一种鸡蛋蛋壳强度在线无损检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种针对禽蛋蛋壳强度的检测领域，特指基于敲击响应信号分析的禽蛋蛋壳强度在线快速无损检测方法及装置。由禽蛋敲击响应信号采集和处理硬件系统及信号分析软件系统组成；禽蛋放置在支撑滚轮上，随着高速运行、水平传送的生产线滚动前行，在传送带支架上有4个轨道完成对受测禽蛋进行机械敲击，禽蛋每经过一个敲击轨道时，就由永磁式电磁铁带动敲击棒执行敲击命令，实现对受检禽蛋的机械敲击，其响应信号由麦克风采集，并由DSP系统处理并分析信号，通过标准库模型得出禽蛋强度的在线检测结果。可全面采集并分析禽蛋蛋壳敲击响应信号，实现禽蛋蛋壳强度的自动、快速检测并分级，加快禽蛋生产加工和流通过程中的自动化检测。

On line nondestructive test method and device for eggshell strength of egg

The invention relates to the detection field of eggshell strength of eggs, in particular to an on-line fast nondestructive testing method and device for the eggshell strength of eggs based on knock response signal analysis. The egg knocking response system of signal acquisition and processing hardware system and signal analysis software; the eggs placed on the supporting roller, with the transmission of high speed operation, the level of production lines rolling forward, the conveyor belt bracket has 4 tracks to measure mechanical knocking eggs, eggs each through a percussion track, it consists of a permanent magnet type electromagnet drive stick percussion execution command, knocking on the subjects of egg machinery, the response signal is collected from the microphone, and handled by the DSP system and signal analysis, the on-line detection results of egg strength through standard model library. The utility model can collect and analyze the response signals of eggs and eggs in order to realize the automatic and rapid detection and classification of the eggshell strength of eggs, and to accelerate the automatic detection of the production, processing and circulation of eggs.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种针对鸡蛋蛋壳强度的检测领域，特指基于敲击响应信号分析的鸡蛋蛋壳强度在线快速无损检测方法及装置。
