Brevet FR2719121A1 — publié le 19951027

La présente invention concerne un procédé et un système de détermination non destructive de paramètres de qualité d'un produit frais, dans lequel une salve d'excita- tion ultrasonore est transmise le long d'un trajet acoustique à travers le tissu de produits frais, tels que des fruits ou des légumes. Une fois que les ondes ultrasonores ont traversé le tissu, elles sont détectées et analysées pour la détermination de leur vitesse et de leur atténuation acoustique, et indiquent alors les paramètres de qualité du produit frais. La détermination de paramètres ultrasonores comme par exemple la vitesse et l'atténuation acoustique dans des matériaux de construction et dans de nombreux tissus biolo- giques sont bien documentés dans la littérature, se référer par exemple à "Physical Principles of Ultrasonic Diagnosis" par P.N.T. Wells (Academic Press, New-York, 1969). Le son et notamment les ultrasons ont été utilisés dans de nombreux dispositifs pour déterminer les différentes caractéristiques physiques de matériaux, mais ces dispositifs connus ne sont pas associés à un procédé pour déterminer l'état de maturation ou la maturité de fruits et/ou de légumes. Par exemple les brevets US N'2 966 057 et 2 538 444 décrivent des systèmes qui mesurent l'atténuation d'une énergie ultrasonore lorsqu'elle traverse un milieu. En dépit de la largeur utilisation et du succès de ces procédés dans l'industrie de la médecine, peu de choses ont été faites pour utiliser cette technique pour tester une denrée alimentaire fraiche. Les problèmes principaux associés à l'application de ces techniques sont les suivants: a) le tissu d'un fruit est une substance hétérogène; b) le tissu d'un fruit est une substance produisant une forte atténuation des signaux ultrasonores à haute fréquence; et c) la mesure de temps et la détection d'une vitesse d'ondes et de défauts internes sont difficiles aux basses fréquences. Mizrach et consorts (Mizrach, A., N. Galili et G. Rosenhouse, 1989. Determination of fruit and vegetable properties by ultrasonic excitation. Transaction of the ASAE, 32(6): 2053-2058. Mizrach, A., Galili, G. Rosenhouse, and D.C. Teitel, 1991. Acoustical, mechanical and quality parameters of winter grown melon tissue. Transactions of ASAE, 34(5):2135-2138. Mizrach, A., Galili, G. Rosenhouse, 1992, Half-cut fruit response to ultrasonic excitation. ASAE Paper N'923017. American Society of Agricultural Engineers, St. Joseph, MI.) ont évalué, sur la base d'une révision d'un travail antérieur, l'utilisation d'une excitation ultrasonore à basse fréquence pour la détermination de la qualité du tissu d'un fruit et ont conclu que les essais ultrasonores sont une technique possible pour la mesure sans risque de la qualité interne et de défauts latents dans des fruits et des légumes. Cependant, aucune de ces techniques proposées antérieurement ne convient pour un test non destructif portant sur des fruits complets. Dans un grand nombre de types de fruits, l'atténuation du son empêche ce dernier de travers l'ensemble du fruit. C'est pourquoi, des tests ultrasonores locaux sur la peau du fruit ont été effectués expérimentalement en supposant que le tissu interne du fruit, proche de la peau, modifie la réponse de la peau. Des études préliminaires concernant des tests locaux par application d'ondes ultrasonores de surface dans la peau d'un fruit complet ont été exécutées par les inventeurs. On a trouvé que les paramètres acoustiques de certains fruits complets étaient associés au processus de maturation et aux variations des paramètres mécaniques et des paramètres de qualité de la chair du fruit. La présente invention concerne un procédé et un système pour la détermination non destructive de paramètres de qualité dans un produit frais. Le système et le procédé selon l'invention permettent une détermination, par ultrasons, de paramètres de qualité tels que la fermeté, l'état de maturation, la dureté et analogue d'un produit frais tel qu'un échantillon de tissu, la peau et/ou un fruit complet ou un légume, dans lequel l'atténuation du son empêche ce dernier de traverser l'ensemble du fruit. Dans le procédé et le système selon la présente invention on utilise des ondes ultrasonores émises dans le produit à partir d'un transducteur et reçues par un transducteur voisin, tous deux fixés dans une cage possédant un agencement spécial, permettant d'appliquer des tests