一种基于超声背散射的质量评价装置

摘要

本发明公开了一种基于超声背散射的质量评价装置，包括检测工作台，所述检测工作台一端连接有置物平台，所述检测工作台上部设置有检测控制箱，所述检测工作台上设置有传送带以及传动机构，所述传动机构驱动传送带运转，所述检测控制箱外部设置有人机交互界面和超声探头传感器，所述超声探头传感器位于检测控制箱上正对传送带的位置。检测控制箱内部设置有控制模块、数据采集卡、信号采集卡和信号调理模块。通过超声探头传感器配合检测控制箱内部的各个模块进行使用，可以实现线上或线下的实时超声检测，能够快速分类挑选出萝卜合格品和残次品，并将残次品筛选出来再利用于其他领域，保障食品安全和生产利润最大化。

说明书

技术领域

本发明涉及超声无损检测技术领域，具体为一种基于超声背散射的质量评价装置。

背景技术

随着社会经济的发展，人们对食品安全和质量有了更高的要求。目前我国对果蔬的消费量日益增大，其中萝卜由于其自身功效而深受人们喜爱。现阶段我国萝卜播种面积及产量都保持高增长态势，根据萝卜行业分析数据，2020年达到1950万亩，占蔬菜总播种面积的近5.6％，产量约4500万吨。但是在生产过程中，萝卜存在着空心病等现象，在大规模种植采摘售卖时，会有大量残次质量的萝卜流入市场，这对人们的食品安全和生产成本都提出了挑战。

随着社会经济水平的不断提高，人们的健康意识逐渐增强，在食品安全和质量要求上也不断的提高。由于萝卜在生长后期，萝卜本身肉质根迅速膨大，木质部一些远离输导组织的薄壁细胞因缺乏营养物质供应而呈现“饥饿”状态。萝卜组织开始衰老，出现气泡和细胞间隙，最后形成空心病。空心是由根的下部和根的外部皮层向根的上部和内层发展的，此时萝卜表皮颜色发暗呈凹凸状，用手指弹动发出“梆梆”的声响。当萝卜出现空心病时，人们食用过多会有损健康；种植萝卜的劳动者也会面临亏损的情况。目前，萝卜的外部品质主要是通过形状大小、个体质量和颜色光泽等指标进行人工质量评估，而内部品质主要依靠取样切开的方法进行样本抽查，该方法容易造成资源浪费和判断错误，无法满足智能化生产、检测、加工等对萝卜质量快速检测的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于超声背散射的质量评价装置，以解决上述背景技术中提出目前，萝卜的外部品质主要是通过形状大小、个体质量和颜色光泽等指标进行人工质量评估，而内部品质主要依靠取样切开的方法进行样本抽查，该方法容易造成资源浪费和判断错误，无法满足智能化生产、检测、加工等对萝卜质量快速检测需要的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于超声背散射的质量评价装置，包括检测工作台，所述检测工作台一端连接有置物平台，所述检测工作台上部设置有检测控制箱，所述检测工作台上设置有传送带以及传动机构，所述传动机构驱动传送带运转，所述检测控制箱外部设置有人机交互界面和超声探头传感器，所述超声探头传感器位于检测控制箱上正对传送带的位置。

进一步而言，所述检测工作台通过销轴连接于置物平台，所述置物平台内部设置有伸缩机构。

进一步而言，所述检测控制箱内部设置有控制模块、数据采集卡、信号采集卡和信号调理模块，所述控制模块、信号采集卡、信号调理模块和数据采集卡依次电连接；

所述数据采集卡与超声探头传感器正对，且所述数据采集卡和超声探头传感器分别位于传送带的两侧，所述数据采集卡用于接收穿过检测样品的超声信号；

所述信号调理模块用于对数据采集卡接收的超声信号进行放大；

所述信号采集卡用于将信号调理模块放大后的信号转换为数字信号；

所述控制模块用于接收并处理数据采集卡生成的数字信号。

进一步而言，所述控制模块基于FPGA和ARM做为信号采集装置，所述FPGA作为主机，所述ARM作为从机，二者之间基于SPI3通信，所述ARM负责信号采集，所述FPGA用于信号处理。

进一步而言，所述信号调理模块包括信号放大电路、限幅电路和滤波电路。

进一步而言，所述信号采集卡型号为USB2810A。

进一步而言，所述人机交互界面为LED显示屏，所述人机交互界面外部设置有控制按钮。

进一步而言，所述检测控制箱通过有线或无线的方式连接于PC端。

进一步而言，所述传动机构包括驱动电机，所述驱动电机通过联轴器连接于所述传送带，所述驱动电机电性连接于外部电源和调速系统。

进一步而言，所述传送带的末端分别设置有残次品区和高品质区。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明整体结构主要通过检测工作台和检测控制箱组成，结构简单，生产成本较低，维护简单，使用寿命长。

检测控制箱外部设置有人机交互界面、控制按钮和超声探头传感器，PC端通过有线或无线的方式连接于检测控制箱。检测控制箱内部设置有控制模块、数据采集卡、信号采集卡和信号调理模块。通过超声探头传感器配合检测控制箱内部的各个模块进行使用，可以实现线上或线下的实时超声检测，能够快速分类挑选出萝卜合格品和残次品，并将残次品筛选出来再利用于其他领域，保障食品安全和生产利润最大化。

