禽蛋振动特性及声学方法检测蛋壳破损的机理研究

基于声学特性的禽蛋蛋壳破损检测已经得到广泛应用，本研究旨在揭示禽蛋声学特性与振动特性之间的内在联系，从而揭示声学检测方法的机理，进一步提高检测精度，探索新的激励发声方法。本研究拟结合仿生学原理研究禽蛋壳体形态仿生结构，建立禽蛋二维和三维仿生模型。在仿生模型基础上，构建禽蛋振动测试的最优系统，根据禽蛋受冲击时的激励特性，通过施加某特定激励力分析不同蛋壳厚度、不同新鲜度、不同蛋形指数、不同敲击点、不同裂纹位置及裂纹大小情况下好壳蛋与裂纹蛋在振动特性上的差异，找出影响禽蛋振动特性的因素。同时，应用有限元分析软件ANSYS对禽蛋的振动模态进行分析，建立动力学模型，得到固有频率、阻尼比和主振型。最后，将振动特性分析结果与有限元分析结果比较，并通过禽蛋破损声学检测系统来验证上述结论，最终揭示禽蛋声学特性与振动特性之间的联系，为蛋壳破损的声学检测方法提供理论依据。

近年来，不少学者借助振动学理论，通过研究农产品的振动特性，检测其品质好坏，取得了一定的成果。本研究试图在总结前人研究思路基础上，采用对蛋壳施加机械冲击的方法，研究蛋壳振动特性，从而确定影响蛋壳振动特性的因素，为禽蛋裂纹检测提供另一种思路。以鸡蛋为试验对象，进行了不同敲击材料、测点、激励点、敲击速度、质量、蛋壳强度情况下的敲击激励试验。用加速度传感器获取时域信号，并对该信号进行特征分析。试验结果表明：不同敲击材料、测点、激励点、敲击速度对主响应频率没有太大影响，而质量和蛋壳强度却对主响应频率影响显著。经分析，主响应频率随质量的增加而下降，随蛋壳强度的增加而增大。在此基础上，分别进行了单点激励单点测量和单点激励多点测量的裂纹检测试验。试验结果表明，好壳蛋有显著的一阶共振峰，主频率相对较低（范围为1200HZ~1400HZ），而裂纹蛋的响应特征曲线没有明显主频率，存在多个幅值近似且密集的较大频率区域。结果表明，依据蛋壳振动特性检测蛋壳裂纹是切实可行的。同时，本研究还利用声学技术进行了蛋壳裂纹检测，对比振动特性和声学特性，二者结果一致。