CN203025139U - 一种便携式桃子成熟度无损检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种便携式桃子成熟度无损检测装置。在金属屏蔽箱内装有固定底座，固定底座的一侧中部安装有与固定底座垂直的滑动杆，活动底座与固定底座平行并安装在滑动杆上，活动金属夹的一端安装在两底座间的滑动杆上，活动金属夹的另一端为橡皮托盘，固定底座和活动底座的长边均开有一条平行的安装槽，槽内均安装一块平板电极，两块平板电极与控制电路连接。测试前将桃子置于橡皮托盘中，调整好平行极板和橡皮托盘的位置，使极板与桃子紧密接触。嵌入式控制器将特定频率的正弦波加到平板电极上，通过内部电路可测量出该平行极板的等效阻抗模、相位、电容和电感参数。由于不同成熟度的桃子，上述电参数有较大差异，可测得桃子的成熟度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种无损检测水果测试装置，尤其是涉及一种便携式桃子成熟度无损检测装置。
背景技术
桃子是我国重要的常见水果之一,市场对品质的高要求使得我们必须对桃子在产后各个环节进行成熟度检测。水果成熟度传统的检测方法主要是通过目测和手感，根据其颜色和质地来判断成熟度，该方法完全取决于个人的经验，准确度差。在建立一种客观、无损、快速准确检测水果成熟度的方法方面，国内外已进行了一些研究，主要有：
近红外光谱法：通过实验方法确定水果的特征波长，然后在该特征波长下进行吸收谱分析，可以确定其含糖量、可滴定酸含量等成熟度指标，但由于近红外光的穿透距离短，无法测试整体的成熟度，测量精度受到限制。
机器视觉法：在可见/近红外波段对水果成像，采用图像处理、分析技术和计算机通信技术，通过颜色、体积、硬度等外观指标确定水果的成熟度，但由于只能对水果表面或接近表面的区域成像，测试的准确度受到影响，且成本较大。
敲击法：通过橡皮锤敲击水果表面，根据接收的声音频谱特征确定水果的成熟度，该法易操作，成本较低，但易受到外界声音的干扰而影响测试结果。
电子鼻法：通过电子鼻检测水果成熟时发出的特定气味来判定水果的成熟度，该法操作简单，灵敏度高，但仅能针对特定的水果和特性气味，测试水果品种范围较窄。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种便携式桃子成熟度无损检测装置。利用该装置能够实现对桃子成熟度的快速准确、无损检测，并能通过液晶显示器显示检测的结果。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
本实用新型包括固定底座、活动底座、橡皮托盘、活动金属夹、滑动杆，控制电路、屏蔽双绞线、两块平板电极、金属屏蔽箱；在金属屏蔽箱内装有固定底座，固定底座的一侧中部安装有与固定底座垂直的滑动杆，活动底座与固定底座平行并安装在滑动杆上，活动金属夹的一端安装在活动底座与固定底座间的滑动杆上，活动金属夹的另一端为安装桃子的橡皮托盘，固定底座和活动底座的长边均开有一条平行的安装槽，两个安装槽内均安装一块平板电极，两块平板电极分别经接线柱上的屏蔽双绞线与控制电路连接。
所述的控制电路：包括嵌入式控制器、DDS正弦波发生器、电压缓冲放大电路、平板电极和桃子所构成的等效阻抗Z与标准电阻Rb组成的串联电路、信号调理电路、液晶显示器；DDS正弦波发生器的输出信号Vi连接到电压缓冲放大电路，电压缓冲放大电路的输出信号Vs连到电阻Rb与等效阻抗Z构成的串联电路，同时还与信号调理电路的输入端连接；电阻Rb与等效阻抗Z串联电路的中点信号Vo连接信号调理电路的另一个输入端，同时该信号还输入模数转换器的模拟信号输入端；信号调理电路的两个输出端信号Vo1、Vo2分别连接嵌入式控制器的两个计数器输入端；模数转换器的数字输出端分别与嵌入式控制器的数字输入信号端相连，液晶显示器的数字信号输入端与嵌入式控制器的数字信号输出端相连。
所述的电压缓冲放大电路：包括电容C1与电阻R1串联后与放大器U1构成的电压跟随器；电阻R2、电阻R3、热敏电阻Rt1、电阻R4、电容C6、三极管Q1构成基极分压式共射放大电路；电阻R5、电阻R7、电阻R9、三极管Q2构成单管射极跟随器；电阻R6、电容C7构成负反馈电路。
所述的信号调理电路：包括电阻R8、电阻R9、二极管D1、二极管D2、比较器U2A构成单门限的过零电压比较器；电阻R12、电阻R13、电阻R16和放大器U2B构成的同相比例运放电路； 电阻R10、电阻R11、二极管D3、二极管D4、比较器U3A构成单门限的过零比较器； 电阻R14、电阻R15、电阻R17、放大器U3B构成的同相比例运算放大器进行放大；电容C10、电容C11作为滤波电容，滤波高频杂波信号。
