應用案例

實驗名稱：高壓放大器基于聲振響應法的香梨硬度無損檢測

實驗目的：使用無損檢測的方法檢測判別香梨內部品質的差異

試驗設備：

香梨、試驗臺架、壓電梁式傳感器、ATA-2041高壓放大器、振動控制與動態信號采集分析儀、計算機等組成。

實驗內容：

該研究搭建了由壓電梁式傳感器進行信號激勵和感測的檢測裝置，分析了裝置信號檢測的穩定性，提取了香梨共振頻率和聲速并進行香梨硬度評估，然后將這兩響應參數的評估硬度與香梨硬度的M-T穿刺法(Magness-Taylor)測量結果進行線性回歸分析，以構建香梨硬度的檢測模型，該模型由高壓放大器驅動傳感器，由動態信號采集分析儀采集數據。

 

實驗過程：

（1）測試臺的搭建

 

（2）信號的采集和處理

依據聲振試驗通常采用力錘對水果試樣進行激勵，為降低信號干擾同時獲取較強的激勵響應信號，使用高壓放大器放大器對V_e信號進行線性放大。考慮到傳感器連續工作所能承受的額定電壓為90V，將電壓信號線性放大為脈沖峰值電壓為80V的激勵信號V_E,然后通過激勵端的壓電梁式傳感器使試樣產生振動。

香梨典型的聲振信號

（3）響應信號的穩定性測試

高壓放大器放大信號，對香梨同一測點重復進行5次激勵感測，以觀察響應信號的穩定性。

同一激勵點重復激勵的信號

 

（4）不同測點對聲振試驗的影響測試

隨機選取5個香梨，如圖所示，在香梨赤道線上均勻布置5個測點進行激勵和信號感測，以觀察香梨不同激勵感測位置的響應信號是否有差異性。

 

●為感測點

（5）采用TA.XT Plus質構儀在香梨赤道部隨機選取5個點進行帶皮穿刺測試。采用直徑5 mm的圓柱體探頭，穿刺速度設定為1 mm/s，穿刺深度為8 mm。M-T穿刺法檢測硬度根據香梨穿刺破裂前力-變形曲線的斜率計算得出，取5次測量結果的平均值作為香梨的硬度SM-T，N/mm。

 

 

香梨硬度不同方法檢測值間的關系

實驗結果：

1）本檢測裝置可同時獲取共振頻率和聲速2個響應參數，高壓放大器放大信號，在同一測點多次激勵感測，響應信號穩定可靠;在香梨赤道部不同位置進行信號激勵感測時，2個響應參數均無顯著差異(P>0.05）。

2）香梨的共振頻率法評估硬度和聲速法評估硬度分別與M-T穿刺法測量的硬度線性相關，相關系數分別為0.841、0.877，所建立的模型都可作為香梨硬度無損檢測的模型。

3）共振頻率法和聲速法聯合也可以檢測香梨硬度，檢測模型的相關系數為0.938。該模型檢測香梨硬度的敏感度為67.30%，最接近M-T穿刺法檢測硬度的敏感度;當用于香梨粗皮果和正常果判別時，該模型具有明顯較高的檢測準確率(86.7%），可為香梨硬度聲振法無損檢測技術開發提供策略。

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