Non-destructive Quality Evaluation of Watermelon and Melon Based on Its Acoustic Properties and Dynamic Finite Element Analysis

【摘要】：西瓜是人们喜爱的水果,世界上有90多个国家种植西瓜,全世界西瓜年产量超过250亿公斤。消费者总是期盼高质量的西瓜,西瓜或甜瓜的品质指标包括大小、形状和外观,以及内部品质——成熟度。表征西瓜的成熟度有几个指标,其中硬度常用于表示西瓜成熟的状态。为了确定适宜的收获期和上市日期,监测货架上西瓜的质量均需用无损检测技术确定西瓜的硬度。而现有的可以获得较满意的检测结果,并具有一定重复性的检测技术都为破坏性检测。水果或农产品的振动特性由其弹性模量、质量和几何特征决定。因此,水果振动(声脉冲)响应分析技术是一种极具发展潜力的预测西瓜或甜瓜硬度的无损检测技术。 本项研究的目标是选择产生激励信号(声脉冲)的撞击球的材料和大小,确定最优激励点和适当的响应检测传感器,建立与西瓜及甜瓜硬度及振动特性相关的有限元模型,最终开发确定西瓜和甜瓜硬度的无损检测方法。 在本项研究中,西瓜或甜瓜由小摆球激励,由加速度传感器检测振动响应,采用Instron公司的物料特性万能试验机测试西瓜和甜瓜内层、中间层和外层果肉的弹性模量,并利用有限元技术确定最佳激励位置、选择测量传感器以及分析水果振型。本论文的主要研究内容和研究成果如下: 1.选择麒麟西瓜作为实验样本,确定了最优激振力(声脉冲)的作用位置和用于测量共振频率的响应传感器;当采用第一纵向振型的共振频率来估测水果硬度时,激励点应置于水果外表面的中部;当测量弯曲振型时,应使激励信号方向与测量响应的加速度传感器的轴线同轴并垂直于激励点或测试点处的水果表面切线。此外,为了测试振动信号,激励点和响应传感器的位置应远离西瓜表面的节线,并与振动方向保持一致。激振力作用点和方向,以及响应测量传感器的测点和方向对检测振型非常重要。 2.激振力的产生方法、激振摆球的大小、材质等均对测量西瓜共振频率有重要影响。与橡胶球和钢球相比,采用木质摆球,得到了较高的共振频率均值。此外,对比五种直径分别为15mm、20mm、30mm、35mm、45mm的木质摆球,采用