本实用新型具有的有益效果是：
1、 成本低廉，携带方便，检测快速，不损伤桃子。
2、 检测受外界环境因素影响小，测试结果准确度高。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型的电路原理框图。
图3是本实用新型的电压缓冲放大电路的电路原理图。
图4是本实用新型中的信号调理电路的电路原理图。
图中：1、固定底座，2、安装槽，3、橡皮托盘，4、活动金属夹，5、控制电路，6、活动底座，7、滑动杆，8、金属屏蔽箱，9、屏蔽双绞线，10、平板电极，11、接线柱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。
如图1所示，本实用新型包括固定底座1、活动底座6、橡皮托盘3、活动金属夹4、滑动杆7，控制电路5、屏蔽双绞线9、两块平板电极10、金属屏蔽箱8；在金属屏蔽箱8内装有固定底座1，固定底座1的一侧中部安装有与固定底座1垂直的滑动杆7，活动底座6与固定底座1平行并安装在滑动杆7上，活动金属夹4的一端安装在活动底座6与固定底座1间的滑动杆7上，活动金属夹4的另一端为安装桃子的橡皮托盘3，固定底座1和活动底座6的长边均开有一条平行的安装槽2，两个安装槽内均安装一块平板电极，两块平板电极分别经接线柱上的屏蔽双绞线与控制电路连接。
如图2所示，是本实用新型的电路原理框图，包括嵌入式控制器、DDS正弦波发生器、电压缓冲放大电路、平板电极和桃子所构成的等效阻抗Z与标准电阻Rb组成的串联电路、信号调理电路、液晶显示器；DDS正弦波发生器的输出信号Vi连接到电压缓冲放大电路，电压缓冲放大电路的输出信号Vs连到电阻Rb与等效阻抗Z构成的串联电路，同时还与信号调理电路的输入端连接；电阻Rb与等效阻抗Z串联电路的中点信号Vo连接信号调理电路的另一个输入端，同时该信号还输入模数转换器的模拟信号输入端；信号调理电路的两个输出端信号Vo1、Vo2分别连接嵌入式控制器的两个计数器输入端；模数转换器的数字输出端分别与嵌入式控制器的数字输入信号端相连，液晶显示器的数字信号输入端与嵌入式控制器的数字信号输出端相连。
如图2所示，本实用新型的电路的工作原理为：首先由嵌入式控制器发出控制信号使DDS正弦波发生器产生频率为f的正弦波信号Vi。电压缓冲放大电路对该正弦波信号进行功率放大得到输出电压Vs，Vs连接到由平行极板和桃子形成的等效阻抗Z和标准电路Rb所构成串联电路的上下两端。等效阻抗Z与电阻Rb的连接中点处的电压信号Vo一方面送入模数转换器转化成数字信号输出，与嵌入式控制器数字输入端连接，控制器通过程序计算得到信号的电压幅值V；同时Vo还与电压缓冲放大电路的输出信号Vs一起输入信号调理电路。信号调理电路内部的过零比较电路分别对两路输入信号进行过零比较后，得到两路方波输出信号Vo1、Vo2，输入嵌入式控制器的计数输入端，由控制器内部计数器计算这两路信号的时差 ，根据相位差计算公式
计算出相位差
。
通过计算出的电压V和相位差
，控制器可计算出平行极板与桃子的等效阻抗Z。根据事先建立的桃子的成熟度与等效阻抗Z的模
、并联电容Cp和Lp之间的预测模型，由嵌入式控制器计算出桃子的成熟度。成熟度指标包括可溶性固形物（SSC）、可滴定酸（TA）和含水量，均通过液晶显示器显示。
如图3所示，是本实用新型的电压缓冲放大电路的电路原理图。DDS产生的正弦信号Vi连接输入电容C1，滤除了Vi中的高频干扰成分；电容C1与电阻R1串联后与放大器U1构成的电压跟随器相连；电阻R2、电阻R3、热敏电阻Rt1、电阻R4、电容C6、三极管Q1构成基极分压式共射放大电路，当外界环境温度上升时，负温度系数的热敏电阻Rt1的阻值随之减小，从而维持共射放大电路的静态工作点不变；电阻R5、电阻R7、电阻R9、三极管Q2构成单管射极跟随器；电阻R6、电容C7构成的电压并联负反馈电路保证输出电压Vs不变的同时，还减了输出电阻；电位器R2可用于调节三极管Q1的静态工作点。
图3中的三极管Q1、三极管Q2可以采用9013或者8050等兼容的管型。 电压跟随器可以采用uA741这种价格较低的运放。
