生，一个压电 加速度传感器固定到振荡器轴上，样品夹在 两个圆盘之间，一个圆盘连接到振动器上， 另一个经动态力传感器连接到刚性支撑之间， 以测定静态预载荷，加速度和力传感器的信 号经放大，通过水平和垂直通道输入存储示 波器，通过调节功率放大器改变激振功率 （测定输入激振器的功率获得激振功率）
托盘运动到成熟度测定处，两个定位臂自动动作，使其停止在 预定位置上。三个互成120℃可沿导杆垂直上下移动的听筒状声 波传感器根据果高测定装置测出的果高，自动下移至西瓜赤道 高度后，再水平移动，与西瓜表面接触。此时，和声波传感器， 同步下移的打击装置动作打击西瓜。打击声波被三个传感器检 测，经放大及模式转换后，输入电子计算机进行声波解析，并 根据预定的鉴别基准，判断成熟度和内部空洞，判定结果输出 到成熟度表示装置，控制臂动作压下托盘上相应的表示装置。 然后传感器和打击装置离开西瓜并升起，完成一次测定。该装 置测定一个西瓜只需4s。
西瓜物理ห้องสมุดไป่ตู้质主要包括质量、硬度、 等方面。
判定西瓜物理品质的方法主要有声 波振动法、动态特性测试法
2.1声波振动法
利用打击声波解析测定装置，判定 西瓜的成熟度及内部空洞。
2.1.1 西瓜声波检测装置示意图
2.1.2 基本检测原理
果品的声波特性随内部果肉的性质不同而 变化。西瓜果实受到打击时，产生的声波 的特点与西瓜的内部品质有关。
声波的特点：波形 功率谱峰值频率 对称度 指数衰减率
未熟西瓜
▪ 打击声波为非对称 波 形，波形对称度 为 0.55-0.80，指 数衰减率为0.400.76由快速傅立叶 变换法解析出的功 率谱峰值频率为 164-280Hz
无损检测水果品质的方法及果品仪器清单
无损检测水果品质的方法及果品仪器清单水果品质的主要评定指标通常包括糖度、酸度、成熟度、新鲜度、硬度等多种理化指标。
传统的水果品质评定方法主要是化学分析法，需要耗费相当的化学试剂，测试分析过程烦琐，速度慢，通常用测定少量的样本来代替批次水果的品质，而且测试时必须破坏水果，在水果品质分级中实际意义不大。
近年来兴起的无损检测法，依据水果物理力学、光学、电学、生物学特性，在不破坏水果本身测定了水果的相关理化指标，不需要化学试剂和烦琐的分析过程，方法简单、快捷，测试数据准确性高，有利于实现果品内部品质的在线分级控制，因此有广泛的应用前景。
水果品质的无损检测法在国内外均有相当的研究，有的已得到商业应用。
本文将介绍电特性测试法、动态特性测试法、近红外线测试法、声学特性分析法等几种水果无损检测法的测试原理。
1、果品仪器—电特性测试法水果的生物组织内部存在大量带电粒子形成的生物电场，水果在生长成熟、受损及腐败变质过程中的生物化学反应将伴随物质和能量的转换，导致生物组织内各类化学物质所带电荷量及电荷的空间分布的变化。
生物电场的分布和强度，从宏观上影响水果的电特性。
Thompson 等人研究了300～900 MHz 频段内苹果电特性的变化规律，发现苹果电特性与其成熟度密切相关。
Mclendon 等人发现在0.5～5 kHz频段内梨的介电常数和损耗角正切随频率增长而呈减小趋势。
但随着梨的逐渐成熟，两者均逐渐增大。
Nelson 等人在0.2～20 GHz 频段内对多种水果进行了研究，结果表明所测试的水果的介电常数随频率的增加均稳定减小。
加藤宏郎在10 Hz～13 MHz 频段内对比分析了损坏水果与正常水果在电特性方面的差异，结果表明损坏水果的串、并联等效电阻及阻抗在该频段内低于正常水果，而串联等效电容及损耗因数值则比正常水果大，串联等效电阻与水果的新鲜度或成熟度相关。
水果内部品质与宏观电特性的关系如下：水果电特性的检测方法有切片、突刺、接触和非接触等方法，前二种属于有损检测，后二种将被测水果直接放入平板电极间测定其电特性参数，属于无损检测。
西瓜成熟度音频无损检测技术
西瓜成熟度音频无损检测技术
肖珂;高冠东;滕桂法;张玉新;贾宇琛
【期刊名称】《农机化研究》
【年(卷),期】2009(031)008
【摘要】为了满足采收前后对西瓜成熟度无损检测的需要,实现了在田间环境下通过音频功率谱峰值频率检测西瓜成熟度的方法.在信号预处理部分,提出了使用短时能量和过零率提取出打击信号的算法,能够准确判断打击信号的起止点,完整地提取出每次敲击西瓜的音频信号用于下一步处理,并滤除了录制音频中的微小干扰噪音.在检测成熟度部分,通过实验划分了不同成熟度下功率谱峰值频率区间范围,并用该划分的区间检测西瓜的成熟度.经验证,该方法达到了较高的检测准确度.
