生物物料学-声学特性在农产品检测中的应用.pdf

声学特性在农产品检测中的应用 一、研究背景  声学特性在农产品上的应用概述 利用农产品的声学特性对其进行无损检测和分级是现代声学、电子学、计算机、生物学等技术 在农产品生产和加工中的综合应用。它具有适应性强、检测灵敏度高、对人体无害、使用灵活、设 备轻巧、成本低廉、可在野外及水下等各种环境中工作和易实现自动化等优点, 是一项正在飞速发 展的新技术, 在不少发达国家该技术经过近30年来的研究和发展, 已逐步进入实际应用阶段。  我国现状 在我国, 声波检测技术在工业和医学上的应用已比较广泛, 而对该技术在农产品生产和加工中的 应用还未引起足够的重视, 我们应充分利用发达国家已取得的经验, 对农产品的声学特性与其品质之 间的关系进行深入的研究, 以便应用该技术对农产品进行无损检测和分级, 增强我国农产品处理和加 工的能力, 提高我国农产品在国际市场上的竞争力。 一个典型的利用声学特性进行农产品检测的系统 二、声学特性在农产品中的应用 原理 利用农产品的声学特性对其品质进行无 损检测是20 世纪80 年代以来发展形成的新 技术。农产品的声学特性是指农产品在声波 作用下的反射特性、散射特性、透射特性、 吸收特性、衰减系数和传播速度及其本身的 声阻抗与固有频率等, 它们反映了声波与农 产品相互作用的基本规律。 故根据农产品的声学特性即可判断其品 质如何, 并据此进行分级。用于检测的超声 波为低能超声波, 在被检物中传播时不会引 起其物理或化学特性的变化, 以实现无损检 测。 三、声学特性检测农产品装置的基本组成部分 农产品声学特性的检测装置通常由声波发生器、声波传感器、电荷放大器、动态 信号分析仪、微型计算机、绘图仪或打印机等组成。检测时，由声波发生器发出的声 波连续射向被测物料，从物料透过、反射或散射的声波信号，由声波传感器接收，经 放大后送到动态信号分析仪和计算机以进行分析，即可求出农产品的有关声学特性。 绘图仪或打印机 （现在可能已被 声波发生器 声波传感器 电荷放大器 动态信号分析仪 微型计算机 显示屏和文件） 直接取代 四、声学特性实际应用举例 利用测定共振频率确定苹果硬度 图所示为一苹果硬度的检测系统, 测试时, 用榔头轻叩苹果, 由苹果另一侧的声波传感器 采集声脉冲响应信号, 经放大后送到HP5423A 动态信号分析仪, 经快速傅里叶变换可求得其 共振频率f , 根据苹果硬度与f 2m2/ 3 m 为 苹果的质量) 成正比, 即可求出硬度。 四、声学特性实际应用举例 利用超声波检测马铃薯空心 该系统中, 超声探头经偶合剂直接与马铃 薯表面接触, 测试时高能脉冲发生器产生的脉 冲电信号由发射探头转换为宽频带超声波, 并 射入马铃薯中, 遇到不连续组织时, 一部分波 能被反射, 另一部分继续传播, 穿过马铃薯的 超声波则被另一侧的接收探头接收, 放大后在 示波器上显示, 经计算机分析可求出超声波穿 过马铃薯所需的时间和透射信号的强弱。由于 马铃薯中的空心会导致超声波的多次反射, 所以通过空心马铃薯的信号比通过实心马 铃薯的信号弱, 波动时间长, 并有更多的波峰 和波谷, 而且透射信号的幅值、功率谱密度及 谱动量 M0, 即为功率谱密度曲线下的面积) 也要小得多。根据这些差异, 我们就可以将空 心与实心马铃薯区分开来 四、声学特性实际应用举例 基于声学特性的西瓜糖度检测系统 西瓜声学特性测试系统由包裹橡皮的金属 小球、压电式加速度传感器、电荷放大器、数 据采集卡（PCL1800）和计算机等组成。试验， 将包裹橡皮的金属小球从30°的位置释放，小 球敲击西瓜表面而产生声波