一种用于坚果分级的声纹信号采集装置

摘要

本发明属于农产品机械技术领域，具体地，涉及一种用于坚果分级的声纹信号采集装置。所述装置包括声纹采集设备和箱体，所述声纹采集设备设置在箱体内部，箱体顶面敞口；敞口一侧设有第一转轴；所述第一转轴上设置至少一块与顶面敞口的形状和尺寸匹配的撞击板，所述撞击板在第一转轴的驱动下转动，使所述箱体呈封闭或敞口状态；箱体远离第一转轴的外壁上设有撞击板定位机构，用于卡在撞击板上，实现对撞击板的定位夹持。本方案可以根据坚果品种和品级的差异实现发声装置参数的自动调节，使坚果内部的声纹信号特征充分显现，最终达到高效、高精度检测的目的。

说明书

技术领域

本发明属于农产品机械技术领域，具体地，涉及一种用于坚果分级的声纹信号采集装置。

背景技术

坚果富含人体生长发育和维持健康所必需的蛋白质、油脂、矿物质、维生素等营养素，不但具有较高的营养和药用价值，而且口感风味极佳，深受消费者喜爱，是人们日常生活中的一种常见零食。随着坚果产业的发展和脱壳等进一步加工的需要，对其进行分选分级成为坚果加工中的重要环节，它是确保产品品质和品级的重要工艺；同时也是一件繁琐的工艺，目前坚果分级主要采用人工挑选、机械振动和声纹信号检测等方法。由于声纹信号检测技术具有普适性强、灵敏度高、成本低廉、易实现智能化等优点，被广泛应用于坚果类产品的无损检测。

如钟晨玉，多因素对开心果碰撞声特征的影响[J]，食品与机械，Jul.2016，Vol.32，No.7:32-35，公开了一种开心果碰撞声分拣试验设计，以开闭口果碰撞声的综合对数衰减率之差为判断依据，分析对比了传声器位置、开心果下落高度及碰撞块倾斜角度对碰撞声特征的影响。研究结果表明，在两种条件下，传声器与碰撞面成45°，距离碰撞点10cm左右时；保持传声器在上述条件下的位置不变，开心果下落高度为70～100cm、碰撞块倾斜角度为30°时，所采集到的声信号特征具有更好的分拣可靠性，使得开心果分拣设备的分拣准确率从70％提高至100％。

国内外众多学者对不同坚果或同一坚果不同时期的状态的声纹信号信息做了大量的理论研究，为坚果的分级提供了夯实的理论基础。但目前没有一个统一的方法让不同的坚果在同一个设备上实现声纹信号采集，也没有一个通用的设备让某种坚果的不同状态(如开心果的闭口、开口和半开口)的声纹信号信息可以在同一个设备上实现无差别采集。现有技术中有不少针对水果的声纹信号采集装置，如中国实用新型授权公告号为CN207636544U，申请日为2017年12月22日，名称为：一种快速无损采集水果质地信息的装置；公开的装置包括两块具有高度差的支撑板和、倾斜碰撞板、固定台面和传感器。该方案通过采用水果自由跌落撞击倾斜碰撞板的方式获取水果的振动信息从而采集水果质地信息，不破坏被测样本，检测效率高。

由上可知，传统的发声装置都是针对单一坚果品种，其参数不可调节，且检测结果易受到外界噪音干扰，对差异较小的样品不能准确区分，检测效率低，灵敏度和准确度不高，易呈现假阳性。如何让坚果主动发声，使其内部特征充分通过声纹信号特性显现一直是行业内研究的热点和痛点。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

针对现有技术中的发声装置都是针对单一坚果品种，参数不可调节，检测结果易受到外界噪音干扰，对差异较小的样品不能准确区分，检测效率低，灵敏度和准确度不高，易呈现假阳性的技术问题。本方案提供了一种用于坚果分级的声纹信号采集装置，可以根据坚果品种和品级的差异实现发声装置参数的自动调节，使坚果内部的声纹信号特征充分显现，最终达到高效、高精度检测的目的。

2.技术方案

为达到上述目的，提供的技术方案为：

本发明的一种用于坚果分级的声纹信号采集装置，包括声纹采集设备和箱体，所述声纹采集设备设置在箱体内部，所述箱体顶面敞口，优选的，声纹采集设备设置于箱体底部，与撞击板垂直距离为1～5cm处；敞口一侧设有第一转轴；所述第一转轴上设置至少一块与顶面敞口的形状和尺寸匹配的撞击板，所述撞击板在第一转轴的驱动下转动，使所述箱体呈封闭或敞口状态；优选的，所述箱体的壁为夹层结构，所述夹层中设有隔音棉。

