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基于力声信号锯齿化多特征融合的香梨脆度评价

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农业工程学报 2022年第13期38卷 305-312页

作者：周婷莫小明查志华张金阁吴杰石河子大学机械电气工程学院石河子832003 绿洲特色经济作物生产机械化教育部工程研究中心石河子832003

为了实现香梨脆度更符合感官评价的检测,该研究采用质构仪与麦克风同步采集香梨果肉破裂时的力声响应信号,然后采用峰值法、傅里叶功率谱法和表观分形维数法对力声响应曲线的锯齿化特征进行度量,分别提取了29个力学锯齿度参数和14个声... 详细信息

为了实现香梨脆度更符合感官评价的检测,该研究采用质构仪与麦克风同步采集香梨果肉破裂时的力声响应信号,然后采用峰值法、傅里叶功率谱法和表观分形维数法对力声响应曲线的锯齿化特征进行度量,分别提取了29个力学锯齿度参数和14个声学锯齿度参数用于香梨果肉感官脆度预测。研究结果表明,在43个锯齿度特征参数中,35个特征参数与香梨果肉感官脆度存在显著相关性(P化。通过主成分分析提取了前8个主成分解释原变量85.58%的信息,以这8个主成分构建预测感官脆度的多元线性回归模型,模型校正集决定系数为0.862,均方根误差为0.588,表明该模型具有较高的预测精度和稳定性,可为香梨脆度的仪器准确检测提供研究基础。

关键词：脆度果实仪器检测力声信号主成分分析

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香梨脆度的力声同步检测

农业工程学报 2021年第1期37卷 290-298页

作者：张金阁周婷王鹏吴杰石河子大学机械电气工程学院石河子832000 绿洲特色经济作物生产机械化教育部工程研究中心石河子832003

为了实现香梨脆度接近触听感官的准确评价,该研究采用质构仪和声音包络检波器(Acoustic Envelop Detector,AED)相结合同步采集香梨穿刺的力声信号,然后用峰值法从力声曲线中分别提取15个力学参数和6个声学参数,在对各参数自相关分析的... 详细信息

为了实现香梨脆度接近触听感官的准确评价,该研究采用质构仪和声音包络检波器(Acoustic Envelop Detector,AED)相结合同步采集香梨穿刺的力声信号,然后用峰值法从力声曲线中分别提取15个力学参数和6个声学参数,在对各参数自相关分析的基础上,选取12个力学参数和4个声学参数应用人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)和支持向量机(Support Vector Machine,SVM)两种算法分别基于力学参数、声学参数和力声参数融合构建不同香梨果肉脆度分类模型,并比较各模型分类性能。研究结果表明,无论SVM模型还是ANN模型,力声学参数融合所构建的模型比单独使用任一种参数所构建的模型能更准确进行香梨脆度分类,ANN模型采用三层隐藏层每层14个隐藏节点结构,脆度分类准确率较高,为96.1%;采用二次核函数构建SVM模型的分类准确率较高,为93.8%。两种分类模型对不同脆度香梨具有基本相同的分类能力,均可满足对不同脆度香梨准确分类的要求,可为香梨及其他湿脆性果蔬脆度分类检测提供参考。

关键词：机器学习模型库尔勒香梨脆度力声测量

基于傅里叶描述子和共振频率的不规则果形梨果硬度评估指标构建

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农业工程学报 2021年第11期37卷 299-306页

作者：王鹏吴杰石河子大学机械电气工程学院石河子832000 绿洲特色经济作物生产机械化教育部工程研究中心石河子832003

针对不规则果形梨果,为构建适用于评估果形不规则梨果硬度的硬度指标,该研究采用傅里叶描述子对梨果轮廓进行描述,并将试验模态分析和有限元模态分析相结合,研究果形变化对梨果振动频率的影响规律,基于振动频率和果形描述子构建硬度评... 详细信息

针对不规则果形梨果,为构建适用于评估果形不规则梨果硬度的硬度指标,该研究采用傅里叶描述子对梨果轮廓进行描述,并将试验模态分析和有限元模态分析相结合,研究果形变化对梨果振动频率的影响规律,基于振动频率和果形描述子构建硬度评估指标。结果表明,采用前15个傅里叶描述子可以准确描述啤梨果形轮廓特征,第1傅里叶描述子与啤梨低频弯曲、挤压、呼吸模态频率线性相关性较高,相关系数分别为-0.923、-0.922、0.700;挤压模态振动变形在赤道部较大,测试时易于提取共振频率,因此选取挤压模态频率构建含有第1傅里叶描述子的硬度指标,新指标评估硬度值与M-T穿刺硬度实测值决定系数为0.892。研究结果可为果形不规则梨果硬度评价提供参考。

