[发明专利]基于声音信号处理的瓶盖密封性检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于声音信号处理的瓶盖密封性检测装置及方法，具体的说，本发明涉及在类似酒类等饮料灌装生产线上封上盖以后，利用声音信号处理的理论检测瓶盖密封性是否合格的装置，适用对象为马口铁材料的皇冠瓶盖。

背景技术

酒类等饮料灌装生产线上需要进行封盖后的密封性检测。目前灌装生产线上封盖密封性检测的市场基本被德国和美国企业所垄断，价格昂贵。研制拥有自主知识产权的封盖密封性检测设备具有重要意义，不仅可满足国内酒类等饮料生产企业对该设备的急需，提高其在国内外啤酒市场上的竞争能力，而且可有效抑制国外同类产品的价格。

目前国外封盖密封性检测设备已相对成熟且有大量产品投放市场，如德国HEUFT系统，MIHO系统，一般将封盖检测功能与其他功能集成于一台检测设备中。

单纯的瓶盖缺失检测可以用光扫描仪或者金属探测器探测瓶盖是否存在。当有封盖的酒瓶等经过检测设备时，光扫描仪或者金属探测器感应给出电信号，否则没有信号产生。该方法简单易行，缺点是仅能检测瓶盖缺失，对于歪盖，密封不严等无能为力。

对于一些损坏严重或有突出裂口的封盖，可以通过光学CCD相机进行检测。检测系统将所摄的封盖相片进行图像处理并与标准封盖参数进行对比分析，当分析结果超过某个极限时，系统认定该封盖不合格并指示随后的剔除系统进行剔除。光学检测的基础依赖于对封盖外形进行图像处理分析，一般可检测封盖缺失及歪盖、倾斜盖等情况。其检测稳定性易受瓶子公差（比如：瓶壁厚度、玻璃有无瑕疵、特别是玻璃颜色）、不清晰的液位分界线（泡沫）、不稳定的瓶子引导、瓶子表面有滴落水等因素的影响。

对于塑料瓶装饮料的密封性也可采用超声激励法。灌装好的饮料在生产线上高速流动时，利用特制的超声设备向饮料中发射强功率超声，利用功率超声的空化作用使液体瞬间膨胀，当瓶盖漏气时，则会有饮料液体向瓶外喷射，从而瓶中液位下降，利用后续液位检测装置将不合格瓶子剔除。该装置占用空间小，对于微小漏气也可准确判断，但还仅限于塑料瓶装饮料。

对于马口铁材料的封盖可以采用声学检测。检测模块发出脉冲“击打”瓶子封盖，封盖发生振动并产生声学信号。通过对该声学信号进行分析可进行缺失检测，形状检测，封盖的密封程度及顶部含氧量检测等。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明采用以下技术方案：

一种基于声音信号处理的瓶盖密封性检测装置，它包括电磁激振装置，所述电磁激振装置位于瓶口上方，所述瓶口一侧设有声传感器；所述声传感器与声音信号分析装置相连。

所述声传感器与声音信号分析装置的信号放大及滤波电路相连，声音信号分析装置的信号放大及滤波电路、模数转换电路、DSP信号处理与分析模块和检测结果显示模块依次连接；所述的信号放大及滤波电路还与信号阈值检测电路相连；所述的信号阈值检测电路还与DSP信号处理与分析模块连接。

所述的声传感器为单声道驻极体电容式声传感器。

所述电磁激振装置由相对应的电磁铁和控制电路组成；所述电磁铁采用24V直流电压供电，电磁铁的吸力为45N；所述控制电路是由555定时器构成的多谐振荡器。

所述信号放大及滤波电路中，信号放大电路采用前置音频放大器INA217；信号滤波电路采用的滤波器是一个二阶巴特沃斯有源低通滤波器。

一种基于声音信号处理的瓶盖密封性检测方法，该方法的检测步骤如下：

a.    首先由电磁激振装置对瓶子封盖进行激振，产生声音信号；

b.    声传感器提取产生的声音信号并将其转换成电信号；

c.    电信号经信号放大及滤波电路放大滤波后，一路进入模数转换电路，一路进入信号阈值检测电路；

d.    进入信号阈值检测电路的信号若大于阈值信号，则DSP信号处理与分析模块开始工作，反之DSP信号处理与分析模块不工作；

e.    当DSP信号处理与分析模块工作时，对模数转换后的信号进行处理与分析，判断瓶盖是否漏气；

f.    最后将判别结果输出到检测结果显示模块。

在所述e中，DSP信号处理与分析模块的处理与分析步骤如下：

A.初始化DSP信号处理与分析模块；

B.采集声音信号并进行功率谱分析；

C.找到密封性好的瓶子和漏气瓶子在频域里的差异；

D.依据贝叶斯判别原理，分别建立封盖合格瓶子的判别函数G1和封盖异常瓶子的判别函数G0；

E.将提取的特征参数分别代入两个判别函数，计算出G0和G1的数值大小；