locaux par ultrasons au produit. De façon plus spécifique, l'invention concerne un procédé pour déterminer des paramètres de qualité d'un produit frais en utilisant des paramètres des ultrasons. En outre, l'invention fournit un système pour déterminer des paramètres de qualité de produits frais moyennant l'utilisation de paramètres des ultrasons. Selon un premier aspect de l'invention, ce problème est résolu à l'aide d'un procédé pour déterminer des paramètres de qualité d'un produit frais moyennant l'utilisation de paramètres ultrasonores, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer un échantillon de fruit à un stade de maturité inconnu dans le trajet des ultrasons; transmettre des ondes ultrasonores le long du trajet acoustique à travers l'échantillon du produit frais; détecter lesdites ondes ultrasonores une fois qu'elles ont traversé l'échantillon du produit frais, et détecter les paramètres acoustiques tels que la vitesse des ondes acoustiques détectées et l'atténuation du signal de ces ondes pour analyser les résultats en liaison avec la maturité de l'échantillon. Selon un autre aspect de l'invention, le problème est résolu à l'aide d'un système pour une détermination non destructive de paramètres de qualité dans un produit frais, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux concentra- teurs d'énergie ultrasonore, dont l'un au moins est connec- té à un transducteur d'émission et dont l'un au moins est connecté à un transducteur de réception, un récepteur- générateur d'impulsions raccordé aux transducteurs d'émis- sion et de réception et qui produit des impulsions électri- ques qui activent le transducteur d'émission pour la production d'ondes ultrasonores, et applique des signaux électriques reçus à partir du transducteur de réception à un microprocesseur, une interface série commandée par le microprocesseur raccordée au récepteur-générateur d'impul- sions et à un ordinateur, et un enregistreur classique, l'ordinateur analysant la valeur numérique qui est reçue à partir du microprocesseur, et la compare à des paramètres acoustiques connus indiquant des paramètres de qualité connus. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique du système selon la présente invention qui utilise une configuration de transducteurs pour des mesures de vitesse et d'atténuation dans des échantillons de tissu, selon la présente invention; - la figure 2 représente une vue de détail du transducteur et du bord cylindrique dans cette forme de réalisation particulière; - la figure 3 représente un graphique de variation de la vitesse de surface du signal ultrasonore dans la peau et au voisinage de la peau d'un avocat entier, en fonction du temps; ce graphique représentant également la fermeté du fruit en fonction du temps; - la figure 4 représente un graphique de variation de l'atténuation apparente du signal ultrasonore dans la peau et au voisinage de la peau d'un avocat complet en fonction du temps; ce graphique représentant également la fermeté du fruit en fonction du temps. On va donner de plus amples explications et des exemples de la présente invention en décrivant les formes de réalisation préférées de l'invention. Les formes de réalisation préférée et d'autres formes de réalisation préférées de l'invention sont représentées sur les figures 1-4, sans qu'il n'y ait là aucune limitation de la portée de la présente invention. La figure 1 est un schéma représentant une forme de réalisation de la présente invention. Cette dernière comprend un récepteur-générateur d'impulsions 1 qui produit une impulsion électrique à une fréquence de 50 kilohertz, dans une ligne 2. Dans cette forme de réalisation particu- lière, on utilise un récepteur-générateur d'impulsions Krautkramer modèle USA 33 en tant que dispositif d'exci- tation. La ligne 2 est raccordé à un transducteur d'émis- sion 3 servant à produire des ultrasons. Dans cette forme de réalisation particulière, on utilise un transducteur modèle US 0,5, mais on comprendra que l'on peut utiliser d'autres transducteurs acoustiques. Le transducteur 3 produit une salve d'impulsions ultrasonores en réponse au signal électrique reçu dans la ligne 2. Le transducteur d'émission 3 est raccordé à un concentrateur d'énergie 4, ces deux unités étant logées dans une unité formant boîtier 5, dont la fonction est d'isoler le transducteur 3, le concentrateur 4 et d'autres équipements. Un transducteur de réception 6 