箱体远离第一转轴的外壁上设有撞击板定位机构，用于卡在撞击板上，实现对撞击板的定位夹持。

进一步地，所述定位机构包括开设在箱体远离第一转轴侧壁上的窗口；所述窗口内分别对应铰接有转夹块；所述转夹块一端为用于卡住撞击板侧缘的凹槽，另一端分别对应铰接一根螺纹杆；所述螺纹杆由与其对应螺纹配合的螺纹套驱动。

进一步地，与所述顶面相邻的一侧面也为敞口；所述第一转轴位于该敞口处，且第一转轴的两端分别由垂直于该侧面的箱体侧壁支撑。

进一步地，所述第一转轴上设有至少一个卡块；所述卡块包括至少一对夹持部；每一对中的所述夹持部之间的相对距离可调节；所述夹持部分别对应夹持所述撞击板不同侧面。优选的，所述卡块为两个。

进一步地，所述夹持部为四对，每一对夹持部共同夹持一块撞击板；所述撞击板为四个。优选的，夹持部之间的角度为90°；撞击板为玻璃板、钢板、橡胶板或木板；撞击板的密度大于待测坚果密度的1.2倍。

进一步地，所述箱体通过支撑臂固定连接有进料斗；所述进料斗的出料口垂直位于所述箱体上方。优选的，出料口与箱体上方的垂直距离为7～30cm。

进一步地，所述支撑臂上设置条形孔；支撑臂所在的侧壁上设置螺纹孔，及穿过条形孔配合在该螺纹孔内的紧固螺栓，旋动紧固螺栓可将支撑臂压紧在支撑臂所在的侧壁上。

进一步地，所述进料斗上边缘连接有兜臂；所述兜臂中部绕过进料斗上边缘，兜臂两端向外侧延伸，整体呈V字形；所述兜臂下边缘设有刮料条。

进一步地，所述箱体一侧壁设有风机。

进一步地，所述箱体的远离风机的侧壁设有收集箱；所述收集箱内设有第二转轴，所述第二转轴两端分别由收集箱内壁支撑，第二转轴的下方设有将收集箱分隔成两个独立区域的隔板；所述第二转轴上设有可绕第二转轴转动的分料板。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种用于坚果分级的声纹信号采集装置，声纹采集设备设置在箱体内部，箱体的壁还可设置夹层，内填隔音棉，相较于现有的声纹信号采集设备外置式装置，可有效避免外界噪音的干扰。通过第一转轴驱动撞击板转动，使所述箱体呈封闭或敞口状态，转动撞击板留出间隙，相较于现有的封闭式声纹信号采集装置，可方便的实现声纹信号采集设备在箱体内部的位置调节，如高度或相对于坚果在撞击板上的撞击点，因而可以适应不同种类坚果的检测需求，方便的实现了不同种类及品级坚果声纹信号特征信号的高效、高精度获取。

(2)本发明的一种用于坚果分级的声纹信号采集装置，箱体远离第一转轴的外壁上设有撞击板定位机构，定位机构使得撞击板在闭合状态下使用时，当有坚果撞击，撞击板不会晃动，从而保证了检测结果的准确性。所述定位机构包括转夹块、螺纹杆以及与其配合的螺纹套，当撞击板处于闭合状态时，只需旋动螺纹套，螺纹杆带动转夹块转动，转夹块的凹口便卡紧撞击板，整个操作过程简单易用。

(3)本发明的一种用于坚果分级的声纹信号采集装置，与所述顶面相邻的一侧面也为敞口；所述第一转轴位于该敞口处，且第一转轴的两端分别由垂直于该侧面的箱体侧壁支撑，这样便可以在第一转轴上设置一块以上的撞击板，当其中一个撞击板处于闭合使用状态时，其他任一撞击板可以充当侧壁，使箱体密闭。如此设置，不仅节约了箱体材料成本，还使得可在第一转轴上设置不同材质的撞击板，以达到针对不同坚果，实现不同材质撞击板的快速切换。当第一转轴和撞击板为固定连接时，最多可设置四块不同材质的撞击板，丰富了使用场景。

