CN104777045A - 一种禽蛋冲击力检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种禽蛋冲击力检测装置及方法。升降底座上表面中心位置固定安装冲击力传感器，敲击机构固定安装在机架上，敲击杆安装在敲击机构底部中心，敲击杆位于冲击力传感器的正上方，敲击控制器与敲击机构相连，计算机与冲击力传感器和敲击控制器相连；冲击力传感器上表面固定安装有质量块或者禽蛋支架，禽蛋支架上方放置禽蛋。本发明的敲击杆可用不同的材料，用同一个装置模拟禽蛋与不同材料之间的碰撞，且通过调整不同的驱动参数和敲击杆运动的行程可准确控制冲击力的大小，建立准确的模型。
Description
技术领域
本发明涉及一种农业产品检测方法及装置，尤其是涉及一种禽蛋冲击力检测装置及方法。
背景技术
禽蛋力学检测是对禽蛋蛋壳的完整度、抗压、抗冲击能力进行测试，为禽蛋的采集、分级、加工、运输、流通过程提供一定的理论指导。
目前，禽蛋力学检测主要包括静态力的检测和动态冲击力的检测。禽蛋静态力检测主要通过万能试验机对禽蛋的纵轴和横轴进行加载，检测禽蛋的纵轴和横轴破碎抗力，从而得到禽蛋的无力指标和破坏载荷之间的关系。禽蛋动态力检测主要通过禽蛋在不同材料上的跌落试验和冲击试验，得到动载荷作用下禽蛋的抗冲击能力。由于禽蛋在采集、分级、加工、运输过程中无法保持相对静止状态，因此这些过程中禽蛋都会受到来自不同方向的动态冲击，所以研究禽蛋受到的动态冲击力更有实际意义。
检测禽蛋冲击力的方法主要有两种：1)将禽蛋从不同高度跌落，跌落到不同材料上，观察禽蛋表面是否产生裂纹和裂纹的形状、面积等指标，根据禽蛋跌落的高度计算理论上碰撞过程中禽蛋吸收的能量，将冲击能量与这些指标关联建模，为实际应用作指导。但是，这种方法无法检测出禽蛋受到冲击时实际的动态冲击力。2)用带传感器的冲击锤敲击禽蛋，冲击锤受到的冲击力即为禽蛋受到的冲击力，但是，这种方法中，为了获得真实的冲击力，冲击锤的冲击面材料都是金属，无法模拟禽蛋和不同材料碰撞时受到的冲击力。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，测出禽蛋与不同材料之间真实的动态冲击力；本发明的目的在于提供了一种禽蛋冲击力检测装置及方法，该装置能够检测禽蛋与不同材料之间碰撞的标定冲击力。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一、一种禽蛋冲击力检测装置：
本发明包括机架、敲击控制器、敲击机构、敲击杆、冲击力传感器、升降底座和计算机；升降底座上表面中心位置固定安装冲击力传感器，敲击机构固定安装在机架上，敲击杆安装在敲击机构底部中心，敲击杆位于冲击力传感器的正上方，敲击控制器与敲击机构相连，计算机与冲击力传感器器和敲击控制器相连。
所述装置在冲击力检测前，冲击力传感器上表面固定安装有用于冲击力标定的质量块。
所述装置在冲击力检测时，冲击力传感器上表面固定安装有禽蛋支架，禽蛋支架上方放置有禽蛋。
所述的禽蛋支架包括金属支架和两个平行并排安装的橡胶辊，两个橡胶辊的中部内凹，两个橡胶棍子中间放置禽蛋，敲击杆位于禽蛋的正上方。
二、一种禽蛋冲击力检测方法：
1)装置冲击力标定：
冲击力传感器上表面安装上质量块，通过敲击控制器驱动敲击机构敲击正下方的质量块，敲击冲击力通过质量块传递到质量块下方的冲击力传感器，采集冲击力传感器的数据得到标定冲击力，建立敲击机构的驱动参数、敲击杆与质量块之间的敲击行程以及标定冲击力三者之间的标定关系；
2)禽蛋冲击力实测：
将冲击力传感器上表面的质量块取下，替换为禽蛋支架，禽蛋支架上方放置禽蛋，通过敲击控制器驱动敲击机构敲击正下方的质量块，敲击冲击力通过禽蛋和禽蛋支架传递到质量块下方的冲击力传感器，采集冲击力传感器的数据得到禽蛋的实测冲击力，建立敲击机构的驱动参数、敲击杆与禽蛋之间的敲击行程以及实测冲击力三者之间的实测关系；
3)将上述两个标定关系和实测关系结合计算得到实测冲击力与标定冲击力之间的关系，根据得到的实测冲击力与标定冲击力之间的关系对每个待测禽蛋进行敲击测试得到各个禽蛋的实测冲击力。
