CN109828034B - 一种基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于食物检测技术领域，公开了一种基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的装置及方法，装置包括：第一导杆、第二导杆、检测装置架、检测单元、压电陶瓷振动器、控制单元；方法包括：将待检测的皮蛋放置于轨道的入口端，皮蛋从入口端向出口端滑动，直至被信号接收挡板阻挡；控制单元控制压电陶瓷振动器产生振动，皮蛋将振动传递至信号接收挡板，测振传感器获得振动检测信息；控制单元将振动检测信息与振动标准信息进行对比，根据对比结果判断皮蛋是否钙化。本发明解决了现有技术中通过人工对皮蛋进行钙化检测导致效率低、判断不够准确的问题，可以实现对皮蛋钙化的自动检测。

Description

一种基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的装置及方法

技术领域

本发明涉及食物检测技术领域，尤其涉及一种基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的装置及方法。

背景技术

正常皮蛋是具有弹性的，蛋白是半透明的松花蛋，而钙化后的皮蛋是变质形成类似石块、灰色、硬度远大于正常皮蛋的无法食用的皮蛋。目前对皮蛋的钙化检测，工厂大都采用人工检测，即皮蛋加工完成后，要装袋前(精品皮蛋)，经验丰富的工人通过轻抛皮蛋后接住，通过手感判断是否钙化，花费大量人力物力，且效率低，受人工主观影响，判断不够精确。

发明内容

本申请实施例通过提供一种基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的装置及方法，解决了现有技术中通过人工对皮蛋进行钙化检测导致效率低、判断不够准确的问题。

本申请实施例提供一种基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的装置，包括：第一导杆、第二导杆、检测装置架、检测单元、压电陶瓷振动器、控制单元；

所述第一导杆、所述第二导杆分别安装于所述检测装置架上，所述第一导杆和所述第二导杆组成平行的轨道；所述第一导杆的高端和所述第二导杆的高端构成所述轨道的入口端，所述第一导杆的低端和所述第二导杆的低端构成所述轨道的出口端，待检测的皮蛋从所述入口端向所述出口端滑动；

所述压电陶瓷振动器与所述第二导杆的低端连接；

所述检测单元包括信号接收挡板，所述信号接收挡板上设置有测振传感器；所述信号接收挡板安装于所述检测装置架上，所述信号接收挡板位于所述轨道的出口端的斜上方，用于阻挡滑动的皮蛋；

所述控制单元分别与所述压电陶瓷振动器、所述测振传感器连通；所述气缸与所述控制单元连通。

优选的，所述检测单元还包括气缸；所述气缸的一端与所述检测装置架连接，所述气缸的另一端与所述信号接收挡板的下端连接，所述信号接收挡板的上端通过铰接件与所述检测装置架铰接。

优选的，所述气缸通过柔性线与所述信号接收挡板的下端连接。

优选的，所述控制单元包括：信号发生电路、信号检测电路、控制微机；所述信号发生电路与所述压电陶瓷振动器连通，所述信号检测电路与所述测振传感器连通，所述控制微机分别与所述信号发生电路、所述信号检测电路连通；所述控制微机与所述气缸连通。

另一方面，利用上述装置，本申请实施例提供一种基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的方法，包括以下步骤：

将待检测的皮蛋放置于轨道的入口端，皮蛋从入口端向出口端滑动，直至被信号接收挡板阻挡；

控制单元控制压电陶瓷振动器产生振动，皮蛋将振动传递至信号接收挡板，测振传感器获得振动检测信息；

控制单元将振动检测信息与振动标准信息进行对比，根据对比结果判断皮蛋是否钙化。

优选的，所述基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的方法还包括：判断皮蛋是否钙化后，通过控制单元控制气缸，使信号接收挡板的下端向上移动，不再阻挡皮蛋的滑动。

