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基于声振响应法的香梨硬度无损检测

农业工程学报 2016年第4期32卷 277-283页

作者：王志鹏吴杰赵正强张宏文梅卫江石河子大学机械电气工程学院石河子832003 绿洲经济作物生产机械化教育部工程研究中心石河子832003

为了探索香梨硬度无损检测的方法,该研究搭建了由压电梁式传感器进行信号激励和感测的检测装置,分析了装置信号检测的稳定性,提取了香梨共振频率和声速并进行香梨硬度评估,然后将这两响应参数的评估硬度与香梨硬度的M-T穿刺法(Magness-T... 详细信息

为了探索香梨硬度无损检测的方法,该研究搭建了由压电梁式传感器进行信号激励和感测的检测装置,分析了装置信号检测的稳定性,提取了香梨共振频率和声速并进行香梨硬度评估,然后将这两响应参数的评估硬度与香梨硬度的M-T穿刺法(Magness-Taylor)测量结果进行线性回归分析,以构建香梨硬度的检测模型。结果表明,检测装置的共振频率和声速信号检测稳定可靠,并且在香梨赤道部不同位置激励感测均无显著差异(P>0.05);基于共振频率法和声速法的硬度评估指标可以构建3种香梨硬度检测模型,相关系数分别为0.841、0.877和0.938,其中由共振频率检测硬度和声速检测硬度联合构建的检测模型硬度检测敏感度为67.30%,最接近M-T穿刺法检测敏感度,该模型对香梨正常果和粗皮果的检测准确率较高,达到86.7%。研究结果可为声振法无损检测香梨硬度提供参考。

关键词：无损检测果实振动分析香梨硬度共振频率声速

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苹果静压接触应力分布特性的测量分析

现代食品科技 2014年第6期30卷 76-81页

作者：冯哲吴杰孙慧杰李凡石河子大学机械电气工程学院教育部绿洲特色经济作物生产机械化工程研究中心新疆石河子832003

为了了解不同成熟度苹果在不同曲率半径位置静压时的接触应力分布特性,本文采用Prescale感压胶片对苹果静压接触应力分布进行了测量分析和Hertz公式理论计算,并探讨了Hertz公式关于接触应力面积计算的精度以及修正方法。研究结果表明,... 详细信息

为了了解不同成熟度苹果在不同曲率半径位置静压时的接触应力分布特性,本文采用Prescale感压胶片对苹果静压接触应力分布进行了测量分析和Hertz公式理论计算,并探讨了Hertz公式关于接触应力面积计算的精度以及修正方法。研究结果表明,苹果静压接触应力分布轮廓为近椭圆形,不同应力呈高低相间的不连续分布,低应力(≤0.2 MPa)主要在边缘分布,高应力(>0.5 MPa)只有零星分布,可忽略不计。当压力100 N以上时,两种成熟度苹果的应力面积有显著性差异。随着曲率半径增大,相同压力水平下苹果的应力面积因成熟度不同而表现出不同程度的增大趋势。接触应力面积的Hertz公式计算值与感压胶片测量值存在不同程度偏差,当引入λ=1.5780-0.0042F修正Hertz公式的等效弹性模量E*,可明显提高苹果静压接触应力面积的理论计算精度。

关键词：静压接触应力分布成熟度曲率半径 Hertz公式

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香梨振动模态分析及硬度评估指标构建

农业工程学报 2015年第23期31卷 277-284页

作者：赵正强吴杰王志鹏葛云王虎挺石河子大学机械电气工程学院石河子832003 绿洲经济作物生产机械化教育部工程研究中心石河子832003

为了实现香梨硬度这一重要内部品质的无损检测评估,该文结合有限元模态和试验模态分析方法,以了解香梨果形对不同振动模态频率的影响,并基于模态频率建立适于不同果形香梨硬度评估的指标。研究结果表明,扁圆-扁椭模态和第一类球形模态... 详细信息

