一种水囊式果蔬紧实度测量装置及方法

摘要

本发明公开了一种水囊式果蔬紧实度测量装置及方法。将环形测压带套在被测果蔬中间部位后，置于水囊式测量筒内；启动微型水泵充水，被测果蔬表面及环形测压带与水囊式测量筒内壁均匀接触受力，多通道数据采集卡采集环形测压带上的各压力传感器数据信息并传输给计算机，待各通道压力示数为0‑1N时，停止微型水泵运转，记录流量传感器示数S0；继续启动微型水泵，经过一定时间记录采集卡上各压力传感器的示数；通过各示数的平均值N计算出体积弹性模量，反映果蔬紧实度大小。本发明利用水囊充水原理测定果蔬在5%径向弹性变形范围内果蔬承受单位面积的力，用于快速无损测定各类不同尺寸球形果蔬紧实度，结构简单，便于拆卸携带，可进行现场检测。

权利要求

1.一种水囊式果蔬紧实度测量装置，其特征在于：包括水压动力控制元件（1）和水囊式测压元件（11）；所述水压动力控制元件（1）设在水囊式测压元件（11）下方，为水囊式测压元件（11）提供水压动力，用于测量被测果蔬的压力以计算紧实度；所述的水压动力控制元件（1）包括微型水泵（2）、水箱（3）、管道线路连接箱（4）、输出软管（8.1）、输入软管（8.2）、流量传感器（9）和直流电源组件（10）；所述直流电源组件（10）位于底部，微型水泵（2）、水箱（3）与流量传感器（9）均固定于直流电源组件（10）上表面；所述的直流电源组件（10）为所述微型水泵（2）提供动力，可进行直流交流转换；所述水箱（3）上方设有管道线路连接箱（4）；所述微型水泵（2）将水箱（3）中的水泵出，通过输入软管（8.2）输送到管道线路连接箱（4），管道线路连接箱（4）通过输出软管（8.1）连接流量传感器（9），流量传感器（9）与水箱（3）相连通；

所述的水囊式测压元件（11）包括水囊式测量筒（5）、多通道数据采集卡（6）、环形测压带（7）；环形测压带（7）设在水囊式测量筒（5）的内部，用于测量被测果蔬的压力；多通道数据采集卡（6）设在水囊式测量筒（5）上方。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的水囊式测量筒（5）包含水囊（12）、测量筒壳体（13），用于给环形测压带（7）施加压力，并包裹被测果蔬；其中，水囊（12）安装在测量筒壳体（13）内；所述水囊（12）与管道线路连接箱（4）相连通。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述环形测压带（7）主体是一根弹性伸缩带（14），上面均匀间隔设有三个压力传感段（15），压力传感段设有多个压力传感器（16），用于测量被测果蔬的压力。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的多通道数据采集卡（6）用于采集环形测压带（7）上的压力传感器（16）获得的压力数据。

说明书

一种水囊式果蔬紧实度测量装置及方法

技术领域

[0001] 本发明属于农业生产技术领域，具体涉及一种水囊式果蔬紧实度测量装置及方法。

背景技术

[0002] 紧实度是球形（结球类）果蔬的一种物理压缩效应，衡量果蔬内部抗压能力，与果蔬质地有关，可用于评价果蔬内部品质及成熟度。传统测定果蔬紧实度大都采用手握果蔬的方法进行定性评价，主观性强；目前有关果蔬紧实度的测量主要采用质构仪、硬度计等仪器刺入果蔬内部测得单点或多点数据值，不能全面反映果蔬紧实度真实值，且属于破坏性检测，多集中于测定苹果、梨等传统水果，对不同品种白菜、甘蓝等叶类蔬菜紧实度测定较少，且测定值缺乏客观可比性。

[0003] CN104034587A公开了一种球形果蔬坚实度的测量方法，该方法利用的结球类蔬菜坚实度的测量装置，将被测球形果蔬放置于该装置的载物台圆形凹槽处，利用步进电机驱动皮带做水平直线运动，使皮带压实球形果蔬表面，记录拉伸一定位移后拉力传感器的示数用于表示球形果蔬的坚实度。上述专利采用水平单向拉伸加载的方式测量忽略了带宽对不同大小结球果蔬的影响，且被测果蔬与皮带两端受力不均易导致侧滑倾斜，致使测量结果不够准确。