est raccordé à un concentrateur d'énergie 8 et ces deux unités sont disposées sur le côté extérieur de l'unité formant boîtier par rapport au transducteur d'émission 3. Conformément au procédé et au système selon la présente invention, on peut également raccorder deux ou un plus grand nombre de transducteurs de réception au concentrateur d'énergie et les disposer à différentes distances prédéterminées par rapport au transducteur d'émission. L'échantillon 7 est disposé de telle sorte que le faisceau acoustique produit par le transducteur 3 se déplace à travers le concentrateur 4, traverse l'échantillon de fruit 7 et est reçu, par l'intermédiaire du concentrateur 8, par le transducteur de réception 6. Dans cette forme de réalisation, le concentrateur d'énergie 8 est identique au concentrateur d'énergie 4, et ces deux concentrateurs sont séparés par une distance d'environ mm, de manière à former un angle spécifique entre les axes de l'émetteur et du récepteur. Cependant, un déplacement relatif des têtes pour l'obtention d'intervalles plus importants entre les bords est possible, moyennant l'application d'une force constante au fruit. On peut également modifier l'angle entre les axes de l'émetteur et du récepteur. L'échantillon 7 est en contact avec les deux concentrateurs 4 et 8 (figure 1) et le faisceau acoustique produit par le transducteur 3 dans cette forme de réalisation est focalisé sur un bord cylindrique d'un diamètre d'environ 5 mm. D'autres types et contours de bords sont également possibles. Sur la figure 2 on a représenté une vue à plus grande échelle du bord cylindrique d'un diamètre d'environ millimètres. Le signal acoustique reçu par le transducteur 6 est converti en un signal électrique et est appliqué par l'intermédiaire de la ligne 9 au récepteur-générateur d'impulsions 1. Le signal électronique reçu dans le récepteur-générateur d'impulsions 1 est appliqué par l'intermédiaire de la ligne 10 à une interface série 11 commandée par un microprocesseur et qui permet le transfert du signal numérique lu de l'amplitude d'écho, le temps d'émission d'impulsions et le gain réel de l'appareil par l'intermédiaire de la ligne 12, à un ordinateur extérieur 13. L'ordinateur analyse le signal pour déterminer la vitesse et l'atténuation de la salve ultrasonore traversant le tissu échantillon 7. Le signal présent dans la ligne 12 peut être également appliqué à un enregistreur 14, qui peut être un enregistreur à bande magnétique classique ou n'importe quel autre enregistreur classique, qui enregistre le signal de sortie qui apparait dans la ligne 12 en vue de son analyse ultérieure. L'ordinateur 13 affiche les résultats de vitesse et d'atténuation qui correspondent à des variations de la fermeté pour différentes variétés de fruits ou de légumes. Cela permet de classer le fruit en fonction de sa fermeté en plusieurs groupes de maturité. On peut observer le caractère unique des valeurs de vitesse d'atténuation d'échantillon particulier du fruit avocat et sa fermeté, en référence aux figures 3 et 4. Ces figures concernent un avocat, mais l'objet de la présente invention peut être également appliqué à de nombreux autres fruits et légumes. La figure 3 représente les variations de la vitesse des ondes et la figure 4 représente les variations de l'atténuation des ondes dans un avocat complet pendant une période de 8 jours à la température ambiante, par rapport à des variations de la fermeté d'un fruit pendant la même période. Sur les figures 3 et 4, la courbe de fermeté tracée pour une durée de huit jours est une courbe représentative typique d'une variété spécifique d'avocat et est considérée comme un bon élément prédictif de la maturité du fruit. En outre, des courbes similaires sont également établies pour d'autres variétés d'avocats. Le procédé de détermination des paramètres de qualité moyennant l'utilisation du procédé et du système selon la présente invention vise tout d'abord à déterminer et enregistrer les paramètres acoustiques de plusieurs variétés et espèces de fruits pendant le processus de maturation, et ce au fur et à mesure de l'écoulement du temps. Par exemple, les graphiques tracés sur les figures 3 et 4 représentent des résultats pour des avocats (Persea Americana Mill., cv 'Ettinger'). Ensuite, on place un autre fruit 7 se situant dans un état de maturation inconnu sur l'unité formant boîtier 5 et on le met en contact avec le concentrateur 4 de