一种基于弹性共振波的粮仓异物检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于弹性共振波的粮仓异物检测方法，涉及粮仓粮情检测技术领域。选用低频三分量拾振器，采集背景振动噪音，利用弹性波的共振特性，实现粮仓散粮内部异物的检测S1、选用低频三分量拾振器；S2、在粮仓内指定检测点的粮面上布设拾振器，调整拾振器的方位和水平，设置采集参数，记录背景振动信号；S3、去除异常振动噪音，分段计算三个分量振动信号的功率谱；S4、计算水平与垂直谱比曲线；S5、基于水平与垂直谱比曲线，实施粮仓异物判识和埋深参数计算。实现对粮仓内异物的判识，数据后处理流程简单，受人为干预的影响小，处理结果稳定可靠。稳定可靠。稳定可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种基于弹性共振波的粮仓异物检测方法


[0001]本专利技术涉及粮仓粮情检测
，具体涉及一种基于弹性共振波的粮仓异物检测方法。

技术介绍

[0002]我国储备粮粮仓储量大，储藏周期长，粮食存储管理中存在的库存统计虚假、质量不合格等违法违规现象时有发生。为此，国家每年需要投入大量的人力、物力和资金进行清仓查库，但其工作在效率低、历时长、代价高和误差大的难题，不利于保障国家粮食安全和社会稳定。粮仓内异物检测是储备粮实物准确监管和稽核的重要工作，粮仓内异物是指不同于正常粮食的物体，包括空腔、板结和其他杂质等。粮仓内异物的存在影响仓粮数量的准确计算，为此发展便捷、准确和智能的粮仓异物检测技术十分重要。
[0003]目前，研究用于粮仓散粮无损检测的方法主要有冲击回波检测法、重力测量法、激发扫描探测法、核探测法、压力传感器网络法、电磁波(雷达)探测法、核磁共振探测法等。冲击回波测量法可以在粮仓外壁上实现仓内粮面高度进行检测。三维激发扫描检测技术能够得到准确的粮堆表起伏形态和表面面积的一种方法，为计算粮堆整个体积奠定基础。太赫兹波是介于红外和微波之间的电磁辐射波，太赫兹光谱探测与成像技术在储粮品质鉴别与分类、储粮新陈度、储粮真菌污染以及储粮害虫检测方面具有一定应用价值。重力测量的原理是根据密度差异引起的重力差异，来推测探测目标体，但其分辨率受体积效应影响明显，在粮仓异物检测中的应用仍然存在一定困难。基于压力传感器检测技术是通过分析粮仓的力学特性，结合不同粮食的物质特性和不同粮仓的结构，建立粮仓的压力传感器网络，从而实现粮库储粮数量的测量方法。电磁波(雷达)探测技术是通过发射电磁脉冲，经过粮库粮食中的传播后，根据接收到的电磁波信号延此时间、幅度和波形等信息，采用成像和模式识别等技术，达到粮堆内部结构无损检测的目的。核磁探测技术是利用不同介质含氢量不同，其核磁效应强度不同，从而判断介质的物性差异，实现粮仓内异常的检测。
[0004]目前，现有技术中的专利有公告号为CN103063136B、CN103307976B、CN104296847B、CN104330137B、CN104331591B、CN105403294B、CN105424148B、CN105928474B、CN105931238B、CN107843321A、CN110823334B、CN109444875B、CN111721448B等中国专利技术专利。
[0005]现有的论文包括：
[0006]孙钦清，等.证据理论在粮库储粮空洞检测中的研究.《计算机与数字工程》，2009，第37卷(第2期)，第4
‑
6页.
[0007]秦瑶，等.雷达层析成像技术对粮仓储量信息的探测.《电波科学学报》，2010，第25卷(第1期)，第66
‑
72页.
[0008]张德贤，等.基于压力传感器的粮仓储粮数量在线检测方法.《中国粮油学报》，2014，第29卷(第4期)，第98
‑
100页.
[0009]张新新，等.储粮数量的电磁波探测技术研究.《电脑知识与技术》，2014，第10卷
(第10期)，第2452
‑
2456页.
[0010]祝玉华，等.储粮数量检测技术研究进展.《河南工业大学学报(自然科学版)》，2016，第37卷(第6期)，第116
‑
122页.
[0011]上述专利或文献集中介绍了粮仓散粮无损检测的方法种类，其中能够用于粮堆内异物检测的方法有电磁波法、核磁共振法和重力测量法。由于金属对电磁波法和核磁共振法具有较大的影响，从而较大的限制了其应用场景和探测精度。对于重力测量法，探测分辨率较低，难于识别仓内小尺度异物。不仅如此，这几种方法的数据采集工作，都存在灵活性不高、工序复杂、数据后处理繁琐的问题，在粮仓无损检测中的应用都受到了一定的限制。