【总页数】4页(P150-152,155)
【作者】肖珂;高冠东;滕桂法;张玉新;贾宇琛
【作者单位】河北农业大学,信息科学与技术学院,河北,保定,071001;河北农业大学,信息科学与技术学院,河北,保定,071001;河北农业大学,信息科学与技术学院,河北,保定,071001;河北农业大学,信息科学与技术学院,河北,保定,071001;河北农业大学,信息科学与技术学院,河北,保定,071001
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.42;S126
【相关文献】
1.小型西瓜果实成熟度的无损定性判别 [J], 李永玉;赵洪卫;常冬;韩东海
2.基于音频特性的西瓜成熟度无损检测技术研究 [J], 张玉新;赵洋;陶佳
3.浅谈具有成熟度无损检测功能的8424型西瓜大棚控制系统 [J], 耿同
4.基于MEMS的西瓜成熟度无损振动检测 [J], 涂文俊;张宇;耿涛;李晓;王薪淼
5.西瓜成熟度无损检测技术的研究进展 [J], 黄语燕;朱亨银
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
论文-利用超声检测西瓜的成熟度
分类号： O426.9本科生毕业论文（设计）题目：西瓜成熟度的超声检测法作者单位物理学与信息技术学院作者姓名张俊贤专业班级应用电子技术教育（1）班指导教师（职称）郭建中（教授）论文（设计）完成时间二〇一四年五月西瓜成熟度的超声检测法张俊贤陕西师范大学物理学与信息技术学院，陕西西安 710062摘要: 超声波法无损检测技术以其操作简单、快速、适应性强、检测精度较高等特点而在农产品品质无损检测中得到了广泛应用。
为达无损检测西瓜成熟度的目的，本研究在自主搭建的超声学检测台上采集透过西瓜的超声学信号，提取超声从脉冲发射点传到接收点过程中声透过率参数（δ）。
从中选取相关系数前30位的声透过率值，借助软件中多元线性回归函数建立多元线性回归方程。
研究不同发射点和信号接收点组合所建模型的预测值和实测值。
试验结果表明，发射点和接收点位于赤道部位能获得较好的测定模型。
利用Matlab软件中的仿真技术，对超声衰减与西瓜硬度进行仿真。
成熟度指数与坚硬度有较为接近的线性关系。
因此,用西瓜成熟度指数来检验西瓜的成熟程度是一种比较有效的无损检测方法。
关键词：西瓜；超声衰减；Matlab仿真；坚硬度1前言随着现代食品工业的发展以及为了满足市场竞争的需求，人们越来越多地把主要精力投向提高产品品质。
因此，建立有效的农产品无损检测方法对促进食品产业健康蓬勃发展以及提高国民生活质量发挥着重要作用。
在农产品加工中，水果的成熟度以及随后的质量评估都非常重要。
要求有一种可靠、快速、非破坏性的检测技术，用来测量水果中与成熟和品质有关的一些物理性质。
西瓜作为世界上的重要水果之一，为人们所喜爱，给人们带来可观的经济效益。
在判断西瓜成熟度方面,人们积累了丰富的经验,比如“计算生长期”,“观察外部形态”,“触、拍、压、闻”等无损检验法,为消费者提供成熟的西瓜起到了关键作用。
但这些方法依赖于个人经验等主观因素,尤其消费者难以掌握。
然而按西瓜成熟度分级销售,对销售者和消费者都是有益的。
基于无损检测技术的西瓜糖度数据库的设计与实现
基于无损检测技术的西瓜糖度数据库的设计与实现1.南京农业大学工学院江苏南京 2100312.2.东台市金津果业有限公司江苏盐城 224200摘要：随着计算机技术的发展以及化学计量学研究方法的日益深入，无损检测技术在食品分析、农产品品质检测等领域得到了广泛应用。
西瓜的内部品质检测和分级是提高西瓜品质中最重要的方法之一，而数据库的建立是其中的关键技术。
为了无损检测西瓜糖度，开发了西瓜糖度的数据库，根据收集的西瓜重量、果形、花纹等不同信息输入数据库，建立一个基于糖度的数据库，以用于生产线上的西瓜糖度无损检测，以此满足西瓜在后期生产线的自动分级和包装。
关键词：数据库；糖度检测0引言随着人们生活水平的提高，消费者对西瓜的品质有了更高的要求，然而由于气候的不同、栽培方式不同及其地理环境的差异，导致市场上的西瓜良莠不齐，高质量的西瓜无法卖出它应有的价格，严重影响了果农的收入。
由于这些原因，西瓜的糖度检测就变得尤为重要。
而传统的西瓜糖度检测都是破坏性的，因此无法对市场上出售的西瓜进行分级。
