一种基于比较法的超声无损检测水果成熟度的方法与系统

1.基于比较法的超声无损检测水果成熟度的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、对水果进行训练学习，通过训练学习的结果对水果的成熟度进行等级划分，并以此建立起水果的成熟度模型和目标水果的最佳测量频率；具体包括：选取一批成熟度为已知的水果作为样品对其进行训练学习，把这批水果按照成熟度由大到小，分成5个组别，进行分组学习，根据成熟程度来安排学习顺序的先后，先进行学习的组被认为是成熟度最高的组；当完成一组样品的特征值录入后，对这些样本点进行数据处理，计算后得出这一组样品点的重心作为初始聚类模块，所述特征值包括超声波在水果中的衰减率和传输速度；
然后再进行下一组数据的录入，直至所有样本点都已经录入系统，共得到5个初始凝聚点，分别对应了成熟度的5个级别；通过计算每个样本点与5个初始凝聚点之间的距离大小重新进行聚类，重新组合后再计算新的重心作为凝聚点，不断重复上述的调整步骤，直至前后两次凝聚点的位置基本上重合为止，说明得到的5类已经是一种相对稳定的结果；通过聚类分析后得出的5个凝聚点如果距离太近的话，会导致区分度不高，容易发生误判的情况，故需对形成的这5个等级进行检验；计算凝聚点i与对应的成熟度级别内最远样本点之间的距离Mi，i＝1、2、3、4、5，如果相邻的两个凝聚点i和j之间的距离总是大于Mi+Mj，j＝
1、2、3、4、5，j≠i，则认为形成这5个凝聚点的测量频率为此类水果的最佳测量频率，把测量数据存储至数据库当中，如果两两凝聚点之间的距离有两个或以上小于Mi+Mj，则把测量频率提高10KHz，重新进行上述的聚类步骤，直至获到最佳测量频率为止；
步骤2、对目标水果进行实测，采集其衰减率和传输速度两个特征值；具体包括：
调整超声波发射接收一体基阵、接收基阵和耦合器件，使超声波发射接收一体基阵、接收基阵紧贴目标水果表面，使超声入射波能够大部分射入水果内部；
超声波发射接收一体基阵向水果发射超声波脉冲，接收基阵在探测到幅度变化超过阈值值后即被激活，并开始接收波形，接收到穿透波和回波后，通过采样获得波形的幅度值；
超声波在水果内部的传输时间t1和在空气中的传输时间t2通过以下方法得到：设计一个计时单元，在超声波发射接收一体基阵发出超声脉冲后开始计时，当检测接收到穿透波时则停止，得到的时间即为超声波在水果内部的传输时间t1，而超声波在空气中的传输时间t2也是根据相同的工作原理获得；采用测量超声波发射接收一体基阵与接收基阵之间的距离的方法来得到超声波在水果内部的声程l；超声波发射接收一体基阵与接收基阵之间的距离通过另外一套超声测距仪根据超声波在空气中的传输速度v2和传输时间t2两者相乘后即可得到超声波在水果内部的声程l；再由超声波衰减特性公式，计算出目标水果的衰减率a；声程与传输时间相除后可得超声波在水果内部的传输速度v1，得到的传输速度v1为超声波在水果内部传输时的平均速度；
步骤3、把目标水果与训练学习所得到的水果模型进行比较，得出成熟程度，包括：
建立一个坐标系，x轴为衰减率，y轴为传输速度；再把步骤2中得到目标水果的衰减率和传输速度这两个特征值映射成二维空间中的一个点，称其为特征点；根据步骤2得到的有关成熟程度的5个凝聚点，分别计算特征点与5个凝聚点的距离，比较特征点与哪个凝聚点的距离最小，把目标水果归入与凝聚点距离最小的那一个组别，完成水果的成熟度判断。
2.根据权利要求1所述的基于比较法的超声无损检测水果成熟度的方法，其特征在于步骤1针对一种类型水果的训练学习只需进行一次，获得所测水果模型后，数据将储存在数据库中。
3.根据权利要求1所述的基于比较法的超声无损检测水果成熟度的方法，其特征在于步骤1采用200～400KHz这个频率段的超声波对水果进行探熟，并根据训练学习的结果自动从200-400KHz的频率范围内选择最合适当前水果类型的测量频率。