技术实现思路

[0012]本专利技术针对以上问题，提出了一种基于弹性共振波的粮仓异物检测方法，选用低频三分量拾振器，采集背景振动噪音，利用弹性波的共振特性，实现粮仓散粮内部异物的检测，为粮仓储粮数量监管与稽核提供一种新方法。
[0013]本专利技术的技术方案为：按以下步骤进行检测：
[0014]S1、选用低频三分量拾振器；
[0015]S2、在粮仓内指定检测点的粮面上布设拾振器，调整拾振器的方位和水平，设置采集参数，记录背景振动信号；
[0016]S3、去除异常振动噪音，分段计算三个分量振动信号的功率谱；
[0017]S4、计算水平与垂直谱比曲线；
[0018]S5、基于水平与垂直谱比曲线，实施粮仓异物判识和埋深参数计算。
[0019]进一步的，步骤S1选用的低频三分量拾振器9包括外壳12，固定设置在外壳12内的三分量振动传感器13、数据存储模块17、无线传输模块11、可充电电池16，固定设置在外壳上的水平仪14、指南针15、磁吸开关10，以及通过螺纹连接在外壳12底部的脚锥18；
[0020]所述三分量振动传感器13中三分量的方向正交，并且经过数据存储模块17连接无线传输模块11，通过无线传输模块11向外发送采集的数据；所述可充电电池16经磁吸开关10连接三分量振动传感器13、数据存储模块17、无线传输模块11；通过可充电电池16为三分量振动传感器13、数据存储模块17、无线传输模块11供电，并通过磁吸开关10控制电能的通断，三分量振动传感器13频响范围最低可达0.2Hz；
[0021]通过水平仪14以及指南针15显示低频三分量拾振器9当前的方位和水平度。
[0022]使用外接金属锥作为拾振器脚锥，插入散粮中，将拾振器与散粮充分耦合，脚锥长度取值范围0.2m
‑
0.5m。
[0023]进一步的，步骤S2调整低频三分量拾振器9的方位和水平时，通过观察，将三分量振动传感器9中的两个水平分量分别指向正北和正东，垂直分量则为铅锤方向。
[0024]进一步的，步骤S2将低频三分量拾振器9的脚锥18插入粮堆中，确保二者耦合良好后，设置采样频率、记录长度和测点序号，使用磁吸开关打开拾振器，开始记录背景噪声振动信号。进一步的，采样频率选择范围128Hz
‑
512Hz。
[0025]进一步的，所述背景振动信号为天然或非主观人为因素造成的地球微弱震动信号，异常振动噪音为振幅远大于背景振动信号的短时干扰信号，步骤S3中采用STA/LTA算法去除异常振动噪音。
[0026]进一步的，粮仓异物判识和埋深参数计算是粮仓中散粮内部非粮食占位体是否存在及其埋深信息；
[0027]观察步骤S4计算出的水平与垂直谱比曲线是否存在大于1个的波峰，判断粮仓中散粮内部非粮食占位体是否存在，如存在异物，则按以下公式计算其埋深信息：其中，f1为异物指示波峰对应频率，V
S
为散粮平均横波速度；
[0028]上述中散粮平均横波速度按以下公式计算：V
S
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于弹性共振波的粮仓异物检测方法，其特征在于，按以下步骤进行检测：S1、选用低频三分量拾振器；S2、在粮仓内指定检测点的粮面上布设拾振器，调整拾振器的方位和水平，设置采集参数，记录背景振动信号；S3、去除异常振动噪音，分段计算三个分量振动信号的功率谱；S4、计算水平与垂直谱比曲线；S5、基于水平与垂直谱比曲线，实施粮仓异物判识和埋深参数计算。2.根据权利要求1所述的一种基于弹性共振波的粮仓异物检测方法，其特征在于，步骤S1选用的低频三分量拾振器(9)包括外壳(12)，固定设置在外壳(12)内的三分量振动传感器(13)、数据存储模块(17)、无线传输模块(11)、可充电电池(16)，固定设置在外壳上的水平仪(14)、指南针(15)、磁吸开关(10)，以及通过螺纹连接在外壳(12)底部的脚锥(18)；所述三分量振动传感器(13)中三分量的方向正交，并且经过数据存储模块(17)连接无线传输模块(11)；所述可充电电池(16)经磁吸开关(10)连接三分量振动传感器(13)、数据存储模块(17)、无线传输模块(11)；通过水平仪(14)以及指南针(15)显示低频三分量拾振器(9)当前的方位和水平度。3.根据权利要求1所述的一种基于弹性共振波的粮仓异物检测方法，其特征在于，步骤S2调整低频三分量拾振器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡明顺，蒋雨萌，张羽，黄亚平，杨磊，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：