为了实现香梨硬度这一重要内部品质的无损检测评估,该文结合有限元模态和试验模态分析方法,以了解香梨果形对不同振动模态频率的影响,并基于模态频率建立适于不同果形香梨硬度评估的指标。研究结果表明,扁圆-扁椭模态和第一类球形模态的频率可用于检测分析,信号感测适宜位置分别为香梨的梗端和赤道部,所获得的频率随香梨纵横比增大分别呈线性递减和递增趋势,根据这2种模态频率建立了新的硬度指标,与传统硬度指标比较,应用香梨硬度评估新指标计算时,香梨2种模态频率的有限元结果与试验结果的比值更接近1,分别为1.0050±0.0042和1.0000±0.0043。因此,硬度评估新指标可以准确地评估香梨的硬度,并且成功消除了果形的影响,研究结果对今后香梨果实硬度振动法无损检测技术开发更具有实际指导意义。

关键词：果实振动分析有限元法香梨果形硬度评估指标

基于迁移学习Faster R-CNN模型田间红提葡萄果穗的识别

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石河子大学学报（自然科学版） 2021年第1期39卷 26-31页

作者：查志华周文静吴杰石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832003 绿洲特色经济作物生产机械化教育部工程研究中心新疆石河子832003

葡萄种植过程中大部分工作由人工完成,其劳动强度较大且生产效率低,为实现田间作业的自动化需要准确识别田间葡萄果穗,本文采用Faster R-CNN模型实现田间红提葡萄果穗的识别。首先根据田间环境采用不同设备采集葡萄果穗图像,包括不同光... 详细信息

葡萄种植过程中大部分工作由人工完成,其劳动强度较大且生产效率低,为实现田间作业的自动化需要准确识别田间葡萄果穗,本文采用Faster R-CNN模型实现田间红提葡萄果穗的识别。首先根据田间环境采用不同设备采集葡萄果穗图像,包括不同光照强度下不同成熟度的葡萄果穗图像,通过数据扩增的方法将样本数量扩大4倍并制作数据集,再分别采用Resnet50、Googlenet、VGG16、VGG19、Alexnet作为Faster R-CNN模型的区域候选网络(RPN),并对比分析5种迁移学习模型的识别结果,选择较优的模型进行参数优化。5种迁移学习模型识别结果表明:VGG16迁移学习模型识别效果最佳;当VGG16迁移学习模型训练学习率调整为0.000 1,循环次数为20次时,模型识别平均精度达99.07%,平均检测时间26 ms;本文方法能够实现田间环境下红提葡萄果穗的识别,可为今后自动化葡萄园管理提供研究基础。

关键词： Faster R-CNN模型迁移学习目标识别果穗

香梨与瓦楞纸板跌落碰撞的接触应力分布分析及损伤预测

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现代食品科技 2014年第2期30卷 48-52页

作者：孙慧杰吴杰冯哲王曌鹏石河子大学机械电气工程学院教育部绿洲特色经济作物生产机械化工程研究中心新疆石河子832003

为了实现香梨果实跌落碰撞时损伤面积的准确评估和预测,本研究采用Prescale感压胶片对香梨与瓦楞纸板不同高度跌落碰撞下的接触应力分布进行测量分析,探讨接触应力分布与损伤面积的关系,确定了最接近损伤面积的应力面积范围。并在此基... 详细信息

为了实现香梨果实跌落碰撞时损伤面积的准确评估和预测,本研究采用Prescale感压胶片对香梨与瓦楞纸板不同高度跌落碰撞下的接触应力分布进行测量分析,探讨接触应力分布与损伤面积的关系,确定了最接近损伤面积的应力面积范围。并在此基础上采用有限元模拟方法对香梨碰撞瓦楞纸板的损伤面积进行预测分析。研究结果表明,感压胶片测量的接触应力分布中>0.20 MPa范围的应力面积与损伤面积最为接近,相对误差率平均为6.81%。当该应力范围应用于有限元模拟的损伤面积预测时,香梨损伤面积的预测值略高于实际损伤面积,损伤预测的相对误差率平均约为13.29%,显著提高了预测精度,实现了有限元法对香梨与瓦楞纸板跌落碰撞损伤面积的较准确地预测,为今后香梨机械化作业中减损设计提供了研究基础。

