低頻高能果實(shí)超聲檢測系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、果實(shí)從采收、分選、包裝到運(yùn)輸?shù)雀鳝h(huán)節(jié)中,無法避免碰撞、振動、擠壓以及摩擦等情況發(fā)生,造成皮下組織破壞和皮層破裂,并將逐漸擴(kuò)展直至果實(shí)腐爛。由于絕大多數(shù)的內(nèi)部損傷難以在發(fā)生初期被發(fā)現(xiàn),造成極大的損失。非破壞性檢測近年來得到了廣泛重視,其中,超聲檢測技術(shù)是發(fā)現(xiàn)果實(shí)早期內(nèi)部損傷的有效方法,但是由于果實(shí)組織具有顆粒特性或細(xì)胞之間存在空穴結(jié)構(gòu),高頻聲波在果實(shí)中衰減嚴(yán)重,很難實(shí)現(xiàn)有效穿透,致使無法有效進(jìn)行內(nèi)部檢測。為此,本文設(shè)計了可用于果實(shí)超聲檢測

2、的基于PZT-4的厚圓片復(fù)合振動超聲換能器和高能低頻的超聲收發(fā)電路系統(tǒng),用于解決這一技術(shù)瓶頸。
　　 厚圓片換能器設(shè)計方面,論文在建立PZT-4厚圓片敏感材料數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,分析和研究敏感元件性能與激勵條件的關(guān)系,并結(jié)合實(shí)驗(yàn)測定的手段,對換能器激勵條件進(jìn)行優(yōu)化。該型換能器具有收發(fā)功能,發(fā)射聲能高,直徑小的特點(diǎn),能與果實(shí)曲面進(jìn)行有效的耦合。為發(fā)揮該換能器的性能,獲得低頻率、高能量的超聲波,又設(shè)計以AT89S52為核心的低頻高能超

3、聲收發(fā)電路。該電路系統(tǒng)在PWM升壓開關(guān)電源原理的基礎(chǔ)上,引入MOS管半橋調(diào)制電路,能夠在換能器的兩端產(chǎn)生幅值、頻率和個數(shù)可調(diào)的高壓方波脈沖信號。最后,通過將該超聲檢測系統(tǒng)用于蘋果、梨和馬鈴薯的聲學(xué)特性阻抗的測定,驗(yàn)證本檢測系統(tǒng)能有效實(shí)現(xiàn)果實(shí)的超聲穿透。該檢測系統(tǒng)可為果實(shí)特征參數(shù)、品質(zhì)以及損傷的超聲檢測提供技術(shù)參考。
　　 論文的主要研究工作包括:
　　 (1)設(shè)計一種基于PZT-4的厚圓片復(fù)合振動低頻高能超聲換能器。在建

4、立PZT-4厚圓片敏感材料數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,通過利用不同參數(shù)的脈沖激勵信號對換能器進(jìn)行激勵的實(shí)驗(yàn),優(yōu)化換能器的工作條件。
　　 (2)在研究傳統(tǒng)的超聲波電路研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計、調(diào)試并優(yōu)化可用于果實(shí)超聲檢測的低頻、高能超聲收發(fā)電路,適用于厚圓片換能器。
　　 (3)設(shè)計了JM240128液晶模塊的接口電路及鍵盤接口電路,用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)的可視化設(shè)定。并設(shè)計系統(tǒng)的軟件主程序及各個模塊的流程圖,完成系統(tǒng)軟件的編寫。