基于智能传感器的物料分选检测系统及方法与流程

本发明涉及智能传感器物料分选检测，具体为基于智能传感器的物料分选检测系统及方法。

背景技术：

1、物料分选检测过程中，阵列式压电传感器可以采集待分选物料流经检测区域时产生的振动波形，依据振动波形的幅值、频率或持续时间等参数对物料颗粒进行识别。这类检测方式在物料分选中得到应用，用于区分不同碰撞特性或表面状态的物料颗粒。

2、对于连续通过检测区域的多个物料颗粒，传感器输出波形由多个颗粒的振动响应叠加形成，相邻颗粒之间的波形边界模糊。现有处理手段通常以固定时间窗口或整体峰值分布进行截取，未结合单个物料颗粒在检测区域内的实际滞留时间进行划分，导致一个分析窗口内可能同时包含前后颗粒的振动成分。颗粒间距不均匀或局部信号幅值接近时，固定窗口截取容易错位，使后续提取的能量和形貌特征受到相邻物料信号干扰，影响单个颗粒的独立判定。为抑制噪声，部分方案将多个传感单元输出进行加权合成，但合成后波形仍保留连续叠加特性。

3、现有物料分选方法中，用于分选的判据多来自波形幅值阈值、峰值频率或整体能量等单一特征。此类单一特征对物料碰撞特性和表面硬度差异的表征能力有限，当物料颗粒之间存在弹性碰撞强弱相近但表面硬度不同，或者表面硬度相近但弹性碰撞强弱不同的情况时，单一特征无法形成有效区分。尤其在同一振动波形中，上升沿和下降沿蕴含不同的碰撞接触阶段信息，仅依赖整体统计量难以同时反映碰撞能量和表面硬度，容易造成归属通道判定不清。

4、为降低连续物料分选过程中的通道误判，需要从连续振动波形中分离出单个物料颗粒对应的独立振动信号段，并从该独立振动信号段中同时提取能够表征弹性碰撞强弱和表面硬度的波形特征，用于分选通道判定。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种基于智能传感器的物料分选检测系统及方法，通过阵列式压电传感器采集振动波形序列，依据滞留时间参数分离各物料颗粒的独立振动节拍，提取独立振动节拍中上升沿累计能量值和下降沿曲率半径序列，将累计能量值门限比较产生的第一分选触发信号与曲率半径突变映射的硬度标识位进行逻辑组合，确定当前物料颗粒的归属分选通道，从而减少连续振动波形中颗粒信号混叠对分选判定的影响，改善碰撞能量和表面硬度差异下的分选可靠性。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明提供一种基于智能传感器的物料分选检测方法，包括：通过阵列式压电传感器采集待分选物料流经检测区域时所产生的振动波形序列；根据所述振动波形序列中相邻峰值点之间的时间间隔，生成物料在检测区域内的滞留时间参数；利用所述滞留时间参数对所述振动波形序列进行分段截取，得到与各物料颗粒对应的独立振动节拍；提取所述独立振动节拍中波形上升沿的累计能量值以及下降沿的曲率半径序列；将所述累计能量值与预设的弹性碰撞能量阈值进行门限比较，生成第一分选触发信号；将所述曲率半径序列中数值突变的坐标位置，映射为物料表面硬度标识位；根据所述第一分选触发信号与所述硬度标识位的逻辑组合状态，确定当前物料颗粒的归属分选通道。该方案利用滞留时间参数对不同物料颗粒的连续振动波形进行有效切分，并通过能量阈值与硬度标识位的逻辑组合实现多通道分选，提高物料分选的准确性和效率。

3、作为本发明的一个技术方案，通过阵列式压电传感器采集振动波形序列时，将阵列式压电传感器中每个传感单元在连续时间窗口内输出的电压模拟量按照固定的采样频率转换为数字量，形成多路并行的时间序列；以阵列式压电传感器中处于中心位置的传感单元的时间序列为基准，计算其余各传感单元的时间序列相对于所述基准的相位延迟量；将所述相位延迟量处于预设角度区间内的多个传感单元的输出值进行加权叠加，得到合成振动波形；将所有传感单元中输出值超过启动阈值的时刻标记为有效采集起始点，并从所述有效采集起始点开始截取固定时长的波形段，作为所述振动波形序列。该优选方案通过相位延迟筛选和加权叠加，增强有效振动信号，抑制非同步干扰。

4、作为本发明的一个技术方案，生成物料在检测区域内的滞留时间参数时，遍历所述振动波形序列中的所有局部极大值点，记录每个局部极大值点对应的时间戳；将相邻时间戳的局部极大值点进行配对，计算每一对中后一局部极大值点的时间戳与前一局部极大值点的时间戳之差，作为初始间隔值；统计所述初始间隔值中数值小于物料最小通过时间阈值的间隔值，将其合并到相邻的间隔值中，直至所有间隔值均大于等于所述物料最小通过时间阈值，将合并后的间隔值作为物料颗粒之间的分离间隔；将所述分离间隔中数值小于接触时间上限的间隔值标记为有效滞留间隔，将所有有效滞留间隔的算术平均值作为所述滞留时间参数。这样得到的滞留时间参数能够更准确地反映物料颗粒与检测区域的实际接触持续时间，提高后续波形分段截取的合理性。