本项目旨在通过收集西瓜糖度数据，建立西瓜糖度数据库，以此来对西瓜糖度无损检测进行研究，完成对西瓜的无损品质分级，提升高质量西瓜的竞争力和价格，减少农民人均劳动力，将机械全自动化应用到农业中，从而提高果农的收入。
1 数据库研发背景九十年代，N Sarkar、Dabenel A 等专家学者便开始使用计算机的图像处理手段和模式识别技术对果品大小、表面损伤等分级进行了研究。
Gutiérrez 等使用移动高光谱成像和不同的机器学习算法在田间条件下对大量葡萄品种进行分类。
日本对水果内部检测技术进行研究是在上世纪八十年代，截止目前，全球最先进的水果分级筛选设备是由日本MAKI公司制造的，该设备可以做到在线同时检测多种指标，可以判断水果内部病变，检测速度可以达到每秒三个及以上。
意大利的SACMI公司具有温湿度补偿功能的西瓜糖度、酸度、成熟度和空心的高精度检测近红外光谱检测分级装备。
基于MEMS的西瓜成熟度无损振动检测
本系统使用 ／ ． ２ ｍ ｚ 来表示西瓜的成熟度 （ 其中 ， 代表西瓜 的一 阶 固有频率 Ｈ ｚ ，ｍ代表西瓜的质量 ） 。选择这个指数的另外一个原 因 是它与 国外对水果成熟度无损检测所取的指数一致 。 国外研究甜瓜 、 桃、 苹果 、菠萝等水果时也采用 厂 ｍ 作 为成熟度 的物理检验指数 ，以代 替有损伤 的压缩试验的检验方法 。 而且成熟度指数与含糖量有较为线性 的关 系， 因此用西瓜成熟度指数来检验西瓜 的成熟度是一种 比较有效的
通过 多次试验发现 ：对于质量一定 的西瓜 ，振动基频越高 ，含糖量
越低 ； 但 西瓜 的含糖量还与其质量有一定 的关系 ， 即对于振动基频一定
的西瓜 ， 质量越大 ， 含糖量也越低 。 西瓜的成熟度指数与质量和频率都
有关系。 成熟西瓜 的固有频率范围 ：１ １ ０ ～ １ ６ ０ Ｈ ｚ 。 成熟度指数标 准 ｐ ＝ ７ ５ ０ ０ ０ ， 小于该指数则西瓜成熟 ， 大 于该指数为
、
引言
近年来 ， 随着对水果需求 的提高 ， 国内外水果 的产量逐年上升 ， 人 们对水果 品质也有 了更高的要求 。 研究表明水果在采摘 、 包装 、 储 运及 加工等作业环节 中， 由于不同成熟度的水果相互混杂等原因造成的损失 率高达 ３ ０ ． ４ ５ ％， 若能根据水果的不同物理特性对水果 品质进行评 定与 分级 ， 从 而对过 于成熟和未成熟的水果能及时加工 ， 对提高储藏质量 是 非常重要 的， 为此 ， 国内外许多科研工作者对水果 的物理特性进行了大
感器 电路 、单片机、按键 、Ｌ Ｃ Ｄ显示器 。系统结构如 图 ｌ 所示 ： ８ ６ 中国电子商务 ２ ０ １ ３ ・ ０ ５
试验选用的西瓜 品种为 “ 景欣二号” ， 选取数量为 １ ５ 个 ，图 ３为对
小型西瓜果实成熟度的无损定性判别
小型西瓜果实成熟度的无损定性判别李永玉;赵洪卫;常冬;韩东海【摘要】将与西瓜成熟度相关的10项指标,经聚类分析分为完全成熟和不完全成熟两大类,利用PCADA和PLSDA两种建模方法,通过近红外光谱分析,针对小型西瓜京秀果实成熟度进行了定性判定.其中PCADA模型的效果最好.赤道部位建模的效果优于瓜顶部位.两个模型中均有误判,且存在着共同被误判的样品,果实样品理化成分和结构的不同都会对光谱信息产生影响,从而导致误判.漫透射近红外技术在小型西瓜成熟度检测方面可以获得较好的效果.但是建立预测模型时应选择合适的光谱采集部位和建模方法.%Dividing watermelons into two categories as not complete mature and fully mature by cluster analyzing the 10 indicators associated with maturity, the two modeling methods PCADA and PLSDA were used, and through the near-infrared spec-troscopy, the maturity of small watermelon fruit JINGXIU was qualitatively determined. The PCADA model is the best Modeling at