优选的，所述振动检测信息包括振动时间信息，获取所述振动标准信息包括以下步骤：

采集获取第一振动时间、第二振动时间；所述第一振动时间为正常的皮蛋在所述压电陶瓷振动器的振动下，传递至所述测振传感器的振动时间信息；所述第二振动时间为钙化的皮蛋在所述压电陶瓷振动器的振动下，传递至所述测振传感器的振动时间信息；

根据所述第一振动时间获得第一振动时间区间，根据所述第二振动时间获得第二振动时间区间；将所述第一振动时间区间和所述第二振动时间区间作为所述振动标准信息，并储存至控制单元中。

优选的，所述振动检测信息包括振幅信息，获取所述振动标准信息包括以下步骤：

采集获取第一振幅、第二振幅；所述第一振幅为正常的皮蛋在所述压电陶瓷振动器的振动下，传递至所述测振传感器的振幅信息；所述第二振幅为钙化的皮蛋在所述压电陶瓷振动器的振动下，传递至所述测振传感器的振幅信息；

根据所述第一振幅获得第一振幅区间，根据所述第二振幅获得第二振幅区间；将所述第一振幅区间和所述第二振幅区间作为所述振动标准信息，并储存至控制单元中。

优选的，所述振动检测信息包括频率信息，获取所述振动标准信息包括以下步骤：

采集获取第一频率、第二频率；所述第一频率为正常的皮蛋在所述压电陶瓷振动器的振动下，传递至所述测振传感器的频率信息；所述第二频率为钙化的皮蛋在所述压电陶瓷振动器的振动下，传递至所述测振传感器的频率信息；

根据所述第一频率获得第一频率区间，根据所述第二频率获得第二频率区间；将所述第一频率区间和所述第二频率区间作为所述振动标准信息，并储存至控制单元中。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本申请实施例中，待检测的皮蛋沿着第一导杆和第二导杆组成的轨道下滑，直至被信号接收挡板阻挡，此时，与第二导杆连接的压电陶瓷振动器在控制单元的电压控制下，利用压电陶瓷逆压电效应产生一定时间的固定频率和振幅的振动。该振动通过皮蛋传递给位于皮蛋斜上方的信号接收挡板。由于“钙化的皮蛋”和“正常的皮蛋”传递给信号接收挡板的信号存在差异，因此，控制单元可根据接收到的信号判断待检测皮蛋是否钙化。此外，判断完成后，还可通过控制单元控制气缸，进而控制信号接收挡板移动，使得皮蛋进入到下一个工序。综上，本发明提供的装置结构简单，可以实现皮蛋钙化的自动检测，能够节省大量人力物力，且检测效率高，不受人工主观影响，判断更精确。

附图说明

为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的装置的整体结构示意图一；

图2为本发明实施例提供的一种基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的装置的整体结构示意图二；

图3为本发明实施例提供的一种基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的装置的整体结构示意图三；

图4为本发明实施例提供的一种基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的装置的侧视图；

图5为本发明实施例提供的一种基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的装置的前视图；

图6为本发明实施例提供的一种基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的装置的后视图；

图7为本发明实施例提供的一种基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的装置的俯视图；

图8为本发明实施例提供的一种基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的装置中控制单元，以及皮蛋的位置示意图。

其中，1-第一导杆、2-第二导杆、3-检测装置架、4-信号接收挡板、5-压电陶瓷振动器、6-铰接件、7-气缸、8-测振传感器、9-柔性线、10-控制单元、11-皮蛋。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本实施例提供了一种基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的装置，如图1-8所示，包括：第一导杆1、第二导杆2、检测装置架3、检测单元、压电陶瓷振动器5、控制单元10。

其中，所述第一导杆1、所述第二导杆2分别安装于所述检测装置架3上，所述第一导杆1和所述第二导杆2组成平行的轨道；所述第一导杆1的高端和所述第二导杆2的高端构成所述轨道的入口端，所述第一导杆1的低端和所述第二导杆2的低端构成所述轨道的出口端，待检测的皮蛋11从所述入口端向所述出口端滑动。

