系列:水果甜度个人手持设备检测
-- 无损检测常用技术和方式汇总
概述
无损检测以不损坏被检测对象的使用性能为前提，以物理或化学方法为手段，借助相应的设备器材，按照规定的技术要求，对材料、零部件、结构件进行有效的检验和测试，以此评价它们的连续性、完整性、安全可靠性及某些特殊物理性能。无损检测的内容包括：检测材料或构件中是否存在缺陷，并对缺陷的形状、大小、方位、取向、分布和内含物等情况进行判断；提供材料或构件中的组织分布、应力形态以及某些机械和物理量等信息。
无损检测的方法很多，最常用的有射线检测RT（radiographic testing）、超声检测UT（ultrasonic testing）、磁粉检测MT（magnetic particle testing）、渗透检测PT（penetrate testing）、磁记忆检测MMT（magnetic memory）、声发射检测AET（acoustic emission testing）和红外线检测IT（infrared testing）等。另外，还有各种新技术，如激光全息照相检测、声振检测等。
从前面的篇章中我们可以知道，针对家庭平常能接触到的瓜果类的产品，一般的无损检测方法主要针对内在问题、外在缺陷、甜度和酸度、成熟度等几个方面来进行检测，下面我们分段来对常用的检测技术进行汇总。
内在问题检测技术
内在问题的检测主要采用近红外光谱（NIR）和超声波技术来进行检验。
超声波技术利用被测对象的声学特性实现检测，超声波是指频率高于16kHz且不被人类听觉识别的机械弹性波。
超声波在被测对象中传播时会受到被测对象声学特性及内部组织结构影响，通过探测超声波吸收特性、衰减系数、传播速度、声阻抗和固有频率等特性的变化程度和状况，可分析被测对象性能和组织结构特性。该技术因方向性好、穿透力强等优势在厚度较大的瓜果检测领域广泛应用。
超声检测由于可检测的厚度大、成本低、速度快、对人体无害及对缺陷的检测灵敏度高等一系列优点而获得广泛应用。超声波检测的效果和可靠程度，主要取决于操作人员的责任心，工作时的精神状态和技术高低。
超声波在材料中传播时，由于传递超声波的介质发生改变，会发生超声波的反射、透射及折射。并且，超声波在材料中传递时，随着传播距离的增大，垂直于声路上的单位面积通过的声能会逐渐减弱，即发生超声波的衰减。超声波检测是利用材料及其缺陷的声学性能差异对超声波传播波形反射情况和穿透时间的能量变化来检验内部缺陷的无损检测方法。
外观缺陷检测技术
外观缺陷主要采用可见光成像、射线检测等探测手段来进行检测，部分实验结果和方案也采用射线的穿透性来检验水果的成熟度和内在问题。
射线检测包括X射线、γ射线和中子射线等检测手段。它是利用各种射线源对材料的投射性能及对不同材料射线的衰减程度不同，使底片感光成黑度不同的像素来观察缺陷的。
射线检测的结果可作为档案资料长期保存，检测图像较直观，对缺陷尺寸和性质判断比较容易。但与其他常用的无损检测技术相比，对微小裂纹的检测灵敏度较低；使用成本高于其他无损检测技术，其检验周期也较其他无损检测技术长；射线对人体有害，需要防护设备进行保护。
甜度和酸度检测技术
糖度和酸度的无损检测主要采用近红外光谱（NIR）来实现。
近红外光谱技术（NIR）是20世纪80年代后，随着计算机技术、化学计量学技术及仪器分析技术的发展和应用，逐渐发展起来的一门独立的分析技术。
NIR光谱介于可见光与中红外光谱之间，其光谱范围为780～2500nm。NIR的光谱信息主要来源为C-H、O-H、N-H等含氢基团的倍频与合频吸收，这些基团的吸收频率受内外干扰小、特征性强，且不同基团产生的吸收具有特征性，为NIR定性定量奠定了基础。NIR分析方法具有以下优点：
①分析速度快，效率高，一般可以在几十秒甚至更短时间完成测定；
②测定简单，制样简易，不污染及破坏样品；
③可以实现在线检测。
研究结果表明：应用近红外光谱漫反射技术在 629～332 nm 光谱波长范围内对苹果糖度的无损检测和在 629～232 nm 有效光谱范围内对有效酸度的无损检测具有可行性。
不同的水果由于个头和表皮厚度不同，适宜采用不同的NIR检测方案。柑橘、洋葱的光散射性弱，光更容易穿透水果组织，宜用全透射检测方法，例如Mtisui公司的QSCOPE-C分选装备。而桃子属于有核水果，果核阻碍光在水果组织的传输路线，故宜用漫反射光学结构，例如日本洋马公司在无锡的水蜜桃分选装备。而西瓜、蜜柚、菠萝等果皮致密，光极难穿透整果组织，故宜采用四周照射果顶接收的漫透射检测方案。
成熟度检测技术
成熟度的检测方式较为复杂，不同种类水果的性状不同，采用的方式方法也不太相同，一般使用近红外光谱（NIR）、超声检测、电磁特性等方法来对成熟度进行评估。
电磁特性法用于农产品的新鲜度、成熟度和内部品质检测：如Kato koro提出通过电容测量西瓜的体积和通过对西瓜的电平衡测量，从而得出新的密度自动分类系统，可用来测量瓜的空洞度；Chen P 进行了用 NMR 技术高速在线检测鳄梨成熟度的可行性研究，并将该方法用于新鲜杏的含糖量检测上；宋金亚、张立彬用非接触式无损检测方法在线测定了不同内部品质的苹果的电特性，得出了苹果的介电特性与新鲜度具有明显相关性的结论。胥芳等人利用LCR测量仪和平板电极系统测量桃子在储藏过程中相对介电常数和介质损耗因数的变化，得出桃子在保存时的新鲜程度。
小结
总体上来说，依照不同的瓜果的种类、采摘周期和成熟度的不同，针对其内部的无损检测的方式也应该是有差异的。在上述列举的检测方法中，近红外光谱（NIR）和超声检测是最为常用的两种方式（与能耗和穿透性有关）。其它的检测方式按照检测目标的不同，视情况来增加或去掉对应的检测模块，使其识别度和误识率能够符合预期。
后续的预研中，我们将针对上述两种办法，着重分析一下论文方向和专利方向进行参考。
上一篇：水果甜度个人手持设备检测-参考文献和文章读物
下一篇：编写中。
