一种基于磁致伸缩技术的禽蛋品质无损检测装置及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种农业品质检测设备及方法，尤其是基于磁致伸缩的禽蛋品质无损 检测装置及其方法，属于禽蛋品质检测技术领域。
【背景技术】
[0002] 禽蛋是一种营养丰富又容易被消化的食品，其销售收入在国民经济中占有一定的 地位。禽蛋中的蛋壳破损检测在分拣和包装环节中是十分重要的。现有的蛋壳无损检测 方法有数字图像识别方法和声音识别方法，这两种方法均取代了传统的人工肉眼挑选的方 法。
[0003] 其中，数字图像识别方法方面，专利"禽蛋品质自动检测分选设备及其方 法"（CN102179374A)公开了一种通过一系列的动态图像处理及模式识别来实现对禽蛋 内部及外部品质的检测，专利"基于DSP机器视觉的鸡蛋品质无损检测装置及检测方 法"(CN102445456A)公开了一种基于DSP的图像获取和处理来检测鸡蛋裂纹、形状、新鲜度 的装置和方法，专利"孵化蛋品质在线自动检测分选设备及其方法"(CN102217559A)公开了 通过一系列图像处理及模式识别来实现对整盘孵化蛋品质的无损检测。以上专利虽然可实 现禽蛋的无损检测，但是难以识别禽蛋蛋壳上的新鲜裂缝及细微裂缝。
[0004] 其中，声音识别方法方面，梅劲华（2011)在其硕士论文"动态禽蛋自动敲击发声 装置及蛋壳裂纹声学检测的研究"中描述了一种能对运输线上的禽蛋蛋壳表面自动敲击、 发声信号同步采集分析及裂缝识别并剔除的系统，孙力（2013)在其博士论文"禽蛋品质在 线智能化检测关键技术研究"中以期通过单次敲击来快速无损检测裂纹禽蛋。但是这两篇 文章所涉及到的禽蛋品质无损检测技术及方法对于禽蛋细微裂缝较难检测。
[0005] 所以，上述利用数字图像识别方法及声音识别方法的禽蛋品质检测方法，均较难 检测禽蛋细微裂缝。
【发明内容】
[0006] 本发明旨在提供一种基于磁致伸缩技术的禽蛋品质无损检测装置及其方法，通过 磁致伸缩原理来对禽蛋振动信号进行信息增强，克服现有技术对禽蛋品质检测中细微裂缝 较难检测的问题。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于磁致伸缩技术的禽蛋品质 无损检测装置，其包括一中空壳体、一磁致伸缩致动器、一音频功放电路、一橡胶垫、一麦克 风、一电脑以及禽蛋检测软件系统，所述的禽蛋检测软件系统包括扫频信号发生模块、信号 采集模块、信号处理模块、信号特征提取模块、模式识别模块以及显示模块；其中，在中空壳 体内部上方设有一磁致伸缩致动器，在磁致伸缩致动器上方设有一橡胶垫，在橡胶垫上方 放置待检测的禽蛋，在中空壳体内部的磁致伸缩致动器下方设置有音频功放模块，在中空 壳体旁设有一麦克风，麦克风接收头置于中空壳体上方，在麦克风旁设有一电脑，电脑中安 装有禽蛋检测软件系统；磁致伸缩致动器通过电线与音频功放电路相连，音频功放电路通 过电线和电脑声卡的音频输出口相连，音频功放电路通过电线与电脑USB口相连，麦克风 通过电线与电脑声卡的音频输入口相连；电脑USB口为音频功放电路提供电源，电脑中安 装的禽蛋检测软件系统中的扫频信号发生模块产生音频信号通过电脑声卡的音频输出口 输入到音频功放电路，音频功放电路驱动磁致伸缩致动器振动，从而激励鸡蛋振动产生音 频信号，该音频信号被麦克风检测后输入到电脑声卡的音频输入口，禽蛋检测软件系统的 信号采集模块采集电脑声卡音频输入口的音频输入信号，并通过禽蛋检测软件系统的信号 处理模块、信号特征提取模块、模式识别模块进行处理后送到显示模块进行显示。
[0008] -种基于磁致伸缩技术的禽蛋品质无损检测方法：将禽蛋放置于橡胶垫上，扫频 信号发生模块通过电脑声卡的音频输出口及音频功放电路驱动磁致伸缩致动器振动，激励 禽蛋振动产生音频信号，通过麦克风采集此音频信号输入到声卡的音频输入口，信号采集 模块采集电脑声卡音频输入口的音频输入信号，并依次传输给信号处理模块、信号特征提 取模块、模式识别模块进行处理，模式识别模块的处理结果传送到显示模块进行显示。
[0009] 本发明所述的扫频信号发生模块的工作过程为：通过软件控制电脑声卡在10Hz 至IJ10000Hz的频率范围内，以10Hz为梯度，产生正弦波扫频信号，且每个频率的信号时间长 度为〇. 5秒；
[0010] 本发明所述的信号处理模块的工作过程为：
[0011] 步骤①：通过matlab软件中的wavedec(X，3, 'dbio'）小波函数对采集到的禽蛋 振动音频信号进行滤波后存为数组S;
[0012] 步骤②：通过matlab软件中的pburg函数选取4阶AR模型进行Burg功率谱处 理，得到处理后的振动音频信号数据存为数组Si;
