一種禽蛋蛋殼裂紋檢測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種禽蛋蛋殼裂紋檢測裝置，特指一種基于聲脈沖-振動(dòng)二維傳 感響應(yīng)信號(hào)分析的禽蛋蛋殼不同質(zhì)量(完好蛋、裂紋蛋）快速無損檢測裝置，屬于禽蛋蛋殼 質(zhì)量的檢測裝置領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 中國的禽蛋年產(chǎn)量均在2700萬噸W上，據(jù)統(tǒng)計(jì)，蛋殼結(jié)構(gòu)有缺陷巧日鋼殼蛋、沙殼 蛋、裂紋蛋）的禽蛋占中國生產(chǎn)總量的6%W上。當(dāng)禽蛋蛋殼質(zhì)量出現(xiàn)問題時(shí)，會(huì)給禽蛋的 儲(chǔ)藏、運(yùn)輸及加工帶來很多問題。如當(dāng)禽蛋出現(xiàn)裂紋后，微生物等有害物質(zhì)易從裂紋處侵入 蛋的內(nèi)部基質(zhì)，導(dǎo)致其保質(zhì)期下降；此外，裂紋蛋和沙殼蛋結(jié)構(gòu)剛度差，在運(yùn)輸過程中容易 破損；另外裂紋蛋，鋼殼蛋和沙殼蛋均不能加工成蛋制品，不僅給生產(chǎn)者造成經(jīng)濟(jì)損失，給 消費(fèi)者的飲食健康也埋下了隱患。因此，帶有質(zhì)量問題蛋殼的檢測在禽蛋的運(yùn)輸、加工和銷 售過程中十分必要。目前，國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中禽蛋裂紋主要依靠人工檢測，此方法勞動(dòng)強(qiáng)度 大，效率低，人為破損率高，而且檢測精度易受人的主觀因素和外界環(huán)境條件影響，不易于 禽蛋產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
[0003] 當(dāng)禽蛋的蛋殼強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，其結(jié)構(gòu)剛度和阻巧系數(shù)將隨之變化，必然會(huì)反映 到其模態(tài)固有頻率和阻巧系數(shù)比上。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明（林顛，基于敲擊振動(dòng)、機(jī)器視覺和近紅 外光譜的禽蛋品質(zhì)無損檢測研究巧]，博±學(xué)位論文，江蘇大學(xué))，由于結(jié)構(gòu)剛度和阻巧系數(shù) 不同，完好禽蛋受敲擊(激勵(lì)）發(fā)出的聲音清脆；當(dāng)?shù)皻こ霈F(xiàn)裂紋或者沙殼時(shí)，則會(huì)發(fā)出沉悶 沙啞的聲音，利用該種敲擊振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)特性的差異，可區(qū)分出不同質(zhì)量的禽蛋。近些年 來，聲脈沖響應(yīng)信號(hào)分析方法陸續(xù)應(yīng)用于禽蛋裂紋的檢測。但機(jī)械敲擊也有相應(yīng)的問題， 即機(jī)械敲擊的位置通常設(shè)計(jì)在禽蛋裂紋區(qū)域的附近，才能得到較完整且清晰的裂紋信息特 征，由于聲脈沖信號(hào)在空氣中傳播，當(dāng)機(jī)械敲擊的位置與裂紋區(qū)域的距離超過一定的界限 后，聲脈沖信號(hào)強(qiáng)度迅速衰減，裂紋信息特征模糊，加上外界噪音的干擾，裂紋禽蛋的識(shí)別 率也就無法保證了化iSun,XiakunBi,HaoLin,JiewenZhao,JianrongCai,On-line detectionofeggshellcrackbasedonacousticresonanceanalysis,Journalof Food化gineering. 2013, 116:240-245)。因此，通常對(duì)禽蛋蛋殼表面進(jìn)行多點(diǎn)全面敲擊， W保證裂紋附近的區(qū)域能被敲擊到。
