基于冲量称量的雌雄蚕茧自动分选机的研究.pdf

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1、 基于冲量称量的雌雄蚕茧自动分选机的研究 R e s e a r c ho nM a l ea n dF e m a l eC o c o o nA u t o m a t i cS o r t e r 专 b a s e do nI m p l u s eM e a s u r e m e n t 2 0 1 2 年6 月 江苏大学硕士学位论文 摘要 雄蚕茧在经济性上优于雌蚕茧，对雌雄蚕茧进行分选可以有效提 高丝绸产业的附加值。一般而言，雄蚕茧比雌蚕茧的重量轻，利用两 者在重量上的差异可以有效的对蚕茧进行分选。但是，蚕茧的重量很 轻，利用传统的动态称重方法很难快速测准蚕茧的重量。 论文介绍了

2、雄蚕茧在经济性上优于雌蚕茧的原因和获得雄蚕茧的 一般途径以及国内外关于雌雄蚕茧分选的研究现状，在分析了一般动 态称重原理的基础上，提出了基于冲量称量方法检测蚕茧重量，建立 了称重平台水平放置和倾斜放置两种试验模型。蚕茧从一定的高度经 过自由落体运动冲击到称重平台上，根据动量定理检测蚕茧的冲击力 来确定蚕茧的重量。根据批量试验确定区分雌雄蚕茧的重量区间，然 后通过蚕茧所处的重量区间区分蚕茧的性别。 设计了基于虚拟仪器的雌雄蚕茧自动分选机。硬件设计包括称重 传感器的选用，光电开关的设计，信号放大电路的设计，分选驱动电 路的设计，电源模块的设计以及数据采集卡的选用。使用L a b V I E W 图

3、 像化编程语言设计了软件程序。程序的设计采用模块化的设计方法， 主要功能包括初始化模块，光电开关检测模块，数据采集模块，数据 处理模块，数据显示和保存模块。当有蚕茧下落的时候，光电开关向 数据采集卡发出高电平信号，程序启动数据采集，蚕茧冲击称重平台 的电压信号经过信号放大电路放大之后，数据采集卡对信号进行采样， 应用阈值触发方式对采集的信号进行判断，提取和保存有用信号，通 过建立的模型计算蚕茧的重量，并根据雌雄蚕茧的重量区间判断蚕茧 的性别，同时控制分选模块执行蚕茧的分选动作。 通过试验验证了称重平台水平放置和倾斜放置的试验模型的称量 基于冲量称量的雌雄蚕茧自动分选机的研究 精度和稳定性。通过

4、对称重传感器进行阻尼设计，抑制了传感器自身 振动对称量结果的影响。同时用一定批量的蚕茧进行了试验验证，探 索出了一种分选雌雄蚕茧的新方法。 关键词：冲量称量；雌雄蚕茧；数据采集；自动分选 江苏大学硕士学位论文 M a l eC O c o o ni sb e t t e rt h a nf e m a l ec o c o o n si ne c o n o m i ct r a i t s ，t h e a d d i t i o n a lv a l u eo fs i l ki n d u s t r yc a nb ee f f e c t i v e l yi m p r o v e

5、 db ys e p a r a t i n g t h ec o c o o n si nd i f f e r e n tg e n d e r G e n e r a l l ys p e a k i n g ，t h ew e i g h to ff e m a l e c o c o o ni sh e a v i e rt h a nt h ef e m a l ec o c o o n T h ec o c o o nC a l lb es o r t e di n d i f f e r e n tg e n d e rt h r o u g ht h ew e i g h t

6、d i f f e r e n c e B u t ，t h ew e i g h to fc o c o o ni s v e r yl i g h t I t i sv e r yd i f f i c u l tt od e t e c tt h ew e i g h to ft h ec o c o o ni n t r a d i t i o n a ld y n a m i c w e i g h i n gm e t h o d I nt h i sp a p e r t h er e a s o no fm a l ec o c o o nw a sb e t t e rt h

