高压放大器基于香梨硬度无损检测中的应用

实验名称：高压放大器基于声振响应法的香梨硬度无损检测

实验目的：使用无损检测的方法检测判别香梨内部品质的差异

试验设备：

香梨、试验台架、压电梁式传感器、ATA-2041高压放大器、振动控制与动态信号采集分析仪、计算机等组成。

实验内容：

该研究搭建了由压电梁式传感器进行信号激励和感测的检测装置，分析了装置信号检测的稳定性，提取了香梨共振频率和声速并进行香梨硬度评估，然后将这两响应参数的评估硬度与香梨硬度的M-T穿刺法(Magness-Taylor)测量结果进行线性回归分析，以构建香梨硬度的检测模型，该模型由高压放大器驱动传感器，由动态信号采集分析仪采集数据。

 

实验过程：

（1）测试台的搭建

 

（2）信号的采集和处理

依据声振试验通常采用力锤对水果试样进行激励，为降低信号干扰同时获取较强的激励响应信号，使用高压放大器放大器对Ve信号进行线性放大。考虑到传感器连续工作所能承受的额定电压为90V，将电压信号线性放大为脉冲峰值电压为80V的激励信号VE,然后通过激励端的压电梁式传感器使试样产生振动。

香梨典型的声振信号

（3）响应信号的稳定性测试

高压放大器放大信号，对香梨同一测点重复进行5次激励感测，以观察响应信号的稳定性。

同一激励点重复激励的信号

 

（4）不同测点对声振试验的影响测试

随机选取5个香梨，如图所示，在香梨赤道线上均匀布置5个测点进行激励和信号感测，以观察香梨不同激励感测位置的响应信号是否有差异性。

 

●为感测点

（5）采用TA.XT Plus质构仪在香梨赤道部随机选取5个点进行带皮穿刺测试。采用直径5 mm的圆柱体探头，穿刺速度设定为1 mm/s，穿刺深度为8 mm。M-T穿刺法检测硬度根据香梨穿刺破裂前力-变形曲线的斜率计算得出，取5次测量结果的平均值作为香梨的硬度SM-T，N/mm。

 

 

香梨硬度不同方法检测值间的关系

实验结果：

1）本检测装置可同时获取共振频率和声速2个响应参数，高压放大器放大信号，在同一测点多次激励感测，响应信号稳定可靠;在香梨赤道部不同位置进行信号激励感测时，2个响应参数均无显著差异(P>0.05）。

2）香梨的共振频率法评估硬度和声速法评估硬度分别与M-T穿刺法测量的硬度线性相关，相关系数分别为0.841、0.877，所建立的模型都可作为香梨硬度无损检测的模型。

3）共振频率法和声速法联合也可以检测香梨硬度，检测模型的相关系数为0.938。该模型检测香梨硬度的敏感度为67.30%，最接近M-T穿刺法检测硬度的敏感度;当用于香梨粗皮果和正常果判别时，该模型具有明显较高的检测准确率(86.7%），可为香梨硬度声振法无损检测技术开发提供策略。