4.一种基于比较法的超声无损检测水果成熟度的系统，其特征在于包括水果探测模块、声程测量模块、信息处理模块、控制与显示模块；控制与显示模块与信息处理模块、声程测量模块相连接，信息处理模块与水果探测模块相连接，同时水果探测模块与声程测量模块相连接；所述水果探测模块包括频率调节器、控制和计时器、频率可调的发射接收一体基阵、接收基阵、耦合器件、接收信息处理单元；频率调节器与频率可调的发射接收一体基阵连接，控制和计时器、频率可调的发射接收一体基阵、接收基阵分别与接收信息处理单元连接，发射接收一体基阵、接收基阵均通过耦合器件贴紧目标水果的表面；控制和计时器还分别与发射接收一体基阵和接收基阵连接；所述声程测量模块用于测量超声波在目标水果中的声程，包括频率可调的发射器、温度识别单元、控制和计时单元、接收器、声程信息处理单元；声程信息处理单元与所述接收信息处理单元连接，温度识别单元、控制和计时单元分别与声程信息处理单元连接，控制和计时单元还分别与发射器和接收器连接；所述信息处理模块包括相互连接在一起的信息处理单元、成熟度判断单元；所述控制与显示模块包括一个水果选择器、装置开关和显示屏，其中水果选择器和装置开关与信息处理模块、水果探测模块、声程测量模块相连接；所述水果选择器根据不同的水果选择不同的超声波频率和不同的数据库；所述的装置开关有三个档位，分别是训练学习模式、正常模式、关闭。

一种基于比较法的超声无损检测水果成熟度的方法与系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及超声无损检测领域，具体涉及水果探熟的方法和系统。\n背景技术\n[0002] 日常生活中人们在购买西瓜、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。\n[0003] 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：\n[0004] 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\n12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。\n[0005] 中国发明专利申请“西瓜成熟度计”(公开号：CN 101046407A，公开日期：2007年\n10月03日)提出了一种检测西瓜成熟度的电子装置，对西瓜由于外界敲击而产生的回声信号进行采集并放大分析，最后判断西瓜成熟与否。\n[0006] 不难看出，上述两种主流的水果探熟器存在着以下的缺点：\n[0007] 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；\n[0008] 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；\n[0009] 3.只针对单一水果进行探熟，适用性不够强；\n[0010] 4.不能把便携性和易用性集于一身。\n[0011] 超声波是指振动频率大于20KHz以上的声波，它和可听波一样，是一种机械振动，是一种能量的传播形式，其特点是频率高、波长短，可在一定距离内沿直线传播，具有良好的束射性和方向性。我们可以通过运用超声波的传播特性对物体内部进行无损检测。超声波在传输过程中会产生一定的衰减，根据衰减发生的原理可以分为三种衰减：扩散衰减、散射衰减和吸收衰减。工程应用中综合考虑这三种衰减特性，用超声波在物体内传输的衰减率来描述衰减程度，其主要和透射波和回波的幅度值大小、以及超声波传输的距离有关，下面的(公式1)即为工程运用中的超声波衰减率公式：\n[0012] a＝20log(h2-h1)/X(dB/mm)(公式1)\n[0013] 式中的a为衰减率，h2和h1分别表示透射波和回波的幅度值；20log(h2-h1)表示穿透波与回波幅度值之差的分贝值(dB)；X为声程，即探测方向上超声波传输的距离。\n[0014] 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，同时水份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。\n[0015] 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。\n发明内容\n[0016] 针对现有的水果探熟方法的不足，本发明的目的是提供一种基于比较法的超声无损检测水果成熟度的方法和系统。利用超声在水果中的衰减特性，测量超声波在水果中的衰减率和传输速度，并以这两个参数映射成二维空间上的点，通过观察这些点在二维空间中的分布对水果的成熟程度进行分级，构建成熟度模型。