基于振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)分析的禽蛋裂紋檢測(cè)研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們消費(fèi)安全意識(shí)的提高，雞蛋的質(zhì)量安全問(wèn)題愈顯重要。對(duì)雞蛋品質(zhì)的快速準(zhǔn)確檢測(cè)是確保其質(zhì)量安全的重要環(huán)節(jié)。本論文以雞蛋為研究對(duì)象，通過(guò)捕捉在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)時(shí)雞蛋受敲擊產(chǎn)生的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，對(duì)蛋殼裂紋進(jìn)行檢測(cè)。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.設(shè)計(jì)并搭建了基于多傳感器的禽蛋裂紋的靜態(tài)檢測(cè)裝置。以L(fǎng)abVIEW為編程語(yǔ)言編制相應(yīng)的信號(hào)采集軟件。在靜態(tài)檢測(cè)裝置上研究了雞蛋物理指標(biāo)（蛋殼厚度，蛋殼強(qiáng)度，蛋形指數(shù)及蛋重）與振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)

2、之間的關(guān)系。分析雞蛋個(gè)體差異對(duì)結(jié)果造成的干擾，對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行篩選。結(jié)果發(fā)現(xiàn)蛋重對(duì)波形的影響較為明顯，且底部傳感器對(duì)物理因素更為敏感。此外，通過(guò)分析不同接觸方式對(duì)信號(hào)穩(wěn)定性的影響選擇“面接觸”。
　　2.利用禽蛋裂紋的靜態(tài)檢測(cè)裝置對(duì)完好雞蛋與裂紋雞蛋的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行采集。通過(guò)比較分析完好雞蛋與裂紋雞蛋的時(shí)域波形圖，找出響應(yīng)特征參數(shù)，利用線(xiàn)性判別模型(LDA)對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。在靜態(tài)檢測(cè)裝置中，三個(gè)傳感器分別固定于禽蛋赤道的不同位置，

3、水平對(duì)稱(chēng)分布的左、右兩個(gè)傳感器與底部傳感器呈90°夾角。敲擊棒固定于雞蛋正上方，沿雞蛋中心與底部傳感器所在直線(xiàn)豎直向下敲擊。實(shí)驗(yàn)通過(guò)手動(dòng)變換裂紋與三個(gè)傳感器之間位置關(guān)系采集相應(yīng)振動(dòng)信號(hào)。分別對(duì)三個(gè)加速度傳感器采集到的時(shí)域信號(hào)單獨(dú)分析，結(jié)果顯示當(dāng)雞蛋裂紋與傳感器接觸（裂紋距傳感器最近）時(shí)判別率最高。底部傳感器，左側(cè)傳感器和右側(cè)傳感器預(yù)測(cè)集的最高判別率分別為93.75％，90.00％和92.50％。其次對(duì)傳感器之間的關(guān)系進(jìn)行研究，通過(guò)計(jì)算傳

4、感器間振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)的相關(guān)系數(shù)，發(fā)現(xiàn)對(duì)于完好雞蛋，敲擊點(diǎn)與左、右兩個(gè)傳感器的距離相當(dāng)，故兩者相關(guān)性較好;由于敲擊棒為垂直向下敲擊，底部傳感器受到雞蛋重力及敲擊點(diǎn)距離的影響，其與左右傳感器的相關(guān)性較小。而對(duì)于裂紋雞蛋，由于受到裂紋影響，當(dāng)左右兩側(cè)傳感器之一與裂紋距離較近時(shí)該傳感器與另一傳感器的相關(guān)性明顯降低。以之前提取的特征參數(shù)為基礎(chǔ)，計(jì)算兩兩傳感器間特征參數(shù)的比值，并以此作為新的特征參數(shù)，聯(lián)合單個(gè)傳感器的特征參數(shù)，建立LDA模型對(duì)結(jié)果進(jìn)行

5、分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)整體判別結(jié)果較單個(gè)傳感器高。
　　3.搭建了基于單傳感器的禽蛋裂紋的動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置，利用該裝置檢測(cè)雞蛋裂紋。首先采集完好雞蛋與裂紋雞蛋的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，對(duì)時(shí)域信號(hào)和頻域信號(hào)進(jìn)行比較分析，提取相應(yīng)的特征參數(shù)，并對(duì)傳感器的一致性進(jìn)行分析。以“優(yōu)度”和對(duì)三個(gè)傳感器的一致性為依據(jù)篩選特征參數(shù)。用篩選出的特征參數(shù)分析三個(gè)傳感器的判別效果，發(fā)現(xiàn)完好雞蛋與裂紋雞蛋的頻域信號(hào)在205.08Hz處的幅值差異尤為明顯，并且三個(gè)傳感器高度一致

6、，其中Y1傳感器對(duì)完好、裂紋雞蛋的判別率皆達(dá)到98％，Y2傳感器對(duì)完好、裂紋雞蛋的判別率分別為99％和98％，Y3傳感器對(duì)完好、裂紋雞蛋的判別率皆為99％。為了驗(yàn)證判別結(jié)果，以三個(gè)特征參數(shù)為基礎(chǔ)建立模型，對(duì)一批完好與裂紋雞蛋進(jìn)行識(shí)別，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)完好雞蛋和裂紋雞蛋的判別率分別為95％和100％。
　　本研究建立了靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的禽蛋裂紋分析系統(tǒng)。靜態(tài)的檢測(cè)研究為實(shí)現(xiàn)多傳感器的自動(dòng)化禽蛋裂紋檢測(cè)提供理論依據(jù)。動(dòng)態(tài)的檢測(cè)研究實(shí)現(xiàn)了快速無(wú)損的