所述的敲击杆敲击到质量块表面的标定冲击力大小是通过改变敲击机构的驱动参数以及通过调整升降底座的高度改变敲击杆与质量块之间的敲击行程一起调整。
所述的敲击杆敲击到质量块表面的实测冲击力大小是通过改变敲击机构的驱动参数以及通过调整升降底座的高度改变敲击杆与禽蛋之间的敲击行程一起调整。
所述的驱动参数、敲击行程与标定冲击力之间的标定关系、驱动参数、敲击行程与实测冲击力之间的实测关系以及实测冲击力与标定冲击力之间的关系均为线性关系。
所述的敲击机构的驱动参数包括脉宽、电流和电压。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明敲击杆可用不同的材料，用同一个装置模拟禽蛋与不同材料之间的碰撞。
2、本发明可通过调整不同的驱动参数和敲击杆运动的行程来准确控制冲击力的大小，以建立准确的模型。
附图说明
图1是本发明冲击力标定装置图。
图2是本发明冲击力检测装置图。
图3是本发明敲击机构和敲击杆剖视图。
图4是本发明敲击控制器的电路图。
图5是本发明标定冲击力与敲击行程和参数脉宽之间的关系图。
图6是本发明实测冲击力与敲击行程和参数脉宽之间的关系图。
图中：1、机架，2、敲击控制器，3、敲击机构，4、敲击杆，5、质量块，6、冲击力传感器，7、升降底座，8、计算机，9、禽蛋，10、禽蛋支架，11、壳体，12、铁芯，13、线圈，14、磁环。
具体实施方式
下面结合具体实施实例对本发明作进一步说明。
如图1和2所示，本发明包括机架1、敲击控制器2、敲击机构3、敲击杆4、质量块5、冲击力传感器6、升降底座7、计算机8、禽蛋9、禽蛋支架10；升降底座7上表面中心位置固定安装冲击力传感器6，敲击机构3固定安装在机架1上，敲击杆4安装在敲击机构3底部中心上下滑动，敲击杆4位于冲击力传感器6的正上方，敲击控制器2与敲击机构3相连，计算机8与冲击力传感器器6和敲击控制器2相连。
如图1所示，在冲击力检测前，冲击力传感器6上表面固定安装有用于冲击力标定的质量块5，质量块是圆柱形质量块，形成禽蛋冲击力标定机构。
如图2所示，在冲击力检测时，冲击力传感器6上表面固定安装有禽蛋支架10，禽蛋支架10上方放置有禽蛋9，形成禽蛋冲击力检测机构。
如图2所示，禽蛋支架10包括金属支架和两个平行并排安装的橡胶辊，两个橡胶辊的中部内凹，两个橡胶棍子中间放置禽蛋9，敲击杆4位于禽蛋的正上方。
敲击机构3的剖视图如图3所示，包括壳体11、铁芯12、线圈13和磁环14，中空圆柱形的铁芯12镶嵌于壳体11中，线圈13缠绕在铁芯12周围，敲击杆4上安装有磁环14，磁环14的N极向上，S极向下。当线圈13被通以不同方向的电流时，线圈13和铁芯12形成沿敲击杆4轴线方向的磁场，磁场N极方向为竖直向上或者向下，当磁场N极竖直向下时，该磁场与磁环14磁场方向相反，推动敲击杆4向下运动，当磁场N极竖直向上时，拉动敲击杆4向上运动。
敲击控制器2的电路可采用如图4所示的电路，该电路是电机正反转控制常用电路，在本发明中用来控制线圈13中电流的正反流动，从而控制敲击杆4的上下运动，图中包括单片机U1、八个二极管D4～11、发光二极管D2～D3，线圈P1和P2以及电容C5～C6，P1和P2为线圈，该电路可同时控制两个线圈，本发明只用到一个，即线圈P1和线圈P2中的任意一个作为图3中的线圈13。
本发明检测方法，采用上述装置进行检测，具体步骤如下：
1)装置冲击力标定：冲击力传感器6上表面安装上质量块5，通过敲击控制器2驱动敲击机构3敲击正下方的质量块5，敲击冲击力通过质量块5传递到质量块5下方的冲击力传感器6，采集冲击力传感器6的数据得到标定冲击力，建立敲击机构3的驱动参数、敲击杆4与质量块5之间的敲击行程以及标定冲击力三者之间的标定关系；
敲击杆4敲击到质量块5表面的标定冲击力大小是通过改变敲击机构3的驱动参数以及通过调整升降底座7的高度改变敲击杆4与质量块5之间的敲击行程一起调整。
2)禽蛋冲击力实测：将冲击力传感器6上表面的质量块5取下，替换为禽蛋支架10，禽蛋支架10上方放置禽蛋9，通过敲击控制器2驱动敲击机构3敲击正下方的质量块5，敲击冲击力通过禽蛋9和禽蛋支架10传递到质量块5下方的冲击力传感器6，采集冲击力传感器6的数据得到禽蛋9的实测冲击力，建立敲击机构3的驱动参数、敲击杆4与禽蛋9之间的敲击行程以及实测冲击力三者之间的实测关系；
