[发明专利]基于声学特性的禽蛋裂纹快速在线无损检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种针对禽蛋裂纹的检测，特指基于声学特性的禽蛋裂纹在线快速无损检 测装置及其方法。

背景技术

禽蛋是老少皆宜的营养食品，但目前无论是鲜蛋的出口量还是禽蛋的纵深加工均相对 较少，其主要原因是禽蛋的标准化加工设施和手段都比较落后。在禽蛋生产、经营、加工 过程中，禽蛋容易破损。在破损禽蛋的检测中，蛋壳裂纹是最难辨别的，但它对蛋品质量 影响非常大。随着时间的延长，破损蛋的裂纹会由小变大，微生物等易从裂纹处侵害蛋内， 导致新鲜度降低，甚至腐败变质。因此，蛋壳裂纹的快速有效检测是禽蛋产品加工和储运 过程中最为重要的环节之一。

目前，对禽蛋蛋壳裂纹的无损检测研究方法主要有以下几种。(1)利用机器视觉技术 检测蛋壳裂纹。随着计算机硬件成本的降低、运算速度的提高和图像处理技术的发展，机 器视觉技术己在农产品品质研究和检测方面得到初步的应用，并在检测裂纹、血斑等蛋品 品质研究方面得到越来越多的关注。国内外一些学者通过机器视觉采集裂纹蛋和完好蛋图 像，并建立了相关的检测禽蛋裂纹的数学模型。但在应用机器视觉技术检测破损禽蛋时， 由于机器视觉是按固定的时间间隔连续采集图像，难以实现禽蛋表面图像全面采集，易造 成采集信息的遗漏；另外，禽蛋表面不洁净，图像中污点或异物等噪音会致使检测的准确 率大大降低；而且，图像缺陷算法比较复杂，检测速度慢。(2)利用禽蛋的动力学特性检 测蛋壳裂纹。鸡蛋的破损大多数是由于动载所造成的，所以对于鸡蛋动力学特性的研究显 得甚有意义。目前的研究主要是利用禽蛋的冲击或振动特性所获取的相关信号来检测禽蛋 裂纹。由于动力学检测禽蛋裂纹检测的系统比较复杂，致使该研究仍停留在理论水平上。 (3)利用禽蛋的声学特性检测蛋壳裂纹。由于声音的产生是因为物体的振动能量向空气 传送，从而产生振动。声音信号主要包括声音的频率及强度。从振动力学角度来看，当禽 蛋的蛋壳出现裂纹时，其结构的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，固有频率随着裂纹的加剧而下降，其阻尼比则随着裂纹的 扩展而增大，尤其是较高频率的模态更为明显。由于阻尼比的增大，导致振动传播受阻。 因此，有裂纹的蛋品受冲击发出的声音沙哑沉闷，完好蛋品发声清脆，这正是利用声学特 性检测区分正常蛋与裂纹蛋的基本原理。

近年来，利用声学特性进行农产品无损检测已有较多的研究应用，如根据声学特性测 定西瓜、梨等水果的成熟度、硬度等内部品质，并研制出根据声学特性检测水果品质的仪 器。

目前，在国内，利用声学特性检测鸡蛋裂纹已有相关的文献报道。用传感器采集鸡蛋 经敲击后的时域特性信号，并通过信号频谱分析，可以判断无裂纹鸡蛋的频域特征有相似 的规律性，而有裂纹鸡蛋频域特征无规律性，没有明显的主频值。但这些均为实验室的基 础研究，离实现工业化生产中的在线检测还有一段距离。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不中，提供一种基于声学原理的禽蛋裂纹快速在 线无损检测装置及其方法，该装置可全面采集禽蛋裂纹信息且采集的准确率高，该方法可 应用于禽蛋生产加工和流通过程中的自动化检测。

本发明基于声学特性的禽蛋裂纹快速在线无损检测装置采用的技术方案是：将禽蛋 放置在支撑滚轮上，步进电机连接并驱动支撑滚轮，设置在禽蛋旁的麦克风依次以信号放 大器、滤波器和A/D转换器连接到计算机。

本发明基于声学特性的禽蛋裂纹快速在线无损检测方法按如下步骤：

A、步进电机通过链条驱动支撑滚轮，使禽蛋在链条上滚动，同时以敲击棒多点机械 敲击禽蛋的不同部位，发出响声；

B、麦克风采集相应的声音信号，采集得到的信号经信号放大器放大、滤波器滤波和 A/D转换器A/D转换后输入计算机；

C、将输入计算机的信号经过信号处理和模式识别分析，综合判别禽蛋裂纹情况。

本发明的有益效果是：

1、由于裂纹蛋和完好蛋的固有频率不同，敲击棒机械敲击后产生的特征信号频谱图 不同，利用该原理，用高精度实时模式分类系统来分析禽蛋敲击得到的功率谱，进行综合 检测，可用于鉴别完好蛋和裂纹蛋，挑选出破损蛋，从而使禽蛋质量得到保证。可以实现 禽蛋生产加工和流通过程中的自动化检测，还可同时应用于禽蛋蛋壳强度等力学指标及推 广应用于水果和蔬菜等农产品硬度和成熟度的无损检测。