本发明涉及超声波无损检测，较为具体的，涉及到一种水果的无损测糖方法。
背景技术：
1、日常生活中人们在购买水果、苹果等含水分多的水果，往往需要判断其生长成熟与否，而一般采用的都是通过看、听、摸、称等方法靠经验进行判断，不仅费时费力，而且效果不佳。在农业生产的过程中，对还未摘取的水果进行成熟程度的判断，也是一个极为重要的环节，通过判断则可推断出何时为最合适的摘取时间，以便合理地安排上市后的分级储运、销售等各环节。由于水果尚未摘下来，我们不可能通过品尝这样的方法来测试成熟与否，如果通过观察，则需要多年的经验累积，极大地阻碍了我国水果生产事业的发展。如果能提供一种能够准确、快速、便于携带并且容易操作的水果探熟器，不仅为人们的日常生活提供了便利，更重要的是对水果生产环节中的培育良种，采摘时间，加工时间，收获储存，出口运输等有着重大意义，能有效地促进我国水果生产事业的发展。
2、市场上现有的水果探熟产品有很多，但大部分都是参照以下两种发明专利的结构和模式：中国实用新型专利申请“瓜果探熟器”(公开号：cn 2844912y，公开日期：2006年12月6日)，提出了一种用于探测水果成熟度的电子装置。该装置利用水果在生长不同时期导电性不同的原理，把探针插入目标水果内部对水果进行成熟度的检测，该装置制作比较简单，体积也较小。
3、中国发明专利申请“水果成熟度计”(公开号：cn 101046407a，公开日期：2007年10月03日)提出了一种检测水果成熟度的电子装置，对水果由于外界敲击而产生的回声信号进行采集并放大分析，最后判断水果成熟与否。
4、不难看出，上述两种主流的水果探熟器存在着以下的缺点：
5、1.在探熟的过程中可能会对水果造成物理损害，破坏了水果的表皮，不利于检测后的运输存放；
6、2.装置操作不方便，而且不是全自动检测，需要人工进行判断；
7、3.只针对单一水果进行探熟，适用性不够强；
8、4.不能把便携性和易用性集于一身。
9、水果在生长发育的不同阶段，其果实有着不同的物理特点，当水果处于未成熟阶段时，其果肉组织结构比较紧密，同时水分被锁住在果肉细胞内，糖份含量也不高。随着时间的推移，果实逐渐成熟，果肉的组织结构将随着水分从果肉细胞内析出成为自由水而变得松弛，果肉细胞间的间隙变大，同时糖份含量也会增高，导致粘滞性变强。根据超声波在粘滞性强的介质中传输时，其吸收衰减比较大的特性，我们可以对超声波在经过水果后的衰减率进行分析处理，从而得出水果的成熟度信息。超声波在不同介质密度的情况下传输速度会有所区别，所以超声波在水果内部的传输速度也能作为判断水果成熟程度的一个参数。
10、综上所述，现有的水果探熟方法或多或少对水果造成物理损害，而超声却可以利用其特性克服此缺点，所以可以考虑用超声波对水果进行无损检测其成熟度。
技术实现思路
1、有鉴于此，为了解决上述问题，本发明提供一种水果的无损测糖方法，通过基于水果成熟度与其声学特征的关联，以厚皮的共振频率和声传播速度作为指标来评价水果的成熟度，并确定这二者与水果含糖量的关系。
2、一种水果的无损测糖方法，包括以下步骤：
3、步骤s1：对目标水果的同类水果进行取样测试，将目标水果置于无损测糖系统的声波发射器与声波接收器之间记录声传播速度、通过有损测糖仪记录含糖量，并将传播速度、含糖量与水果的成熟度匹配划分，并以此绘制的水果的成熟度表格；
4、步骤s2：将目标水果置于无损测糖系统的声波发射器与声波接收器之间，基于时差法获取声波在目标水果中的传播时间，根据超声波测距传感器测量声波在水果中的传播距离，最终获得声波在目标水果中的传播速度，其中，目标水果、声波发射器与声波接收器均需要浸没在液体中；
5、s3：通过将声波在目标水果中的传播速度带入步骤s1绘制的水果的成熟度表格中得到水果成熟程度的判断结果。
6、在一些实施例中，选取一批成熟度为已知的相同种类的水果作为样品，使用有损测糖仪对其一一进行含糖量测定，使用步骤s2对其一一测试声波传播速度，将含糖量、传播速度一一对应的成熟度等级进行一一匹配并绘制的水果的成熟度表格，数据将储存在数据库中。
7、在一些实施例中，在步骤s2中，所述声波发射器与声波接收器均采用压电换能器作为声波的发射器和接收器，压电效应可分为正压电效应和逆压电效应，正压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比，声波发射器利用正压电效应，将高频电振动转换成高频机械振动，以产生声波，其电能转变为机械能的效率高；而声波接收器则相反，其利用逆压电效应，将接受的高频机械振动转换成高频电振动信号，其机械能转变为电能的效率高。
8、进一步的，在步骤s2中，所述声波发射器的输入端连接方波发生器，所述方波发生器的输入端连接树莓派操作系统，所述声波接收器的输出端连接电压比较器的输入端，所述电压比较器的输出端连接树莓派操作系统，所述树莓派操作系统通过串口发送指令使方波发生器发送脉冲调制信号，同时树莓派操作系统开始计时，通过电压比较器将得到第一个高电平信号并传送给树莓派操作系统，树莓派操作系统结束计时，得到声波由声波发射器发射到经过目标水果最后被声波接收器的传播时间。