所述压电陶瓷振动器5与所述第二导杆2的低端连接。

所述检测单元包括信号接收挡板4，所述信号接收挡板4上设置有测振传感器8；所述信号接收挡板4安装于所述检测装置架3上，所述信号接收挡板4位于所述轨道的出口端的斜上方，用于阻挡滑动的皮蛋11。

所述检测单元还包括气缸7，所述气缸7的一端与所述检测装置架3连接，所述气缸7的另一端通过柔性线9与所述信号接收挡板4的下端连接，所述信号接收挡板4的上端通过铰接件6与所述检测装置架3铰接；所述气缸7与所述控制单元10连通(控制信号连接)。

所述控制单元10分别与所述压电陶瓷振动器5、所述测振传感器8连通(控制信号连接)。所述控制单元10包括信号发生电路、信号检测电路、控制微机；所述信号发生电路与所述压电陶瓷振动器5连通(控制信号连接)，所述信号检测电路与所述测振传感器8连通(控制信号连接)，所述控制微机分别与所述信号发生电路、所述信号检测电路连通(控制信号连接)；所述控制微机与所述气缸7连通(控制信号连接)。

利用上述装置，本发明还提供一种基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的方法，主要包括以下步骤：

(1)将待检测的皮蛋放置于轨道的入口端，皮蛋从入口端向出口端滑动，直至被信号接收挡板阻挡；

(2)控制单元控制压电陶瓷振动器产生振动，皮蛋将振动传递至信号接收挡板，测振传感器获得振动检测信息；

(3)控制单元将振动检测信息与振动标准信息进行对比，根据对比结果判断皮蛋是否钙化。

(4)判断皮蛋是否钙化后，通过控制单元控制气缸，使信号接收挡板的下端向上移动，不再阻挡皮蛋的滑动。

其中，所述振动检测信息可以为振动时间信息、振幅信息、频率信息中的一个或多个。

所述振动标准信息预先存储在所述控制单元中，获取所述振动标准信息包括以下步骤：

分别采集获取正常的皮蛋和钙化的皮蛋在所述压电陶瓷振动器的振动下，传递至所述测振传感器的信息(振动时间信息、振幅信息、频率信息中的一个或多个)。

根据上述信息(参数)可以进一步地获取参数区间信息，并将参数区间信息作为所述振动标准信息，然后储存至控制单元中。

为了能够更加清楚地理解本发明，下面对本发明做进一步的说明。

所述第一导杆(仅实现输送皮蛋的导向轨)和所述第二导杆(输送皮蛋、传递信号激励的轨道)都是小圆柱型的长杆，所述第一导杆和所述第二导杆类似两个平行的导线，保证合格的精品皮蛋都能放在上面，这两个类平行导线的两端分别由两个支撑腿支撑，但这两个支撑腿的高度不同，皮蛋进入检测装置侧的支撑腿高，皮蛋出检测装置的支撑腿低，这样两个类平行线有四个支撑腿，使得这两个类平行线(第一导杆、第二导杆)与水平形成一个角度，这个角度的大小需要保证皮蛋在被类平行线支撑时，皮蛋的重力能使皮蛋从高端向低端自由滑动。

其中，所述第一导杆和所述第二导杆的直径可以为4mm，它们构成的平行线间的距离为20mm，支撑腿是5mm*5mm的方管，皮蛋进入检测装置侧的支撑腿高为800mm，皮蛋出检测装置的支撑腿低为600mm，这样两个类平行线有四个支撑腿，中间用5mm*5mm的方管相连。上述的方管可以看作是所述检测装置架的一部分。

