基于振動響應(yīng)信號分析的禽蛋裂紋檢測研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們消費安全意識的提高，雞蛋的質(zhì)量安全問題愈顯重要。對雞蛋品質(zhì)的快速準(zhǔn)確檢測是確保其質(zhì)量安全的重要環(huán)節(jié)。本論文以雞蛋為研究對象，通過捕捉在靜態(tài)和動態(tài)時雞蛋受敲擊產(chǎn)生的振動響應(yīng)信號，對蛋殼裂紋進(jìn)行檢測。主要研究內(nèi)容如下:
　　1.設(shè)計并搭建了基于多傳感器的禽蛋裂紋的靜態(tài)檢測裝置。以LabVIEW為編程語言編制相應(yīng)的信號采集軟件。在靜態(tài)檢測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）與振動響應(yīng)信號

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

3、水平對稱分布的左、右兩個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豎直向下敲擊。實驗通過手動變換裂紋與三個傳感器之間位置關(guān)系采集相應(yīng)振動信號。分別對三個加速度傳感器采集到的時域信號單獨分析，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)測集的最高判別率分別為93.75％，90.00％和92.50％。其次對傳感器之間的關(guān)系進(jìn)行研究，通過計算傳

4、感器間振動響應(yīng)信號的相關(guān)系數(shù)，發(fā)現(xiàn)對于完好雞蛋，敲擊點與左、右兩個傳感器的距離相當(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距離的影響，其與左右傳感器的相關(guān)性較小。而對于裂紋雞蛋，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)合單個傳感器的特征參數(shù)，建立LDA模型對結(jié)果進(jìn)行

5、分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)整體判別結(jié)果較單個傳感器高。
　　3.搭建了基于單傳感器的禽蛋裂紋的動態(tài)檢測裝置，利用該裝置檢測雞蛋裂紋。首先采集完好雞蛋與裂紋雞蛋的振動響應(yīng)信號，對時域信號和頻域信號進(jìn)行比較分析，提取相應(yīng)的特征參數(shù)，并對傳感器的一致性進(jìn)行分析。以“優(yōu)度”和對三個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在205.08Hz處的幅值差異尤為明顯，并且三個傳感器高度一致

6、，其中Y1傳感器對完好、裂紋雞蛋的判別率皆達(dá)到98％，Y2傳感器對完好、裂紋雞蛋的判別率分別為99％和98％，Y3傳感器對完好、裂紋雞蛋的判別率皆為99％。為了驗證判別結(jié)果，以三個特征參數(shù)為基礎(chǔ)建立模型，對一批完好與裂紋雞蛋進(jìn)行識別，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對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)與動態(tài)的禽蛋裂紋分析系統(tǒng)。靜態(tài)的檢測研究為實現(xiàn)多傳感器的自動化禽蛋裂紋檢測提供理論依據(jù)。動態(tài)的檢測研究實現(xiàn)了快速無損的