l'émetteur 3 et avec le concentrateur 8 du récepteur 6, et la vitesse et l'atténuation dans l'échantillon inconnu peuvent alors être déterminées par l'ordinateur 13. Ensuite, en comparant la vitesse et l'atténuation calculées par l'ordinateur 13 aux graphiques et modèles des paramètres de qualité connus de fruits, on peut déterminer la fermeté des fruits inconnus par mise en correspondance de leurs paramètres acoustiques, tels que représentés par la vitesse et l'atténuation des ondes dans ces fruits. Bien que l'on ait décrit précédemment une forme de réalisation particulière de l'invention, on notera que l'invention peut faire l'objet de nombreux changements, modifications et substitutions, sans sortir pour autant du cadre de l'invention. En particulier, on notera que l'analyse de la vitesse et de l'atténuation de la salve acoustique reçue par le transducteur 6 peut être réalisée d'un certain nombre de manières et peut correspondre à plusieurs comportements de maturation. La clé de l'analyse est l'identification du fait que l'échantillon de fruit envoie au transducteur de réception 6 un signal qui possède une information acoustique indiquant la maturité de l'échantillon de fruit. REVENDICATIONS 1. Procédé pour déterminer des paramètres de qualité d'un produit frais moyennant l'utilisation de para- mètres ultrasonores, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer un échantillon de fruit (7) à un stade de maturité inconnu dans le trajet des ultrasons; transmettre des ondes ultrasonores le long du trajet acoustique à travers l'échantillon (7) du produit frais; détecter lesdites ondes ultrasonores une fois qu'elles ont traversé l'échantillon du produit frais, et détecter les paramètres acoustiques tels que la vitesse des ondes acoustiques détectées et l'atténuation du signal de ces ondes pour analyser les résultats en liaison avec la maturité de l'échantillon. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'émission de paramètres ultrasonores par des transducteurs (3) inclut l'émission des ultrasons par des transducteurs à quartz ou d'autres types classiques de transducteurs. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'émission des ondes ultrasonores est exécutée à partir de deux ou d'un plus grand nombre de transducteurs séparés ou à partir de deux ou d'un plus grand nombre de transducteurs (3) couplés. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape d'émission d'ondes ultrasonores peut être modifiée par modification de la charge des transducteurs (3) sur le fruit, des angles de transducteurs et de concen- trateurs (4), des distances entre les émetteurs (3) et les récepteurs (6), de la forme du bord des concentrateurs et de l'intensité des impulsions. 5. Procédé selon la revendication 1 pour une détermination non destructive de paramètres de qualité d'un produit frais, caractérisé en ce qu'il consiste à: a) raccorder le produit frais (7) ayant une maturité inconnue à deux concentrateurs d'énergie ultrasonore (4,8), faisant un angle spécifique entre leurs axes, un concentrateur étant connecté & un transducteur d'émis- sion (3) et l'autre à un transducteur de réception (6); b) envoyer dans le produit (7) des ondes ultrasoniques à partir du transducteur d'émission (3) et de son concentrateur d'énergie (8); c) recevoir lesdites ondes ultrasonores se propageant à travers le produit (7), par le transducteur de récep- tion (6) raccordé au concentrateur d'énergie (8); d) convertir les signaux acoustiques reçus en un signal électrique et appliquer ledit signal électrique à un dispositif de réception d'impulsions; e) appliquer les signaux électroniques reçus par le dispositif de réception d'impulsions à une interface série (11) commandée par un microprocesseur et analyser les signaux numériques lus reçus de la part du micro- processeur, au moyen d'un ordinateur (13) pour détermi- ner la vitesse ou l'atténuation des ondes ultrasonores dans l'échantillon de produit frais (7) et les comparer à des paramètres acoustiques connus indiquant des paramètres connus de qualité dudit produit frais. 6. Procédé pour déterminer des paramètres de qualité d'un produit frais selon la revendication 5, caractérisé en ce que le produit frais (7) est constitué par des fruits ou des légumes. 7. Procédé pour déterminer des paramètres de qualité d'un produit frais selon la revendication 6, caractérisé en ce que le produit frais (7) est un fruit ou un légume complet ou un échantillon de tissu ou la peau dudit fruit ou dudit légume. 