发明内容

[0004] 为了克服现有技术的不足，本发明的目的是在于提供一种水囊式果蔬紧实度测量装置及方法，利用水囊式充水原理完全包裹被测果蔬表面，结合传感器技术测定果蔬紧实度，能较平稳准确测得不同大小、不同品种果蔬的紧实度真值，结构简单，便于携带。

[0005] 一种水囊式果蔬紧实度测量装置，包括水压动力控制元件和水囊式测压元件；所述水压动力控制元件设在水囊式测压元件下方，为水囊式测压元件提供水压动力，用于测量被测果蔬的压力以计算紧实度；所述的水压动力控制元件包括微型水泵、水箱、管道线路连接箱、输出软管、输入软管、流量传感器和直流电源组件；所述直流电源组件位于底部，微型水泵、水箱与流量传感器均固定于直流电源组件上表面；所述的直流电源组件为所述微型水泵提供动力，可进行直流交流转换；所述水箱上方设有管道线路连接箱；所述微型水泵将水箱中的水泵出，通过输入软管输送到管道线路连接箱，管道线路连接箱通过输出软管连接流量传感器，流量传感器与水箱相连通。

[0006] 所述的水囊式测压元件包括水囊式测量筒、多通道数据采集卡、环形测压带；环形测压带设在水囊式测量筒的内部，用于测量被测果蔬的压力；多通道数据采集卡设在水囊式测量筒上方。

[0007] 所述的水囊式测量筒包含水囊、测量筒壳体，用于给环形测压带施加压力，并包裹被测果蔬；其中，水囊安装在测量筒壳体内；所述水囊与管道线路连接箱相连通。

[0008] 所述环形测压带主体是一根弹性伸缩带，上面均匀间隔设有三个压力传感段，压力传感段设有多个压力传感器，用于测量被测果蔬的压力。

[0009] 所述的多通道数据采集卡用于采集环形测压带上的压力传感器获得的压力数据。

[0010] 一种采用根据所述装置检测果蔬紧实度的方法，包括以下步骤：

[0011] （1）测量果蔬直径：测量被测果蔬直径d，以此确定直径压缩变形量Δd=0.05d，体积压缩变形量 ；

[0012] （2）布置测压装置：将环形测压带内圈套在被测果蔬中间部位，一同置于水囊式测量筒内；

[0013] （3）施加预载荷：启动微型水泵使测量筒水囊平稳均匀充水，使被测果蔬表面及环形测压带与水囊式测量筒内壁完全均匀接触，待多通道数据采集卡各通道压力示数为0-1N且被测果蔬无明显变形时，停止微型水泵运转，记录此时流量传感器示数S0，即为单位时间充水体积；

[0014] （4）行程加载：再次启动微型水泵，待经过一定时间t后，停止水泵运转，记录此时多通道数据采集卡上各压力传感器的平均示数 ，其中n为压力传感器个数，Ni为第i个传感器的示数，行程加载时间t满足如下条件：

[0015]

[0016] （5）紧实度计算：根据果蔬受均布径向压力作用时应力与应变之间关系可得出被测果蔬径向截面只有正应力无剪应力，果蔬表面承受的径向载荷可作为单位面积上承受的径向应力，以此计算：

[0017] 体积变形量：

[0018] 应力：

[0019] 以此得出体积弹性模量：

[0020] 体积弹性模量E反映果蔬紧实度，其值越大，果蔬内部越紧实；

[0021] （6）行程返回：重新启动水泵排出测量筒水囊内的水，取出果蔬和环形测压带。

[0022] 相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明中的水囊式测量筒能够较好包裹被测果蔬表面，使被测果蔬均匀受载；环形测压带上均匀布置的多个压力传感器能够更加精准读取测量过程中被测果蔬表面承受加载力；微型水泵能够伺服控制，保证充水水流压力均匀，实现平稳加载；通过流量传感器和压力传感器计算获得果蔬紧实度真实值，引入体积弹性模量消除不同果蔬之间大小差异的影响；且装置结构简单可拆卸，便于携带，可进行现场检测。