关键词：库尔勒香梨瓦楞纸板跌落碰撞接触应力分布有限元法损伤预测

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果园开沟深度宽度监测装备设计与试验

中国农机化学报 2021年第12期42卷 37-43页

作者：周馨曌坎杂蒙贺伟戚江涛赵旭洋李亚萍石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832000 绿洲特色经济作物生产机械化教育部工程中心新疆石河子832000

针对开沟作业过程中作业深度、宽度依靠人工监测,存在人工工作量大、实时性低等问题,研制果园开沟深度宽度监测装备。通过设计果园开沟深度宽度监测平台,结合LabVIEW上位机人机交互系统与Arduino单片机下位机数据测量系统,最终完成果园... 详细信息

针对开沟作业过程中作业深度、宽度依靠人工监测,存在人工工作量大、实时性低等问题,研制果园开沟深度宽度监测装备。通过设计果园开沟深度宽度监测平台,结合LabVIEW上位机人机交互系统与Arduino单片机下位机数据测量系统,最终完成果园开沟深度宽度监测装备的研制,实现开沟作业过程中开沟宽度、开沟深度、作业时间等参数的实时监测、计算、显示与保存等功能。试验结果表明,开沟深度为25 cm时,装备测量误差最大为3.1 cm;开沟深度为30 cm时,装备测量误差最大为2.7 cm;开沟深度为35 cm时,装备测量误差最大为3.7 cm;开沟宽度的测量误差最大为3.1 cm,能够满足实际应用需求,数据实时性较好,能够满足作业监测需求,为智能化果园开沟作业质量实时监测奠定一定的基础。

关键词：果园开沟开沟深度开沟宽度监测装备 LabVIEW编程

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基于声振频带幅值特性香梨硬度无损检测研究

现代食品科技 2016年第12期32卷 343-349,373页

作者：王志鹏吴杰赵正强娄来峰张慧石河子大学机械电气工程学院教育部绿洲特色经济作物生产机械化工程研究中心新疆石河子832003

本文采用压电梁式传感器对香梨进行激励感测,分析了该装置采集的响应信号的稳定性,研究了频带幅值参数与香梨硬度的相关性,并采用频带幅值参数对其硬度进行主成分回归（PCR）分析,建立香梨硬度的检测模型。研究结果表明：香梨声振检测... 详细信息

本文采用压电梁式传感器对香梨进行激励感测,分析了该装置采集的响应信号的稳定性,研究了频带幅值参数与香梨硬度的相关性,并采用频带幅值参数对其硬度进行主成分回归（PCR）分析,建立香梨硬度的检测模型。研究结果表明：香梨声振检测装置的时域和频域信号稳定,在320~880 Hz波段可提取8个频带幅值参数,它们与M-T检测硬度的相关系数最高仅为0.63,采用这些频带幅值PCR法构建的香梨硬度检测模型的校正集和验证集相关系数r_c与r_v分别为0.77和0.66,均方根误差RMSEC和RMSEV分别为1.23和1.59,对香梨硬度的检测敏感度仅为51.56%,模型检测性能较低、稳定性较差;引入香梨质量对模型修正,r_c和r_v分别升高到0.81和0.72,RMSEC和RMSEV分别降低为1.13和1.44,模型的检测性能和稳定性得到明显提高,对香梨硬度变化的敏感度提高至58.28%,与M-T检测法敏感度的差异仅为6.21%,可以适用于香梨硬度的无损检测。

关键词：香梨频带幅值硬度无损检测主成分回归分析

基于OpenCV-Python的土壤颗粒动态休止角试验

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中国农机化学报 2023年第5期44卷 214-222页