7、 a nf e m a l e c o c o o n si ne c o n o m i ct r a i t s ，t h eg e n e r a la p p r o a c h e so fo b t a i nt h em a l e c o c o o n sa n dt h es t u d ys i t u a t i o no fs o r t i n gm a l ea n df e m a l ec o c o o n sa t h o m ea n da b r o a dw a s i n t r o d u c e d I m p u l s ew e i g h

8、 i n gm e t h o dW a sa p p l i e d t o d e t e c tt h ew e i g h to fc o c o o no nt h eb a s i so fa n a l y s i st h eg e n e r a ld y n a m i c w e i g h i n gp r i n c i p l e T w ok i n d so fe x p e r i m e n t a lm o d e l sw h i c hw e r et h e w e i g h i n gp l a t f o r mh o r i z o n t

9、a l l y a n dt i t l e dp l a c e dW a se s t a b l i s h e d T h e c o c o o nw a si m p a c t e dt ot h ew e i g h i n gp l a t f o r ma f t e rd r o pf r o mac e r t a i n h e i g h t A c c o r d i n gt ot h et h e o r e mo fm o m e n t u m ，t h ei m p a c tf o r c ew a s d e t e c t e dt od e t

10、e r m i n et h ew e i g h to ft h ec o c o o n Ab a t c ht e s tW a sd o n et o d e t e r m i n et h ew e i g h ti n t e r v a lf o rm a l ec o c o o n sa n df e m a l ec o c o o n s T h e n t h eg e n d e ro ft h ec o c o o nw a s j u d g e db yi t sw e i g h t T h em a l ea n df e m a l eC O C O O

11、 na u t o m a t i cs o r t e rs y s t e mw a sd e s i g n e d b a s e do nv i r t u a li n s t r u m e n t T h es y s t e mw a si n t r o d u c e di nt w oa s p e c t s w h i c hw e r eh a r d w a r ed e s i g na n ds o f t w a r ed e s i g n T h eh a r d w a r ed e s i g n i n c l u d e dt h es e l

12、 e c t i o no fw e i g h i n gs e n s o r , s i g n a la m p l i f i c a t i o n ，p o w e r c i r c u i t ，p h o t o e l e c t r i cs w i t c hc i r c u i t , t h es o r t i n gi m p l e m e n t a t i o nc i r c u i ta n d t h es e l e c t i o no fd a t aa c q u i s i t i o nc a r d L a b V I E Wg r

13、 a p h i c a lp r o g r a m m i n g l a n g u a g ew a su s e dt od e s i g nt h es o f t w a r e M o d u l a rd e s i g nm e t h o dW a s n l 基于冲量称量的雌雄蚕茧自动分选机的研究 u s e di nt h ep r o g r a md e s i g n T h em a i nm o d u l e si n c l u d e dt h ei n i t i a l i z a t i o n m o d u l e ，t r i g g e

14、 rd e t e c t i o nm o d u l e ，d a t aa c q u i s i t i o nm o d u l e ，d a t ap r o c e s s m o d u l ea n dd a t ad i s p l a ya n ds t o r a g em o d u l e T h ed e s i g no fp r o g r a m 丘a 瑚_ e a n de a c hm o d u l ew a si n t r o d u c e di nd e t a i l W h e nt h e c o c o o nf e l l ， p h

15、 o t o e l e c t r i c s w i t c hs e tah i g hl e v e lt ot h ed a t aa c q u i s i t i o nc a r d T h e p r o g r a ms t a r t s t oc o l l e c td a t a T h ev o l t a g es i g n a lw a sa m p l i f i e db yt h e s i g n a la m p l i f y i n gc i r c u i t T h e nt h es i g n a lw a ss a m p l e d

16、b yd a t aa c q u i s i t i o n c a r d T h et h r e s h o l dt r i g g e r i n gm o d ew a sa p p l i e dt oe x t r a c tt h eu s e f u ls i g n a l a n dt h es i g n a lW a ss a v e db yt h ep r o g r a m T h r o u g ht h ee s t a b l i s h e dm o d u l e c a l c u l a t et h ew e i g h to ft h ec

