2-3110100122-邵建智-基于声学特性的禽蛋裂纹检测

基于声学特性的禽蛋裂纹检测邵建智3110100122

蛋品工业中,尽管现代化生产的许多环节都已实现自动化,但是鸡蛋的裂纹、血斑等的质量检测多数仍为人工通过照蛋技术进行检测。国内外无损检测鸡蛋的裂纹主要有计算机视觉技术和声学方法，但应用机器视觉技术检测破损禽蛋时，难以实现禽蛋表明图像全面采集，易造成漏采，误差较大；禽蛋表明污点或异物都会大大降低准确率。声学振动法是实现禽蛋破损检测的有效方法，具有适应性强、检测灵敏度高、操作方便、成本低等特点。

农产品在声波作用下的反射、散射和吸收特性、衰减系数和传播速度及其本身的声阻抗与固有频率等,它们均反映了声波与农产品相互作用的规律,这些特性随农产品内部组织的变化而变化,不同农产品其声学特性不同,包括声波脉冲响应法和超声波法两种方法,声学特性对其品质进行无损检测和分级是近30年来发展的新技术。声学特性

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，从而导致振动传播受阻。因此，裂纹鸡蛋受冲击发出的声音沙哑沉闷，完好蛋品发声清脆。基于这种声学特性的差异，可以将完好鸡蛋和裂纹鸡蛋区分开。检测预期检测装置主要部件：禽蛋的敲击装置、支撑装置、麦克风、信号放大器、声卡和计算机数据采集系统

检测原理敲击装置：敲击鸡蛋发出声音麦克风：采集响应信号电磁铁驱动器：提供敲击装置的驱动力可调稳压器：控制敲击力度单片机：控制敲击频率

敲击装置敲击鸡蛋的声音，通过麦克风采集相应的响应信号，经放大、滤波及A/D转换后进入计算机，由Labview语言编制蛋壳敲击声音的采集和信号处理实验程序。

敲击鸡蛋的装置由电磁铁驱动器、可调稳压器、单片机、金属敲击棒等组成。电磁铁驱动器是敲击装置的驱动力，敲击的力度调节由可调稳压器实现，敲击的频率由单片机控制。检测原理检测原理敲击部位选择

对蛋敲击响应信号的判别有较大的影响

生产线实时检测：对禽蛋表明进行多点全面的敲击，以保证裂纹区域的特性信号能被提取

预实验检测：敲击部位应控制在裂纹区域的1cm左右，完好禽蛋则选取其蛋壳的随机位置

检测注意事项

阈值触发系统：敲击即时信号采集傅里叶变换：响应信号的频域信息频域幅值谱：频率成分、谐波分量、各谐波的分量幅值

检测系统

鸡蛋的敲击响应信号主要在8000Hz以内，在高频处的信号较微弱，信噪比较低；

而在低频处信号也比较微弱，且通常有外界环境和仪器自身的噪音干扰。为了保证信号的灵敏度和分辨率，本实验采用巴特沃斯带通滤波器(1000～8000Hz)，滤去功率谱中的高频和低频部分的噪音。

从图中可以看出，完好鸡蛋的敲击信号的功率谱共振峰比较突出(功率谱幅度值最大点)，而且处于中频置。

每个鸡蛋之间的功率谱差异并不是很大，大部分鸡蛋功率谱的共振峰比较稳定，一般处在3500～5000Hz之间，而裂纹禽蛋功率谱的共振峰不突出，所对应的频率点比较分散。

自适应噪声消除

特点：计算量小，稳定性好，易于实现概念：一种线性自适应滤波算法，在滤波过程中以期望响应和滤波器之间误差的均方值最小为原则，依据输入信号在迭代过程中估计梯度矢量，并更新权重系数以达到最优的自适应迭代优势：敲击响应信号的噪音显著减小，提高了信号的分辨率和灵敏度，为鸡蛋敲击响应信号的特征信号的有效提取和识别提供了前提自适应噪声消除最小均方（Leastmeansquare,LMS）算法

自适应噪声消除经基于LMS算法的自适应滤波器对鸡蛋敲击响应信号滤波前后，判别结果如表所示。可以看出，经自适应滤波器滤波后，能去除部分与信号无关的环境噪音，更有效地提取鸡蛋敲击响应信号，提高判别模型的分辨率和灵敏度。

受机械冲击后产生的响应频率与鸡蛋的重量、形状、蛋壳厚度以及蛋壳裂纹的大小、分布等因素都有关系。如肉眼不可见裂纹,虽然蛋壳的组织结构已被破坏,若敲击点不在裂纹的位置,其产生的频谱图与完好鸡蛋差别比较小,分级时便会有误差。裂纹尺寸小且位置在两极附近,鸡蛋受冲击后机械振动模式与完好鸡蛋近似,也会导致将壳裂鸡蛋判为完好鸡蛋,降低检测准确率。总结参考文献[1]姜瑞涉;王俊;陆秋君;于勇.鸡蛋敲击响应特性与蛋壳裂纹检测.农业机械学报.2005，3（30）.[2]林颢;赵杰文;陈全胜;蔡健荣;周平.基于声学特性的鸡蛋蛋壳裂纹检测.食品科学.2012,1（15）.[3]应义斌;蔡东平;何卫国;金娟琴.农产品声学特性及其在品质无损检测中的应用.农业工程学报.1997,9(30).[4]应义斌;于海燕.农产品品质无损检测技术研究进展.农业工程科技创新与建设现代农业——2005年中国农业工程学会学术年会论文集第四分册.2005,12(1).[5]刘燕德;曾一凡.无损检测技术在农产品品质检验中的应用.江西农业大学学报(自然科学).202,6(30).[6]王俊;于勇;姜瑞涉.鸡蛋蛋壳裂纹敲击响应特性分析.农业机械化与全面建设小康社会——中国农业机械学会成立40周年庆典暨2003年学术年会论文集.2003,10(1).

[7]周平;蔡健荣;林颢.基于声学特性的鸡蛋蛋壳强度检测的研究.食品科技.2010,2(20).[8]潘磊庆;屠康;赵立;赵艺泽;潘秀娟.敲击振动检测鸡蛋裂纹的初步研究.农业工程学报.2005,4(30).[9