8. Procédé pour déterminer des paramètres de qualité d'un produit frais selon la revendication 7, caractérisé en ce que le produit frais (7) est un avocat. 9. Procédé pour déterminer des paramètres de qualité d'un produit frais selon la revendication 5, caractérisé en ce que les paramètres de qualité sont la fermeté, l'état de maturation, la dureté et la maturité. 10. Procédé pour déterminer des paramètres de qualité d'un produit frais selon la revendication 5, caractérisé en ce que le récepteur-générateur d'impulsions (1) produit une impulsion électrique à une fréquence d'environ 50 kilohertz. 11. Procédé pour déterminer des paramètres de qualité d'un produit frais selon les revendications 5 et 6 prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que l'impul- sion électrique produite par le récepteur-générateur d'impulsions (1) active le transducteur d'émission pour la production d'ondes ultrasonores. 12. Procédé pour déterminer des paramètres de qualité d'un produit frais selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux concentrateurs d'énergie ultrasonore (4,8) sont identiques. 13. Procédé pour déterminer des paramètres de qualité d'un produit frais selon la revendication 5, carac- térisé en ce que deux concentrateurs (4,8) sont séparés par une distance d'environ 5 mm, ce qui crée ainsi l'angle spécifique entre eux. 14. Procédé pour déterminer des paramètres de qualité d'un produit frais selon la revendication 5, carac- térisé en ce qu'un bord cylindrique des concentrateurs (4,8), qui touche l'échantillon (7), possède un diamètre d'environ 5-6 mm. 15. Procédé pour déterminer des paramètres de qualité d'un produit frais selon la revendication 5, caractérisé en ce que les signaux de sortie devant être analysés par l'ordinateur (13) sont également appliqués à n'importe quel enregistreur classique (14). 16. Procédé pour déterminer des paramètres de qualité d'un produit frais selon la revendication 5, caractérisé en ce que les signaux de sortie devant être analysés par l'ordinateur (13) et comparés à des paramètres acoustiques connus sur des graphiques ou des modèles du produit spécifique doivent être analysés pendant le traite- ment de maturation au fur et à mesure que le temps s'écoule. 17. Système pour une détermination non destruc- tive de paramètres de qualité dans un produit frais, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux concentra- teurs d'énergie ultrasonore (4,8), dont l'un au moins (4) est connecté à un transducteur d'émission (3) et dont l'un au moins (8) est connecté à un transducteur de réception (6), un récepteur-générateur d'impulsions (1) raccordé aux transducteurs d'émission et de réception et qui produit des impulsions électriques qui activent le transducteur d'émis- sion (3) pour la production d'ondes ultrasonores, et appli- que des signaux électriques reçus à partir du transducteur de réception à un microprocesseur, une interface série (11) commandée par le microprocesseur raccordée au récepteur- générateur d'impulsions (1) et à un ordinateur (13), et un enregistreur classique (14), l'ordinateur (13) analysant la valeur numérique qui est reçue à partir du microprocesseur, et la comparant à des paramètres acoustiques connus indi- quant des paramètres de qualité connus. 18. Système pour déterminer des paramètres de qualité d'un produit frais en utilisant des paramètres ultrasonore selon la revendication 17, caractérisé en ce que le récepteur-générateur d'impulsions (1) est un dispositif d'excitation, par exemple du type dit "Krautkramer modèle USA 33". 19. Système pour déterminer des paramètres de qualité d'un produit frais moyennant l'utilisation de paramètres ultrasonores selon la revendication 17, caractérisé en ce que le récepteur-générateur d'impulsions (1) produit une impulsion électrique à une fréquence d'environ 50 kilohertz. 20. Système pour déterminer des paramètres de qualité d'un produit frais moyennant l'utilisation de paramètres ultrasonores selon la revendication 17, caractérisé en ce que les concentrateurs (4,8) possèdent un bord cylindrique destiné à toucher la surface du produit (7) et possédant un diamètre d'environ 5,6-6 mm. 21. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux ou un plus grand nombre de transducteurs sont positionnés à des distances différentes prédéterminées pour la détection des paramètres acoustiques.