CN107064304A - 一种水果结构无损检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水果结构无损检测装置及方法，包括信号分析处理模块、手机CPU、数模转换电路、功率放大电路、双工器、超声换能器、信号放大电路、数模转换电路。本发明通过手机CPU生成数字检测信号，经由数模转换电路将其转换为模拟检测信号后，再由功率放大电路放大后，驱动超声换能器发射超声波。超声换能器发射超声波后，即可接收到返回的检测信号，返回的检测信号依次经过信号放大电路和数模转换电路后传输至手机CPU。其中，发射和返回的检测信号由双工器隔离。返回的检测信号传输至CPU后，由信号分析处理模块进行后续分析计算后即可得到相关水果内部结构信息。

Description

一种水果结构无损检测装置及方法
技术领域
本发明属于无损检测装置，涉及一种水果结构无损检测装置及方法。
背景技术
水果的品质决定了其价格，不同水果具有其各自特定的内部结构，内部结构也是反映水果品质的一个重要评价手段，例如果皮厚度和果肉密度等。超声波作为一种无损检测手段已经广泛用于医疗和工业领域，在人体器官结构表征和工业精密原件内部探伤等方面具有明显的优势。
随着当前智能手机性能的不断提高，手机的功能已经不仅仅局限于信息的传递，越来越多的与生活息息相关的功能已经集成于手机之中。而目前并没有在相应的手机应用中涉及水果结构的检测。
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种水果结构无损检测装置及方法，基于超声波进行水果结构的检测，而且能够集成于智能手机当中。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种水果结构无损检测装置，包括：
处理单元102生成基于脉冲信号串的数字检测信号，将其传输至第一数模转换电路103，第一数模转换电路103将接收的数字检测信号转换为模拟检测信号，并将模拟检测信号传输至功率放大电路104；功率放大电路104将模拟检测信号功率放大，并经隔离发射/接收信号的双工器105传输给超声换能器106，驱动超声换能器106向水果发射超声波；
超声换能器106在发射超声波之后，还接收碰到水果返回的检测信号，并将接收到的检测信号通过双工器105传输至信号放大电路107；信号放大电路107放大接收到的检测信号，并将其传输至第二数模转换电路108；第二数模转换电路108接收并采集放大后的检测信号，将其转换为数字信号，输入至处理单元102；处理单元102将检测信号发送给超声信号分析处理模块101，对检测信号进行分析处理后，给出所检测水果的结构信息。
所述的处理单元102接收开始检测的指令后，生成的数字检测信号为超声换能器106所发的超声波提供波形参数；
该无损检测装置集成于智能手机当中：
所述的处理单元102为智能手机的CPU；
所述的超声信号分析处理模块101、第一数模转换电路103、功率放大电路104、双工器105、信号放大电路107、第二数模转换电路108构成集成模块或者分散设置在智能手机的主板上；
所述的超声换能器106设置在智能手机的侧边。
所述的双工器105设置在功率放大电路104/信号放大电路107与超声换能器106之间,双工器105将发射和接收信号相隔离，使得超声换能器106的接收和发射能同时工作。
所述的超声信号分析处理模块101先提取检测信号中的回波信号包络，再在包络中提取相关检测对象的有用信息。
所述的信号分析处理模块101给出所检测水果的结构信息的形式包括单不限于果皮厚度、果核大小和果实密度及厚度。
一种水果结构无损检测装置的检测方法，包括以下操作：
1)将超声换能器106贴合在水果所需测量的区域，通过唤醒程序或指令模块对处理单元102发出开始检测指令；处理单元102生成数字检测信号，然后经由数模转换电路103将其转换为模拟检测信号；转换后的模拟检测信号由功率放大电路104放大后，驱动超声换能器106发射超声波；
2)超声换能器106发射超声波后，并接收返回的检测信号，返回的检测信号依次经过信号放大电路107放大和第二数模转换电路108转换后传输至处理单元102；
3)处理单元102将检测信号发送给超声信号分析处理模块101，对检测信号进行分析处理后，给出所检测水果的结构信息。
在进行果皮厚度的检测时，超声换能器106收到返回的检测信号并传输至处理单元102后，由超声信号分析处理模块101先提取检测信号中的回波信号包络，然后在回波信号包络中提取分别自果皮内外表面超声的两个峰值信号后，得到峰值信号时差Δt，果皮厚度d的计算为c为超声波传播的声速。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提出的水果结构无损检测装置，可以实现包括果皮厚度和果实密度等在内的水果内部结构信息的检测。整个模块可以完全集成于手机内部，具有操作简便，携带方便的特点。利用上述检测装置，并结合手机内部已安装的超声波操作软件可以快速的完成水果内部结构的无损检测。
