CN211825515U - 一种用于水果硬度的压电数据采集的便携装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于水果硬度的压电数据采集的便携装置。外套筒在内套筒外，内套筒底端固接弹簧挡块，外套筒设有两道周向凹槽，上下周向凹槽之间和外套筒顶部内壁之间形成第一第二环形台阶面，第一环形台阶面和弹簧挡块之间有施力弹簧，外套筒向下移动时阶梯台阶被弹簧挡块阻挡限位；压力传感器装在内套筒中间，压力传感器经弹性组件和导杆连接，导杆和探头固接，弹簧挡块设置有第一压电薄膜，弹簧挡块上有第二压电薄膜。本实用新型可用于水果硬度的压电数据采集，采集结果不受手动施加压力影响，更加精确，具有携带方便、采集速度快、操作简便，以及适用于果园、超市等场合现场采集等特点。

Description

一种用于水果硬度的压电数据采集的便携装置

技术领域

本实用新型涉及了一种用于便携检测的装置，尤其是涉及了一种用于水果硬度的压电数据采集的便携装置，可以适用于果园及超市等场合进行水果硬度快速检测。

背景技术

水果是重要的农产品之一，水果产业作为劳动密集型产业是种植业中仅次于粮食蔬菜的第三大支柱产业，年产量达上亿吨，在我国的国民经济中占有非常重要的地位。全球每年损失或浪费的水果约达到总产量的50％，其中因采摘期不当、贮藏时间过长、运输损伤等原因导致的损失的占很大的比重。若能提供可在果园、超市等场合实时检测水果成熟度的便携仪器，帮助果农、经销商合理判断水果采收期，货架期等，则可有效改善水果的损失现状。

硬度是评估水果成熟度的重要指标之一，对指导水果的采摘、储藏、运输和加工均具有重要的作用。为从源头上确保水果品质，方便确定水果的采摘时间和后续的管理，生产更优质的水果，实时对水果硬度进行测试意义重大。因此，采集测量准确、操作简单的便携水果硬度检测仪器具有很大的发展空间。

现有的水果硬度评估方法主要有：

感官鉴定法，主要凭借手指按压的触觉来评估。判定的准确性受人为因素影响大，可靠性不高。

手持穿刺水果硬度计，这是目前国内外应用最为广泛的便携硬度检测仪器，方法是将圆柱形压头以一定的力压入去皮水果的果肉中一定深度测量最大穿透力，但其缺点是采集测量步骤较为繁琐，测量对水果的损伤较大且无法控制手施加的压力和加载速度，易造成测量误差。

声学响应法，通过采集锤击果实的声音信号来评估果实硬度，水果应变足够小通常可认为是无损的。但仪器存在的主要问题是采集结果受水果质量、形状影响，易受仪器本身噪音的干扰。

国内外许多研究机构已经对台式无损硬度检测设备进行了多年研究，并且研发出了用于硬度分选的自动化商业生产线。但在果园或偏远地区等场合，台式设备并不适用。因此便携硬度检测仪器的研发意义重大。目前国内外在水果内部品质无损检测装备上都进行了一些基础研究，但能投入实际生产应用的并不多。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种可在果园及超市等场合对水果压电数据进行快速现场采集的便携仪器。本实用新型仪器相对于现有便携仪器，采集结果不受手施加压力不同的影响，具有携带方便、操作简单、采集速度快、检测精度高等特点。

本实用新型能够实现每次检测过程的一致性，能不同人操作和实施均能准确采集，解决了现有机械压力传感检测下不同人操作施加不同干扰压力而导致检测结果不一致性的技术问题；同时无需深入插入水果内部，解决了现有压力测试手持式采集测量后水果无法食用的问题。

本实用新型采用的技术方案如下。

本实用新型包括压电数据检测机构，压电数据检测机构主要由外套筒、内套筒、探头、第一压电薄膜、弹簧挡块、第二压电薄膜、施力弹簧、导杆、弹性组件和压力传感器；外套筒套装在内套筒外，内套筒底端固定连接环形的弹簧挡块，外套筒从中部到底部的内壁设有上下连续两道周向凹槽，上周向凹槽的直径小于下周向凹槽的直径，上周向凹槽和外套筒顶部内壁之间形成第一环形台阶面，上周向凹槽和下周向凹槽之间形成第二环形台阶面，第一环形台阶面和弹簧挡块上端面之间连接有施力弹簧，第二环形台阶面的内径小于弹簧挡块的外径，使得外套筒向下移动时阶梯台阶被弹簧挡块上端面阻挡限位；压力传感器通过紧定螺钉固定安装在内套筒中间，压力传感器下端经弹性组件和导杆上端连接，导杆下端和探头固接，探头从弹簧挡块中间向下伸出于弹簧挡块，弹簧挡块的下端面设置有第一压电薄膜，第二环形台阶面对应的弹簧挡块上端面上设置有第二压电薄膜。

