超声检测技术是发现水果早期内部损伤的有效方法,但是由于水果普遍存在颗粒特性,高频声波在水果中衰减严重,很难实现有效穿透,无法有效进行内部无损检测。设计了一种基于PZT-4的厚圆片复合振动低频高能超声换能器。在建立PZT-4厚圆片敏感材料数学模型的基础上,分析和研究了敏感元件性能与激励条件的关系,结合试验测定的手段,优化了换能器性能,并进一步用试验验证了该换能器的实用性。该型换能器具有发射声能高、直径小的特点,能与水果曲面有效耦合,可实现对苹果、梨等水果的有效穿透,适用于内部组织破坏和皮层破裂等损伤的早期检测。
所属栏目
科研成果与学术交流江苏大学现代农业装备与技术重点实验室开放基金资助项目(No.NZ200807);江苏省高校自然基金资助项目(No.08KJD460016)
收稿日期
2012/11/17
作者单位
宋寿鹏:江苏大学 测控技术与仪器系,镇江212013
姜琴:江苏大学 测控技术与仪器系,镇江212013
王成:江苏大学 测控技术与仪器系,镇江212013
备注
宋寿鹏(1967-),男,教授,硕士生导师,主要从事传感器技术、智能信息检测与信号处理等研究。
引用该论文:
SONG Shou-Peng,JIANG Qin,WANG Cheng.Ultrasonic Transducer Used in Fruit Damage Testing[J].Nondestructive Testing,2013,35(8):8~13
宋寿鹏,姜琴,王成.用于水果损伤检测的超声换能器[J].无损检测,2013,35(8):8~13
参考文献
【1】
刘继展,李萍萍,李智国,等.面向机器人采摘的番茄力学特性实验[J].农业工程学报,2008, 24(12):66-70.
【2】
冯能莲.苹果静重损伤的试验研究[J].农业机械学报,1996,27(3):71-75.
【3】
连振昌,洪滉祐.苹果碰击损伤之研究[J].农业机械学刊,2007,38(1):49-60.
【4】
ZEEBROECK M V, WAN LINDEN V, DARIUS P, et al. The effect of fruit factors on the bruise susceptibility of apples[J].Postharvest Biology and Technology,2007,46:10-19.
【5】
赵杰文,刘剑华,陈全胜,等.利用高光谱图像技术检测水果轻微损伤[J].农业机械学报,2008,39(1):106-109.
【6】
GAMAL E, NING W, CLEMENT V, et al. Early detection of apple bruises on different background colors using hyperspectral imaging[J].LWT,2008,41:337-345.
【7】
XING Juan, CEDRIC B, Pal T, et al. Detecting bruises on ‘Golden Delicious’ apples using hyperspectral imaging with multiple wavebands[J].Biosystems Engineering,200,90(1):27-36.
【8】
YASMIN Y, HASNAH A, PUTEH S, et al. A Comparison Between X-Ray and MRI in Postharvest Non-Destructive Detection Method[C]//Proceedings of the International Conference on Information Technology and Multimedia at UNITEN (ICIMU′05), Malaysia,2005:1-5.
【9】
LAMMERTYN J, DRESSELAERS T, VAM HECHE P. MRI and X-ray CT study of spatial distribution of core breakdown in ‘Conference’ pears[J].Magnetic Resonance Imaging,2003,21:805-815.
【10】
HE Yong, ZHANG Yun, ANNIA G, et al. Nondestructive determination of tomato fruit quality characteristics using Vis/NIR spectroscopy technique[J].International Journal of Information Technology,2005,11(11):97-108.
【11】
DIWAN P A, RENFU L, DANIEL E. Near-infrared hyperspectral reflectance imaging for detection of bruises on pickling cucumbers[J].Computers and Electronics in Agriculture,2006,53:60-70.
【12】
郑宇哲,余仁方,林达德.桃子与李子磁振影像中损伤区域之影像分割方法[J].农业机械学刊,2005,14(2):11-26.
【13】
ANETTE K T, SUNE N J, POUL Erik L&rke, et al. Nondestructive detection of internal bruise and spraing disease symptoms in potatoes using magnetic resonance imaging[J].Magnetic Resonance Imaging,2004,22:1311-1317.
【14】
MIZRACH A. Ultrasonic technology for quality evaluation of fresh fruit and vegetables in pre- and postharvest processes[J].Postharvest Biology and Technology,2008,48:315-330.
【15】
黃威仁,卢福明.探头施力影响萝卜超音波特性之研究[J].农业机械学刊,2005,14(4):13-24.
【16】
KI-BOK K, SANGDAE L, MAN-SOO K, et al. Determination of apple firmness by nondestructive ultrasonic measurement [J].Postharvest Biology and Technology,2009,52:44-48.
【17】
BECHAR A, MIZRACH A. Determination of mealiness in apples using ultrasonic measurements [J].Biosystems Engineering,2005,91(3):329-334.
【18】
SHEVALDYKIN V G, SAMOKRUTOV A A, KOZLOV V N. Ultrasonic low-frequency transducers with dry dot contact and their applications for evaluation of concrete structures [J].IEEE Ultrasonic Symposium,2002:793-798.
【19】
袁易全.超声换能器[M].南京:南京大学出版社,1992:195-196.
【20】
BERLINEOURT D, CURRAN D R, JAFFE H. Piezoelectric and piezomagnetic materials and their function in transducers [J].Physical Acoustics, Principles and Methods,1964:169-270.
【21】
焦阳,杨庆新.考虑双向振动耦合效应的声发射传感器的分析[J].传感器与微系统,2007,26(2).
【22】
陈桂生.超声换能器设计[M].北京:海洋出版社,1984:32-39.
【23】
LORENZO P. Design of advanced ultrasonic transducers for welding devices[J].IEEE Transactions on Ultrasionics,Ferroelectrics, and Frequency Control,2001,48(6):1632-1639.
【24】
鲍善惠,王敏慧.超声波发生器的频率跟踪电路[J].洗净技术,2003(10):36-38.