(4)本发明的一种用于坚果分级的声纹信号采集装置，第一转轴上设有至少一个卡块，卡块包括至少一对夹持部，可以实现撞击板的稳定夹持，在需要针对不同的坚果检测场景时，实现了撞击板的快速更换，而不必更换其他部件，节约了材料，且撞击板的材质扩展理论上支持无数多个，极大的丰富了本发明的使用场景。同一卡快上的不同对夹持部之间的相对角度可调节，优选的90°，这样一次安装可实现四块撞击板的快速切换。

(5)本发明的一种用于坚果分级的声纹信号采集装置，所述箱体通过支撑臂固定连接有进料斗。通过支撑臂上设置条形孔和侧壁上设置螺纹孔，及穿过条形孔配合在该螺纹孔内的紧固螺栓，坚果降落高度的准确调节，实现不同种类及品级坚果声纹信号特征信号的高效、高精度获取。所述进料斗上边缘连接有V字形兜臂，且兜臂下边缘设有刮料条，配合输送坚果的传送袋使用时，使得坚果能逐个撞击在撞击板的固定位置，有效降低了采集声纹信号信息的偏差。

(6)本发明的一种用于坚果分级的声纹信号采集装置，箱体一侧壁设有风机，远离风机的侧壁设有收集箱，当坚果撞击完成后，启动风机，将坚果吹向有收集箱的一侧，实现了坚果声纹信息采集完成后坚果的自动回收，在实际应用场景中，可以结合计算机信息处理手段，使整个过程自动化。收集箱内设有第二转轴、分料板和隔板，在使用场景从坚果的声纹信号信息探索检测变到坚果的分级分拣时，结合计算机信息处理，以及在撞击板上安装压力感应器，可以方便快速实现坚果的高效分级分拣。

附图说明

图1为本发明实施例1技术方案第一视角示意图；

图2为本发明实施例1技术方案第二视角示意图；

图3为本发明实施例1技术方案第三视角示意图；

图4为本发明实施例1技术方案第四视角示意图；

图5为图4中A部放大图。

图中：

100、箱体；200、撞击板；300、第一转轴；301、第二转轴；400、转夹块；401、螺纹杆；402、螺纹套；500、卡块；600、支撑臂；700、进料斗；800、紧固螺栓；900、兜臂；901、刮料条；110、风机；120、收集箱；121、隔板；122、分料板；130、电机。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

下面结合附图1-5对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例的一种用于坚果分级的声纹信号采集装置，包括声纹采集设备和箱体100，所述声纹采集设备设置在箱体100底板内壁居中的位置，距离撞击板3cm，可有效避免外界噪音的干扰。所述箱体100顶面敞口；敞口一侧设有第一转轴300；所述第一转轴300上设置一块与顶面敞口的形状和尺寸匹配的撞击板200，所述撞击板在第一转轴300的驱动下转动，使所述箱体100呈封闭或敞口状态，当处于敞口状态时，可以方便的实现声纹信号采集设备在箱体100内部的位置调节，如高度或声纹信号采集设备相对于撞击点的位置等，可以适应不同种类坚果的检测需求，方便的实现了不同种类及品级坚果声纹信号特征信号的高效、高精度获取。

箱体100远离第一转轴300的外壁上设有撞击板200定位机构，用于卡在撞击板200上，实现对撞击板200的定位夹持。定位机构使得撞击板200在闭合状态下使用时，当有坚果撞击，撞击板200不会晃动，从而保证了检测结果的准确性。所述定位机构包括开设在箱体100远离第一转轴300侧壁上的窗口；所述窗口内分别对应铰接有转夹块400；所述转夹块400一端为用于卡住撞击板200侧缘的凹槽，另一端分别对应铰接一根螺纹杆401；所述螺纹杆401由与其对应螺纹配合的螺纹套402驱动。当撞击板200处于闭合状态时，只需旋动螺纹套402，螺纹杆401带动转夹块400转动，转夹块400的凹口便卡紧撞击板，整个操作过程简单易用。