作者：周鹏飞蒙贺伟梁荣庆张炳成坎杂石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832000 农业农村部西北农业装备重点实验室新疆石河子832000 绿洲特色经济作物生产机械化教育部工程研究中心新疆石河子832000

为准确快速获取新疆棉田机收膜杂中土壤颗粒的动态休止角,结合基于OpenCV-Python的计算机图像处理技术,搭建土壤动态休止角测量装置。为保证动态休止角测量的准确性,利用三维块匹配滤波算法对采集图像进行降噪处理,图像降噪前后的峰值... 详细信息

为准确快速获取新疆棉田机收膜杂中土壤颗粒的动态休止角,结合基于OpenCV-Python的计算机图像处理技术,搭建土壤动态休止角测量装置。为保证动态休止角测量的准确性,利用三维块匹配滤波算法对采集图像进行降噪处理,图像降噪前后的峰值信噪比为36.48 dB,结构相似指数为0.88;采用Canny算法提取土壤边界并通过改进的最小二乘法求解土壤边界拟合方程,获取土壤颗粒的动态休止角。依据该方法测定不同转速下土壤颗粒的动态休止角,分析转速对动态休止角的影响规律,分别构建线性拟合模型和多项式拟合模型。通过方差分析可知,多项式拟合模型拟合度较高,该模型R^(2)为95.72%,均方差为0.061。在此基础上优化求解,得到土壤动态休止角最优测量转速为7 r/min。本研究采用的土壤动态休止角测量装置精度和准确性较高,其结果可为土壤流动特性的研究及土壤筛分、输送等机具的开发设计提供参考。

关键词：土壤颗粒动态休止角图像处理技术最小二乘法 OpenCV-Python

基于声振信号对称极坐标图像的苹果霉心病早期检测

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农业工程学报 2021年第18期37卷 290-298页

作者：赵康查志华李贺吴杰石河子大学机械电气工程学院石河子832003 农业农村部西北农业装备重点实验室石河子832003 绿洲特色经济作物生产机械化教育部工程研究中心石河子832003

为实现苹果早期霉心病较高精度的检测,该研究采用对称极坐标法(Symmetrized Dot Pattern,SDP)将苹果声振信号变换为雪花图,然后采用AlexNet、VGG16和ResNet50卷积神经网络以迁移学习方式深度挖掘SDP雪花图像的特征信息,将其输入到支持... 详细信息

为实现苹果早期霉心病较高精度的检测,该研究采用对称极坐标法(Symmetrized Dot Pattern,SDP)将苹果声振信号变换为雪花图,然后采用AlexNet、VGG16和ResNet50卷积神经网络以迁移学习方式深度挖掘SDP雪花图像的特征信息,将其输入到支持向量机(Support Vector Machine,SVM)分类器,对霉心程度≤7%的苹果进行检测。研究结果表明,当时间间隔系数为25和角度放大因子为50°时,健康果与早期霉心果声振信号的SDP图形状特征差异最大,在此条件下获取的SDP图经卷积神经网络AlexNet、VGG16和ResNet50提取特征并构建了不同核函数的SVM霉心果检测模型,在各类SVM模型中,ResNet50-SVM-gaus(高斯核)模型用相对较少的训练时间和参数量可取得训练集霉心果较高分类准确率,经超参数优化训练该模型对健康果和早期霉心果测试集不平衡样本(10∶1)的总体分类准确率达到96.97%,平均查准率、平均查全率、平均加权调和均值、Kappa系数和马修斯相关系数值分别为80.19%、90.36%、86.21%,82.54%和82.68%,该模型不仅对多数类的健康果保持较高分类准确率,而且对少数类的早期霉心果也具有较高判别能力。研究结果为声振法应用于果蔬内部病害的早期在线检测系统研发提供了技术支撑。

关键词：无损检测支持向量机苹果霉心病早期检测声振法对称极坐标法卷积神经网络