[0004] 本實(shí)用新型提出了聲脈沖-振動(dòng)二維響應(yīng)信號(hào)檢測裂紋禽蛋，通過采集禽蛋受機(jī) 械激勵(lì)后產(chǎn)生的聲脈沖-振動(dòng)多維響應(yīng)信號(hào)，分析其在禽蛋蛋殼表面分布、擴(kuò)散及衰減情 況，最后，綜合聲脈沖和振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，W期實(shí)現(xiàn)一到二次敲擊即可判別裂紋禽蛋。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于聲脈沖-振動(dòng)二維 傳感器響應(yīng)信號(hào)分析的禽蛋蛋殼裂紋快速無損檢測裝置，該裝置可通過一到二次機(jī)械激勵(lì) 即可采集并分析禽蛋蛋殼質(zhì)量信息，該裝置可應(yīng)用于禽蛋蛋殼生產(chǎn)加工和流通過程中的自 動(dòng)化檢測。
[0006] 本實(shí)用新型提供一種聲脈沖-振動(dòng)二維傳感器檢測裝置，該裝置包括：支撐基座、 傳感器固定支架、可調(diào)式運(yùn)動(dòng)軌道、振動(dòng)加速度傳感器一、振動(dòng)加速度傳感器二、振動(dòng)加速 度傳感器=、聲脈沖傳感器、電荷放大器一、電荷放大器二、電荷放大器=、敲擊椿、電磁鐵、 A/D采集卡、聲卡、計(jì)算機(jī)、支架。
[0007]所述支撐基座兩側(cè)和中間位置分別固定有傳感器固定支架，兩側(cè)傳感器固定支架 上分別設(shè)置有可調(diào)式運(yùn)動(dòng)軌道，兩側(cè)可調(diào)式運(yùn)動(dòng)軌道上均裝有振動(dòng)加速度傳感器二、振動(dòng) 加速度傳感器=，支撐基座中間位置固定的傳感器固定支架上端設(shè)置有振動(dòng)加速度傳感器 *
[000引所述振動(dòng)加速度傳感器一與電荷放大器一相連接，振動(dòng)加速度傳感器二與電荷放 大器二相連接，振動(dòng)加速度傳感器=與電荷放大器=相連接；
[0009]所述電荷放大器一、電荷放大器二、電荷放大器=均通過A/D采集卡連通計(jì)算機(jī)；
[0010] 電磁鐵固定于支架上，敲擊椿一端與電磁鐵連接，敲擊椿另一端連接有聲脈沖傳 感器，聲脈沖傳感器通過聲卡與計(jì)算機(jī)連接。
[0011] 振動(dòng)加速度傳感器一、振動(dòng)加速度傳感器二、振動(dòng)加速度傳感器=和聲脈沖
[0012]傳感器傳感器圍繞著禽蛋赤道位置W90度距離依次分布，其中，聲脈沖傳感器位 于禽蛋赤道的頂部，振動(dòng)加速度傳感器二位于禽蛋赤道的左側(cè)、振動(dòng)加速度傳感器=位于 禽蛋赤道的右側(cè)、振動(dòng)加速度傳感器一位于禽蛋赤道的底部，四個(gè)傳感器用于從四個(gè)不同 區(qū)域檢測禽蛋的蛋殼質(zhì)量。
[0013]底部的傳感器與禽蛋蛋殼硬接觸，也起到支撐禽蛋的作用。
[0014]位于兩側(cè)的傳感器則裝在傳感器固定支架上，可左右移動(dòng)，根據(jù)每個(gè)禽蛋的大小， 傳感器固定支架則帶動(dòng)左右側(cè)的振動(dòng)加速度傳感器，在可調(diào)式運(yùn)動(dòng)軌道上左右移動(dòng)，保證 振動(dòng)加速度傳感器與禽蛋緊密結(jié)合。
