果实从采收、分选、包装到运输等各环节中,无法避免碰撞、振动、挤压以及摩擦等情况发生,造成皮下组织破坏和皮层破裂,并将逐渐扩展直至果实腐烂。由于绝大多数的内部损伤难以在发生初期被发现,造成极大的损失。非破坏性检测近年来得到了广泛重视,其中,超声检测技术是发现果实早期内部损伤的有效方法,但是由于果实组织具有颗粒特性或细胞之间存在空穴结构,高频声波在果实中衰减严重,很难实现有效穿透,致使无法有效进行内部检测。为此,本文设计了可用于果实超声检测的基于PZT-4的厚圆片复合振动超声换能器和高能低频的超声收发电路系统,用于解决这一技术瓶颈。　　 厚圆片换能器设计方面,论文在建立PZT-4厚圆片敏感材料数学模型的基础上,分析和研究敏感元件性能与激励条件的关系,并结合实验测定的手段,对换能器激励条件进行优化。该型换能器具有收发功能,发射声能高,直径小的特点,能与果实曲面进行有效的耦合。为发挥该换能器的性能,获得低频率、高能量的超声波,又设计以AT89S52为核心的低频高能超声收发电路。该电路系统在PWM升压开关电源原理的基础上,引入MOS管半桥调制电路,能够在换能器的两端产生幅值、频率和个数可调的高压方波脉冲信号。最后,通过将该超声检测系统用于苹果、梨和马铃薯的声学特性阻抗的测定,验证本检测系统能有效实现果实的超声穿透。该检测系统可为果实特征参数、品质以及损伤的超声检测提供技术参考。　　 论文的主要研究工作包括:　　 (1)设计一种基于PZT-4的厚圆片复合振动低频高能超声换能器。在建立PZT-4厚圆片敏感材料数学模型的基础上,通过利用不同参数的脉冲激励信号对换能器进行激励的实验,优化换能器的工作条件。　　 (2)在研究传统的超声波电路研究的基础上,设计、调试并优化可用于果实超声检测的低频、高能超声收发电路,适用于厚圆片换能器。　　 (3)设计了JM240128液晶模块的接口电路及键盘接口电路,用于实现系统参数的可视化设定。并设计系统的软件主程序及各个模块的流程图,完成系统软件的编写。　　 (4)通过对液晶显示的调试、发射电路负载输出测试、接收电路的放大与滤波测试,完成对收发电路系统各模块的性能测试。最后,应用该超声检测系统对苹果、梨和马铃薯的声学特性阻抗进行实际测定,验证本系统穿透苹果等果实的有效性。