利用声脉冲-振动二维响应信号检测禽蛋裂纹的研究

In commercial egg production and transportation, one of the main physical quality defects is the presence of cracks in eggshells.It mostly results in significant influence to egg edible quality. This project focuses on the problems caused by acoustic analysis such as complicated mechanism, the stabiity is restricted by multi-impactions and so on， and proposes a method for egg crack detection by analyzing acoustic response signal combined with vibrational response signal (two-dimensional signals) of shell eggs. It will be achieved by collection of acoustic response signal combined with vibrational response signal of shell eggs obtained from mechanical impaction, and analysis of distribution, diffusion and attenuation of response signal around air and eggshell. It is expected that detection of eggshell crack would be achieved by once impaction. In order to achieve the research objectives, the research will attach great attention to some key scientific issues, which are summarized as follows. First, how to obtain stable and high signal-to-niose ratio acoustic and vibrational response signal within one mechanical impaction. Second, how to extract effective information from response signal, which can express the difference between intact eggs and crack eggs as possible. Third, how to build robust and effective model for egg crack on-line discrimation. And then, the corresponding research program will be developped based on these issues. The achievement of this research will provide theoretical and technological support for development of on-line measurement system for eggshell crack detection.

禽蛋在运输、加工过程中产生的裂纹对其食用品质有很大影响，在储藏、销售前，通常需要检测并挑选出裂纹禽蛋。针对目前禽蛋裂纹检测（声脉冲响应信号分析法）存在的机构实现复杂，检测稳定性受制于多次敲击而难以保持等问题，本项目提出了通过采集禽蛋受机械激励后产生的声脉冲-振动二维响应信号，分析其在空气介质及禽蛋（薄壳椭球体结构）蛋壳表面分布、扩散及衰减情况，以期通过一次机械激励即可快速无损检测裂纹禽蛋的方法。为了实现该科学思路，本项目围绕着（1）如何在一次机械激励中，同步采集及集成稳定性强、信噪比高的声脉冲-振动二维信号；（2）如何从二维响应信号中挖掘出有效信息，以将完好和裂纹禽蛋的特征差异最大可能的表征出；（3）如何建立简洁、稳定的裂纹禽蛋判别模型，以适合在线检测的需要等关键问题展开研究，并制定相应的研究方案和技术路线。项目研究成果为禽蛋裂纹快速检测装备研制和开发提供理论基础和技术支持。

禽蛋在运输、加工过程中产生的裂纹对其食用品质有很大影响，在储藏、销售前，通常需要检测并挑选出裂纹禽蛋。针对目前禽蛋裂纹检测（声脉冲响应信号分析法）存在的机构实现复杂，检测稳定性受制于多次敲击而难以保持等问题，本项目提出了通过采集禽蛋受机械激励后产生的声脉冲-振动二维响应信号，分析其在空气介质及禽蛋（薄壳椭球体结构）蛋壳表面分布、扩散及衰减情况，以期通过一次机械激励即可快速无损检测裂纹禽蛋的方法。为了实现该科学思路，本项目围绕着以下几个问题展开研究.（1）如何在一次机械激励中，同步采集及集成稳定性强、信噪比高的声脉冲-振动二维信号：分别设计和开发了单振动传感响应信号分析系统和声--振动二维响应信号分析传感器系统，同时也开发出相应的数据采集和处理软件，通过对传感器系统进行优化，形成可同步采集及集成稳定性强、信噪比高的声脉冲-振动二维信号的系统。.（2）传感器与物料作用方式及响应信号分析：研究振动传感器与不同结构的禽蛋作用方式，探索激励响应信号在禽蛋蛋壳（薄壳椭球体结构）表面的衰减方式和分布形式，并分析不同接触方式、位置，以及禽蛋结构特性，对振动响应信号的影响。为下一步裂纹禽蛋的检测和识别提供基础。.（3）声—振动特征关联信号分析及模型建立：研究采集了各传感器的独立信息，再分析对应传感器之间的关联信息，分别对独立传感器信息和关联传感器信息进行特征提取，并通过优度筛选的方法，分别从中筛选对完好和裂纹禽蛋区分度高的特征参数，并将独立传感器和关联传感器中的信息进行融合，通过建立判别模型，建立基于声—振动二维响应信号分析传感器系统的禽蛋裂纹检测方法。. 通过对关联传感器的建构，1-2次机械激励即可正确检出90%的裂纹禽蛋，比传统滚动敲击需16次以上机械激励有大幅度的提高。项目研究成果为禽蛋裂纹快速检测装备研制和开发提供理论基础和技术支持。