敲击杆4敲击到质量块5表面的实测冲击力大小是通过改变敲击机构3的驱动参数以及通过调整升降底座7的高度改变敲击杆4与禽蛋9之间的敲击行程一起调整。
3)将上述两个标定关系和实测关系结合计算得到实测冲击力与标定冲击力之间的关系，根据得到的实测冲击力与标定冲击力之间的关系对每个待测禽蛋进行敲击测试得到各个禽蛋的实测冲击力。
上述驱动参数、敲击行程与标定冲击力之间的标定关系、驱动参数、敲击行程与实测冲击力之间的实测关系以及实测冲击力与标定冲击力之间的关系均为线性关系。
上述敲击机构3的驱动参数包括脉宽、电流和电压。
如图1所示，本发明装置中，升降底座在最下方，升降底座可以调节安装在其上面的高度，升降底座上表面中间有安装孔，通过螺栓与冲击力传感器下表面连接，冲击力传感器上表面与质量块的下表面通过螺栓连接，为了能够将质量块上表面受到的冲击力传递到冲击力传感器而尽量减少传递过程中的损耗，冲击力传感器与计算机相连，冲击力的数据传输到计算机中进行处理和存储，质量块材质选择为铜，也可选择钢或者铝等其他刚性较好的金属。
在质量块的正上方，敲击机构通过上表面的螺栓固定安装在机架上，敲击杆在敲击机构中竖直上下滑动，敲击控制器与敲击机构相连，可以控制敲击杆的上下动作，而敲击控制器又与计算机相连，受到计算机的控制，通过计算机调整驱动参数来调整敲击杆上下动作的速度，从而调整敲击杆敲击到质量块时的力的大小。敲击杆下落距离(即敲击行程)可通过调整升降底座的高度来调节，敲击行程也会影响敲击杆敲击到质量块时的冲击力大小。
本发明的具体实施例及其工作过程如下：
首先通过禽蛋冲击力标定装置中，敲击控制器驱动敲击机构，敲击杆下落敲击到下方的质量块，敲击冲击力通过质量块传递到质量块下方的冲击力传感器，采集冲击力传感器的数据，得到敲击杆敲击到质量块表面的标定冲击力，通过调整升降底座改变敲击行程，敲击行程的调整范围为6mm～14mm，每隔2mm进行一次实验，即敲击行程为6mm、8mm、10mm、12mm、14mm，调整驱动参数中的脉宽值，结合敲击行程，可调整敲击杆敲击到质量块表面的冲击力大小，为了防止在敲击禽蛋时，导致禽蛋破损，脉宽大小根据敲击行程而定，对应每个敲击行程脉宽的调整范围见表1，对相同的敲击行程和相同脉宽条件下进行50次重复实验，计算冲击力平均值，建立驱动参数、敲击行程与实测冲击力之间的数学关系，关系如图5，在每个高度下，冲击力与脉宽关系均为线性关系，具体公式分别为y6＝-49.80+4.45x，y8＝-103.24+7.56x，y10＝-59.45+4.72x，y12＝-73.25+5.36x，y14＝-59.73+4.40x，上述公式中y为标定冲击力，y的下标表示敲击行程，x表示脉宽。
将禽蛋冲击力标定装置中的质量块更换为禽蛋支架，支架上方放置禽蛋，敲击控制器驱动敲击杆敲击到下方的禽蛋，冲击力通过禽蛋和禽蛋支架传递到冲击力传感器，采集冲击力传感器的数据，得到实测的冲击力。敲击行程和脉宽的调整与冲击力标定装置中相同，如表1所示，对相同的敲击行程和相同脉宽条件下进行50次重复实验，计算冲击力平均值，建立驱动参数、敲击行程与实测冲击力之间的数学关系，关系如图6所示，在在每个高度下，冲击力与脉宽关系均为线性关系，具体公式分别为y’6＝-17.97+1.32x，y’8＝-22.15+1.50x，y’10＝-21.83+1.49x，y’12＝-18.89+1.23x，y’14＝-15.07+0.97x，上述公式中y’为实测冲击力，y’的下标表示敲击行程，x表示脉宽。由于禽蛋和禽蛋支架中的辊子并不能视为刚体，力在传递的过程中会被禽蛋和辊子吸收而衰减，所以从冲击力传感器采集到的冲击力并非敲击杆敲击到禽蛋表面的冲击力。然后将上述两个数学关系结合，就可以得到实测冲击力与标定冲击力之间的关系，分别为y6＝10.53+3.36y’，y6＝10.85+3.98y’，y6＝9.78+3.17y’，y6＝8.87+4.34y’，y6＝7.47+4.88y’，上述公式中y为标定冲击力，y’为实测冲击力。
表1.