17、 o c o o n T h e nt h eg e n d e ro ft h ec o c o o nw a s j u d g e d A tt h es a m et i m ec o n t r o ls o r t i n gm o d u l ep e r f o r m sc o c o o ns o r t i n g a c t i o n T h ep r e c i s i o na n ds t a b i l i t yo ft h et w om o d u l e sw h i c hW a st h e 江苏大学硕士学位论文 目录 ：第一章绪 论。一。1 1

18、1 课题的背景及研究意义1 1 2 国内外对雌雄蚕茧分选的研究现状2 1 3 称量技术的研究现状3 1 3 1 动态称重的发展历史3 1 3 2 动态称量的常用方法和原理4 1 3 3典型的动态称重设备4 1 3 4 选用冲量称量方法检测蚕茧重量的原因6 1 4 课题研究的主要内容6 1 5 本章小结7 第二章雌雄蚕茧自动分选机的系统方案设计。8 2 1 雌雄蚕茧重量静态检测试验8 2 2 冲量方法称量蚕茧的原理9 2 2 1 称重平台水平放置的冲量称量模型9 2 2 2 称重平台倾斜放置的冲量称量模型1 2 2 2 3 传感器的阻尼设计1 3 2 3系统的总体方案设计。1 7 2 4 本章小

19、结1 8 第三章雌雄蚕茧自动分选机的硬件设计。一。1 9 3 1 称重传感器的选择和使用1 9 3 2 光电开关的设计2 2 3 3 信号放大电路的设计。2 4 3 4 分选驱动电路的设计2 5 3 5电源模块的设计2 6 3 6 数据采集卡的选用2 6 3 7 本章小结2 8 第四章雌雄蚕茧自动分选机的系统软件设计一。一。2 9 4 1 系统运行流程2 9 4 2 L a b V I E W 平台简介3 0 4 3 程序设计模式。3 0 4 4 功能模块设计3 1 V 基于冲量称量的雌雄蚕茧自动分选机的研究 4 5 4 6 第五章 5 1 5 2 5 3 5 4 5 5 5 6 第六章 4

20、4 1 数据采集卡的功能函数3 2 4 4 2 参数配置模块。3 3 4 4 3 初始化模块3 4 4 4 4 光电开关信号检测模块3 4 4 4 5 数据采集模块3 5 4 4 6 数据显示和保存模块。3 5 4 4 7 数据处理模块3 6 4 4 8 分选信号控制模块3 7 程序功能实现3 7 本章小结3 9 系统的试验与验证 称重系统的静态标定。4 0 称重平台水平放置的动态验证4 1 称重平台倾斜放置的动态验证4 4 阻尼设计的验证4 6 批量试验4 8 本章小结。4 9 结论与展望 5 0 6 1 总l 墙! ；( ) 6 2 展望。5 0 参考文献 致谢 硕士期间发表论文和取得成果

21、 附录 5 2 5 5 5 6 5 7 江苏大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1课题的背景及研究意义 我国是蚕茧和蚕丝生产大国，蚕茧和蚕丝产量占世界产量的7 0 ，蚕丝和相 关制品的出口额超过3 0 亿美元，丝绸贸易占据8 0 的世界份额。蚕丝产业深受劳 动力供给和劳动力价格的影响，劳动力成本占养蚕生产总成本的6 0 7 0 。国外 的发展经验证明，随着劳动力价格的上升，养蚕业就会衰退或者转移到成本较低 的区域。劳动力充足的越南，印度等国蚕丝产业发展迅速。近年来，由于蚕丝生 产地区劳动力价格不断提高，我国的蚕丝生产规模正逐步缩小，由经济发达区域 向不发达区域转移。蚕丝产业属于劳动密集型产业，很

