[發(fā)明專利]一種水囊式果蔬緊實(shí)度測量裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910946977.5
• 申請日: 2019-10-07
• 公開（公告）號(hào): CN110779862B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王俊;張靜
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N19/00
• 分類號(hào): G01N19/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

1.一種水囊式果蔬緊實(shí)度測量裝置，其特征在于：包括水壓動(dòng)力控制元件（1）和水囊式測壓元件（11）；所述水壓動(dòng)力控制元件（1）設(shè)在水囊式測壓元件（11）下方，為水囊式測壓元件（11）提供水壓動(dòng)力，用于測量被測果蔬的壓力以計(jì)算緊實(shí)度；所述的水壓動(dòng)力控制元件（1）包括微型水泵（2）、水箱（3）、管道線路連接箱（4）、輸出軟管（8.1）、輸入軟管（8.2）、流量傳感器（9）和直流電源組件（10）；所述直流電源組件（10）位于底部，微型水泵（2）、水箱（3）與流量傳感器（9）均固定于直流電源組件（10）上表面；所述的直流電源組件（10）為所述微型水泵（2）提供動(dòng)力，可進(jìn)行直流交流轉(zhuǎn)換；所述水箱（3）上方設(shè)有管道線路連接箱（4）；所述微型水泵（2）將水箱（3）中的水泵出，通過輸入軟管（8.2）輸送到管道線路連接箱（4），管道線路連接箱（4）通過輸出軟管（8.1）連接流量傳感器（9），流量傳感器（9）與水箱（3）相連通。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于：所述的水囊式測壓元件（11）包括水囊式測量筒（5）、多通道數(shù)據(jù)采集卡（6）、環(huán)形測壓帶（7）；環(huán)形測壓帶（7）設(shè)在水囊式測量筒（5）的內(nèi)部，用于測量被測果蔬的壓力；多通道數(shù)據(jù)采集卡（6）設(shè)在水囊式測量筒（5）上方。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于：所述的水囊式測量筒（5）包含水囊（12）、測量筒殼體（13），用于給環(huán)形測壓帶（7）施加壓力，并包裹被測果蔬；其中，水囊（12）安裝在測量筒殼體（13）內(nèi)；所述水囊（12）與管道線路連接箱（4）相連通。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于：所述環(huán)形測壓帶（7）主體是一根彈性伸縮帶（14），上面均勻間隔設(shè)有三個(gè)壓力傳感段（15），壓力傳感段設(shè)有多個(gè)壓力傳感器（16），用于測量被測果蔬的壓力。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于：所述的多通道數(shù)據(jù)采集卡（6）用于采集環(huán)形測壓帶（7）上的壓力傳感器（16）獲得的壓力數(shù)據(jù)。

6.一種采用根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置檢測果蔬緊實(shí)度的方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）測量果蔬直徑：測量被測果蔬直徑d，以此確定直徑壓縮變形量Δd=0.05d，體積壓縮變形量；

（2）布置測壓裝置：將環(huán)形測壓帶內(nèi)圈套在被測果蔬中間部位，一同置于水囊式測量筒內(nèi)；

（3）施加預(yù)載荷：啟動(dòng)微型水泵使測量筒水囊平穩(wěn)均勻充水，使被測果蔬表面及環(huán)形測壓帶與水囊式測量筒內(nèi)壁完全均勻接觸，待多通道數(shù)據(jù)采集卡各通道壓力示數(shù)為0-1N且被測果蔬無明顯變形時(shí)，停止微型水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，記錄此時(shí)流量傳感器示數(shù)S₀，即為單位時(shí)間充水體積；

（4）行程加載：再次啟動(dòng)微型水泵，待經(jīng)過一定時(shí)間t后，停止水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，記錄此時(shí)多通道數(shù)據(jù)采集卡上各壓力傳感器的平均示數(shù)，其中n為壓力傳感器個(gè)數(shù)，N_i為第i個(gè)傳感器的示數(shù)，行程加載時(shí)間t滿足如下條件：

（5）緊實(shí)度計(jì)算：根據(jù)果蔬受均布徑向壓力作用時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變之間關(guān)系可得出被測果蔬徑向截面只有正應(yīng)力無剪應(yīng)力，果蔬表面承受的徑向載荷可作為單位面積上承受的徑向應(yīng)力，以此計(jì)算：

體積變形量：

應(yīng)力：

以此得出體積彈性模量：

體積彈性模量E反映果蔬緊實(shí)度，其值越大，果蔬內(nèi)部越緊實(shí)；

（6）行程返回：重新啟動(dòng)水泵排出測量筒水囊內(nèi)的水，取出果蔬和環(huán)形測壓帶。