技术介绍
鸡蛋在生产、加工和销售过程中容易破损，微生物等有害物质易从破损处侵害鸡蛋，导致新鲜度降低，腐败变质，甚至污染其它鸡蛋。据统计，美国每年约有6%的鸡蛋因蛋壳破损而浪费，造成的经济损失达到7000多万美元。我国每年鸡蛋的此类损耗占总产量的 10%左右。因此，破损是鸡蛋蛋壳质量最重要的检测指标之一。此外，要减少蛋壳破损造成的损失，对鸡蛋蛋壳强度进行预测并分级，以避免过载造成的破损，则能从源头上控制蛋壳质量，减少损失。准静态压缩是鸡蛋蛋壳强度的常规检测方法。该方法对鸡蛋进行准静态压缩测试其强度，鸡蛋压缩破损前的承受应力称为最大承受应力，即为受测鸡蛋的蛋壳强度。准静态压缩法检测结果比较准确客观，可用于鸡蛋蛋壳强度的抽样检测。但由于鸡蛋之间蛋壳强度差异较大，需逐一检测每个鸡蛋，进而根据其蛋壳强度值进行分类，才能减少过载造成的蛋壳破损。因此，一种快速、无损鸡蛋蛋壳质量检测方法和装置的研制显得尤为重要。当鸡蛋的蛋壳强度发生变化时，其结构刚度和阻尼系数将随之变化，必然会反映到其模态固有频率和阻尼比上。经验数据表明，固有频率随着蛋壳强度的降低而下降，其阻尼比则随着蛋壳强度的下降而增大。由于阻尼比的增大，导致振动传播受阻。因此，蛋壳强度较高的完好鸡蛋受冲击发出的声音发声清脆，蛋壳强度较低的鸡蛋相对比较沉闷，利用这种敲击振动响应信号特性的差异，可区分出鸡蛋蛋壳强度的差异。日本、荷兰等发达国家均对鸡蛋蛋壳强度进行检测并分级。中国刚开始这方面的研究，还很不完善和规范。周平、蔡健荣、林颢在《食品科技》35卷2期(2010年)中发表了 “基于声学特性的鸡蛋蛋壳强度检测的研究”，在静态条件下尝试利用声学特性检测鸡蛋蛋壳强度的可行性。由于我国鸡蛋产量大(年产量超过2500万吨)，价格低廉，因此，为了减少鸡蛋检测的附加费用，一种快速、可实时处理大量鸡蛋蛋壳强度检测方法和装置的研制，显得尤为重要。经检索，目前还没有鸡蛋蛋壳强度在线检测方法及装置研究的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服现有技术的不足，提供一种基于敲击响应信号分析的鸡蛋蛋壳强度在线无损检测方法及装置，该装置可全面采集并分析鸡蛋蛋壳强度信息，该方法可应用于鸡蛋生产加工和流通过程中的自动化检测。本专利技术提供了一种鸡蛋蛋壳强度在线检测方法，按照下述步骤进行(1)鸡蛋敲击响应信号的采集鸡蛋随着高速运行的传送带滚动前行，在生产线上被机械敲击后产生响应信号；(2)鸡蛋敲击响应信号处理通过调理电路将采集的响应信号进行放大、滤波和信号调理，输送入数字信号处理器(DSP)系统；(3)鸡蛋敲击响应信号分析对DSP系统的信号进行模数(A/D)转换和快速傅立叶变换(FFT)，并选择与蛋壳强度信息相关的敲击响应信号特征频率；(4)鸡蛋蛋壳强度检测模型的建立通过多变量分析方法与常规准静态法获得的蛋壳强度值建立相关模型，得出鸡蛋蛋壳强度结果。其中所述的步骤(1)中鸡蛋随着高速运行的传送带滚动前行，每个鸡蛋需经历在生产线上4次机械敲击，并协调鸡蛋的水平向前运行速度、滚动速度、两个敲击点的位置等因素，使4个敲击点分别落在鸡蛋蛋壳的不同位置，综合4次敲击产生的响应信号，分析其蛋壳强度。其中所述的步骤(1)的向前运行速度为0. 236m/s，滚动速度为0. 735s/圈，两个敲击点的位置距离为0. 49m。其中所述的步骤(2)中鸡蛋的敲击响应信号经麦克风的采集后，通过硬件放大器将信号放大。采用巴特沃斯带通滤波器滤去环境高低频干扰信号；滤波处理后的信号通过自适应的调理电路，将信号调理至2-2. 5v进入以DSP (TMS320F2812)为核心处理器的信号处理系统。其中所述的步骤(3)中通过DSP系统自带的A/D (模数转换器)将其转换成时域数字信号，并通过基线校正去除基线漂移，输送进入系统供处理分析。通过快速傅立叶变换 (256点)将鸡蛋蛋壳敲击响应时域信号转换成频域信号，并采用自适应滤波方法对响应信号进行处理；采用联合区间偏最小二乘算法结合多元线性法中的逐步回归提取特征频率。