所述顶面相邻的一侧面也为敞口；所述第一转轴300位于该敞口处，且第一转轴300的两端分别由垂直于该侧面的箱体100侧壁支撑。所述第一转轴300上设有一个卡块500；所述夹持部之间的相对距离可调节；所述夹持部分别对应夹持所述撞击板200不同侧面。这样便可以在第一转轴300上设置一块以上的撞击板200，当其中一个撞击板200处于闭合使用状态时，其他任一撞击板200可以充当侧壁，使箱体100密闭。如此设置，不仅节约了箱体100材料成本，还使得可在第一转轴300上设置不同材质的撞击板200，以达到针对不同坚果，实现不同材质撞击板200的快速切换。所述夹持部为4组；所述撞击板200为4个，夹持部之间的相对距离可调节，优选的90°，这样一次安装可实现4块撞击板200的快速切换，而不必更换其他部件，节约了材料，且撞击板200的材质扩展理论上支持无数多个，极大的丰富了本发明的使用场景。

所述箱体100通过支撑臂600固定连接有进料斗700；所述进料斗700的出料口垂直位于所述箱体100上方。所述支撑臂600上设置条形孔；支撑臂600所在的侧壁上设置螺纹孔，及穿过条形孔配合在该螺纹孔内的紧固螺栓800，旋动紧固螺栓800可将支撑臂600压紧在支撑臂600所在的侧壁上。坚果降落高度的准确调节，一般出料口与箱体上方的垂直距离为7～30cm，实现不同种类及品级坚果声纹信号特征信号的高效、高精度获取。

所述进料斗700呈漏斗形，漏斗形上边缘向上延伸呈圆柱形，所述兜臂900中部绕过进料斗700圆柱形上边缘，两端向外侧延伸，整体呈V字形；所述兜臂900下边缘设有刮料条901，根据具体坚果的不同，其材质可为鬃毛或塑料凳。配合输送坚果的传送袋使用时，使得坚果能逐个撞击在撞击板200的固定位置，有效降低了采集声纹信号信息的偏差。

实施例2

本实施例的一种用于坚果分级的声纹信号采集装置，与实施例1基本相同，不同的是所述箱体100一侧壁设有风机110。风机110的出风口和箱体100顶面在同一水平面上，当坚果落下，声纹采集完成后，风机110吹出的风将坚果推向另一侧，此时，竖起的备用撞击板200和可以加高的的备用撞击板200对面的箱体100侧壁阻挡坚果，坚果不会向两侧滑落。实现了坚果声纹信息采集完成后坚果的自动回收。

所述箱体100的远离风机110的侧壁设有收集箱120；所述收集箱120内设有第二转轴301，所述第二转轴301一端连接靠近所述左侧壁的收集箱120内壁，另一端连接在收集箱120对应的内壁上；所述第二转轴301的下方设有隔板121；所述隔板121一侧边缘连接在所述收集箱120的底面，所述隔板121将收集箱120分隔成两个区域；所述第二转轴301上设有分料板122，可以方便快速实现坚果的高效分级分拣。

实施例3

本实施例的一种用于坚果分级的声纹信号采集装置，与实施例2基本相同，不同的是第一转轴300、第二转轴301和紧固螺栓800分别连接有电机130，所述电机130能驱动第一转轴300、第二转轴301和紧固螺栓800旋转，所述电机130连接计算机等信息处理设备。撞击板200表面设有压力传感器，所述压力传感器能感应坚果撞击在撞击板200上的压力，并将信息通过线路传送给计算机等数据处理设备，通过计算机预定的程序识别压力的大小范围对应的坚果种类，驱动电机130旋转，从而实现落下的坚果不同时，撞击板200的自动切换。这样，在本实施例的技术方案中，本装置可作为不同坚果声纹信号信息的采集及分析工具，参照中国发明申请号2019100717680，发明名称为基于声纹信号和振动特性的水果硬度检测方法的专利文献方法，本行业学者可以根据需要，针对不同坚果，按照该方案的设计思路，即采集声纹信号数据和振动信号数据传输至计算机中；利用数字信号处理软件对信号数据预处理并提取特征值；经筛选后得到信号数据的精准特征值；建立坚果检测模型。推动坚果检测科学的建立和完善。

当使用场景从坚果的声纹信号信息探索检测变到坚果的分级分拣时，本实施例的装置可将所述声纹信号采集设备将采集到的声纹信号信息传送给计算机，结合计算机信息处理，判别同种坚果的等级，完毕后，风机110启动，将坚果吹向另一侧，第二转轴301在计算机的信号的指示下，开合不同的收集箱空间，可以实现坚果两级分级，极大了利用了坚果分级技术实现效率化生产。