[發明專利]一種基于振動聲音信號的蘋果脆度無損檢測方法

在審

• 申請號: 202010156154.5
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111272875A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 劉洋;丁霄;張揚;鄭麗雪;馮萬嶺;孫興媛
• 申請（專利權）人: 常熟理工學院
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 滕詣迪

1.一種基于振動聲音信號的蘋果脆度無損檢測方法，其特征在于包括如下步驟：

S1、聲音信號的采集：自制敲擊平臺，用小球敲擊蘋果的最外圍處，再用高敏感度的麥克風連接電腦音頻處理軟件進行聲音的收集；

S2、聲音信號的預處理：采用MATLAB編程，對采集到的聲音信號進行去噪處理；

S3、聲音信號特征值的提取：利用包括傅里葉變換、希爾伯特黃變換方法進行聲音信號特征值的提取：

S3.1時域特征值：利用時域分析算法，從所采集的聲音信號當中提取3個顯著相關的聲學參數，即能量、波形指數、最大振幅；

S3.2頻域特征值：將蘋果聲音信號的頻率定義在1KHz-10KHz范圍內，每隔1KHz的分頻能量將其劃分為10個頻率區段，再進行能量統計；

S4、利用食品感官評價對蘋果的脆度進行評價；

S5、基于神經網絡與線性回歸模型完成對蘋果脆度的評價，并與真實值比對，比較兩種模型的優劣，神經網絡的預測結果優于線性回歸。

2.根據權利要求1所述的基于振動聲音信號的蘋果脆度無損檢測方法，其特征在于所述的步驟S3中，根據傅里葉變換結合MATLAB，將蘋果振動聲音信號時域特征值波形指標、能量提取出來；而頻域特征值以分頻能量衡量，采用希爾伯特黃變換處理。

3.根據權利要求1所述的基于振動聲音信號的蘋果脆度無損檢測方法，其特征在于所述的步驟3.1中能量被定義為離散聲信號采樣點的總能量，計算公式表示如下：

式中：x(i)代表某一離散點的能量，N為離散點的范圍。

4.根據權利要求1所述的基于振動聲音信號的蘋果脆度無損檢測方法，其特征在于所述的步驟3.1波形指標：定義為聲音信號的能量的均方根和振幅寬度的均方根之比，其公式表示如下：

式中：i為采樣點，分子為信號總能量，分母為振幅寬度代表某一離散點的能量。

5.根據權利要求1所述的基于振動聲音信號的蘋果脆度無損檢測方法，其特征在于所述的步驟3振動聲音信號頻域分析：

利用希爾伯特黃變換分析方法，對蘋果的振動聲音信號進行分析；利用MATLAB試驗測得該模式下聲音信號的Hilbert譜，將各種分頻區域內的聲音信號能量相加，得到各頻域內總能量公式為：

式中：E代表基于希爾伯特普頻率的能量，i，n代表頻率為i Hz-n Hz的頻率范圍。

6.根據權利要求1所述的基于振動聲音信號的蘋果脆度無損檢測方法，其特征在于：脆度評價中感官評價包括蘋果的斷裂所需要力、蘋果的破碎時的聲音、蘋果的斷裂程度三種屬性；蘋果的斷裂所需要力包括無法咬斷或需要極大力、中等力度、極易；蘋果的破碎時的聲音包括聲音沉悶或幾乎沒有、較為清脆、聲音清脆；蘋果的斷裂程度包括斷裂較小、中等、斷裂較多。

7.根據權利要求6所述的基于振動聲音信號的蘋果脆度無損檢測方法，其特征在于：采用下式得到感官脆度值：

8.根據權利要求1所述的基于振動聲音信號的蘋果脆度無損檢測方法，其特征在于脆度結果分析中：模型的構建、脆度與聲音信號特征值相關性分析、脆度與聲音信號特征值相關性脆度與硬度、波形指標、能量以及3KHz-10KHz范圍內，每隔1KHz的分頻能量內的分頻能量相關性顯著；使用SPSS對因子分析的得分保存為變量進行回歸分析，得到R²為0.548，F值為80.028，顯著性接近于0，所得脆度Y與主成分分析后的主成分一X₂₁方程為：

Y＝5.159-0.532X₂₁。