所述的弹性组件包括上下安装座和连接在上下安装座之间的压力弹簧，上安装座固定于压力传感器底部，下安装座固接导杆上端。

所述的内套筒中部设有内凸缘，内凸缘位于下安装座下方，阻挡下安装座下行限位。

所述的施力弹簧弹性系数大于弹性组件中压力弹簧的弹性系数，确保施力弹簧完全压缩时探头能回缩到位。

所述的水果可以为桃子、李子、梨、苹果、芒果、柑橘、香蕉、西瓜、西红柿、草莓等。

本实用新型套筒内设计施力弹簧和压力弹簧，下压到位时提供稳定弹簧力，避免采集结果受到手施加压力不同的影响；相对于现有的手持式穿刺计，不需削皮且压入深度限制在水果弹性形变内，为无损或微损采集。

本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型套筒内设计施力弹簧，且弹簧挡块两端面安装压电薄膜，可避免手施加压力不同对采集结果造成的影响，具有采集速度快，精度高等特点。

2.采用多种可更换探头，可根据水果种类做快速更换。

3.本实用新型结构简单，轻便，便于携带，对操作者技术性要求不高，采集时可有效避免手施加压力大小的影响，只需要完成探头更换、施力、读数这几个简单动作，可在几秒至内完成测试。

相对于传统力-变形原理仪器，本实用新型仪器优点在于：

第一点，通过弹簧结构，压电薄膜，可避免手施加压力对采集结果的影响，通过数位操作者的采集结果发现，操作者施加压力的速度、大小对采集结果基本无影响，误差稳定在±0.5％以内；

第二点，本实用新型相对传统穿刺仪器，实用新型仪器可不削皮采集与果实硬度有关的压电数据，采集对水果基本无损。

附图说明

图1是本实用新型整体结构三维示意图；

图2是本实用新型内部结构示意图；

图3是本实用新型工作不同状态过程示意图；

图中，1-探头，2-第一压电薄膜，3-弹簧挡块，4-第二压电薄膜，5-施力弹簧，6-导杆，7-内套筒，8-压力弹簧，9-紧定螺钉，10-压力传感器，11-外套筒， 13-外壳。

具体实施方式

以下结合说明书附图，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于以下实施例。

如图1和图2所示，具体实施包括施力机构和外壳13，施力机构主要由外套筒11、内套筒7、探头1、第一压电薄膜2、弹簧挡块3、第二压电薄膜4、施力弹簧5、导杆6、弹性组件8和压力传感器10；外套筒11套装在内套筒7 外，外壳13固定于内套筒7上端部，内套筒7通过螺钉与外壳11固定。外套筒11外壁用于人手持，内套筒7底端固定连接环形的弹簧挡块3，外套筒11从中部到底部的内壁设有上下连续两道周向凹槽，两道周向凹槽连通连接，上周向凹槽的直径小于下周向凹槽的直径，上周向凹槽和外套筒11顶部内壁之间形成第一环形台阶面，上周向凹槽和下周向凹槽之间形成第二环形台阶面，第一环形台阶面和弹簧挡块3上端面之间连接有施力弹簧5，施力弹簧5套装于内套筒7外，外套筒11在施力弹簧5作用下相对于内套筒7可轴向上下运动，第二环形台阶面的内径小于弹簧挡块3的外径，使得外套筒11向下移动时阶梯台阶被弹簧挡块3上端面阻挡限位；压力传感器10探测端通过紧定螺钉9固定安装在内套筒7中间，压力传感器10下端经弹性组件8和导杆6上端连接，导杆6 下端和探头1固接，探头1通过螺纹固定在导杆6上，探头1下端从弹簧挡块3 中间向下伸出于弹簧挡块3，弹簧挡块3的下端面设置有环形的第一压电薄膜2，第一压电薄膜2围于探头1周围，第二环形台阶面对应的弹簧挡块3上端面上设置有环形的第二压电薄膜4。

弹性组件8包括上下安装座和连接在上下安装座之间的压力弹簧，上安装座固定于压力传感器10探测端底部，下安装座固接导杆6上端。导杆6和探头 1在内套筒7内上下活动，内套筒7中部设有内凸缘，内凸缘位于下安装座下方，阻挡下安装座下行限位。

当探头2和外套筒11下压到位时，第一压电薄膜2受到水果压力，第二压电薄膜4收到外套筒11内壁阶梯台阶压力，同时读取压力传感器10信号。

具体实施中，探头1提供多种规格探头，可根据水果种类快速选择更换。

施力弹簧5弹性系数远大于弹性组件8中压力弹簧的弹性系数，确保施力弹簧5完全压缩时探头1能回缩到位。

如图3所示，本实用新型的工作过程是：

操作者手持外套筒11将仪器贴近放置于水果表面，将探头1垂直接触压到水果表面，但第一压电薄膜2不和水果表面接触，然后握住外套筒11开始向下施压，弹性组件8中压力弹簧收缩，克服压力弹簧的弹簧力，探头1相对于第一压电薄膜2上移，使得第一压电薄膜2接触压到水果表面。