关键词：无损检测果实傅里叶描述子模态分析果形硬度评估指标共振频率

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计算流体力学在果蔬干燥领域的研究进展

食品科学 2023年

作者：李孟卿耿智化朱丽春张茜杨旭海绿洲特色经济作物生产机械化教育部工程研究中心现代农业机械兵团重点实验室石河子大学机械电气工程学院

干燥是延长果蔬保质期的主要方法之一。随着计算机技术的发展，计算流体力学在果蔬干燥领域中得到了越来越广泛的应用。该技术可以对果蔬干燥过程中的流体流动、传热传质等动力学现象进行模拟和预测，并输出可视化结果。与传统实验相比... 详细信息

干燥是延长果蔬保质期的主要方法之一。随着计算机技术的发展，计算流体力学在果蔬干燥领域中得到了越来越广泛的应用。该技术可以对果蔬干燥过程中的流体流动、传热传质等动力学现象进行模拟和预测，并输出可视化结果。与传统实验相比，计算流体力学技术拥有节能，低成本，模拟速度快，灵活度高等优点。本文详细介绍了计算流体力学在果蔬干燥领域的工作原理，并对其在不同果蔬干燥方式中的研究进展进行综述，之后报道了耦合收缩的数值模型研究进度，最后对计算流体力学在果蔬干燥领域的发展方向进行展望，以期为研究者提供新的见解和参考。

关键词：计算流体力学果蔬干燥模拟收缩研究进展

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基于声振信号的香梨内部早期褐变判别

农业工程学报 2020年第17期36卷 264-271页

作者：张慧吴杰石河子大学机械电气工程学院石河子832003 绿洲特色经济作物生产机械化教育部工程研究中心石河子832003

香梨内部发生的褐变病害对香梨品质有严重影响,迫切需要对香梨内部早期褐变实现快速准确判别以减少贮藏期损失并提高商品率。该研究基于压电梁式传感器搭建声振无损检测装置系统,从香梨声振响应信号中提取了11个时域特征参数和7个频域... 详细信息

香梨内部发生的褐变病害对香梨品质有严重影响,迫切需要对香梨内部早期褐变实现快速准确判别以减少贮藏期损失并提高商品率。该研究基于压电梁式传感器搭建声振无损检测装置系统,从香梨声振响应信号中提取了11个时域特征参数和7个频域特征参数,分别组成时域特征向量、频域特征向量和组合域特征向量(时域和频域参数组合),然后利用补偿距离评估技术评估各特征参数对香梨内部褐变的敏感性,输入敏感性较大的特征参数训练香梨内部褐变K-近邻域(K-nearest neighbor,KNN)判别模型。通过对模型判别结果的混淆矩阵分析,采用3个时域参数(波形因子、峭度、方根幅值)和1个频域参数(频率方差)构建香梨内部早期褐变KNN模型(近邻数K=5)用于判别早期褐变香梨,准确率和F1值分别为91.84%和92.59%;对已识别的褐变香梨,采用2个时域参数(波形因子、裕度因子)和1个频域参数(均方频率)构建香梨内部轻度褐变KNN模型(K=7)进一步判别其中的轻度褐变香梨,准确率和F1值分别为81.82%和83.33%。研究结果可为今后声振法香梨内部褐变实时在线检测和自动化分级技术研发提供参考。

关键词：无损检测果实香梨内部褐变统计特征参数 K-近邻域算法声振法

改进圆形Hough变换的田间红提葡萄果穗成熟度判别

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农业工程学报 2020年第9期36卷 205-213页

作者：周文静查志华吴杰石河子大学机械电气工程学院石河子832003 绿洲特色经济作物生产机械化教育部工程研究中心石河子832003

针对田间环境下红提葡萄果穗成熟度人眼判断效率低且易误判的问题,该研究采用K近邻(K-nearest neighbor,KNN)算法和最大类间方差(Otsu)法分别对葡萄果穗图像背景分割以找到最佳分割效果,采用圆形Hough变换识别葡萄果粒,并开发了可判别... 详细信息

针对田间环境下红提葡萄果穗成熟度人眼判断效率低且易误判的问题,该研究采用K近邻(K-nearest neighbor,KNN)算法和最大类间方差(Otsu)法分别对葡萄果穗图像背景分割以找到最佳分割效果,采用圆形Hough变换识别葡萄果粒,并开发了可判别葡萄果穗成熟度的算法。研究结果表明,不论顺光、逆光或者与田间背景相似的绿色果穗,KNN法可实现良好的背景分割,然后圆形Hough变换法在边缘阈值和灵敏度分别取0.15和0.942时,识别葡萄果粒的准确率可达96.56%。在此研究基础上,采用该研究开发的葡萄果穗成熟度判断算法,可根据颜色将果粒划分不同成熟度等级,并实现对果穗成熟度判别,判别准确率为91.14%。该研究结果可为果农适宜期收获葡萄及自动化采摘提供重要指导。

