實(shí)驗(yàn)名稱：高壓放大器基于聲振響應(yīng)法的香梨硬度無損檢測(cè)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏褂脽o損檢測(cè)的方法檢測(cè)判別香梨內(nèi)部品質(zhì)的差異

試驗(yàn)設(shè)備：

香梨、試驗(yàn)臺(tái)架、壓電梁式傳感器、ATA-2041高壓放大器、振動(dòng)控制與動(dòng)態(tài)信號(hào)采集分析儀、計(jì)算機(jī)等組成。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

該研究搭建了由壓電梁式傳感器進(jìn)行信號(hào)激勵(lì)和感測(cè)的檢測(cè)裝置，分析了裝置信號(hào)檢測(cè)的穩(wěn)定性，提取了香梨共振頻率和聲速并進(jìn)行香梨硬度評(píng)估，然后將這兩響應(yīng)參數(shù)的評(píng)估硬度與香梨硬度的M-T穿刺法(Magness-Taylor)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行線性回歸分析，以構(gòu)建香梨硬度的檢測(cè)模型，該模型由高壓放大器驅(qū)動(dòng)傳感器，由動(dòng)態(tài)信號(hào)采集分析儀采集數(shù)據(jù)。

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實(shí)驗(yàn)過程：

（1）測(cè)試臺(tái)的搭建

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（2）信號(hào)的采集和處理

依據(jù)聲振試驗(yàn)通常采用力錘對(duì)水果試樣進(jìn)行激勵(lì)，為降低信號(hào)干擾同時(shí)獲取較強(qiáng)的激勵(lì)響應(yīng)信號(hào)，使用高壓放大器放大器對(duì)Ve信號(hào)進(jìn)行線性放大。考慮到傳感器連續(xù)工作所能承受的額定電壓為90V，將電壓信號(hào)線性放大為脈沖峰值電壓為80V的激勵(lì)信號(hào)VE,然后通過激勵(lì)端的壓電梁式傳感器使試樣產(chǎn)生振動(dòng)。

香梨典型的聲振信號(hào)

（3）響應(yīng)信號(hào)的穩(wěn)定性測(cè)試

高壓放大器放大信號(hào)，對(duì)香梨同一測(cè)點(diǎn)重復(fù)進(jìn)行5次激勵(lì)感測(cè)，以觀察響應(yīng)信號(hào)的穩(wěn)定性。

同一激勵(lì)點(diǎn)重復(fù)激勵(lì)的信號(hào)

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（4）不同測(cè)點(diǎn)對(duì)聲振試驗(yàn)的影響測(cè)試

隨機(jī)選取5個(gè)香梨，如圖所示，在香梨赤道線上均勻布置5個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行激勵(lì)和信號(hào)感測(cè)，以觀察香梨不同激勵(lì)感測(cè)位置的響應(yīng)信號(hào)是否有差異性。

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●為感測(cè)點(diǎn)

（5）采用TA.XT Plus質(zhì)構(gòu)儀在香梨赤道部隨機(jī)選取5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行帶皮穿刺測(cè)試。采用直徑5 mm的圓柱體探頭，穿刺速度設(shè)定為1 mm/s，穿刺深度為8 mm。M-T穿刺法檢測(cè)硬度根據(jù)香梨穿刺破裂前力-變形曲線的斜率計(jì)算得出，取5次測(cè)量結(jié)果的平均值作為香梨的硬度SM-T，N/mm。

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香梨硬度不同方法檢測(cè)值間的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

1）本檢測(cè)裝置可同時(shí)獲取共振頻率和聲速2個(gè)響應(yīng)參數(shù)，高壓放大器放大信號(hào)，在同一測(cè)點(diǎn)多次激勵(lì)感測(cè)，響應(yīng)信號(hào)穩(wěn)定可靠;在香梨赤道部不同位置進(jìn)行信號(hào)激勵(lì)感測(cè)時(shí)，2個(gè)響應(yīng)參數(shù)均無顯著差異(P>0.05）。

2）香梨的共振頻率法評(píng)估硬度和聲速法評(píng)估硬度分別與M-T穿刺法測(cè)量的硬度線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.841、0.877，所建立的模型都可作為香梨硬度無損檢測(cè)的模型。

3）共振頻率法和聲速法聯(lián)合也可以檢測(cè)香梨硬度，檢測(cè)模型的相關(guān)系數(shù)為0.938。該模型檢測(cè)香梨硬度的敏感度為67.30%，最接近M-T穿刺法檢測(cè)硬度的敏感度;當(dāng)用于香梨粗皮果和正常果判別時(shí)，該模型具有明顯較高的檢測(cè)準(zhǔn)確率(86.7%），可為香梨硬度聲振法無損檢測(cè)技術(shù)開發(fā)提供策略。