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《西瓜成熟度无损检验的冲击振动方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第15卷第3期农业工程学报Vol.15No.31999年9月TransactionsoftheCSAESept.1999241西瓜成熟度无损检验的冲击振动方法①王书茂 焦群英籍俊杰(中国农业大学)(河北省农业机械化研究所)摘 要:在试验分析了西瓜的力学和物理特性的基础上,提出了利用西瓜的振动频率响应来判断西瓜成熟度的无损检验方法。研究表明,传统的判断西瓜成熟度的含糖量与西瓜的振动基频有较22ö3好的相关关系。在此基础上,考虑了西瓜质量的影响,提出了用fm做为西瓜的成熟度指数,并初步确定了“京欣”品种西瓜的成熟度指数范围。研究结果表明,冲击振动方法是
2、一种比较有效的西瓜成熟度无损检验方法,为工程应用在线测量及分机处理奠定了基础。关键词:西瓜;成熟度;无损检验;冲击;振动响应西瓜是我国夏季主要水果。在判断西瓜成熟度方面,人类已经积累了丰富的经验,如“计算生长期”,“观察外部形态”,“触、拍、压、闻”等无损检验法,为消费者提供成熟的西瓜起到了关键作用。但这些方法依赖于个人经验等主观因素,尤其消费者难以掌握。因此,如何科学地、客观地无损检验,按西瓜成熟度分级销售,对销售者和消费者都是有益的。国内外学者已经开始了这方面的研究。[1][2]Yamamoto、何东健等人用测量冲击振动产生的声波特性来研究西瓜
3、等水果品质与固有频率的关系,做了有益的探索。但由于振动产生的声波易受周围噪声环境的污染,只能在实[3]验室内或夜深人静时进行,难以实用推广。Kato研制了基于密度的西瓜分级样机,他对80个同一品种的西瓜分别进行了果汁含糖量和整体密度的分析。他认为西瓜成熟后,密度变小,改33[4]变量从不成熟度时的01985göcm到成熟时的01888göcm。Chen等人研究了甜瓜的基本力学特性,并用有限元方法计算了甜瓜的振动固有频率和振型。另外,日本还有人研究了利用红外、核磁共振等技术检验西瓜的成熟度。但迄今为止,还未见报道有关西瓜成熟度无损检验的实际应用。一种
4、传统、公认、客观地描述西瓜成熟度的检验方法是测量其果汁的含糖量。但这种方法需要切开西瓜,是损坏性的,不可能大样本检测,更不能逐个检验。本文提出了西瓜的力学模型,探索将传统的敲、拍、听声音的原理,用科学的振动测量方法实现,并用频谱分析代替人听的判断方法。分析了含糖量与固有频率的关系,并考虑质量的影响,提出了西瓜的成熟度指数。试验数据表明,本文的成熟度指数与含糖量有较好的相关性。研究结果说明冲击振动相应的方法是一种可行的无损成熟度检验技术,有可能发展为在线的西瓜成熟度检验的工程应用新技术。1 西瓜的力学和物理特性西瓜内部结构分为瓜皮和瓜瓤。从力学角度,
5、瓜瓤各部位性能相差较大。因此瓜瓤又可分收稿日期:1998212218①王书茂,副教授,副院长,北京市清华东路17号 中国农业大学(东校区)车辆工程学院,100083©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.242农业工程学报1999年 为3层,第一层为接近瓜皮部分,第二层为中间层,第三层为中心部分。西瓜在成熟过程中,瓜皮的硬度和弹性模量逐渐增加,但内部瓜瓤组织细胞间结合力随成熟而变小。因此,瓜瓤变松、脆,即常说的“沙瓤”。瓜瓤的弹性模量随成熟而变小。 为了解西瓜各
6、部位的力表1 西瓜各部位材料的弹性模量学性能和数值模拟计算的方Tab.1Theelasticmodulefordifferentlocationsofthewatermelon便,对北京产的“京欣”西瓜弹性模量öMPa的皮、瓤的弹性模量进行了西瓜部位1#西瓜,含糖910%2#西瓜,含糖1110%试验测量。研究中从瓜皮到瓜皮(硬皮内侧)21202140瓜瓤分三层分别取出边长为外层(瓜瓤最外层)015101421215mm立方体的试验样中间层(瓜瓤中间)01440132品进行压缩试验,压缩速度中心层(瓜瓤中心)01400130为10mmömin,受力方
7、向为径向。由测量的力和变形曲线,计算得到各部位样品的压缩弹性模量,如表1所示。试验表明,瓜皮的弹性模量是瓜瓤的5倍左右,瓜瓤的各部分弹性模量也不相同,但差异##不显著;从两个西瓜的对比来看,1西瓜,含糖量为910%,成熟度为中等,2西瓜,含糖量为1110%,成熟度为较好,两个西瓜瓜皮的弹性模量变化不大(变化10%),而瓜瓤的弹性模量则变化较大(变化20%以上)。瓜瓤弹性模量的变化关系到西瓜的振动特性,这就使得西瓜成熟度的振动无损检验成为可能。2 冲击振动响应方法无损检测西瓜成熟度的原理北京产的“京欣”西瓜外形为不规则的椭球状,但其长、短轴相差较小,
8、作为近似和简化,将“京欣”西瓜视为球形。西瓜可以简化为多层球状弹性体。当其受到瞬态冲击时,球体将产生振动响应。按照弹性[5