对任意水果先进行训练学习得到其成熟度模型，然后再与同类型的目标水果进行比对得到实测水果的成熟程度。本发明实现无损检测，无需人工判断，且具有实现简单、容易操作、适用范围广的优点。本发明通过以下技术方案得以实现。\n[0017] 基于比较法的超声无损检测水果成熟度的方法，包括以下步骤：\n[0018] 步骤1、对水果进行训练学习，通过训练学习的结果对水果的成熟度进行等级划分，并以此建立起水果的成熟度模型和目标水果的最佳测量频率；\n[0019] 步骤2、对目标水果进行实测，采集其衰减率和传输速度两个特征值；\n[0020] 步骤3、把目标水果与训练学习所得到的水果模型进行比较，得出成熟程度。\n[0021] 上述的方法中，步骤1具体包括：选取一批成熟度为已知的水果作为样品对其进行训练学习，把这批水果按照成熟度由大到小，分成5个组别，进行分组学习，根据成熟程度来安排学习顺序的先后，先进行学习的组被认为是成熟度最高的组；当完成一组样品的特征值录入后，对这些样本点进行数据处理，计算后得出这一组样品点的重心作为初始聚类模块，所述特征值包括超声波在水果中的衰减率和传输速度；然后再进行下一组数据的录入，直至所有样本点都已经录入系统，共得到5个初始凝聚点，分别对应了成熟度的5个级别。通过计算每个样本点与5个初始凝聚点之间的距离大小重新进行聚类，重新组合后再计算新的重心作为凝聚点，不断重复上述的调整步骤，直至前后两次凝聚点的位置基本上重合为止，说明得到的5类已经是一种相对稳定的结果；\n[0022] 通过聚类分析后得出的5个凝聚模块如果距离太近的话，会导致区分度不高，容易发生误判的情况，故需对形成的这5个等级进行检验；计算凝聚模块i与对应的成熟度级别内最远之间的距离Mi，i＝1、2、3、4、5，如果相邻的两个凝聚模块i和j之间的距离总是大于Mi+Mj，j＝1、2、3、4、5，j≠i，则认为形成这5个凝聚模块的测量频率为此类水果的最佳测量频率，把测量数据存储至数据库当中，如果两两凝聚模块之间的距离有两个或以上小于Mi+Mj，则把测量频率提高10KHz，重新进行上述的聚类步骤，直至获到最佳测量频率为止。\n[0023] 上述的方法中，步骤1针对一种类型水果的训练学习只需进行一次，获得所测水果模型后，数据将储存在数据库中。\n[0024] 上述的方法中，步骤1采用200～400KHz这个频率段的超声波对水果进行探熟，并根据训练学习的结果自动从200-400KHz的频率范围内选择最合适当前水果类型的测量频率。\n[0025] 上述的方法中，步骤2具体包括：\n[0026] 调整超声波发射接收一体基阵、接收基阵和耦合器件，使超声波发射接收一体基阵、接收基阵紧贴目标水果表面，使超声入射波能够大部分射入水果内部；\n[0027] 发射接收一体基阵向水果发射超声波脉冲，接收基阵在探测到幅度变化超过阈值值后即被激活，并开始接收波形，接收到穿透波和回波后，通过采样获得波形的幅度值；超声波在水果内部的传输时间t1和在空气中的传输时间t2通过以下方法得到：设计一个计时单元，在发射基阵发出超声脉冲后开始计时，当检测接收到穿透波时则停止，得到的时间即为超声波在水果内部的传输时间t1，而超声波在空气中的传输时间t2也是根据相同的工作原理获得；采用测量发射基阵与接收基阵之间的距离的方法来得到超声波在水果内部的声程l；发射基阵与接收基阵之间的距离通过另外一套超声测距仪根据超声波在空气中的传输速度v2和传输时间t2两者相乘后即可得到超声波在水果内部的声程l；再由超声波衰减特性公式，计算出目标水果的衰减率a；声程与传输时间相除后可得超声波在水果内部的传输速度v1，得到的传输速度v1为超声波在水果内部传输时的平均速度。\n[0028] 上述的方法中，步骤3包括：\n[0029] 建立一个坐标系，x轴为衰减率，y轴为传输速度；再把步骤2中得到目标水果的衰减率和传输速度这两个特征值映射成二维空间中的一个点，称其为特征点；根据步骤2得到的有关成熟程度的5个凝聚点，分别计算特征点与5个凝聚点的距离，比较特征点与哪个凝聚点的距离最小，把目标水果归入与凝聚点距离最小的那一个组别，完成水果的成熟度判断。\n[0030] 一种基于比较法的超声无损检测水果成熟度的系统，包括水果探测模块、声程测量模块、信息处理模块、控制与显示模块；控制与显示模块与信息处理模块、声程测量模块相连接，信息处理模块与水果探测模块相连接，同时水果探测模块与声程测量模块相连接。