一种利用超声波检测莴笋内部缺陷的方法

本发明的是根据超声波检测原理检测植物内部缺陷大小

背景技术：

1、超声发生器将220v的电压转换成与换能器相匹配的交流电信号。换能器内部压电陶瓷将施加在其上的电信号转化为超声波信号(发射端)，同时接受超声波信号并转换为电信号(接收端)，并将该电信号输出到示波器上进行分析。

2、超声波进入植物后，植物内部理化性质和组织结构的变化均会引起声波改变。在保证每次入射超声波的频率能量相同的情况下，通过单一改变织物内部的某些结构或性质，检测穿过植物的超声波，以此来建立该结构或性质和声波的对应关系。

3、由于植物内部存在大量的空隙气泡以及较为复杂的内部组织结构，超声波在组织内部的衰减较为严重，故使用较低频率(50khz)和较高能量(100v)的超声波进行检测，选取探测深度为20000。

4、我们将超声波探头接收到的波形进行傅里叶变换，发现在频率为40625.001hz和43750.00108hz处，频率-幅度图出现了明显的峰值，并将这两个峰值代替为声波强度。通过分析频谱强度，系统地研究超声波在不同内部孔洞结构的莴笋中传播时的衰减情况，并总结出相关规律。

5、python算法在科学领域中的普遍应用。

技术实现思路

1、本发明的主题在于使用超声波设备以及python算法实现莴笋内部空腔结构的可视化。

2、该主题包括：

3、莴笋内部缺陷大小对超声波传播的影响。

4、当莴笋外径小于40mm时，随着莴笋内部缺陷增大，声波幅值逐渐降低；当莴笋外径大于40mm时，随着莴笋内部缺陷逐渐增大，声波幅值呈现出先增高后降低的趋势。

5、通过对莴笋内部组织结构进行的显微镜观察，发现莴笋径向截面的组织结构较为明显，大致可分为位于莴笋中心部分的髓质和包围髓质的木质部，这两部分的声学性质也大为不同：髓质的声阻抗要大于木质部的声阻抗。

6、由于木质部相较于髓质有更明显的层状结构，髓质对超声波的衰减作用要大于木质部对超声波的衰减。对于外径较大的莴笋，当其内部的缺陷比较小的时候，声波会绕过缺陷，沿着圈层进行传播，对着莴笋中心传播的超声波将会向木质部移动；但孔洞大的时候，部分沿着中心传播的超声波不可避免通过莴笋——空气界面，超声波的衰减会大幅度提高。又因为木质部的衰减小于髓质，所以穿过的超声波的强度会随着孔洞的增大，先增大后减小。但对于外径比较小的莴笋来说，由于其髓质部分较少，一部分超声波在传入时直接沿着木质部传播。因此，当缺陷增大时，超声波绕过缺陷传播，从而导致传播距离加长，接收到的声波强度单调降低。

7、超声波在莴笋内部传播时，若莴笋内部没有孔洞，则声波沿直线传播，若内部有孔洞，且在孔洞较小时倾向于绕过孔洞进行传播。

8、超声波的衰减只与内部缺陷沿垂直于声波传播方向的最大长度有关，而与沿超声波传播方向大小无关。

9、基于python的莴笋内部缺陷的可视化算法。

10、超声波通过莴笋内部缺陷后幅值变化和内部缺陷大小的数据库的建立。

技术特征：

1.一种旨在通过超声波检测莴笋内部缺陷大小及形状的方法。该方法包括：

2.根据权利要求一所述的数据库，其特征在于：

3.根据权利要求一所述的设备，对莴笋切段进行另一种方法的扩孔：

4.根据前述权利要求所述的检测方法，对所得到数据的进行分析，发现在外径相同的前提下，且在垂直于声波传播方向的缺陷长度相同时，椭圆缺陷和圆形缺陷的频谱图相同。

5.根据权利要求4所述现象，可以得到结论：

6.根据前述权利要求，进行如下方法进行测量：

技术总结本申请提供一种利用超声波检测莴笋内部缺陷大小及形状的方法。本申请使用的超声波检测设备为汕头超声CTS‑8077PR型仪器，所用探头频率为50KHz。检测方法为双探头正对透射穿过莴笋样品，在接收端接收超声波，并将所得到的声波图形进行傅里叶分析，得到超声波的频谱图，通过分析频谱图中特定频率波的幅值大小，确定莴笋内部垂直于声波传播方向的缺陷的最大长度，通过多点位检测，得到多组点位，将所得到的点位在Python上进行绘制，最终得到莴笋内部缺陷图形。技术研发人员：张诚,张星宇,王思源,邬道胜受保护的技术使用者：南京农业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23