[0013] 本发明所述的信号特征提取模块的工作过程为：
[0014] 设定数值i为不同品质待测禽蛋测试次数；
[0015] 步骤a:通过matlab软件中的princomp(Si)函数找出这i个不同品质禽蛋Si数 据前4个主成分频率；
[0016] 步骤b:根据这4个主成分频率，从i个数组Si中提取五个特征值X1、X2、X3、X4、 X5，其中，所述XI、X2、X3、X4、X5分别为最大主峰峰值、最大主峰峰值所对应的频率、最大主 峰峰值衰减l〇db的半个带宽长度、5000-8000HZ的平均振幅幅值、最大主峰峰值与第二大 主峰峰值的比值，计算公式如下：
[0017] XI=Max(Si)
[0018] X2 =fnax(Si)
[0019] X3 =fnax(Si)-f0.lto(Si)
[0020]
[0021]
[0022] 本发明所述的模式识别模块的工作过程为：
[0023] 将i组XI、X2、X3、X4、X5输入到"禽蛋品质预测模型"，其中"禽蛋品质预测模型" 采用多输入单输出的支持向量机（SupportVectorMachine，SVM)分类模型，SVM的参数动 态调整过程如下：
[0024] 步骤I:等待输入新的XI、X2、X3、X4、X5;
[0025] 步骤II:采用交叉验证的方式训练SVM的参数；
[0026] 步骤III:通过SVM计算出本组乂1、乂2、乂334、乂5的输出数据，即本组待测禽蛋预 测品质；
[0027] 其中，步骤II中的SVM参数训练只需训练惩罚因子c和核函数参数g即可，训练 方法按照以下步骤：
[0028] ⑴设定c= 0· 1，g= 0· 1为起始值；
[0029] (ii)在学习样本中，除去一、两个样本，用剩余的样本训练SVM，用这一、两个样本 进行测试；
[0030] (iii)用构建的网络模型计算测试样本的误差绝对值，即预测误差；
[0031](iiii)重复步骤（ii)、（iii)，直到所有的训练样本都有一次用于测试，求得预测 误差的平均值并将其作为寻优的目标函数E。
[0032] 本发明所述的显示模块的工作过程为：当模式识别模块输出为1时显示为破损禽 蛋，当模式识别模块输出为〇时，显示为无损禽蛋。
[0033] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0034] 现有的禽蛋品质检测技术，如通过数字图像识别方法和声音识别方法等，虽然可 以对禽蛋品质进行无损检测，但对于禽蛋细微裂缝均较难检测。
[0035] 本发明通过磁致伸缩原理来对禽蛋振动信号进行信息增强，通过信号处理模块对 禽蛋振动音频信号进行处理，通过信号特征提取模块提取不同品质禽蛋特征，通过模式识 别模块实现对待测禽蛋品质的预测，可实现对禽蛋品质的高精度无损检测，并能有效检测 出细微裂缝的禽蛋。
【附图说明】
[0036] 图1是基于磁致伸缩技术的禽蛋品质无损检测装置结构示意图；
[0037]图2是禽蛋检测软件系统内部模块连接框图；
[0038] 图1中，1.中空壳体；2.磁针伸缩致动器；3.音频功放电路；4.橡胶垫；5.麦克 风；6.电脑；7.电脑声卡的音频输出口；8.电脑声卡的音频输入口；9.电脑USB口； 10.禽 蛋检测软件系统；11.待测禽蛋。
【具体实施方式】
[0039] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
[0040] 实施例1
[0041] 如图1所示，一种基于磁致伸缩技术的禽蛋品质无损检测装置：
[0042] 其包括一中空壳体1、一磁致伸缩致动器2、一音频功放电路3、一橡胶垫4、一麦 克风5、一电脑6以及禽蛋检测软件系统10,所述的禽蛋检测软件系统10包括扫频信号发 生模块、信号采集模块、信号处理模块、信号特征提取模块、模式识别模块以及显示模块；其 中，在中空壳体1内部上方设有一磁致伸缩致动器2,在磁致伸缩致动器2上方设有一橡胶 垫4,在橡胶垫4上方放置待检测的禽蛋11，在中空壳体1内部的磁致伸缩致动器2下方设 置有音频功放电路3,在中空壳体1旁设有一麦克风5,麦克风5接收头置于中空壳体1上 方，在麦克风5旁设有一电脑6,电脑6中安装有禽蛋检测软件系统10 ;磁致伸缩致动器2 通过电线与音频功放电路3相连，音频功放电路3通过电线和电脑声卡的音频输出口 7相 连，音频功放电路3通过电线与电脑USB口 9相连，麦克风通过电线与电脑声卡的音频输入 口 8相连；电脑USB口 9为音频功放电路3提供电源，电脑6中安装的禽蛋检测软件系统 10中的扫频信号发生模块产生音频信号通过电脑声卡的音频输出