在实际测试实验中，本发明对禽蛋进行冲击实验，通过冲击力传感器中采集的冲击力(实测冲击力)，结合上述关系，就可以得到真实的冲击力(即敲击杆冲击到禽蛋表面时的冲击力)，进行准确的测量，具有突出显著的技术效果。此外，本发明可改变敲击杆的材料，敲击杆的材料具体可为塑料、铝等非铁磁性金属、有机玻璃等，从而模拟不同材料与禽蛋碰撞时的情况。
Claims (9)
1. 一种禽蛋冲击力检测装置，其特征在于：包括机架（1）、敲击控制器（2）、敲击机构（3）、敲击杆（4）、冲击力传感器（6）、升降底座（7）和计算机（8）；升降底座（7）上表面中心位置固定安装冲击力传感器（6），敲击机构（3）固定安装在机架（1）上，敲击杆（4）安装在敲击机构（3）底部中心，敲击杆（4）位于冲击力传感器（6）的正上方，敲击控制器（2）与敲击机构（3）相连，计算机（8）与冲击力传感器器（6）和敲击控制器（2）相连。
2. 根据权利要求1所述的一种禽蛋冲击力检测装置，其特征在于：所述装置在冲击力检测前，冲击力传感器（6）上表面固定安装有用于冲击力标定的质量块（5）。
3. 根据权利要求1所述的一种禽蛋冲击力检测装置，其特征在于：所述装置在冲击力检测时，冲击力传感器（6）上表面固定安装有禽蛋支架（10），禽蛋支架（10）上方放置有禽蛋（9）。
4. 根据权利要求1所述的一种禽蛋冲击力检测装置，其特征在于：所述的禽蛋支架（10）包括金属支架和两个平行并排安装的橡胶辊，两个橡胶辊的中部内凹，两个橡胶棍子中间放置禽蛋（9），敲击杆位于禽蛋的正上方。
5. 一种禽蛋冲击力检测方法，其特征在于采用权利要求1~5任一所述装置进行检测，该方法的步骤如下：
1）装置冲击力标定：
冲击力传感器（6）上表面安装上质量块（5），通过敲击控制器（2）驱动敲击机构（3）敲击正下方的质量块（5），敲击冲击力通过质量块（5）传递到质量块（5）下方的冲击力传感器（6），采集冲击力传感器（6）的数据得到标定冲击力，建立敲击机构（3）的驱动参数、敲击杆（4）与质量块（5）之间的敲击行程以及标定冲击力三者之间的标定关系；
2）禽蛋冲击力实测：
将冲击力传感器（6）上表面的质量块（5）取下，替换为禽蛋支架（10），禽蛋支架（10）上方放置禽蛋（9），通过敲击控制器（2）驱动敲击机构（3）敲击正下方的质量块（5），敲击冲击力通过禽蛋（9）和禽蛋支架（10）传递到质量块（5）下方的冲击力传感器（6），采集冲击力传感器（6）的数据得到禽蛋（9）的实测冲击力，建立敲击机构（3）的驱动参数、敲击杆（4）与禽蛋（9）之间的敲击行程以及实测冲击力三者之间的实测关系；
3）将上述两个标定关系和实测关系结合计算得到实测冲击力与标定冲击力之间的关系，根据得到的实测冲击力与标定冲击力之间的关系对每个待测禽蛋进行敲击测试得到各个禽蛋的实测冲击力。
6. 根据权利要求5所述的一种禽蛋冲击力检测方法，其特征在于：所述的敲击杆（4）敲击到质量块（5）表面的标定冲击力大小是通过改变敲击机构（3）的驱动参数以及通过调整升降底座（7）的高度改变敲击杆（4）与质量块（5）之间的敲击行程一起调整。
7. 根据权利要求5所述的一种禽蛋冲击力检测方法，其特征在于：所述的敲击杆（4）敲击到质量块（5）表面的实测冲击力大小是通过改变敲击机构（3）的驱动参数以及通过调整升降底座（7）的高度改变敲击杆（4）与禽蛋（9）之间的敲击行程一起调整。
8. 根据权利要求5~7任一所述的一种禽蛋冲击力检测方法，其特征在于：所述的驱动参数、敲击行程与标定冲击力之间的标定关系、驱动参数、敲击行程与实测冲击力之间的实测关系以及实测冲击力与标定冲击力之间的关系均为线性关系。
9. 根据权利要求5~7任一所述的一种禽蛋冲击力检测方法，其特征在于：所述的敲击机构（3）的驱动参数包括脉宽、电流和电压。
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