22、难通过降低劳动成本提高 经济效益。另一方面，国际市场上高质量的丝绸主要产自意大利和日本，我国虽 然是蚕丝生产大国，但是在高质量生丝和高端丝绸产品的生产领域却与意大利、 日本等国相差甚远，因此提高生丝档次成为我国生丝生产迫切需要解决的问题【l _ 3 l 。 近年来，关于雄蚕茧的研究和讨论越来越多。雄蚕茧的茧质与蚕丝特征优于 雌蚕茧，雄蚕丝具有茧丝纤度细、净度优、耐磨擦、生丝等级高、弹性好等优点。 雄蚕茧缫丝制出的生丝较雌性蚕茧或者雌雄混合缫丝的生丝质量可以提高1 2 个 等级，可达到国际高端生丝市场的要求。雄蚕丝已被国家科技部、海关总署、工 商总局、税务局和财政部认定为国家级高新技术产品，发达

23、国家对雄蚕丝有着巨 大需求。目前在蚕丝的生产过程中使用的是雌性蚕茧混合干燥，缫丝的方法【O l 。 这种混合缫丝的方法不能生产出6 A 级高品位生丝。因此为了得到高品位的生丝， 提高蚕丝产业的附加值，必须对雌雄蚕茧进行分选，得到雄蚕丝。 在蚕种生产的过程中要进行蚕种的杂交，就要首先获得不同品种的蚕种，一 种蚕种提供雌蚕茧，一种蚕种提供雄蚕茧。传统的鉴别方法是把蚕茧削开，使用 人工识别的方法判断雌雄蚕茧，雌蚕茧与雄蚕茧在生理上存在比较明显的生理差 异，与雄蚕茧相比雌蚕茧的体态偏大，且在腹部的地方有比较明显的X 形条纹【1 1 l 。 利用这种方法来识别雌雄蚕蛹，存在效率偏低的缺点，而且蚕茧的育种

24、周期很短， 短时间内的大批重复性劳动会造成检测者疲劳进而影响分选的准确性。 目前获得雄蚕丝的途径主要要有以下几个【1 2 s l 。第一个途径是饲养限性品种， 基于冲量称量的雌雄蚕茧自动分选机的研究 目前已育成卵色，蚕体色，茧色限性品种，可在卵、幼体或在蚕蛹期区分雌性蚕 茧。第二个途径是性连锁平衡致死系统，专养雄蚕。第三个途径是利用遗传的温 度敏感性控制只有雄蚕孵化。第四种方法是饲养家蚕荧光判性蚕品种，苏州的学 的虞晓华教授选育出了“荧苏x 荧晓“ 蚕品种，这种品种雄茧为黄荧光色，雌蚕为 紫荧光色，通过荧光灯检测可以实现雌雄蚕茧分选。 综上所述，现有的获得雄蚕茧的途径要么是专养雄蚕茧，要么是需

25、要专养特 定的蚕品种。现有的优良蚕种，很难使用上述方法获得大批量的雄蚕茧。因此， 探索无损检测的方法，对雌雄蚕茧进行分选，在蚕丝生产和蚕种生产领域具有十 分重要的经济意义和巨大的应用价值。 1 2 国内外对雌雄蚕茧分选的研究现状 对雌雄蚕茧的分选，其核心问题是在不破坏蚕茧的情况下，判断出蚕茧的性 别。目前针对普通蚕茧品种的雌雄分选技术尚不成熟，苏州大学，江苏大学，徐 州师范学院和上海理工大学对雌雄蚕茧的分选技术进行过研究。其研究的主要方 法有：利用荧光法鉴别雌雄蚕茧，红外光谱分析法鉴别雌雄蚕茧和核磁共振方法 识别雌雄蚕茧。 1 荧光法鉴别雌雄蚕茧 苏州大学蚕桑研究所虞晓华副教授根据家蚕蚕茧荧光

26、色的遗传机制，选育了 荧光茧色判性蚕品种。在荧光灯下发出黄光的是雄茧，发出紫光的是雌茧。南京 理工大学与江苏苏豪蚕业科技发展有限公司等单位，开发了针对该品种的雌雄蚕 茧自动分选机，该分选机采用光敏电阻检测蚕茧在紫外线照射下激发出的荧光信 号，以荧光强度作为分选雌雄蚕茧的依据。目前该技术已经比较成熟，使用该技 术可以得到6 A 级生丝【1 9 伽。但是荧光法不能鉴别普通蚕茧的性别，该技术的推广 面临很大的难度。 2 近红外光谱分析法鉴别雌雄蚕茧 1 9 9 5 年，徐州师范学院的潘沈元提出了使用蚕茧近红外反射谱识别雌雄蚕茧 的方法，对蚕茧做近红外扫描，由计算机自动将反射信息保存。提取雌雄蚕茧近

