基于声学特性哈密瓜成熟度的无损检测研究

发布时间：2020-11-03 12:57

【摘要】：哈密瓜是新疆特色瓜果之一,近年来内地引种、瓜农抢占早市而早摘或催熟等原因,致使市场中哈密瓜品质存在较大差异,商品率和声誉受到极大影响。为此,本论文针对哈密瓜成熟度迫切需要无损检测这一问题,搭建了由力锤和麦克风分别激励感测哈密瓜声响应信号检测系统,测试了声响应信号的稳定性,分析了不同激励条件对哈密瓜共振频率的影响,明确了适宜测试条件,采用频响参数计算了哈密瓜的弹性指数和阻尼比,并基于频响参数计算的指标和频带幅值参数分别构建了哈密瓜成熟度预测模型,为哈密瓜成熟度的无损检测提供策略。本研究得到的主要结论为:(1)在哈密瓜同一点多次激励感测的声响应信号稳定可靠,在哈密瓜赤道部不同位置进行激励感测,其共振频率无显著差异(P0.05)。哈密瓜共振频率不受锤头材料和激励力的影响(P0.05),但采用橡胶材料锤头激励力范围为6~12 N时,更适宜激励哈密瓜获得更强的响应信号且易于信号的提取。(2)可以采用弹性指数和阻尼比联合预测哈密瓜硬度,构建的预测模型相关性达到0.913,对哈密瓜硬度变化的预测敏感度为68.99%,非常接近M-T穿刺法硬度测量的敏感度(69.79%);可以采用阻尼比预测哈密瓜可溶性固形物含量的模型,构建的预测模型相关性达到0.834,对哈密瓜可溶性固形物含量变化的预测敏感度为46.43%,也非常接近折射计测量的敏感度(47.41%)。(3)采用频带幅值参数基于PCR法预测哈密瓜成熟度时,确定在40~200 Hz频段提取了7个频带幅值参数和1个频带幅值总和参数,这8个参数与哈密瓜的可溶性固形物含量不相关,但与哈密瓜硬度有相关性,因此采用幅值参数与哈密瓜质量共同构建了哈密瓜硬度PCR预测模型,该预测模型校正集相关系数为r=0.891,校正集均方根误差为RMSEC=1.04N/mm,验证集的相关系数为r=0.795,验证集均方根误差为RMSEV=1.24 N/mm,表明该预测模型具有较好的预测性能和稳定性,模型对哈密瓜硬度变化的敏感度为67.70%,可以适用于哈密瓜硬度无损检测,尽管如此,该模型的检测敏感度较弹性指数和阻尼比联合构建的哈密瓜硬度预测模型的检测敏感度略低。
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S652.1
【图文】：

基于声学特性哈密瓜成熟度的无损检测研究第一章 绪论义现状之王”的美称，2009 年荣获国家地理标志产红心脆”和“黄金龙”品质最佳，远销欧洲、和地区，享誉全球，为我国出口创汇 4523 万美区域[2]。近几年哈密瓜的种植面积逐年递增（密瓜 2000-2015 年种植面积从 2.26 万 hm2增长到 236.33 万 t[3]，每年出疆哈密瓜达到 100 万 农民的重要收入来源。

000-2015年哈密瓜的播种面积与产量Fig.1-2Thecultivationareaandtotalyieldofmelonduring2000-2015

Tian等（2007）采用偏最小二乘法（PLS）和主成分回归法（PCR）建立了漫反射光谱预测西瓜M-T穿刺法测量硬度的无损检测数学模型（见图1-3）。尽管近红外光谱法对瓜果的成熟度指标取得了较好的检测结果，但是近红外光谱法建模困难大，所建模型有时间和空间局限性，需要不断用标样进行校正对比来维护检测模型精度[15-18]。介邓飞等（2014）认为可见/近红外光谱技术在厚皮类水果检测方面存在一些难解决的问题，例如光源的投射性能有限，检测皮厚、体积大的瓜果需要比较强的光源功率等问题[19]。郭文川等（2001）则认为近红外光谱法主要适合对水果的糖度和酸度进行检测[20]。孙通等（2009）还指出近红外仪器移动性差，近红外光谱处理软件价格较高，很难用于实际生产[21]。
【参考文献】

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本文编号：2868602