所述第二导杆与所述第一导杆的不同点是在支撑腿的低端靠近平行部分，所述第二导杆黏贴有一个所述压电陶瓷振动器。通过所述信号发生电路将频率为fHz的激励信号U＝U_msin(ωt)激励压电陶瓷，使得压电陶瓷产生振动，该振动频率与振动器固有频率相同(ω和f的关系：ω＝2πf)，这时压电陶瓷振动器产生的振动通过被检测的皮蛋将振动传递到皮蛋上部。

例如：通过所述信号发生电路发出激励信号，使得压电陶瓷振动器产生0.5秒的频率为5Hz，振幅为0.5mm的振动。所述信号发生电路采用现有技术中的常规电路即可。

所述信号接收挡板为一片薄板结构，位于皮蛋下滑通道的斜上方，斜挡在皮蛋下落的方向。所述信号接收挡板的上端是一个铰链结构，与所述检测装置架铰接，可以绕铰接转动；所述信号接收挡板的另一段则与所述气缸连接，所述气缸的末端用柔性线连接所述信号接收挡板，所述气缸可以驱动所述信号接收挡板的开启和关闭。所述信号接收挡板的中间部分装有所述测振传感器。所述测振传感器采用现有技术中的通用件即可，例如可以为用压电陶瓷的压电效应制作的测振传感器。

例如，所述信号接收挡板的薄板结构为长80mm，宽10mm，厚为2mm，所述气缸的行程为40mm，所述信号接收挡板的中间部分离末端40mm处装有所述测振传感器。

所述信号接收挡板主要有两个作用，一个是接收下方的压电陶瓷振动器产生的振动信号，通过皮蛋传递到安装在所述信号接收挡板的测振传感器上；另一个作用则是在皮蛋检测完成后，通过控制单元的控制，让气缸运动，打开所述信号接收挡板，使得检测完成的皮蛋继续向下运动。

本发明的检测原理为：皮蛋在轨道(由第一导杆和第二导杆组成)上从入口端到出口端由于重力自由滑动，皮蛋滑动到出口端时，信号接收挡板阻止皮蛋继续下滑，这时安装在第二导杆下部(与第二导杆低端连接)的压电陶瓷振动器在信号发生电路输出的电压控制下，利用压电陶瓷逆压电效应，驱动压电陶瓷振动器产生一定时间的固定频率和振幅的振动。该振动通过皮蛋传递给位于皮蛋斜上方的信号接收挡板，信号接收挡板上的测振传感器接收到振动检测信息，与测振传感器连通的信号检测电路采集信号，并传递至控制微机。其中，所述信号检测电路采用现有技术中的常规电路即可。由于“钙化的皮蛋”和“正常的皮蛋”传递给信号接收挡板的信号存在差异，因此，控制微机可根据接收到的信号与预先存储的振动标准信息进行对比，根据对比结果判断待检测皮蛋是否钙化。此外，判断完成后，还可通过控制单元控制信号接收挡板移动，使得皮蛋进入到下一个工序。

具体的，“钙化的皮蛋”/“正常的皮蛋”传递到信号接收挡板后的信号存在较大不同。其中，可以使用振幅、频率等作为判断依据。例如，当压电陶瓷振动器发出振动位移y_发射为y_发射＝A_发射sin(ω_发射t)，A_发射为振动位移的最大位移，ω_发射为角速度，其位移变化的频率f_位移和角速度的关系为ω和f的关系：ω_发射＝2πf_发射，则信号接收挡板上的测振传感器接收到的位移y_接收为y_接收＝B_接收sin(ω_接收t)，这时不同皮蛋“钙化的皮蛋”/“正常的皮蛋”在检测装置上时，信号接收挡板上的测振传感器接收到的y_接收＝B_接收sin(ω_接收t)是不同的，可以通过比y_接收中的振幅A_比较＝(B_接收-A_发射)的值不同进行判断。在一个测试例中，“钙化的皮蛋”的A_比较小于0.1，而“正常的皮蛋”的A_比较大于0.3。或者通过采集ω_比较＝(ω_发射-ω_接收)的值进行判断。在一个测试例中，“钙化的皮蛋”的ω_比较小于0.08，而“正常的皮蛋”的ω_比较大于0.13。除了以上信号，可采用皮蛋的一个振动传递特性，即“钙化的皮蛋”/“正常的皮蛋”传播振动的方式不同来检测：当振动通过“正常的皮蛋”传递时，当下方的压电陶瓷振动器振动停止后，由于皮蛋内的蛋清是一个弹性系数很小的弹性体，在蛋清内振动并不会全部传递到外壳相接的信号接收挡板，而是会在蛋清内反复震荡后通过内部阻尼消耗完能量。而“钙化的皮蛋”则会将压电陶瓷振动器传递过来的振动完全传递给信号接收挡板，当下方的压电陶瓷振动器振动停止后，信号接收挡板接收的信号也完成了。因此通过如下方法实现测量：

