振-碰耦合电子果实装置设计与试验OA

果实在采摘、分选及运输过程中持续承受振动、碰撞、冲击等多种机械荷载的耦合作用,这类作用是导致其品质劣变与采后损失的核心诱因。然而,现有电子果实装置多针对跌落、挤压、碰撞等单一载荷场景设计,其传感器结构与数据采集系统难以精准捕捉单果及串型果实在振动-碰撞耦合作用下的动态力学响应特性,进而制约了果实采后机械损伤演化机理的深入探究。为此,该研究以鲜食葡萄为试验对象,设计了一种可同步获取果实振动加速度与碰撞力动态响应的振-碰耦合电子果实(vibration-collision coupling electronic fruit,VCCEF)装置。该装置由三维振动测量系统、三维碰撞测量系统及振-碰数据同步采集系统构成,通过压电陶瓷球壳结构内部集成三轴加速度传感器,实现对碰撞冲击力、振动加速度及耦合动态响应的同步高精度采集。同时,构建了基于该装置的双梗-果复合系统,提出多果实振-碰数据的同步采集分析与校核方案,为探究多果-梗系统的振动-碰撞耦合演化规律提供支撑。标定试验结果表明,三维振动检测的相对误差范围在4.24%~7.27%之间,碰撞力-感应电压拟合曲线的决定系数R_(2)为0.9933。在偏角为30°、45°、60°和75°的双果振-碰耦合试验中,结果表明碰撞力与振动加速度峰值的时间偏差为71 ms,同步性良好,同时加速度响应呈现明显的方向性。综上,振-碰耦合电子果实(VCCEF)可精准监测果实间的振-碰动态信息,为揭示果实非稳态碰撞的时域响应特征、动态传递规律及采运设备力学参数优化提供了装备与方法支持。