基于声振响应法的香梨硬度无损检测.pptx

基于声振响应法的香梨硬度无损检测 组员： 目 录 本文针对香梨硬度这一重要的内部品质差异问题，采用压电梁式传感器开展了香梨的声振响应特性测试分析，确定了香梨共振频率和声速 2 种响应参数同步稳定可靠获取的条件，并基于这 2 种响应参数进行香梨硬度评估和检测模型的构建，为今后香梨硬度声振法无损检测的应用研究提供参考。 1.1 香梨试样 处于青熟期的香梨试样于 2014 年 9 月在新疆库尔勒同一果园采摘，剔除畸形、损伤及病虫害的试样，立即贮藏于−2～0 ℃、相对湿度 85%～95%的冷库中以备试验，试验前在（23±1）℃的室温条件下回温 24 h。香梨试样的基本物性参数如表 1 所示。 1.2.1 检测系统的组成 检测系统主要由放置试样的试验台架、Q220-A4-303YB 型压电梁式传感器（美国 PIEZOSYSTEMS 公司）、HA-405 型电压放大器（台湾 品致公司）、VibPilot 振动控制与动态信号采集分析仪（德国 m+p国际公司）、计算机等组成。 依据声振试验通常采用力锤对水果试样进行激励，为了获取原始激励信号 VE，本研究参照徐虎博等在文献 [2]中所采用的试验方法，在试验前先随机挑选一个试样， 用 LC1305 型橡胶锤头力锤（朗斯有限责任公司）以不造 成香梨发生损伤的 15 N 的力激励香梨赤道部，然后采用 VibPilot 振动控制与动态信号采集分析仪及振动噪声测 试分析与报告软件系统 SO Analyzer 4.1（德国 m+p 国际 公司）录制这一力锤激励信号 VE，该信号为峰值电压为 2.5 V 的半正弦脉冲信号，信号时间历程为 0.16 s。获得 VE 信号后，便可将其作为原始激励信号，开始香梨声振 检测试验。为降低信号干扰同时获取较强的激励响应信号，使用电压放大器对 VE信号进行线性放大。考虑到传 感器连续工作所能承受的额定电压为 90 V，将 VE信号线 性放大为脉冲峰值电压为 80 V 的激励信号 VA [15]，然后通 过激励端的压电梁式传感器使试样产生振动。 由于传感 器的悬臂梁与香梨接触，悬臂梁随香梨振动而发生变形， 试样振动产生的响应信号 VR被感测端的压电梁式传感器 接收，随后激励信号与响应信号都被振动控制与动态信 号采集分析仪采集，经抗混滤波、截断、采样、A/D 模 数转换、数字低通滤波、加窗处理后[13]，由 SO Analyzer 4.1 软件进行分析处理。具体信号产生、录制、输出、采 集过程如图 1 所示。 对激励和响应信号输出采集时，采样频率为 51 200 Hz，有效带宽为 20 000 Hz，频率分辨率为 6.25 Hz， 激励次数为 1 次，采样时间为 0.16 s，试验触发条件设置 为激励信号 VA上升沿触发，触发电平为 0.05 V。为保证 信号采集完整，预先采集量设置为 5%。使用贝塞尔低通 滤波器滤波[14]，截止频率为 1 600 Hz。图 2 为香梨典型 的激励信号 VA和响应信号 VR 采用指数窗函数对采集的响应信号进行频谱分析，获取香梨信号频谱 对香梨同一测点重复进行 5 次激励感测，以观察响 应信号的稳定性。 采用 TA.XT Plus 质构仪（英国 Stable Micro System公司）在香梨赤道部随机选取 5 个点进行带皮穿刺测试。采用直径 5 mm的圆柱体探头，穿刺速度设定为 1 mm/s，穿刺深度为 8 mm。M-T 穿刺法检测硬度根据香梨穿刺破裂前力-变形曲线的斜率计算得出，取 5 次测量结果的平均值作为香梨的硬度 SM-T，N/mm。 试验随机选取 180 个香梨试样等分为 9 组，每次选用一组试样进行试验测试，前后共 9 次。如图 6 所示，香梨在（23±1）°的室温条件下硬度变化前期快后期慢，因此前 7 次每 3 天一测，后 2 次试验每 5 天一测，每次试验先进行声振无损检测，随后进行破坏性穿刺试验。在 28 d 的试验测试中部分香梨出现腐烂变质，除去这部分试样，对剩余的 150 个有效试样进行数据分析。 由图 7 可以看出，采用压电梁式传感器进行信号激励和感测，其频谱分析的时域信号和频域信号都具有非常好的一致性，这说明本试验装置能够稳定地获取香梨的频谱响应和声响应参数。 结果表明，香梨赤道区不同点激励和感测 所测得的共振频率和声速都无显著差异（P0.05），因此对香梨赤道部进行信号激励感测时，对测点无需特殊的定位要求。 2.3.1 不同响应参数评估香梨硬度与 M-T 穿刺法测量硬度的相关性分析 2.3.2 香梨硬度不同检测模型的敏感度分析 2.3.3 香梨硬度不同检测模型的检测精度 本研究设计了一种由压电梁式传感器替代力锤实现 信号激励和感测的新型香梨硬度无损检测装置，分析了香梨声振响应，提取了香梨