库尔勒香梨是新疆特色水果之一,硬度是检测香梨内部品质差异和成熟度的重要指标之一,前期研制的PFT-001型香梨硬度无损检测装置存在声振响应信号稳定性差、抗干扰性差、用于硬度检测的声速测量计算精度低以及检测过程中存在手动操作等诸多问题。为此,本研究对PFT-001型香梨硬度无损检测装置进行改进设计,以提高检测装置的检测性能。研究得到的主要结论如下:(1)对信号激励感测装置进行了改进设计,采用35BYGH250-28型步进电机和CBX0804系列滚珠丝杠驱动滑台上的支架带动压电梁式传感器接触香梨,通过步进电机步距角和丝杠螺距计算出激励点与感测点间距离,测距精度可达0.01mm;采用灵敏度0.00098 N的BT-47型压力传感器监测压电梁式传感器悬臂梁接触受力,当0.1 N≤F<0.24 N时,DSP核心板输出信号使电机停转,且确保悬臂梁不会因为过载而导致信号采集不准确。采用激光对射开关感测是否存在香梨待检,检测范围为0~20 m;压电梁式传感器和压力传感器距滑台的安装高度分别为70 mm和90 mm,确保悬臂梁感测端与香梨赤道部相接触,以便于声振信号的感测;滑台复位位置,即悬臂梁距最小香梨赤道部的距离为19 mm,使滑台移动所需时间最多为4.75 s,可满足不同大小香梨高效率检测。(2)对信号采集处理硬件电路进行了改进,80 V高压放大电路采用复合放大电路模式减小输出失调电压,采用OP37和PA85两芯片分别作为高压放大电路的第一级和第二级运放;90 V供电电源电路采用LM317稳压芯片为运放供电;信号调理电路采用LM124芯片设计的二阶有源滤波电路,将感测的高电压信号转换成低电压信号,降低声振响应信号的幅值,便于信号采集;限幅电路由滑动电阻、稳压二极管和电容组成,保证调理电路输出电压稳定在±10 V范围内,满足AD模数转换输入电压条件;AD转换模块采用AD7656-1芯片,输入信号的电压范围为±10 V,具有6个采样通道,满足采集双极性信号和多通道信号采集的需要。改进电路的仿真实验和PCB板制作调试结果表明,激励香梨实际电压为79.4 V,信号调理电路输出电压为±5.7 V,满足电路设计要求。(3)本研究在CCS软件环境下采用C语言和汇编语言混合开发了信号采集处理系统软件,系统软件由主程序、中断任务处理子程序、步进电机控制子程序、香梨声振信号处理子程序和触摸屏显示子程序组成。(4)在35 dB、75 dB和115 dB三种噪声环境下对研制的PFT-002型香梨硬度无损检测装置进行硬度检测,在75 dB噪声环境下检测结果稳定性较好,具有较强抗干扰性,但在115 dB时硬度检测稳定性变差。对70个香梨进行检测,PFT-002型检测装置硬度检测灵敏度为50.79%,接近TA.XT Plus质构仪硬度检测的灵敏度,与香梨硬度无损检测精度高的M+P检测系统的检测结果相比,检测误差平均值为5.88,表明具有较强的检测能力。