1)测试装置可以安装在任意的皮蛋传输线上，由于本装置主要用于检测精品皮蛋(已经去除外包泥灰，外壳已经是鸭蛋)。因此，将“正常的皮蛋”(已经去除外包泥灰，外壳已经是鸭蛋)放到检测线上(例如可将本装置直接插入现有的皮蛋生产线上，以替换人工检测部分。将本装置中轨道的入口端接到生产线上一个工序的皮蛋输出端即可。具体的，本装置可用地脚螺栓固定在地上或者焊接在生产线上一个工序的末端。此外，还可以使用本装置单独对皮蛋是否钙化进行检测)，通电信号发生电路，使得与第二导杆连接的压电陶瓷振动器产生0.5秒的频率为5Hz、振幅为0.5mm的振动，通过信号接收挡板上的测振传感器获取传递来的振动信号，并通过信号检测电路采集信号后，将采集的振动时间存在控制微机中；

2)将“钙化的皮蛋”放到检测线上，通电信号发生电路，使得与第二导杆连接的压电陶瓷振动器产生0.5秒的频率为5Hz、振幅为0.5mm的振动，通过信号接收挡板上的测振传感器获取传递来的振动信号，并通过信号检测电路采集信号后，将采集的振动时间存在控制微机中；

3)将1)中的值取范围0.9～1.1倍的振动时间作为“正常的皮蛋”振动标准信息；将2)中值取范围0.9～1倍的振动时间作为“钙化的皮蛋”的振动标准信息；

4)将待检测的皮蛋放在传输线上，当皮蛋滑动至信号接收挡板后，通电信号发生电路，使得与第二导杆连接的压电陶瓷振动器产生0.5秒的频率为5Hz、振幅为0.5mm的振动；通过信号接收挡板上的测振传感器获取传递来的振动信号，并通过信号检测电路采集信号后，将采集的振动检测信息存在控制微机中；

5)在控制微机中，将4)中获取的振动检测信息与3)中获取的振动标准信息进行比较，根据比较结果(在“正常的皮蛋”的标准区间内，还是在“钙化的皮蛋”的标准区间内)判断皮蛋是否钙化；

6)通过控制微机控制与信号接收挡板连接的气缸，使信号接收挡板转动，进而使得皮蛋可以继续滑动，进入到下一个工序，例如进行皮蛋的分类。

综上，通过本发明提供的一种基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的装置及方法可以实现对皮蛋钙化的自动检测。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的装置，其特征在于，包括：第一导杆、第二导杆、检测装置架、检测单元、压电陶瓷振动器、控制单元；

所述第一导杆、所述第二导杆分别安装于所述检测装置架上，所述第一导杆和所述第二导杆组成平行的轨道；所述第一导杆的高端和所述第二导杆的高端构成所述轨道的入口端，所述第一导杆的低端和所述第二导杆的低端构成所述轨道的出口端，待检测的皮蛋从所述入口端向所述出口端滑动；

