[发明专利]一种基于信号时频分解的声音数据分类方法

说明书

本发明公开了一种基于信号时频分解的声音数据分类方法，该方法包括：对被检金属罐装产品施加激励，使其振动；收集被检产品振动产生的声音，并进行采样处理得到数字化的声信号；处理声信号，得到其频谱信号；对声信号和其频谱信号分别进行信号分解，得到能表征产品质量的时域特征矩阵W₁和频域特征W₂；将{W₁,W₂}作为产品质量特征数据，输入到产品质量计算模型进行运算，该模型的运算结果为产品质量参数R；计算R与合格产品质量标准值δ的差值的绝对值D；如果D小于阈值T，则被检产品合格，反之，被检产品不合格。本发明用于基于声发射技术的金属罐装产品质量检测，能有效提高检测正确率。

技术领域

本发明涉及基于声发射技术的金属罐装产品质量检测领域，更具体地说，是涉及一种基于信号时频分解的声音数据分类方法。

背景技术

金属罐一般用作容器对产品进行包装，可以起到密封、美观等作用，广泛应用于食品行业，而金属罐装食品不合格很可能导致食品质量出现问题，一旦被消费者食用，极易导致生病或中毒等危险情况。虽然几乎所有金属罐装产品在出厂之前都要进行质量检测，但是由于有些产品只进行抽检，或者全检过程中的漏检、误检等原因，少数次品并没有被检出而流向市场。因此研究准确高效的金属罐装产品质量在线检测方法很有必要。本申请基于声发射技术提供一种基于信号时频分解的声音数据分类方法，用于检测金属罐装产品质量。

目前，关于金属罐装产品质量在线检测方法，除声发射技术外，还有机器视觉法、超声波法、电涡流法、光学法(或称光反射法)等。机器视觉法一般用于检测产品外观如日期、喷码、厂家Logo等，或者通过检测金属罐外形来判断产品质量，而对于不易变形的罐就无法进行正确检测，且检测精度易受产品振动、光线等因素影响；超声波法是通过检测罐中液体是否有气泡来判断罐内食品是否变质，准确率低，晃动、振动引起的气泡都会引起误检，且检测过程需要超声波耦合剂作为波的传导介质，不适合高速在线检测；电涡流法也是通过检测金属罐的被检面是否变形来判断产品质量，与机器视觉法有相同的缺点，检测精度易受产品振动的影响，且对于不同的金属材料，检测性能也有差异；光学法将平行光束投射于金属罐盖上，由于盖的变形度不同而使反射光的传播方向不同，光电转换装置接收到的反射光量就会有差异，从而产生不同的光电流，再由光电管检测光电流的大小，根据光电流的大小来判断金属罐装产品质量，但材质不均匀和被测对象振动都会带来测量误差。

基于声发射技术的金属罐装产品质量检测原理如下：对于同种合格产品，它们的固有频率比较接近；而比较同种合格产品和不合格产品，它们的固有频率会有明显差异；因此，对每个产品施加一合适的的激励信号致其振动，由于固有频率不同，振动发出的声音也不相同，所以可根据声音信号来判断产品的质量。现有的基于声发射技术的金属罐装产品质量检测文献简述如下。

黄光周和蔡德全在《华南工学院学报(自然科学版)》1987年04期发表的《食品罐头内真空度的无损检测》一文中，采用多频率连续扫描强迫起振方法对罐头盖施加激励，当强迫振荡的频率与罐盖的自然频率相近时，就可得到最大的振幅，传感器检测的信号为最大；传感器检测到的信号送到检测装置，检测装置将此信号与一固定电平进行比较，根据比较结果对合格罐和不合格罐进行分类而将不合格罐剔除。

申请号为CN85106707的中国发明专利中提出用扫频信号发生器产生和输出一占空比为1：4的大功率扫频方波信号去激励电磁线圈，以产生强弱变化的磁场，进而使被检测罐头的罐盖产生振幅、频率都变化的强迫共振，再由传感器上的拾音器把罐盖振动的声信号转变成电信号，输入到信号检测电路进行放大、滤波，接着把有用信号检波后，在比较显示电路中与固定电平比较，高于固定电平的为次品，低于固定电平的为合格品。

上述两种方案虽然都是采用激励使被检品振动，从而发出声音，但是其实质只是根据时域的声音信号的强弱来判断被检品是否合格，时域声音易受噪声干扰，且检测结果对声音信号采集探头与金属罐的距离比较敏感，在实际应用中存在着不足之处。