27、红外光谱的特征向量，以此特征向量建立B a y s 判别函数，识别雌雄蚕茧，该方法 的识别率达到了9 5 7 。2 0 0 8 年江苏大学的李品玉等对近红外光谱鉴别雌雄蚕茧 2 江苏大学硕士学位论文 做了进一步的研究，将蚕茧剪成圆形，使用光谱分析仪检测近红外漫反射光谱， 用偏最小二乘人工神经网络方法建立了雌雄蚕茧的校正识别模型，该方法对雄蚕 茧的识别率达到了9 5 7 ，但是该方法对蚕茧进行了破坏，检测之后的蚕茧不能应 用到蚕丝生产【2 1 倒。使用近红外光谱技术对检测条件的要求比较高，而且检测的 实时性不好，目前该技术还不够成熟。 3 核磁共振成像方法识别雌雄蚕茧 2 0 0 8 年，上海理

28、工大学研究了使用核磁共振成像法识别蚕茧性别，该方法依 据雌雄蚕茧腹部丝腺组织自由水和结合水比例存在差异，这种差异进一步影响核 磁共振成像灰度等级的原理，利用图像处理的方法识别雌雄蚕茧幽，这种方法识 别，具有比较好的识别精度，但是核磁共振成像设备非常昂贵，限制了该方法的 推广。 综上所述，目前的比较成熟的雌雄蚕茧分选技术，是利用荧光法进行分选， 但是，这种方法只适用于荧光茧色判性蚕品种的分选。对普通蚕品种的无损分选 还没有成熟的无损检测方法。一般来讲雄蚕茧比雌蚕茧的尺寸小，重量轻。徐州 师范大学的潘沈元等曾经做过以质量特征识别蚕茧雌雄的研究，中系蚕种的识别 率达到了9 5 7 1 ，日系蚕种的识

29、别率为9 5 1 8 。同一蚕品种的雌雄个体之间，普 遍存在重量上的差异【2 5 伽。因此，使用重量特征对雌雄蚕茧进行分选是一种很有 应用前景的方法。 1 3 称量技术的研究现状 1 3 1 动态称重的发展历史 动态称量则是检测被测重量的瞬时值或其随时间的变化值。在动态测量过程 中，必须考虑信号的时间响应，即传感器受到物料激励发生突变到信号稳定这段 时间间隔。静态称重最关心的是测量结果的不确定度和稳定性，并不考虑响应时 间。对于动态称重来说，快速性和精度是两个要同时兼顾的指标。 动态称重技术的发展主要分为以下3 个阶段：第一个阶段是2 0 世纪5 0 年代， 随着欧洲经济的繁荣，工业发达国家对

30、机械衡器提出了加快称量速度，自动记录 记录称量结果等新指标。于是为机械衡器添加了新式打印机，使用电磁铁来代替 人工控制按键。第二个阶段是2 0 世纪6 0 年代，由于工业生产的发展，要求衡器 3 基于冲量称量的雌雄蚕茧自动分选机的研究 能直接获取与被称量物体重量成比例的电信号。随着应变式称重传感器技术的成 熟，美国衡器企业开始把称重传感器安装在衡器上，直接将重量信号转换成电信 号，通过称重仪表显示结果，称为机电结合秤。第三个阶段是2 0 世纪8 0 年代中 期至今随着称重传感器技术、微电子技术、计算机技术、数据处理技术、现代制 造技术的发展，具有称量，计算，控制，通信等功能的智能化电子衡器随处