附图说明
图1为本发明的***组成示意图。
其中，101为信号分析处理模块，102为处理单元，103为第一数模转换电路，104为功率放大电路，105为双工器，106为超声换能器，107为信号放大电路，108为第二数模转换电路。
图2为生成的数字检测正弦脉冲信号图。
图3为检测果皮厚度时的接收到返回的检测信号图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参见图1，一种水果结构无损检测装置，包括：
处理单元102生成基于脉冲信号串的数字检测信号，将其传输至第一数模转换电路103，第一数模转换电路103将接收的数字检测信号转换为模拟检测信号，并将模拟检测信号传输至功率放大电路104；功率放大电路104将模拟检测信号功率放大，并经隔离发射/接收信号的双工器105传输给超声换能器106，驱动超声换能器106向水果发射超声波；
超声换能器106在发射超声波之后，还接收碰到水果返回的检测信号，并将接收到的检测信号通过双工器105传输至信号放大电路107；信号放大电路107放大接收到的检测信号，并将其传输至第二数模转换电路108；第二数模转换电路108接收并采集放大后的检测信号，将其转换为数字信号，输入至处理单元102；处理单元102将检测信号发送给超声信号分析处理模块101，对检测信号进行分析处理后，给出所检测水果的结构信息。
下面给出一个具体的实施例。
本发明提出的水果结构无损检测装置，主要包括信号分析处理模块101、处理单元、数模转换电路103、功率放大电路104、双工器105、超声换能器106、信号放大电路107、数模转换电路108。
所述处理单元102为智能手机的CPU，主要用于接收开始检测指令后，并生成检测信号(一般为脉冲信号串)。理单元102接收开始检测的指令后，生成的数字检测信号为超声换能器106所发的超声波提供波形参数。由于CPU生成信号为数字信号，而驱动超声换能器工作一般为模拟信号，因此，该检测信号需首先被传输至数模转换电路103。
具体的，所述的超声信号分析处理模块101、第一数模转换电路103、功率放大电路104、双工器105、信号放大电路107、第二数模转换电路108构成集成模块或者分散设置在智能手机的主板上；
所述的超声换能器106设置在智能手机的侧边或前后表面。
所述数模转换电路103，主要用于接收处理单元102发出的数字检测信号，将其转换为模拟检测信号，并将模拟检测信号传输至功率放大电路104。
所述功率放大电路104，用于对数模转换电路103转换的模拟检测信号功率放大，驱动超声换能器106发射超声波。
由于装置中的超声换能器106同时具有发射和接收检测信号的功能，因此，为了将发射和接收信号相隔离，保证接收和发射都能同时正常工作，需要在功率放大电路104与超声换能器106之间加入双工器105。
所述双工器105，其主要作用就是隔离发射和接收的检测信号，保证二者互不干扰。
所述超声换能器106，用于接收功率放大单元104发出的高电压检测信号发射超声波，并接收返回的检测信号，将接收到的检测信号传输至信号放大电路107。
所述信号放大电路107，用于放大接收到的微弱的检测信号，并将其传输至数模转换电路108。
所述数模转换电路108，用于接收并采集经信号放大电路107放大后的检测信号，并将其转换为数字信号，输入至处理单元102进行进一步数据处理。
所述信号分析处理模块101，用于分析接收到的检测信号，对检测信号进行处理计算后，得到所检测的水果结构信息。超声信号分析处理模块(101)先提取检测信号中的回波信号包络，再在包络中提取相关检测对象的有用信息；其给出所检测水果的结构信息的形式包括单不限于果皮厚度、果核大小和果实密度及厚度。
一种水果结构无损检测装置的检测方法，包括以下操作：
1)将超声换能器106贴合在水果所需测量的区域，通过唤醒程序或指令模块对处理单元102发出开始检测指令；处理单元102生成数字检测信号，然后经由数模转换电路103将其转换为模拟检测信号；转换后的模拟检测信号由功率放大电路104放大后，驱动超声换能器106发射超声波；
2)超声换能器106发射超声波后，并接收返回的检测信号，返回的检测信号依次经过信号放大电路107放大和第二数模转换电路108转换后传输至处理单元102；
3)处理单元102将检测信号发送给超声信号分析处理模块101，对检测信号进行分析处理后，给出所检测水果的结构信息。