通过超声探头采集透过样品的超声背散射信号，并将超声信号传至控制模块，此时控制模块将超声模拟信号转换为超声数字信号并传送至处理器，最后处理器分析处理后将所评估的结果在人机交互界面的LED显示屏上显示输出以及将数据信息发送至PC端进行存储和远程控制，用户也可以根据实际情况通过人机交互界面实现对平台的检测控制，最终实现萝卜内在质量的快速检测。能够在线下线上进行实时操作，有利于萝卜智能化生产筛检。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的检测控制箱结构示意图；

图中：1-检测工作台、2-检测控制箱、3-传动机构、4-传送带、5-置物平台、6-PC端、7-人机交互界面、8-控制按钮、9-超声探头传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：

一种基于超声背散射的质量评价装置，包括检测工作台1，所述检测工作台1一端连接有置物平台5，所述检测工作台1上部设置有检测控制箱2，所述检测工作台1上设置有传送带4以及传动机构3，所述传动机构3驱动传送带4运转，所述检测控制箱2外部设置有人机交互界面7和超声探头传感器9，所述超声探头传感器9位于检测控制箱2上正对传送带4的位置。

本发明中，所述检测工作台1通过销轴连接于置物平台5，所述置物平台5内部设置有伸缩机构。

本发明中，所述检测控制箱2内部设置有控制模块、数据采集卡、信号采集卡和信号调理模块，，所述控制模块、信号采集卡、信号调理模块和数据采集卡依次电连接；

所述数据采集卡与超声探头传感器9正对，且所述数据采集卡和超声探头传感器9分别位于传送带4的两侧，所述数据采集卡用于接收穿过检测样品的超声信号；

所述信号调理模块用于对数据采集卡接收的超声信号进行放大；

所述信号采集卡用于将信号调理模块放大后的信号转换为数字信号；

所述控制模块用于接收并处理数据采集卡生成的数字信号。

本发明中，所述控制模块基于FPGA和ARM做为信号采集装置，所述FPGA作为主机，所述ARM作为从机，二者之间基于SPI3通信，所述ARM负责信号采集，所述FPGA用于信号处理。FPGA型号为XCZU3EG-1SFVC784，ARM型号为Cortex-A7。通过超声探头传感器9和数据采集卡接收到发射的超声波信号，通过超声对萝卜的无损检测，对接收到的超声背散射信号进行分析判断。

本发明中，所述信号调理模块包括信号放大电路、限幅电路和滤波电路。信号放大电路对采集的信号适当放大，使采集卡能够采集到适宜的信号；限幅电路主要将放大的信号进行幅度限制，防止进行数模转换时，幅度过大损坏采集卡，滤波电路主要将现场采集到的干扰信号进行滤除。

本发明中，所述信号采集卡型号为USB2810A，所述信号采集卡作A/D模数转换工作。信号采集卡是将信号模拟量进行采集然后转换成数字量,可以直接插在计算机的USB接口上,对数据进行采集和波形分析、平滑处理、FFT变换等。

本发明中，所述人机交互界面7通过LED显示屏构成，所述人机交互界面7外部设置有控制按钮8。

本发明中，所述检测控制箱2通过有线或无线的方式连接于PC端6。

本发明中，所述传动机构3包括驱动电机构成，所述驱动电机通过联轴器连接于所述传送带4，所述驱动电机电性连接于外部电源和调速系统，驱动电机的额定电压为380V；工作电源频率为50Hz；同步转速为1500r/min。

本发明中，所述传送带4的末端分别设置有残次品区和高品质区。当检测到不符合要求的萝卜时，萝卜传送出检测控制箱2后，经过传送带4的传动会分流至残次区进行收集；符合要求的萝卜则直接传送至高品质区，整个平台实现智能筛检分类的功能。

工作原理：

首先通过控制按钮8打开驱动电机开关，通过驱动电机带动传送带4开始传动。用户将检测样品放在置物平台5上通过传送带3传送至检测控制箱2。在传送带4工作时，用户通过控制按钮8打开检测控制箱2开关，此时检测控制箱2内超声探头传感器9与样品接触，发射超声信号进行检测，然后通过数据采集卡采集透过样品的超声背散射信号，并将超声信号传至控制模块。

控制模块基于FPGA和ARM做为信号采集装置。FPGA作为主机，ARM作为从机，二者之间基于SPI3通信。ARM负责信号采集，FPGA用于信号处理。FPGA型号为XCZU3EG-1SFVC784，ARM型号为Cortex-A7。通过超声探头传感器9和数据采集卡接收到发射的超声波信号，通过超声对萝卜的无损检测，对接收到的超声背散射信号进行分析判断。

分析处理后将所评估的结果在人机交互界面7的LED显示屏上显示输出以及将数据信息发送至PC端6进行存储和远程控制。

用户也可以根据实际情况通过人机交互界面7实现对平台的检测控制，最终实现萝卜内在质量的快速检测。

该检测装置的技术基于对超声背散射信号的高速采集和处理分析，控制模块以FPGA和ARM形成了信号采集分析处理系统的核心。当检测箱检测到不同萝卜内部的声学信号时，通过对声学信号特性的分析，计算出相应的参数指标，对比实际条件下用户要求的标准实现分类筛检。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。