\n[0031] 上述基于比较法的超声无损检测水果成熟度的系统中，所述水果探测模块包括频率调节器、控制和计时器、频率可调的发射接收一体基阵、接收基阵、耦合器件、接收信息处理单元；频率调节器与率可调的发射接收一体基阵连接，控制和计时器、频率可调的发射接收一体基阵、接收基阵分别与接收信息处理单元连接，发射接收一体基阵、接收基阵均通过耦合器件贴紧目标水果的表面；控制和计时器还分别与发射接收一体基阵和接收基阵连接。所述的耦合器件主要用于保证超声波不被水果表皮反弹，大部分地入射到目标水果内部。\n[0032] 上述基于比较法的超声无损检测水果成熟度的系统中，所述声程测量模块用于测量超声波在目标水果中的声程，包括频率可调的发射器、温度识别单元、控制和计时单元、接收器、声程信息处理单元；声程信息处理单元与所述接收信息处理单元连接，温度识别单元、控制和计时单元分别与声程信息处理单元连接，控制和计时单元还分别与发射器和接收器连接；\n[0033] 上述基于比较法的超声无损检测水果成熟度的系统中，所述信息处理模块包括相互连接在一起的信息处理单元、成熟度判断单元；所述控制与显示模块包括一个水果选择器、装置开关和显示屏，其中水果选择器和装置开关与信息处理模块、水果探测模块、声程测量模块相连接；所述水果选择器根据不同的水果选择不同的超声波频率和不同的数据库；所述的装置开关有三个档位，分别是训练学习模式、正常模式、关闭。\n[0034] 上述基于比较法的超声无损检测水果成熟度的系统，还包括用于调整发射接收一体基阵与接收基阵能在一条直线上的基架，所述的基架是一个长方形，四个边为带伸缩杆的铁杆，可以调节其长宽以适应目标水果的尺寸，其主要作用是保证发射接收一体基阵与接收基阵能在一条直线上。\n[0035] 由上述的技术方案和作用原理可知，相比于现存的水果探熟方法，本发明具有以下优点：\n[0036] 1.可以用来测量苹果、梨、西瓜等多种水果的成熟程度，通过调节发射波的频率来适应不同种类的水果，对于数据库中没有的水果，只需在探熟之前进行训练学习后即可以其进行探熟。\n[0037] 2.通过聚类的方法进行训练学习，获得有关水果的先验知识，对相关水果的成熟度等级进行划分，建立水果的成熟度模型。通过对模型与目标水果的特征点之间的距离进行比较，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。\n[0038] 3.探熟过程中不会对水果造成物理损伤。进行探熟时只需把发射基阵和接收基阵通过耦合器紧密附在水果的表面，保证其垂直于水果表面，不需要用指针深入到水果内部，更不需要切开水果表皮。\n[0039] 4.装置构成简单。可以通过调节伸缩杆以适应不同尺寸的水果，体积小、重量轻、便于携带。\n[0040] 5.操作简单。只需选定水果类型，把目标水果置于超声发射基阵和接收基阵之间，保证接收基阵与发射基阵处于一条直线上后即可以开始检测，系统自动给出检测结果，不用人工干预输入。\n[0041] 6.适用面广。适用于果树科研部门，果树农场，果品公司，大专院校等单位使用。\n附图说明\n[0042] 图1是实施方式中基于比较法的无损检测水果成熟度的装置的整体结构示意图；\n[0043] 图2是实施方式中水果探测模块和声程测量模块的内部结构图；\n[0044] 图3是实施方式中基于比较法的超声无损检测水果成熟度系统的工作流程图；\n[0045] 图4是实施方式中声程测量模块与水果探测模块的工作流程图；\n[0046] 图5是实施方式中训练学习的工作流程图；\n[0047] 图6是实施方式中信息处理模块的工作流程图。\n具体实施方式\n[0048] 下面结合实施实例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施和保护范围不局限于此。\n[0049] 如图1所示，本实施方式的系统主要由水果探测模块1、声程测量模块2、信息处理模块3、控制与显示模块4和基架5组成。\n[0050] 图2为水果探测模块和声程测量模块的内部结构模块图，水果探测模块包括：频率调节器11、控制和计时器12、频率可调的发射接收一体基阵13、接收基阵14、接收信息处理单元15、耦合器件。