附图说明

[0023] 图1是水囊式果蔬紧实度检测结构示意图；

[0024] 图2是环形测压带结构示意图；

[0025] 图3是水囊式测量筒结构示意图；

[0026] 图中：包括水压动力控制元件1、微型水泵2、水箱3、管道线路连接箱4、水囊式测量筒5、多通道数据采集卡6、环形测压带7、输出软管（8.1）、输入软管（8.2）、流量传感器9和直流电源组件10、水囊式测压元件11、水囊12、测量筒壳体13、弹性伸缩带14、压力传感段15、压力传感器16。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图对本发明作进一步说明。

[0028] 如图1所示，一种水囊式果蔬紧实度测量装置，包括水压动力控制元件1和水囊式测压元件11；所述水压动力控制元件1设在水囊式测压元件11下方，为水囊式测压元件11提供水压动力，用于测量被测果蔬的压力以计算紧实度；所述的水压动力控制元件1包括微型水泵2、水箱3、管道线路连接箱4、输出软管（8.1）、输入软管（8.2）、流量传感器9和直流电源组件10；所述直流电源组件10位于底部，微型水泵2、水箱3与流量传感器9均固定于直流电源组件10上表面；所述的直流电源组件10为所述微型水泵2提供动力，可进行直流交流转换；所述水箱3上方设有管道线路连接箱4；所述微型水泵2将水箱3中的水泵出，通过输入软管（8.2）输送到管道线路连接箱4，管道线路连接箱4通过输出软管（8.1）连接流量传感器9，流量传感器9与水箱3相连通。

[0029] 所述的水囊式测压元件11包括水囊式测量筒5、多通道数据采集卡6、环形测压带7；环形测压带7设在水囊式测量筒5的内部，用于测量被测果蔬的压力；多通道数据采集卡6设在水囊式测量筒5上方。

[0030] 如图2所示，所述的水囊式测量筒5包含水囊12、测量筒壳体13，用于给环形测压带7施加压力，并包裹被测果蔬；其中，水囊12安装在测量筒壳体13内；所述水囊12与管道线路连接箱4相连通。

[0031] 如图3所示，所述环形测压带7主体是一根弹性伸缩带14，上面均匀间隔设有三个压力传感段15，压力传感段设有多个压力传感器16，用于测量被测果蔬的压力。压力传感器16一般为均匀布置，3-7个奇数个。

[0032] 所述的多通道数据采集卡6用于采集环形测压带7上的压力传感器16获得的压力数据并传输给计算机。

[0033] 一种检测果蔬紧实度的方法，该方法包括以下步骤：

[0034] （1）测量果蔬直径：利用游标卡尺测量被测果蔬直径d，以此确定直径压缩变形量Δd=0.05d；体积压缩变形量

[0035] （2）布置测压装置：将环形测压带7内圈套在被测果蔬中间部位，一同置于水囊式测量筒5内；

[0036] （3）施加预载荷：启动微型水泵2使测量筒水囊12平稳均匀充水，使被测果蔬表面及环形测压带7与水囊式测量筒5内壁完全均匀接触，待多通道数据采集卡6各通道压力示数为0-1N且被测果蔬无明显变形时，停止微型水泵运转，记录此时流量传感器示数S0，即为单位时间充水体积；

[0037] （4）行程加载：再次启动微型水泵2，待经过一定时间t后，停止水泵2运转，记录此时多通道数据采集卡6上各压力传感器平均示数N。其中加载时间t满足如下条件：

[0038]

[0039] （5）紧实度计算：根据果蔬受均布径向压力作用时应力与应变之间关系可得出被测果蔬径向截面只有正应力无剪应力，以此计算：

[0040] 变形量：

[0041] 应力：

[0042] 以此得出弹性模量:

[0043] 取平均拉紧力N值、弹性模量E反映果蔬紧实度，其值越大，果蔬内部越紧实。

[0044] （6）行程返回：重新启动水泵2排出测量筒水囊12内的水，取出果蔬和环形测压带7。

[0045] 本发明可通过调整装置参数尺寸满足各类不同尺寸球形果蔬紧实度的测量。