关键词：图像处理识别机器视觉 Hough变换成熟度果穗

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棉田机收膜杂除土装置设计与试验

农机化研究 2023年第1期45卷 58-65页

作者：彭祥彬坎杂张炳成梁荣庆姜鹏李佳莉周鹏飞蒙贺伟石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832000 绿洲特色经济作物生产机械化教育部工程中心新疆石河子832000

针对残膜资源化利用过程中,棉田机收残膜因土壤含量高导致企业运输成本高、人工分拣效率低、分拣后的土壤废弃物不易处理造成环境污染等问题,结合棉田膜杂中土壤、膜秆等物料特性,设计了一种机收膜杂除土装置。装置主要由筛体、前驱动... 详细信息

针对残膜资源化利用过程中,棉田机收残膜因土壤含量高导致企业运输成本高、人工分拣效率低、分拣后的土壤废弃物不易处理造成环境污染等问题,结合棉田膜杂中土壤、膜秆等物料特性,设计了一种机收膜杂除土装置。装置主要由筛体、前驱动曲轴、后曲轴、电机及机架等组成,可一次完成膜杂物料打散、膜秆后抛输送和除土作业。为增加筛体对杂膜打散作用,将筛体设计成在曲轴上回转相位不同的4个单筛体,并通过作业过程分析对其结构参数进行设计。试验结果表明:当曲轴转速176.62r/min、筛面倾角12°、筛体振幅139.81mm时,膜杂除土率为86.5%,能够满足膜杂除土作业要求。研究成果可为相关分离装置设计提供参考。

关键词：膜杂除土装置残膜分离装置筛体驱动机构

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香梨静压接触应力测量及损伤预测

农业工程学报 2013年第6期29卷 261-266,F0003页

作者：吴杰李凡葛云胡蓉石河子大学机械电气工程学院教育部绿洲特色经济作物生产机械化工程研究中心石河子832003

为了实现香梨果实静压损伤面积的准确评估和预测,该文采用Prescale感压胶片对香梨不同静压水平下的接触应力分布进行测量分析和有限元模拟。研究结果表明,当香梨50～200N静压时,50N时香梨无肉眼可辨的损伤,感压胶片测量的峰值应力0.5～0... 详细信息

为了实现香梨果实静压损伤面积的准确评估和预测,该文采用Prescale感压胶片对香梨不同静压水平下的接触应力分布进行测量分析和有限元模拟。研究结果表明,当香梨50～200N静压时,50N时香梨无肉眼可辨的损伤,感压胶片测量的峰值应力0.5～0.6MPa,其应力面积在香梨损伤面积中所占很小;感压胶片测量的接触应力分布中只有≥0.2MPa范围的应力面积非常接近香梨损伤面积,因此可作为香梨损伤面积的应力阈限。当该应力阈限用于香梨静压有限元模拟的损伤面积预测时,100和150N压力下的相对误差率约6%,200N压力下的预测误差为13%,这说明有限元法能够较准确地预测香梨静压损伤面积,从而可为今后香梨采收、分级和包装装置的减损结构优化设计提供依据。

关键词：有限元方法损伤检测压力传感器静压接触应力库尔勒香梨

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库尔勒香梨动态频谱响应特性的研究

现代食品科技 2015年第3期31卷 71-76页

作者：徐虎博吴杰王曌鹏高永茂王志鹏赵正强石河子大学机械电气工程学院教育部绿洲特色经济作物生产机械化工程研究中心新疆石河子832003

为了了解库尔勒香梨的动态频谱特性以实现香梨振动频谱法检测内部品质,本文对香梨进行脉冲激励测试,分析不同窗函数对香梨动态响应信号处理的效果,明确不同激励点、激励力、激励材料及香梨质量、果形和坚实度对其动态频谱响应的影响。... 详细信息

为了了解库尔勒香梨的动态频谱特性以实现香梨振动频谱法检测内部品质,本文对香梨进行脉冲激励测试,分析不同窗函数对香梨动态响应信号处理的效果,明确不同激励点、激励力、激励材料及香梨质量、果形和坚实度对其动态频谱响应的影响。结果表明,在动态信号分析过程中,采用非对称窗的exponent窗函数更适宜于香梨动态信号的截断处理,所获得的频谱响应信号信噪比高,信息泄露少;在香梨赤道区域不同激励点对香梨进行单点激励和感测,信号稳定性强,其动态频谱响应也基本一致;不同激励材料和激励力对香梨响应主频率无显著影响,当采用橡胶锤头且激励力范围为9-12N时,获得的动态信号较强,可获得与第二响应频率的幅值相差较大的响应主频率,更易于信号分析;香梨质量、果形和坚实度与响应主频率有较好的线性关系。

关键词：库尔勒香梨脉冲激励动态频谱响应响应主频率