所述压电陶瓷振动器与所述第二导杆的低端连接；

所述检测单元包括信号接收挡板，所述信号接收挡板上设置有测振传感器；所述信号接收挡板安装于所述检测装置架上，所述信号接收挡板位于所述轨道的出口端的斜上方，用于阻挡滑动的皮蛋；

所述控制单元分别与所述压电陶瓷振动器、所述测振传感器连通。

2.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的装置，其特征在于，所述检测单元还包括气缸；所述气缸的一端与所述检测装置架连接，所述气缸的另一端与所述信号接收挡板的下端连接，所述信号接收挡板的上端通过铰接件与所述检测装置架铰接；所述气缸与所述控制单元连通。

3.根据权利要求2所述的基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的装置，其特征在于，所述气缸通过柔性线与所述信号接收挡板的下端连接。

4.根据权利要求2所述的基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的装置，其特征在于，所述控制单元包括：信号发生电路、信号检测电路、控制微机；所述信号发生电路与所述压电陶瓷振动器连通，所述信号检测电路与所述测振传感器连通，所述控制微机分别与所述信号发生电路、所述信号检测电路连通；所述控制微机与所述气缸连通。

5.一种基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的方法，其特征在于，利用如权利要求2所述的基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的装置，包括以下步骤：

将待检测的皮蛋放置于轨道的入口端，皮蛋从入口端向出口端滑动，直至被信号接收挡板阻挡；

控制单元控制压电陶瓷振动器产生振动，皮蛋将振动传递至信号接收挡板，测振传感器获得振动检测信息；

控制单元将振动检测信息与振动标准信息进行对比，根据对比结果判断皮蛋是否钙化。

6.根据权利要求5所述的基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的方法，其特征在于，还包括：判断皮蛋是否钙化后，通过控制单元控制气缸，使信号接收挡板的下端向上移动，不再阻挡皮蛋的滑动。

7.根据权利要求5所述的基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的方法，其特征在于，所述振动检测信息包括振动时间信息，获取所述振动标准信息包括以下步骤：

采集获取第一振动时间、第二振动时间；所述第一振动时间为正常的皮蛋在所述压电陶瓷振动器的振动下，传递至所述测振传感器的振动时间信息；所述第二振动时间为钙化的皮蛋在所述压电陶瓷振动器的振动下，传递至所述测振传感器的振动时间信息；

根据所述第一振动时间获得第一振动时间区间，根据所述第二振动时间获得第二振动时间区间；将所述第一振动时间区间和所述第二振动时间区间作为所述振动标准信息，并储存至控制单元中。

8.根据权利要求5所述的基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的方法，其特征在于，所述振动检测信息包括振幅信息，获取所述振动标准信息包括以下步骤：

采集获取第一振幅、第二振幅；所述第一振幅为正常的皮蛋在所述压电陶瓷振动器的振动下，传递至所述测振传感器的振幅信息；所述第二振幅为钙化的皮蛋在所述压电陶瓷振动器的振动下，传递至所述测振传感器的振幅信息；

根据所述第一振幅获得第一振幅区间，根据所述第二振幅获得第二振幅区间；将所述第一振幅区间和所述第二振幅区间作为所述振动标准信息，并储存至控制单元中。

9.根据权利要求5所述的基于压电陶瓷振动检测皮蛋钙化的方法，其特征在于，所述振动检测信息包括频率信息，获取所述振动标准信息包括以下步骤：

采集获取第一频率、第二频率；所述第一频率为正常的皮蛋在所述压电陶瓷振动器的振动下，传递至所述测振传感器的频率信息；所述第二频率为钙化的皮蛋在所述压电陶瓷振动器的振动下，传递至所述测振传感器的频率信息；

根据所述第一频率获得第一频率区间，根据所述第二频率获得第二频率区间；将所述第一频率区间和所述第二频率区间作为所述振动标准信息，并储存至控制单元中。

Images