低頻高能果實超聲檢測系統(tǒng)設計.pdf

1、果實從采收、分選、包裝到運輸等各環(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,并將逐漸擴展直至果實腐爛。由于絕大多數的內部損傷難以在發(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,超聲檢測技術是發(fā)現(xiàn)果實早期內部損傷的有效方法,但是由于果實組織具有顆粒特性或細胞之間存在空穴結構,高頻聲波在果實中衰減嚴重,很難實現(xiàn)有效穿透,致使無法有效進行內部檢測。為此,本文設計了可用于果實超聲檢測

2、的基于PZT-4的厚圓片復合振動超聲換能器和高能低頻的超聲收發(fā)電路系統(tǒng),用于解決這一技術瓶頸。
　　 厚圓片換能器設計方面,論文在建立PZT-4厚圓片敏感材料數學模型的基礎上,分析和研究敏感元件性能與激勵條件的關系,并結合實驗測定的手段,對換能器激勵條件進行優(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,能與果實曲面進行有效的耦合。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升壓開關電源原理的基礎上,引入MOS管半橋調制電路,能夠在換能器的兩端產生幅值、頻率和個數可調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、梨和馬鈴薯的聲學特性阻抗的測定,驗證本檢測系統(tǒng)能有效實現(xiàn)果實的超聲穿透。該檢測系統(tǒng)可為果實特征參數、品質以及損傷的超聲檢測提供技術參考。
　　 論文的主要研究工作包括:
　　 (1)設計一種基于PZT-4的厚圓片復合振動低頻高能超聲換能器。在建

4、立PZT-4厚圓片敏感材料數學模型的基礎上,通過利用不同參數的脈沖激勵信號對換能器進行激勵的實驗,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上,設計、調試并優(yōu)化可用于果實超聲檢測的低頻、高能超聲收發(fā)電路,適用于厚圓片換能器。
　　 (3)設計了JM240128液晶模塊的接口電路及鍵盤接口電路,用于實現(xiàn)系統(tǒng)參數的可視化設定。并設計系統(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。