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雷达卡
目前正处在盛夏，虽然各地气象局频频发出高温预警信号，但真的是吃西瓜的好时节！
可是，如果你不会挑西瓜，很可能会上奸诈瓜贩的当，最后辛辛苦苦抱回家一个生西瓜。
生活中，最常见的挑西瓜方法“敲瓜法”，即敲打西瓜的表面，根据回声来对这个瓜的好坏作出判断。然而不幸的是，“敲瓜法”也并不一定灵敏。
那么，究竟有没有什么科学有效的方法来帮助我们挑选出一个好西瓜呢？对于这一问题，两位西班牙科学家尝试使用微积分和信号论进行了回答。
这是一篇2005年在著名农业领域期刊《Spanish Journal of Agricultural Research》（西班牙农业研究）上发表的论文，全名为《Vibrational analysis of seedless watermelons: use in the detection of internal hollows》，作者是两位来自西班牙马德里理工大学的研究人员。该研究主要是利用了频域信号和微积分的知识对西瓜的好坏以及其中的瓜瓤情况进行预测。
研究人员首先提到，当物体遇到高或低频率的波时，物体会通过自身的振动作出相应的反应，只不过振动的幅度（即振幅）不同。而频谱中得到的振幅峰值是共振频率，共振频率的出现与物体的弹性、密度、尺寸和形状密切相关。
那么，通过“敲瓜法“来挑选西瓜有没有科学依据呢？研究人员认为，在大多数情况下，消费者们是可以通过人工敲击西瓜后的声音来判断其成熟度的，这其中蕴含的道理是一种被称为声波脉冲响应的技术。以往的许多研究人员通过研究水果受到撞击时所产生的声脉冲的响应来验证这种方法，事实上，声波脉冲响应技术已经发展成为有效检测无籽西瓜内部褶皱或空隙的无损方法之一。
为了进一步研究，作者们设计出了一个用于西瓜的声学测量装置，并使用撞击器撞击赤道（最中间位置）上的一个点，再由对面的传声器检测输出声音来测量西瓜的声脉冲信号。其中，撞击器由一个金属球（13g）制成，该金属球固定在一根杆上，该杆从12cm的高度落在西瓜上，而用于获取声脉冲信号的仪器是一个前置的麦克风，这个麦克风由一个信号调节放大器来提供电源。随后，作者再利用信号的快速傅立叶变换（FFT）确定脉冲信号的频谱及其固有频率。
该装置的具体信息如下图1所示，整个设备的结构都在一个上部为浅空心的木箱里，这个木箱内衬了一层填充材料，麦克风和前置放大器放在中空的地方，插座远离麦克风区域，麦克风可以检测到距离水果表面2-5毫米的声波脉冲响应。但是，麦克风从不与水果接触。
图1 设计的实验装置
研究人员研究了20个无核西瓜品种的声学响应情况，包括10个好西瓜和10个有中空的西瓜，这些瓜的重量都在4到5公斤之间。对于每个西瓜，在两个位置上分别进行撞击并测量数据：在赤道（最中间位置）上的一个点以及在距离第一个点（仍在赤道上）90°处，如下图2中放置硬币的位置所示。
图2 撞击西瓜实验的位置
接着，研究人员沿着整个西瓜的纹路画出5个平行于赤道（最中间位置）的圆周，并且在每一条圆周线上，再画出12个经线，另外，在果实的顶部和底部也各有1个点，所有这些节点被用作计算加速度的定位点，如下图3所示。
图3 加速度定位点
研究结果发现，被检测过声波频率区间在161.5赫兹到226.5赫兹之间的西瓜都属于好西瓜（without hollow）；而那些频率在113.6赫兹到168.4赫兹之间的西瓜则为坏西瓜（with hollow）；至于161.5赫兹至168.4赫兹之间的西瓜则只能被归为“随机瓜“，这类瓜的好坏只能碰运气了！下图4描绘了这个结论。
图4 西瓜好坏与声波频率的对应区间
看来，挑西瓜也是一门大学问啊！这篇研究告诉我们，要想准确判断西瓜的好坏，下次最好带上一个能检测声波频率的仪器！
可是这仪器哪儿有卖呢？要不咱自己发明一个西瓜声波检测仪？
参考文献：
1.https://core.ac.uk/download/pdf/11995310.pdf
京公网安备 11010802022788号