the top position is better than that of the equatorial parts of the melon. The two models both have a miscarriage of justice, and exists the same sample with a miscarriage of justice. Fruit samples of different physical and chemical composition and structure will have an impact on the spectral information, resulting in miscarriage of justice. Near-infrared diffuse transmittance technique can get better results in detection of small watermelon maturity. But the prediction model should be established to select the appropriate parts of the spectrum acquisition and modeling methods.【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2012(032)006【总页数】5页(P1526-1530)【关键词】小型西瓜;果实成熟度;近红外光谱;定性判别【作者】李永玉;赵洪卫;常冬;韩东海【作者单位】中国农业大学工学院,北京100083;中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京100083;中国农业大学工学院,北京100083;中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】O433.4现有西瓜品质光谱学无损检测多为定量检测。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
原理： 西瓜成熟度的根本是 果蔬糖度、酸度、果 肉软硬程度等内部品 质指标。而有损检测 的最大特点就是要打 开西瓜才能验明正身
方法：糖度计等检测
ห้องสมุดไป่ตู้
无损检测
• NDT （Non-destructive testing），就是利 用声、光、磁和电等特性，在不损害或不 影响被检对象（西瓜）使用性能的前提下， 检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性， 给出缺陷的大小、位置、性质和数量等信 息，进而判定被检对象所处技术状态（品 质等）的所有技术手段的总称。
其他方法
除此之外, 还常利用密度、硬度、强制变形及生物传 感器等技术方法对果蔬进行无损检测与分选。
各种方法的评价与展望
对于各种无损检测方法, 它们各有自己的优缺点。 光学检测中利用红外光照射和红外反射所得的图像进行分析,
来检测西瓜产品是否有损伤, 但只能对西瓜表面的损伤进 行较好的检测; 力学检验中撞击技术则容易对西瓜造成新的损伤; 电学检测 尚在研究； 核磁共振检测、电子鼻检测其实验仪器成本较高； 声学特性则是实现硬度自动检测的有效方法; 机器视觉技术的应用是实现西瓜产品品质自动识别和分级的 最有效的方法。
很多学者就对果蔬产品的声波振动特性进行过深入研究, 他们把坚硬系数f 2m 2ö3 (f 和m 分别各自代表第二共鸣频 率和果蔬的质量) [5][6][7]作为果蔬产品硬度品质的独立指 标。
利用核磁共振技术
果蔬在成熟过程中，水、油和糖的氢质子的迁移率会随其 含量的变化而变化。另外，水、油、糖的浓度和迁移率还 与其他一些因素( 如机械破损、组织衰竭、腐烂、虫害以 及霜冻损害等)有关[8]。 基于以上特点，核磁共振可用于检测西瓜的压伤、虫 害、成熟度等。
期
[3]应义斌,刘燕德.水果内部品质光特性无损检测研究及应用.浙江大学学报.125129 2019.
[4]李静,操庆国.无损检测技术在农产品品质检验中的应用.农业工程学报.10018972.2019.21.032.