[0015]聲脈沖傳感器則安裝在禽蛋頂端，接收禽蛋受機(jī)械激勵(lì)的聲音信號(hào)。
[0016]本實(shí)用新型還提供該裝置用于檢測禽蛋裂紋的檢測方法，按照W下步驟進(jìn)行：
[0017] (1)聲脈沖-振動(dòng)二維信號(hào)的同步采集；在建立的多傳感器平臺(tái)硬件上實(shí)現(xiàn)同步 采集、輸送和存儲(chǔ)禽蛋蛋殼受機(jī)械激勵(lì)的聲脈沖信號(hào)和振動(dòng)加速度傳感器信號(hào)；
[0018](2)響應(yīng)信號(hào)特征的提?。涸诙S傳感器中提取禽蛋蛋殼質(zhì)量的關(guān)聯(lián)特征響應(yīng)信 號(hào)，識(shí)別不同質(zhì)量的蛋殼；
[0019](3)響應(yīng)信號(hào)特征的篩選及融合；采用遺傳算法對(duì)步驟（2)所獲取的響應(yīng)信號(hào)特 征信息進(jìn)行篩選，并在特征層面上進(jìn)行融合；
[0020] (4)裂紋禽蛋的識(shí)別；將所提取禽蛋樣本的聲脈沖-振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)的特征變量作 為判別模型的輸入向量，根據(jù)所建立的模型判別區(qū)分完好和裂紋禽蛋。
[0021] 其中步驟（1)中所述的禽蛋聲脈沖-振動(dòng)二維信號(hào)的同步采集、輸送和存儲(chǔ)，是指 在一次禽蛋蛋殼強(qiáng)度的響應(yīng)信號(hào)機(jī)械激勵(lì)中，=個(gè)振動(dòng)加速度傳感器和聲脈沖傳感器分別 在蛋殼表面赤道的四個(gè)不同區(qū)域同步采集禽蛋蛋殼信息，四個(gè)傳感器之間W90度的距離 間隔分布，四個(gè)傳感器同步傳輸至采集卡中進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，由電腦軟件中實(shí)現(xiàn)同步信號(hào)存 儲(chǔ)和處理。
[0022] 其中步驟（2)中所述的響應(yīng)信號(hào)特征的提取，是指各個(gè)傳感器各自在時(shí)間域和頻 率域首先提取其獨(dú)立的特征信息，再提取相鄰或相對(duì)傳感器巧日左右兩側(cè)傳感器，底部和兩 側(cè)傳感器）之間的關(guān)聯(lián)響應(yīng)信息也作為特征信息，對(duì)所提取的特征信息歸一化至同一量綱， 并進(jìn)行融合。
[0023] 其中步驟（3)中所述的對(duì)步驟（2)所提取的獨(dú)立傳感器和傳感器關(guān)聯(lián)的特征信息 進(jìn)行篩選，共篩選出頂部聲傳感器頻率域過零點(diǎn)數(shù)和；底部傳感器的幅值峰值；左右兩側(cè) 振動(dòng)傳感器時(shí)間域圖譜的振動(dòng)幅值的極差對(duì)比值及相關(guān)性；底部和左側(cè)振動(dòng)傳感器時(shí)間域 圖譜的一階導(dǎo)數(shù)對(duì)比值及相關(guān)性。
[0024]W上裝置工作流程如下；試驗(yàn)前，將禽蛋固定在支撐基座上，調(diào)節(jié)傳感器固定支架 中的移動(dòng)軌道，使得禽蛋蛋殼表面與壓力傳感器之間的壓力為所設(shè)置的范圍，計(jì)算機(jī)控制 電磁鐵驅(qū)動(dòng)敲擊椿激勵(lì)禽蛋蛋殼，3個(gè)振動(dòng)加速度傳感器和聲脈沖傳感器同步采集禽蛋蛋 殼響應(yīng)信號(hào)，通過對(duì)應(yīng)電荷放大器進(jìn)行信號(hào)放大，并進(jìn)入采集卡和聲卡中，計(jì)算機(jī)軟件則對(duì) 采集的響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析。