下面结合附图，以果皮厚度检测为例介绍基于智能手机的超声波水果结构无损检测装置的工作流程为：
首先，将手机超声换能器探头贴合在所需测量果皮厚度区域，并对手机发出开始检测指令。此时，手机CPU102生成如图2所示的数字检测正弦脉冲信号，上述信号经由数模转换电路103将其转换为模拟检测信号。转换后的模拟检测信号由功率放大电路104放大后，驱动超声换能器106发射超声波。超声换能器106发射超声波后，即可接收到返回的检测信号(图3)，返回的检测信号依次经过信号放大电路107和数模转换电路108后传输至手机CPU102。其中，发射和返回的检测信号由双工器105隔离。返回的检测信号传输至CPU102后，由信号分析处理模块101先提取检测信号中的回波信号包络，然后在回波信号包络中提取分别自果皮内外表面超声的两个峰值信号后，得到峰值信号时差Δt，根据公式即可计算出果皮厚度其中，公式中c为超声波传播的声速。
以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种水果结构无损检测装置，其特征在于，包括：
处理单元(102)生成基于脉冲信号串的数字检测信号，将其传输至第一数模转换电路(103)，第一数模转换电路(103)将接收的数字检测信号转换为模拟检测信号，并将模拟检测信号传输至功率放大电路(104)；功率放大电路(104)将模拟检测信号功率放大，并经隔离发射/接收信号的双工器(105)传输给超声换能器(106)，驱动超声换能器(106)向水果发射超声波；
超声换能器(106)在发射超声波之后，还接收碰到水果返回的检测信号，并将接收到的检测信号通过双工器(105)传输至信号放大电路(107)；信号放大电路(107)放大接收到的检测信号，并将其传输至第二数模转换电路(108)；第二数模转换电路(108)接收并采集放大后的检测信号，将其转换为数字信号，输入至处理单元(102)；处理单元(102)将检测信号发送给超声信号分析处理模块(101)，对检测信号进行分析处理后，给出所检测水果的结构信息。
2.如权利要求1所述的水果结构无损检测装置，其特征在于，所述的处理单元(102)接收开始检测的指令后，生成的数字检测信号为超声换能器(106)所发的超声波提供波形参数。
3.如权利要求1所述的水果结构无损检测装置，其特征在于，该无损检测装置集成于智能手机当中：
所述的处理单元(102)为智能手机的CPU；
所述的超声信号分析处理模块(101)、第一数模转换电路(103)、功率放大电路(104)、双工器(105)、信号放大电路(107)、第二数模转换电路(108)构成集成模块或者分散设置在智能手机的主板上；
所述的超声换能器(106)设置在智能手机的侧边或前后表面。
4.如权利要求1所述的水果结构无损检测装置，其特征在于，所述的双工器(105)设置在功率放大电路(104)/信号放大电路(107)与超声换能器(106)之间，双工器(105)将发射和接收信号相隔离，使得超声换能器(106)的接收和发射能同时工作。
5.如权利要求1所述的水果结构无损检测装置，其特征在于，所述的超声信号分析处理模块(101)先提取检测信号中的回波信号包络，再在包络中提取相关检测对象的有用信息。
6.如权利要求1所述的水果结构无损检测装置，其特征在于，所述的信号分析处理模块(101)给出所检测水果的结构信息的形式包括单不限于果皮厚度、果核大小和果实密度及厚度。
7.一种水果结构无损检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下操作：
1)将超声换能器(106)贴合在水果所需测量的区域，通过唤醒程序或指令模块对处理单元(102)发出开始检测指令；处理单元(102)生成数字检测信号，然后经由数模转换电路(103)将其转换为模拟检测信号；转换后的模拟检测信号由功率放大电路(104)放大后，驱动超声换能器(106)发射超声波；
2)超声换能器(106)发射超声波后，并接收返回的检测信号，返回的检测信号依次经过信号放大电路(107)放大和第二数模转换电路(108)转换后传输至处理单元(102)；
3)处理单元(102)将检测信号发送给超声信号分析处理模块(101)，对检测信号进行分析处理后，给出所检测水果的结构信息。
8.如权利要求7所述的水果结构无损检测装置的检测方法，其特征在于，在进行果皮厚度的检测时，超声换能器(106)收到返回的检测信号并传输至处理单元(102)后，由超声信号分析处理模块(101)先提取检测信号中的回波信号包络，然后在回波信号包络中提取分别自果皮内外表面超声的两个峰值信号后，得到峰值信号时差Δt，果皮厚度d的计算为c为超声波传播的声速。
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