由于施力弹簧5弹性系数远大于弹性组件8中压力弹簧的弹性系数，因此首先下压过程中，弹性组件8中压力弹簧先于施力弹簧5收缩。

接着继续向下施压，施力弹簧5收缩，克服施力弹簧5弹簧力作用，使得第二环形台阶面接触压到弹簧挡块3上端面的第二压电薄膜4。

施力弹簧5弹性系数远大于弹性组件8中压力弹簧的弹性系数，第一压电薄膜比第二压电薄膜先采集到数据，在两个压电薄膜均采集到压力时即认为下压到位，此时读取压力传感器10信号数值作为采集结果，这样可提高采集的精度，保证不同人手持操作下每次采集的一致性，解决了每次采集的力均衡性问题。图中2所示，在探头压缩下，水果表面产生微小凹陷从而对探头产生抵抗力，抵抗力随水果硬度的增加而增加，由压力传感器进行采集作为水果硬度表征。

弹性组件8中压力弹簧每次的压缩量是随水果硬度变化的，水果硬度越大，弹簧压缩量越大，进而由弹簧力体现水果硬度，弹性组件8的弹簧力由压力传感器采集。

若没有本实用新型仪器的特殊设计结构，人手持仪器施加压力到水果表面，人手持仪器压到水果表面时无法控制人手相仪器施加的压力，且该压力也无法准确采集，因此在不同人和不同次采集等不同采集情况下，无法实现唯一一致的施加压力。由于不同采集情况下压力的不同，形成干扰和影响，导致压力传感器每次采集检测获得信号数据的差异和不同。

由此，通过上述实施可见，本实用新型在每次采集可保证施力弹簧5压缩量相同，下压到位时提供稳定弹簧力，使压力传感器能在稳定的弹簧力下检测采集得到压力值(为弹性组件8中压力弹簧的压缩量对应的压力)，压电薄膜可进一步避免操作者手施加的压力和加载速度对采集带来的影响，能避免采集结果受到手将仪器施加水果表面压力不同的影响和干扰而造成了不准确的问题。

Claims (4)

1.一种用于水果硬度的压电数据采集的便携装置，其特征在于：包括压电数据检测机构，压电数据检测机构主要由外套筒(11)、内套筒(7)、探头(1)、第一压电薄膜(2)、弹簧挡块(3)、第二压电薄膜(4)、施力弹簧(5)、导杆(6)、弹性组件(8)和压力传感器(10)；外套筒(11)套装在内套筒(7)外，内套筒(7)底端固定连接环形的弹簧挡块(3)，外套筒(11)从中部到底部的内壁设有上下连续两道周向凹槽，上周向凹槽的直径小于下周向凹槽的直径，上周向凹槽和外套筒(11)顶部内壁之间形成第一环形台阶面，上周向凹槽和下周向凹槽之间形成第二环形台阶面，第一环形台阶面和弹簧挡块(3)上端面之间连接有施力弹簧(5)，第二环形台阶面的内径小于弹簧挡块(3)的外径，使得外套筒(11)向下移动时阶梯台阶被弹簧挡块(3)上端面阻挡限位；压力传感器(10)通过紧定螺钉(9)固定安装在内套筒(7)中间，压力传感器(10)下端经弹性组件(8)和导杆(6)上端连接，导杆(6)下端和探头(1)固接，探头(1)从弹簧挡块(3)中间向下伸出于弹簧挡块(3)，弹簧挡块(3)的下端面设置有第一压电薄膜(2)，第二环形台阶面对应的弹簧挡块(3)上端面上设置有第二压电薄膜(4)。

2.根据权利要求1所述的一种用于水果硬度的压电数据采集的便携装置，其特征在于：

所述的弹性组件(8)包括上下安装座和连接在上下安装座之间的压力弹簧，上安装座固定于压力传感器(10)底部，下安装座固接导杆(6)上端。

3.根据权利要求1所述的一种用于水果硬度的压电数据采集的便携装置，其特征在于：

所述的内套筒(7)中部设有内凸缘，内凸缘位于下安装座下方，阻挡下安装座下行限位。

4.根据权利要求1所述的一种用于水果硬度的压电数据采集的便携装置，其特征在于：

所述的施力弹簧(5)弹性系数大于弹性组件(8)中压力弹簧的弹性系数，确保施力弹簧(5)完全压缩时探头(1)能回缩到位。

Images