31、可见。 电子称重装置在计量精度上有了巨大的进步，功能也不断完善，并且可以根据企 业和现场环境的需要定制出不同类型的电子动态称重系统 2 s - 2 9 。 1 3 2 动态称量的常用方法和原理 常用的动态称重的方法和原理主要有以下几种【则： 1 冲量法：根据动量定理1 2F ( t ) d t = m ( V z K ) 已知速度的变化量，通过检测冲量来求得物料的质量。目前，这种方法常用 于谷物流量在线检测和固体粉粒物料流量的测量。 2 体积法：根据m = P V 已知被测对象的密度，检测其体积，来确定被测对象的质量。由于在动态称 重过程中密度已发生变化而且很多被测对象的密度不是均匀的，体积的

32、测量也是 通过图像处理等方法建立模型进行评估检测的，体积的测量值不够精确，所以精 度不高。 3 辐射吸收法：根据I = I o e 眺 利用被测对象对射线吸收的原理进行测量，当测对象少时，精度很低。 4 重量法：根据G = m g 把重物压在称重平台上，通过检查被测对象的重量来确定其质量。目前，研 究的最多的称重理论就是基于重量法的动态称重理论，大多数动态称重装置采用 这种原理。 5 质量法：根据F = m a 通过测量力F 和加速度a 来求得质量m ，这种方法的研究不是很多。 1 3 3 典型的动态称重设备 动态设备在工农业生产的各个领域有着广泛的应用，比较典型的动态称重设 4 江苏大学硕士

33、学位论文 备分为以下几种p 1 。9 】： 1 车辆动态称重 车辆动态称重是在车辆运动的状态下的称量，目前比较流行的是轴重仪。称 重平台静止放置，检测的时候，车辆以一定的速度通过称重平台，车辆对平台的 作用时间很短一般在几百毫秒以内，称重系统分别测出车辆各轴轴荷，在由测试 系统计算出整车重量。 2 重量分选机 重量分选机是一种中低速、高精度的包装生产线的检重设备，可用于各种生 产线以及输送线的集成，主要检测产品的重量是否合格，以及重量存档。重量分 选机一般包括三部分组成：上料皮带，计量皮带和分选皮带。检测的时候让被测 产一定的速度通过称重平台，在这一过程中快速的检测出产品的重量值。重量分 选机

34、可以设定重量区间，当被测对象的质量不在区间内的时候，把它从生产线移 走。 3 配料秤 配料秤是指按预先给定的质量比例，对被称量的几种物料进行配料计量的衡 器。一般由秤体、加料机构、卸料结构和电控系统组成。工作时，控制器按设定 的配料顺序和重量控制参数，使执行机构对多种物料依次进行自动计量和配料。 4 电子皮带秤 电子皮带秤可以检测一段时间你输送物料的重量。电子皮带秤由秤架，测速 传感器，称重传感器和控制显示仪表灯组成。电子皮带秤称重桥架安装在输送机 架上，当物料经过时，计量托辊检测到皮带上物料的重量经过杠杆作用于称重传 感器，得到重量信号。速度传感器用来检测到的速度信号，通过对二者的积分运 算

35、得到瞬时流量值和累积重量值，并显示出来。 5 冲量流量计 冲量流量计一般由冲量变送器、流量积算仪以及稳流装置等组成。当物料从 给料机，落到倾斜放置的称重挡板上。根据动量定理，物料对挡板的水平冲击力 正比于物料的流量。一般使用称重传感器或者位移传感器把冲击力转化为电压信 号，由流量积算仪经过进一步的处理得到被称量物料的流量。 5 基于冲量称量的雌雄蚕茧自动分选机的研究 1 3 4 选用冲量称量方法检测蚕茧重量的原因 蚕茧是一个比较特殊的称量对象，由于蚕茧的密度不均匀所以无法使用体积 法和辐射吸收法，通过质量法检测被称量对象质量的研究还不够成熟，因此使用 与蚕茧重量称量的方法实际上只有重量法和冲量