[5]於锋.西瓜成熟度的非生物学信息研究及检测仪器开发. [6]王书茂,焦群英.西瓜成熟度无损检验的冲击振动方法.农业工程学报.Vo l. 15
国内可参考应义斌, 刘燕德等(2019) [3]介绍了水果内部品质光学 特性检测原理、检测系统组成以及国内外最新研究进展和应用前 景的论文。
利用果蔬产品的声波振动特性
声学特性检测是利用样品在声波作用下的反射特性、散射 特性、透射特性、吸收特性、衰减系数和声波传播速度及 本身声阻抗、固有频率等的变化与农产品内部组织变化信 息间的关系来反映声波与样品相互作用的基本规律，并据 此做定量分析[4]。
利用机器视觉技术
机器视觉技术于农业中的应用研究, 始于20 世纪70 年代末期, 主要进行的是植物种类的鉴别、农产品品质检测和分级。
随着图像处理技术的迅猛发展和计算机软硬件的日益提高, 机器视觉系统在果蔬品质自动检测和分级领域的应用已得 到了较大的发展, 并促进了新的算法和硬件体系结构的发 展, 以便于将该技术应用于水果和蔬菜内部品质的自动分 选系统。
随着计算机技术、自动化控制技术等的发展，各种检测技术 的综合，西瓜的检测将会越来越简单、快速、智能。
各种检测仪器
糖度计
手持数显糖度计
小植物磁共振成像仪
多功能水果无损检测分析仪 （光电）
但现在市场最多的是基于红外反射的检测仪
参考文献
[1]张立彬.果蔬产品品质无损检测技术的研究进展.农业工程学报.Vo l. 21 No. 4 [2]韩东海,王加华.水果内部品质近红外光谱无损检测研究进展.中国激光.2019年08
利用西瓜的光学特性
由于西瓜的内部成分及外部特性不同, 在不同波长的射线照射下, 会 有不同的吸收或反射特性, 且吸收量与西瓜的组成成分、波长及照射 路径有关。主要有规则反射光法、漫反射光法和透射光法。
其中，近红外光谱在农产品品质检测及分级领域的应用[2]已经 取得很大进展，主要集中于粮食、水果等原料分级、成熟度、 新鲜度、含水量、含糖量等指标的测定。 现状：目前这种方法是无损检测与分拣技术中最实用的和最成 功的技术之一, 具有适应性强、检测灵敏度高、对人体无害、使 用灵活、设备轻巧、成本低和易实现自动化等优点, 目前国外已 逐步进入实际应用阶段。
应用方法
• 利用西瓜的电学特性 • 利用西瓜的光学特性 • 利用西瓜的声波振动
特性 • 利用核磁共振技术 • 利用机器视觉技术 • 利用电子鼻技术 • 利用撞击技术 • 利用X射线 • 利用其他方法
利用西瓜的电学特性
国外：Nelson (1980～1983)、日本学者加藤宏朗(1988) [1]等研究 表明：果蔬的一些介电参数与其内部品质有一定的相关性, 且介电参 数的测量结果与所选择的测试频率有密切关系；
利用电子鼻技术
• 对很多水果和蔬菜来说, 芳香是一种重要的品质属 性。目前, 电鼻子仍然是 测量食品和农产品气味和 芳香的最好的检测器[10]。
• 用来判断水果成熟度的一 种商业芬芳传感器于1990 年在日本就投入市场。
利用撞击技术
一个弹性球体撞击一个刚性表面的反作用力与撞击的速率、 质量、曲率半径、弹性系数和球体的泊松比等有关。研究 者发现水果对刚性表面的撞击基本上能用弹性球体进行模 拟, 水果的硬度对撞击的反作用力有直接的影响。
但目前, 这种方法在国内有关这方面的研究报道比较少, 且由 于此方法本身存在导致水果损伤的可能性缺陷, 必须要求 有较高的传感器系统。
利用X射线
X 射线具有穿透能力、衍射 作用和激发荧光的特性， 其无损检测原理主要是基 于其穿透能力的性质。
由于检测对象内部存在的缺 陷或者异物会引起穿透射 线强度的变化，通过检测 穿透后的射线强度，按照 一定方法转化成图像，并 进行分析以达到无损检测 的目的。
国内：尚处于起步阶段,张立彬进行过苹果、梨的电学特性与新鲜度 的关系的研究,结果表明, 水果的电学特性参数与水果品质密切相关, 为实现水果在线无损品质检测和自动分级奠定了理论基础。
现状：目前, 这方面的技术研究还不 甚成熟, 尚未真正 投入生产应用, 在国内也正处于研究的起步阶段, 因 此想用来检测西瓜成熟度还路漫漫其 修远兮~