声程测量模块包括：温度识别单元21、控制和计时单元22、发射器\n23、接收器24、声程信息单元25、联动开关26。\n[0051] 水果探测模块中的频率调节器与发射接收一体基阵相连，控制超声波束的发射频率，控制和计时器同时还与声程测量模块中的联动开关相连接。接收基阵与控制计时器相连接，接收基阵带幅度检测功能，当检测到幅度由0变为设定的阈值的时候就被激活，然后开始接收回波和穿透波，接收完毕后自动关闭以节省电量，把接收到的波形送至接收信息处理单元进行分析处理。控制与计时器向接收信息处理单元输出超声波在目标水果内部的传输时间。接收信息处理单元最后得出目标水果的衰减率和传输时间。\n[0052] 声程探测模块主要作用是用于测量超声波在目标水果中的声程。因为超声波的方向性较好，且果肉为均匀介质，超声波在水果内部沿直线传播。当发射波垂直于水果表面入射时，可认为发射接收一体基阵与接收基阵之间的距离，即为超声波在水果内部的声程。因超声波在空气中的传输速度已知，只需通过测定超声波在空气中的传输时间，即可得到发射接收一体基阵与接收基阵之间的距离。同时用温度传感器监视外界温度的变化，根据超声波在空气中传播的声速曲线，及时修正由于温度而带来的传输速度上的误差，提高测距精度。\n[0053] 声程探测模块中的控制与计时器与发射器、接收器相连接，温度识别单元和控制和计时器向与接收信息处理单元相连接并向接收信息处理单元提供环境气温信息、当前温度下超声波在空气中的传输速度和超声波在空气中的传输时间。\n[0054] 信息处理模块包括：信息处理单元31和成熟度判断单元32。信息处理单元在完成衰减率和传输速度的分析计算后将送至成熟度判断单元进行水果的成熟度判断。\n[0055] 控制与显示模块包括：水果选择器、装置开关43、显示屏。\n[0056] 水果选择器：与水果探测模块中的频率选择器和信息处理模块的成熟度判断单元相连接。因水果种类的区别导致其内部结构的不同，为保证超声波在目标水果内能有良好的穿透性能，应针对不同的水果选取不同的频率，同时根据所选的水果选择对应的数据库。\n[0057] 温度识别单元：由温度传感器构成。不同外界温度下超声波在空气中的传输速度不同，水果的尺寸较小，因传输速度不同而造成的距离误差不能忽略，固需要根据外界气温对声速在空气中的数值大小进行实时调整。\n[0058] 信息处理单元：对衰减率及超声波在水果内的传输速度两个数据进行处理，为下一步的判断比较做好准备。\n[0059] 成熟度判断单元：根据目标水果与水果模型之间比较的结果，进行成熟度判断。\n[0060] 所述的基架是一个长方形，带伸缩杆的铁杆，可以调节其长宽以适应目标水果的尺寸，其主要作用是保证发射接收一体基阵与接收基阵能在一条直线上。\n[0061] 图3是基于比较法的超声无损检测水果成熟度系统的工作流程，包括以下步骤：\n[0062] 步骤1.调节装置上的基架，使目标水果处于发射接收一体基阵与接收基阵之间，同时发射接收一体基阵和接收基阵通过耦合器件贴紧目标水果的表面，保证超声波束大部分入射到目标水果内部。\n[0063] 选取一组成熟度为已知的水果作为样品，打开开关并把装置调至训练学习模式，将水果粗略地按照成熟程度由高到低分成5个组，按照成熟程度依次安排训练学习，分组进行衰减率和传输速度的测量与录入，录入数据后计算这组样品点的重心，得到初始凝聚点，再进行下一组的测量，最后得到5个初始凝聚点，分别对应了5个成熟度级别。检查5个等级的区分度，计算凝聚模块与该组别中最远点之间的距离Mi(i＝1，2，3，4，5)，如果凝聚点之间的距离小于Mi+Mj(j＝1，2，3，4，5，j≠i)，则把频率提高10KMHz重新进行上述的过程，直至得到此类水果的最佳测量频率。然后根据每个样品点与凝聚点之间的距离远近，进行组间调整，每调整一次则重新计算凝聚点，重复上面的调整步骤，直至前后两次的凝聚点位置基本重合，我们则认为这时分成的5个有关成熟程度的组是一个相对稳定的结果，把得到的水果模型存储在数据库中，为下一步的比较做好准备(如果数据库中已经存放了有相关水果的成熟模型信息，则此步骤可以忽略)。\n[0064] 进行新鲜水果和蔬菜检测时，超声波的频率对穿透性能有着极其重要的影响，本发明采用200～400KHz这个频率段的超声波对水果进行探熟，并根据训练学习的结果自动从200-400KHz的频率范围内选择最合适当前水果类型的测量频率。