其中所述的步骤(4)挑选一批蛋壳完好的鸡蛋样本，采用常规准静态压缩法获取每个鸡蛋蛋壳强度值，利用多元线性回归建立其与准静态压缩法测定结果之间的数学模型，对于一个鸡蛋样本，通过数学模型对其响应信号值分析即可获得鸡蛋蛋壳强度预测值。本专利技术提供了一种鸡蛋蛋壳强度在线检测装置，该装置包括传送带支架、支撑滚轮、敲击轨道、红外发射器和红外接收器、永磁式电磁铁、敲击棒、麦克风、放大电路、DSP系统；其中支撑滚轮在传送带上，由传送带带动其滚动前行，在传送带支架上安装4个敲击轨道，每个轨道下方的两侧分别连接了红外发射器和红外接收器，永磁式电磁铁安装在敲击轨道上方，电磁铁上连接着敲击棒，麦克风安装在敲击棒附近，通过放大电路连接到DSP系统上。上述装置的工作过程受测鸡蛋放置在支撑滚轮上，随着高速运行、水平传送的生产线滚动前行，鸡蛋每经过一个敲击轨道时，就由永磁式电磁铁带动敲击棒执行敲击命令， 实现对受检鸡蛋的机械敲击，麦克风采集敲击响应信号经过放大电路传送到DSP系统中处理。所述的支撑滚轮材料为经改造的工程塑料，在本专利技术中实现支撑鸡蛋并带动其滚动前行的功能，其特征是(1)刚度适中，比鸡蛋蛋壳强度略低，使其在运行和敲击过程中不易破损，有一定的弹性，使鸡蛋在敲击过程中能充分自由振动，以便将蛋壳结构特征充分表现出来；(2)形状是综合多个鸡蛋投影而成的，可使鸡蛋平稳前行，且受机械敲击能自由振动。(3)有一定的摩擦性，可与传送装置的底板摩擦滚动前行，且与鸡蛋充分接触，带动其滚动前行，但又不过于粗糙，以至于摩擦声音太大，干扰鸡蛋敲击响应信号的识别。所述的敲击棒是特为检测蛋壳强度设计的，敲击棒的材料刚度较大(硬铝)，可实现对鸡蛋的刚性冲击，使蛋壳强度的特征尽可能充分地被激发及采集，敲击棒与鸡蛋接触面的形状为与蛋壳赤道相近的弧形，机械敲击时，敲击棒与蛋壳的接触面积较大而不至于将蛋壳敲破。本专利技术的有益效果是1.研制的在线检测系统，可全面采集并分析鸡蛋蛋壳敲击响应信号，实现鸡蛋蛋壳强度的自动、快速检测并分级，并加快鸡蛋生产加工和流通过程中的自动化检测进程。2.每个鸡蛋蛋壳硬度检测时间为0. 25S，蛋壳强度检测结果误差率小于4%，可满足在线检测的速度需求和鸡蛋蛋壳质量分级的精度需求。3.本专利技术提供了柔性技术，不仅可以检测鸡蛋的蛋壳强度，也可以检测鸡蛋的蛋壳破损。此外，还可以根据受检物料，更换支撑平台，在线检测水果的损伤、强度、成熟度等物理结构特征。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1鸡蛋蛋壳强度在线检测系统的结构框架图中1、支撑滚轮，2、传送带支架，3、敲击轨道，4、红外发射器，5、红外接收器，6、永磁式电磁铁，7、敲击棒，8、单片机，9、DSP系统，10、麦克风，11、放大电路。图2鸡蛋蛋壳强度敲击振动响应信号检测系统流程图。图3联合区间偏最小二乘法结合逐步回归法提取鸡蛋敲击响应信号特征频率 (3175.36Hz，2220. 98 Hz, 6143. 82 Hz, 3379. 3 Hz)。具体实施例方式本专利技术对禽蛋的蛋本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种鸡蛋蛋壳强度在线检测方法，其特征在于按照下述步骤进行：（１）鸡蛋敲击响应信号的采集：鸡蛋随着高速运行的传送带滚动前行，在生产线上被机械敲击后产生响应信号；（２）鸡蛋敲击响应信号处理：通过调理电路将采集的响应信号进行放大、滤波和信号调理，输送入数字信号处理器系统；（３）鸡蛋敲击响应信号分析：对ＤＳＰ系统的信号进行模数转换和快速傅立叶变换，并选择与蛋壳强度信息相关的敲击响应信号特征频率；（４）鸡蛋蛋壳强度检测模型的建立：通过多变量分析方法与常规准静态法获得的蛋壳强度值建立相关模型，得出鸡蛋蛋壳强度结果。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林颢，赵杰文，任晓锋，陈全胜，孙力，蔡健荣，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：32