36、法。现有的冲量法动态称重装置 一般采用计量皮带来检测物料的重量，由于蚕茧的重量很轻，平均重量约为1 5 9 ， 而计量皮带的重量显然要比蚕茧重很多，而且由于计量皮带的运动会带来振动， 因此即使采用称重精度很高的传感器也很难准确的检测到蚕茧的重量。因此，使 用重量法很难准确的检测出蚕茧的重量。现有的冲量法动态称重，一般用于连续 物料的流量检测，对蚕茧这种离散物料检测的应用还未见报道。使用冲量称量方 法，被测对象从一定高度落到称重平台上，称重平台检测到的冲击力比物料滚过 称重平台的作用力要大很多，这个过程起到了信号放大的作用，因此本论文探索 了冲量称量的方法检测蚕茧的质量。 1 4 课题研究的主要

37、内容 目前，利用冲量称量的方法，检测离散物料的质量的研究很少，本课题首先 研究了冲量称量的理论依据，进行了理论推导，建立冲量称量的模型。然后通过 批量的静态称量实验，验证了雌雄蚕茧在重量上存在比较大的差异。接着对系统 进行了软硬件设计，搭建了系统的试验平台。使用L a b V I E W 开发环境设计系统的 软件程序，使用M e a s u r e m e n tC o m p u t i n g 公司的多功能数据采集卡以及相关电路 完成系统的硬件设计。最后利用搭建的系统平台，对试验模型模型和系统的性能 进行了验证。 本研究主要包括以下四个部分： 1 系统方案的设计 建立使用冲量称量方法检测蚕

38、茧重量的理论模型，设计系统总体方案。 2 系统硬件的设计 进行硬件设计，实现称重信号的放大、采集等功能，以及光电开关，系统电 源，驱动电路等硬件模块的设计。 3 L a b V I E W 应用程序的编制 使用L a b V I E W 来编写虚拟仪器的应用程序，实现数据采集、数据处理、数据 6 江苏大学硕士学位论文 显示、数据存储等功能。 4 实际试验验证和系统的改进 使用搭建的试验平台对蚕茧的重量进行检测，验证冲量称量的可行性，以及 系统的精度。 1 5 本章小结 本章介绍了本课题研究背景、目的及意义，雌雄蚕茧分选的研究现状，动态 称重和蚕茧冲量称量的研究现状，最后介绍了本研究的主要内容和

39、研究方法。 7 基于冲量称量的雌雄蚕茧自动分选机的研究 第二章雌雄蚕茧自动分选机的系统方案设计 2 1雌雄蚕茧重量静态检测试验 在2 0 1 0 年6 月份，从镇江蚕业研究所拿到6 3 3 个蚕茧，用这些蚕茧做了预试 验。首先使用电子天平检测这些蚕茧的质量，然后剥开蚕茧，根据蚕茧的生理差 异来判断蚕茧的性别，并记录蚕茧的质量和性别信息。实验完成后，使用M a tl a b 分别做出了雌蚕茧和雄蚕茧的质量分布直方图，如图2 1 所示。从图中可以看到， 雌蚕茧和雄蚕茧的质量分布均遵从正态分布。8 2 3 的雄蚕茧的质量主要分布于 1 1 9 1 4 9 ，7 8 7 的雌蚕茧的质量主要分布于1 5

40、 9 - 1 9 9 。蚕茧雌雄交叉区域主要是 在1 吨1 5 9 之间，如果把小于1 4 9 的蚕茧定雄蚕茧，大于1 5 9 的蚕茧定为雄蚕茧， 那么处于该区间的雄蚕茧和雌蚕茧分别占该性别蚕茧总数的9 8 9 5 和9 3 4 4 。在 1 4 9 一1 5 9 之间没做分选的只占蚕茧总数的6 3 2 。因此通过检测重量的方法来分选 数目 毒妒 e , o - - 一 4 0 - 慝嚣扩 一新叁 叠伊 o - 尊扩 蠹伊 ，。魂 o _ 7 弋 0 伊 弋 抄 公 1 1 0 - 麝粕i 丢赫刁 ；= 磊 t 葫 ，毒舀蝴盏孙a 质里， 图2 1 雌蚕茧和雄蚕茧的质量分布直方图 F i g