如图4所示，是本实用新型中的信号调理电路的电路原理图。电阻R8、电阻R9、二极管D1、二极管D2、比较器U2A构成单门限的过零电压比较器，将平行极板等效阻抗Z与标准电阻Rb组成的串联电路的中点的输出电压Vo输入过零比较器进行过零比较，由于二极管D1、二极管D2反向并联接于比较器U2A的同相输入和反相输入端之间，防止了过零点附近的干扰，比较器U2A的输出信号为方波；电阻R12、电阻R13、电阻R16和放大器U2B构成的同相比例运放对比较器U2A的输出方波信号加以放大，并将输出Vo1输入到嵌入式控制器的计数器输入端；同理电阻R10、电阻R11、二极管D3、二极管D4、比较器U3A构成单门限的过零比较器，将电压缓冲放大电路的输出信号Vs输入过零比较器比较后输出的方波信号，输入到电阻R14、电阻R15、电阻R17、放大器U3B构成的同相比例运算放大器进行放大，放大后的输出信号Vo2输入到嵌入式控制器的另一个计数输入端；电容C10、电容C11作为滤波电容，滤波高频杂波信号。
图4中的二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4均可采用普通硅二极管，比较器可选用LM393。
图3中的+15V与-15V两组直流电源为独立直流电源，需共地连接，图4中+5V电源由+15V通过7805稳压模块产生，嵌入式控制器和模数转换器也均采用+5V供电。
本实用新型中的嵌入式控制器采用ARM cortex-M3系列处理器，正弦波发生器以直接数字合成（DDS）芯片AD9850为核心，模数转换器考虑到精度和成本采用10串行ADC芯片TLC1549。
Claims (4)
1.一种便携式桃子成熟度无损检测装置，其特征在于：包括固定底座（1）、活动底座（6）、橡皮托盘（3）、活动金属夹（4）、滑动杆（7），控制电路（5）、屏蔽双绞线（9）、两块平板电极（10）、金属屏蔽箱（8）；在金属屏蔽箱（8）内装有固定底座（1），固定底座（1）的一侧中部安装有与固定底座（1）垂直的滑动杆（7），活动底座（6）与固定底座（1）平行并安装在滑动杆（7）上，活动金属夹（4）的一端安装在活动底座（6）与固定底座（1）间的滑动杆（7）上，活动金属夹（4）的另一端为安装桃子的橡皮托盘（3），固定底座（1）和活动底座（6）的长边均开有一条平行的安装槽（2），两个安装槽内均安装一块平板电极，两块平板电极分别经接线柱上的屏蔽双绞线与控制电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种便携式桃子成熟度无损检测装置，其特征在于：所述的控制电路，包括嵌入式控制器、DDS正弦波发生器、电压缓冲放大电路、平板电极和桃子所构成的等效阻抗Z与标准电阻Rb组成的串联电路、信号调理电路、液晶显示器；DDS正弦波发生器的输出信号Vi连接到电压缓冲放大电路，电压缓冲放大电路的输出信号Vs连到电阻Rb与等效阻抗Z构成的串联电路，同时还与信号调理电路的输入端连接；电阻Rb与等效阻抗Z串联电路的中点信号Vo连接信号调理电路的另一个输入端，同时该信号还输入模数转换器的模拟信号输入端；信号调理电路的两个输出端信号Vo1、Vo2分别连接嵌入式控制器的两个计数器输入端；模数转换器的数字输出端分别与嵌入式控制器的数字输入信号端相连，液晶显示器的数字信号输入端与嵌入式控制器的数字信号输出端相连。
3.根据权利要求2所述的一种便携式桃子成熟度无损检测装置，其特征在于：所述的电压缓冲放大电路，包括电容C1与电阻R1串联后与放大器U1构成的电压跟随器；电阻R2、电阻R3、热敏电阻Rt1、电阻R4、电容C6、三极管Q1构成基极分压式共射放大电路；电阻R5、电阻R7、电阻R9、三极管Q2构成单管射极跟随器；电阻R6、电容C7构成负反馈电路。
4.根据权利要求2所述的一种便携式桃子成熟度无损检测装置，其特征在于：所述的信号调理电路，包括电阻R8、电阻R9、二极管D1、二极管D2、比较器U2A构成单门限的过零电压比较器；电阻R12、电阻R13、电阻R16和放大器U2B构成的同相比例运放电路； 电阻R10、电阻R11、二极管D3、二极管D4、比较器U3A构成单门限的过零比较器； 电阻R14、电阻R15、电阻R17、放大器U3B构成的同相比例运算放大器进行放大；电容C10、电容C11作为滤波电容，滤波高频杂波信号。
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| CN103076366A (zh) * | 2013-01-05 | 2013-05-01 | 浙江大学 | 便携式桃子成熟度无损检测装置 |
| CN108254511A (zh) * | 2016-12-28 | 2018-07-06 | 南宁市浩发科技有限公司 | 一种菠萝蜜成熟度检测装置 |
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