\n[0065] 如图5，选取一批成熟度为已知的水果作为样品对其进行训练学习，把这批水果按照成熟度由大到小(无需精准分类，只需粗略地分辨)，分成5个组别，进行分组学习，根据成熟程度来安排学习顺序的先后，先进行学习的组被认为是成熟度最高的组。当完成一组样品的特征值(超声波在水果中的衰减率和传输速度)录入后，对这些样本点进行数据处理，计算后得出这一组样品点的重心作为初始聚类模块，然后再进行下一组数据的录入，直至所有样本点都已经录入系统，共得到5个初始凝聚点，分别对应了成熟度的5个级别。通过计算每个样本点与5个初始凝聚点之间的距离大小重新进行聚类，重新组合后再计算新的重心作为凝聚点，不断重复上述的调整步骤，直至前后两次凝聚点的位置基本上重合为止，说明得到的5类已经是一种相对稳定的结果。\n[0066] 通过聚类分析后得出的5个凝聚模块如果距离太近的话，会导致区分度不高，容易发生误判的情况，故需对形成的这5个等级进行检验。计算凝聚模块i与对应的成熟度级别内最远之间的距离Mi(i＝1，2，3，4，5)，如果相邻的两个凝聚模块i和j之间的距离总是大于Mi+Mj(j＝1，2，3，4，5，j≠i)，则认为形成这5个凝聚模块的测量频率为此类水果的最佳测量频率，把测量数据存储至数据库当中，如果两两凝聚模块之间的距离有两个或以上小于Mi+Mj，则把测量频率提高10KHz，重新进行上述的聚类步骤，直至获到最佳测量频率为止。\n[0067] 至此水果的训练学习过程结束(针对一种类型水果的训练学习只需进行一次，获得所测水果模型后，数据将储存在数据库中)。\n[0068] 步骤2.对目标水果进行实测，采集其衰减率和传输速度两个特征值(如图4所示)。\n[0069] 步骤2.实测阶段：对目标水果的衰减率和传输速度两个特征值进行实测，为下一步的比较做准备。\n[0070] 把装置调到正常模式，联动开关向水果探测模块和声程测量模块发出工作指示，并在发射接收一体基阵和发射器发出波束后，控制与计时器开始计时。发射接收一体基阵在发出超声波束后接收来自目标水果内部的回波，接收基阵检测到波形的幅度变化超过阀值时，即由休眠状态激活为工作状态，开始接收来自目标水果内部的穿透波，同时向控制与计时器发出了停止计时的信号，得到超声波在水果内部的传输时间t1。在接收基阵接收到穿透波和回波后，发射接收一体基阵和接收基阵把这两个波形送至水果探测模块中的接收信息处理单元，分别对这两个波形进行分析处理，通过对波形进行采样分析后得到波形的幅度信息h1和h2。控制与计时器向接收信息处理单元输出t1。\n[0071] 声程测量模块与水果测量模块同时开始工作，温度识别器对外界温度进行拾取并输出温度到声程信息单元，控制与计时器指示发射器发射超声波束并开始计时，等待来自接收器的停止计时信号，获得时间信息t2后输出至声程信息单元，声程信息单元根据温度识别器所得到的温度值得到的当前温度下的传输速度v2，v2与t2相乘，得到了超声波在水果中的声程信息l，向接收信息处理单元输出。\n[0072] 接收信息处理单元收通过计算得到目标水果的衰减率a和超声波在目标水果中的传输速度v1。向信息处理模块提交a、v1的值。\n[0073] 步骤3.比较判断阶段：把实测到的目标水果与水果模型进行比较分析得出目标水果的成熟度。\n[0074] 信息处理单元接到a、v1的值时，对它们进行处理后送至成熟度判断单元，与数据库中已存的水果的成熟度模型进行比较，分别计算目标水果的特征点与数据库中存储的水果模型的5个凝聚点的距离，根据与凝聚点之间距离的远近，判断该水果的成熟度级别。建立一个坐标系，x轴为衰减率，y轴为传输速度。再把步骤3中得到目标水果的衰减率和传输速度这两个特征值映射成二维空间中的一个点，称其为特征点。根据步骤2得到的有关成熟程度的5个凝聚点，分别计算特征点与5个凝聚点的距离，比较特征点与哪个凝聚点的距离最小，把目标水果归入与凝聚点距离最小的那一个组别，完成水果的成熟度判断。\n[0075] 步骤4.结果输出阶段：把信息处理模块中的处理结果输出到显示屏上并等待下一个水果的探测。\n[0076] 上述实例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在被发明的保护范围之内。