41、2 1H i s t o g r a mo ft h em a l ea n df e m a l ec o c o o n s q u a l i t y 8 t 性捌 雄 江苏大学硕士学位论文 2 2 冲量方法称量蚕茧的原理 目前冲量称量方法主要应用在谷物或者粉体性固态物料的流量检测I 舢3 】，本 研究在现有冲量称量方法的基础上，探索适用于蚕茧称量的称重模型。冲量方法 检测蚕茧的重量是一种比较新颖的方法，因此首先设计了验证性的称重平台水平 放置的冲量称量模型，使用这种方法建立的试验模型，试验参数易于控制，能够 保证试验的精度。但是使用这种方法，蚕茧落到水平放置的称重平台以后静止在 称重平

42、台上，不利于实现连续称量，因此又设计了称重平台倾斜放置的试验模型。 2 2 1称重平台水平放置的冲量称量模型 冲量方法称量蚕茧的重量是基于动量原理而工作的，其测量原理如下图2 2 所 示，蚕茧从一定高度h ，经过一段自由落体运动冲击到称重平台上，蚕茧对称重平 台的冲击力等于称重平台对蚕茧的支持力，称重平台支持力的作用下，蚕茧的速 度不断减小最终在称重平台上静止下来。 厶 口 图2 2 称重平台水平放置的冲量称量模型 F i g 2 2I m p u l s ew e i g h i n gm o d e lf o rt h ew e i g h i n gp l a t f o r mh o

43、r i z o n t a l l yp l a c e d 根据动量定理可得： 珞t = m V( 2 1 ) 在这个过程中蚕茧受到的合力 乓= F m g( 2 - 2 ) 其中F 为称重平台对蚕茧的支持力，也等于蚕茧对称重平台的冲击力，这个 力可以由称重平台检测出来。F 是一个变力，合力的冲量可以通过以下公式表示 珞a t = I F ( t ) d t m g a t ( 2 - 3 )口 、， 蚕茧从一定的高度h ，设蚕茧接触到称重平台瞬间的速度为V ，假设蚕茧的下 O 基于冲量称量的雌雄蚕茧自动分选机的研究 J l ：要z ( 2 4 ) 可得 一阵( 2 - 5 ) 扣、了 那么

44、 矿= = 厨 ( 2 6 ) 蚕茧最终在称重平台上稳定下来，最终的速度为0 ，所以 m y = 朋厨( 2 7 ) 把公式( 2 - 3 ) 和( 2 7 ) 代入公式( 2 - 1 ) 得： m = 黠 ， g 厶l + q 2 9 h 由公式( 2 8 ) 可以看出，蚕茧的质量r n ，由蚕茧的冲击力F 和整个“ z - t N 的作用 时间t 决定。不同蚕茧的作用时间可能是有差别的，假设不同的蚕茧作用到称重 平台上的最大时间为k ，并且把这个值视为所有蚕茧的作用时间，其中一个蚕茧 的实际作用时间为t ，这么做会不会带来理论误差呢? 作用时间取t r 即) d t 一啷= 聊莎( 2 -

45、 9 ) m = 黠g t m = 产一 I Z - l U l + q j z g h 作用时间取f 矗 f F ( t ) d t 一= m i r g 厅( 2 - 1 1 ) r 川) d r 一啷+ r 即) d t m g ( t 一叫= 小莎( 2 - 1 2 ) 当蚕茧在称重平台上静止以后，蚕茧作用在称重平台的力只有自身的重力 F O ) = m g( 2 1 3 ) r t V ( t ) d t 一愕( k f ) = 0 ( 2 - 1 4 ) 江苏大学硕士学位论文 这时计算的蚕茧质量 m = 黠 厅l = 产2 = =IZ - 1 ) l g t + 0 2 9 h 计算结果和作用时间取t 时的结果一样，不会带来理论误差，检测出这段 时间内冲击力与时间的积分就可以获得蚕茧的重量。 整个检测过程的电压波形如图2 3 所示，图中电压波动比较剧烈的区间内的电 压与时间的积分值可以反映蚕茧的质量。需要对采集到的电压信息进行处理来反 映，蚕茧对称重平台的冲量