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声学特性检测和分析技术凭借简单、快速、无损等优势,广泛应用于工业、医学、语音等领域。在国外,声学特性检测技术在农产品检测方面起步较早,发展速度快,达到在线检测阶段。然而,国内在此方面起步较晚,发展缓慢,并且检测主要围绕的农产品中的几种水果开展的,产品级的声学特性检测和分析装置几乎为零。本研究自主开发了一套完整的声学特性检测和分析系统,主要完成了包括所有的硬件系统设计、主要关键部件的选型、加工组装;软件系统的功能设计、上下位机的控制系统程序开发、声学特性的检测、时域信号与频域信号变换、频谱预处理和定性分类的化学计量学方法的实现;进行了2种4组水果硬度分级模型的建立和预测精度分析,初步证明了该检测和分析系统可以用于水果的硬度分级;详细主要的研究内容如下:1.介绍并分析了声学特性检测和分析系统的工作原理与结构;提出了检测系统的整体框架,完成了声学特性检测和分析系统的软硬件设计;对重要的关键部件进行了选型分析,采用型号为17H40H-0404A2-21的步进电机带动敲击棒作为声学特性检测和分析系统的敲击装置;通过对几种声敏传感器的比较,采用了4015咪头作为声学特性检测和分析系统的声学特性信号的采集传感器。2.为使声学特性检测系统更加稳定可靠,对检测系统的关键参数进行了优化。对6种不同灵敏度的4015咪头进行研究分析,结果表明采用灵敏度-42dB的咪头,声学特性检测和分析系统的稳定性较好,多次检测基频的相对标准偏差在2.8%以下;以15个青苹果为研究对象,设计了橡胶、木质、塑料等3种敲击头材质,F1、F2、F3等3个不同的敲击力,水果的向阳、背阳、侧面等3个不同的敲击位置的优化试验方案,试验得出塑料材质的敲击球对频谱信号的影响最小,标准偏差仅为2.2Hz,采用最大敲击力F3的信号强度和稳定性好,并采取多点采集声学特性信号的结论。3.基于声学特性检测和分析系统的硬件控制以及信号处理的需要,设计了声学特性检测和分析系统的整体框架。在微软公司的Microsoft.NET平台,采用C#编程语言对PC端软件进行了开发,实现了硬件控制（控制敲击过程的参数设置）、时域声学信号采集,时域信号与频域信号的变换、数据处理等功能模块的程序开发,为了方便试验和声学信号分析研究,增加了图谱显示,保存、帮助等功能。4.介绍了声学特性分析技术进行水果硬度等级模型建立的流程。以烟台红富士苹果、金帅苹果、丰水梨、贡梨等4组水果样品为硬度分级对象,研究了不同频谱预处理方法、4种定性分类的化学计量学方法对建模精度的影响。通过对4组各60个样品的实际建模分析,用K-S方法将60个样品按7:3分为校正集与预测集得出时域信号经FFT变换为频谱信号,采用SGF+归一化方法预处理后的频谱数据进行PCA特征提取,在Fisher、KNN、QDA和LIBSVM等4种方法建立的校正模型中,试验表明,采用QDA方法建立的模型效果最佳,各品种水果硬度等级的回判正确率在95%以上,预测集的正确率在80%以上,但其他方法建立的硬度等级模型的回判正确率都在82%以上;除贡梨采用LIBSVM模型预测正确率为70%,其它预测正确率都在80%以上。研究证明,采用水果的声学特性对其硬度检测方法是可行的,基本满足生产实际中对水果的快速检测。