[00巧]本實(shí)用新型的有益效果是：
[0026] 1.本實(shí)用新型所設(shè)及的禽蛋蛋殼裂紋檢測裝置，通過一到二次激勵(lì)即可全面判 別禽蛋蛋殼質(zhì)量，將極大的簡化禽蛋蛋殼檢測流程，加快禽蛋生產(chǎn)加工和流通過程中的自 動(dòng)化檢測進(jìn)程。通常在禽蛋裂紋檢測需要20次W上敲擊，才能保障裂紋蛋被檢測出，本實(shí) 用新型僅需一到二次敲擊，即可檢測出裂紋蛋，對(duì)傳統(tǒng)的檢測方法是一個(gè)創(chuàng)造性的實(shí)用新 型和提升。
[0027] 2.本實(shí)用新型提供了柔性技術(shù)，不僅可W檢測禽蛋的蛋殼裂紋，也可W檢測禽蛋 蛋殼強(qiáng)度。此外，還可W根據(jù)受檢物料，更換支撐平臺(tái)，檢測水果的損傷、強(qiáng)度、成熟度等物 理結(jié)構(gòu)特征。
【附圖說明】
[0028] 圖1是基于聲脈沖-振動(dòng)多傳感器禽蛋蛋殼裂紋檢測裝置的結(jié)構(gòu)框架圖；
[0029] 圖中：1 ;支撐基座，2 ;傳感器固定支架，3;可調(diào)式運(yùn)動(dòng)軌道，4;振動(dòng)傳感器一， 5;振動(dòng)傳感器二，6;振動(dòng)傳感器S，7 ;聲脈沖傳感器，8 ;電磁鐵，9 ;敲擊椿，10 ;電荷放大 器一，11 ;電荷放大器二，12 ;電荷放大器S，13 ;A/D采集卡，14 ;聲卡，15 ;計(jì)算機(jī)，16 ;支 架。
[0030] 圖2禽蛋蛋殼裂紋響應(yīng)信號(hào)檢測系統(tǒng)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0032] 本實(shí)用新型對(duì)禽蛋的蛋殼裂紋快速無損檢測具有通用性，在此W雞蛋為例，介紹 本實(shí)用新型對(duì)雞蛋蛋殼裂紋檢測的實(shí)施過程。
[0033] 實(shí)施例1;基于聲脈沖-振動(dòng)二維傳感器禽蛋蛋殼裂紋檢測裝置
[0034] 如圖1所示，基于聲脈沖-振動(dòng)二維傳感器禽蛋蛋殼裂紋檢測裝置，該裝置包括支 撐基座1、傳感器固定支架2、可調(diào)式運(yùn)動(dòng)軌道3、振動(dòng)加速度傳感器一 4、振動(dòng)加速度傳感器 二5、振動(dòng)加速度傳感器=6、聲脈沖傳感器7、電磁鐵8、敲擊椿9、電荷放大器一 10、電荷放 大器二11、電荷放大器S12、A/D采集卡13、聲卡14、計(jì)算機(jī)15、支架16。
[00巧]其中支撐基座1兩側(cè)和中間位置分別固定有傳感器固定支架2,兩側(cè)傳感器固定 支架2上分別設(shè)置有可調(diào)式運(yùn)動(dòng)軌道3,兩側(cè)可調(diào)式運(yùn)動(dòng)軌道3上分別裝有振動(dòng)加速度傳感 器二5、振動(dòng)加速度傳感器=6,支撐基座1中間位置固定的傳感器固定支架2上端設(shè)置有 振動(dòng)加速度傳感器一 4 ;
[0036] 振動(dòng)加速度傳感器一（4)與電荷放大器一（10)相連接，振動(dòng)加速度傳感器二（5) 與電荷放大器二（11)相連接，振動(dòng)加速度傳感器=(6 )與電荷放大器=(12 )相連接；
[0037] 電荷放大器一（10)、電荷放大器二（11)、