9、进一步的，通过调节所述脉冲调制信号的频率和占空选择最合适当前水果类型的测量频率。
10、所述脉冲调制信号的工作原理是：通过io口高低电平转变或定时器的形式输出pwm波，即对一系列脉冲的宽度进行调制，等效出所需要的波形，所述波形包含形状以及幅值，对模拟信号电平进行数字编码，控制在一个周期内，控制高电平时长和低电平时长，由于io口只有两种状态，0和1，对应就是0和3.3v或0和5v，通过调节高低电平时间的变化来调节信号、能量等的变化，通过调节一组高低电平的时间（即周期）来改变pwm波的频率。
11、在一些实施例中，在步骤s2中，所述电压比较器采用lm324n芯片，lm324系列器件带有真差动输入的四运算放大器，具有真正的差分输入，该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为mc1741的静态电流的五分之一，共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。
12、进一步的，在步骤s2中，所述超声波测距传感器采用基于水下应用而设计的超声波水下避障传感器，具有体积小、盲区小、高精度、防水性能好。
13、进一步的，超声波测距传感器支持 modbus 协议，有两个不同的量程、角度和盲区规格可供不同需求进行改变。
14、本发明的有益效果：本发明提供一种水果的无损测糖方法，对目标水果的同类水果进行取样测试，将目标水果置于无损测糖系统的声波发射器与声波接收器之间记录声传播速度、通过有损测糖仪记录含糖量，并将传播速度、含糖量与水果的成熟度匹配划分，并以此绘制的水果的成熟度表格，适用于各种水果，只需要对各种水果进行先预测量后得到水果成熟程度的判断结果，与现有的方法相比，能大幅提高探熟的准确度，将目标水果置于无损测糖系统的声波发射器与声波接收器之间，基于时差法获取声波在目标水果中的传播时间，根据超声波测距传感器测量声波在水果中的传播距离，最终获得声波在目标水果中的传播速度，探熟过程中不会对水果造成物理损伤，其中，目标水果、声波发射器与声波接收器均需要浸没在液体中，声波在空气中传输是340m/s，在空气中能量泄漏比较厉害，精度较低，在水中传播为1500 m/s，更容易采集，精度更高，其操作方法简单，适用性强。
1.一种水果的无损测糖方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.如权利要求1 所述的水果的无损测糖方法，其特征在于：选取一批成熟度为已知的相同种类的水果作为样品，使用有损测糖仪对其一一进行含糖量测定，使用步骤s2对其一一测试声波传播速度，将含糖量、传播速度一一对应的成熟度等级进行一一匹配并绘制的水果的成熟度表格，数据将储存在数据库中。
3.如权利要求1 所述的水果的无损测糖方法，其特征在于：在步骤s2中，所述声波发射器与声波接收器均采用压电换能器作为声波的发射器和接收器，压电效应可分为正压电效应和逆压电效应，正压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比，声波发射器利用正压电效应，将高频电振动转换成高频机械振动，以产生声波，其电能转变为机械能的效率高；而声波接收器则相反，其利用逆压电效应，将接受的高频机械振动转换成高频电振动信号，其机械能转变为电能的效率高。
4.如权利要求1 所述的水果的无损测糖方法，其特征在于：在步骤s2中，所述声波发射器的输入端连接方波发生器，所述方波发生器的输入端连接树莓派操作系统，所述声波接收器的输出端连接电压比较器的输入端，所述电压比较器的输出端连接树莓派操作系统，所述树莓派操作系统通过串口发送指令使方波发生器发送脉冲调制信号，同时树莓派操作系统开始计时，通过电压比较器将得到第一个高电平信号并传送给树莓派操作系统，树莓派操作系统结束计时，得到声波由声波发射器发射到经过目标水果最后被声波接收器的传播时间。
5.如权利要求4所述的水果的无损测糖方法，其特征在于：通过调节所述脉冲调制信号的频率和占空选择最合适当前水果类型的测量频率。
6.如权利要求1 所述的水果的无损测糖方法，其特征在于：在步骤s2中，所述电压比较器采用lm324n芯片，lm324系列器件带有真差动输入的四运算放大器，具有真正的差分输入，该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为mc1741的静态电流的五分之一，共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。
7.如权利要求1 所述的水果的无损测糖方法，其特征在于：在步骤s2中，所述超声波测距传感器采用基于水下应用而设计的超声波水下避障传感器。
8.如权利要求7 所述的水果的无损测糖方法，其特征在于：超声波测距传感器支持modbus 协议，有两个不同的量程、角度和盲区规格可供不同需求进行改变。