5、作为本发明的一个技术方案，利用所述滞留时间参数对所述振动波形序列进行分段截取时，以所述振动波形序列的起始采样点为当前截取起点，从所述当前截取起点开始向后搜索幅值首次超过物料触发阈值的采样点，将该采样点标记为节拍起始边界；从所述节拍起始边界开始，向后推移与所述滞留时间参数相等的采样点数，将推移后到达的采样点标记为节拍终止边界；提取所述节拍起始边界与所述节拍终止边界之间的所有采样点，组成一个独立振动节拍；将所述节拍终止边界作为新的当前截取起点，重复搜索和提取步骤，直至遍历完整个振动波形序列。该方案能够将连续振动波形按照物料颗粒的实际通过时间进行准确切分，减少颗粒间波形混叠对后续特征提取的影响。

6、作为本发明的一个技术方案，提取所述独立振动节拍中波形上升沿的累计能量值以及下降沿的曲率半径序列时，在所述独立振动节拍内定位幅值达到最大值的峰值采样点，将所述峰值采样点之前的所有采样点划分为上升沿区间；计算所述上升沿区间内每个采样点幅值的平方值，并将所有平方值求和后乘以相邻采样点之间的时间间隔，得到所述累计能量值；将所述峰值采样点之后的所有采样点划分为下降沿区间；在所述下降沿区间内依次取连续的三个采样点构建三角形，计算该三角形的外接圆半径，将所述外接圆半径作为该三个采样点中中间采样点的曲率半径，遍历所述下降沿区间得到所述曲率半径序列。该优选方案同时提取波形能量特征和下降沿曲率特征，为后续分选判断提供多维依据。

7、作为本发明的一个技术方案，生成第一分选触发信号时，获取当前物料颗粒在进入检测区域前的初始速度值和标称质量值，根据所述初始速度值和所述标称质量值计算基准动能；根据所述基准动能与所述滞留时间参数的比值，确定所述弹性碰撞能量阈值的数值；当所述累计能量值大于所述弹性碰撞能量阈值时，将所述第一分选触发信号置为高电平状态；当所述累计能量值小于等于所述弹性碰撞能量阈值时，将所述第一分选触发信号置为低电平状态。该方案根据物料动能和滞留时间动态调整阈值，避免固定阈值在不同工况下造成误判。

8、作为本发明的一个技术方案，将所述曲率半径序列中数值突变的坐标位置映射为物料表面硬度标识位时，计算所述曲率半径序列中相邻两个曲率半径值的差值绝对值，得到差值序列；将所述差值序列中数值大于突变判定门限的差值所对应的坐标位置，标记为突变坐标；统计所述突变坐标在所述曲率半径序列中的分布密度，并根据所述分布密度确定物料表面的凹凸等级；将所述凹凸等级与预设的硬度映射表中的硬度级别进行匹配，将匹配得到的硬度级别对应的二进制编码作为所述硬度标识位。该方案将波形下降沿的曲率突变特征转化为硬度标识，实现物料硬度的非接触式识别。

9、作为本发明的一个技术方案，根据所述第一分选触发信号与所述硬度标识位的逻辑组合状态确定当前物料颗粒的归属分选通道时，当所述第一分选触发信号为高电平状态且所述硬度标识位对应的数值处于第一硬度区间时，将所述当前物料颗粒分配至第一分选通道；当所述第一分选触发信号为高电平状态且所述硬度标识位对应的数值处于第二硬度区间时，将所述当前物料颗粒分配至第二分选通道；当所述第一分选触发信号为低电平状态且所述硬度标识位对应的数值处于第一硬度区间时，将所述当前物料颗粒分配至第三分选通道；当所述第一分选触发信号为低电平状态且所述硬度标识位对应的数值处于第二硬度区间时，将所述当前物料颗粒分配至第四分选通道。该方案通过两个特征的组合逻辑实现四通道分选，提升分选分辨率和工况适应性。

10、作为本发明的一个技术方案，所述加权叠加时，各传感单元的输出值的权重系数根据该传感单元与中心位置传感单元之间的相位延迟量确定，且权重系数与相位延迟量的余弦值成正比。这样可使各通道信号在相位对齐后有效增强，抑制非同步干扰。

11、本发明还提供一种基于智能传感器的物料分选检测系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现上述基于智能传感器的物料分选检测方法的步骤。该系统可应用于工业物料分选场景，利用阵列式压电传感器采集的振动波形完成物料特征提取和逻辑分选，实现自动化、高效率的分选操作。

12、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

13、阵列式压电传感器采集待分选物料流经检测区域时产生的振动波形序列后，由相邻峰值点之间的时间间隔确定初始间隔值，对小于物料最小通过时间阈值的间隔进行合并，将数值小于接触时间上限的间隔作为有效滞留间隔，并以有效滞留间隔的算术平均得到滞留时间参数。利用滞留时间参数对振动波形序列进行分段截取时，从当前截取起点开始搜索幅值首次超过物料触发阈值的采样点作为节拍起始边界，向后推移与滞留时间参数对应的采样点数作为节拍终止边界，两个边界之间的采样点构成与单个物料颗粒对应的独立振动节拍。由于截取边界根据物料实际滞留时长确定，不再依赖固定时间窗口或整体峰值分布，连续通过的多个物料颗粒即使间距不均匀或局部幅值接近，仍能按照各自通过检测区域的时间被划分开，相邻颗粒的振动响应不会进入同一分析窗口，提取的上升沿和下降沿特征均来自同一物料颗粒的碰撞过程，减少了信号混叠对后续能量计算和硬度标识提取的干扰。

14、在独立振动节拍内提取波形上升沿的累计能量值以及下降沿的曲率半径序列。上升沿区间由节拍内幅值最大的峰值采样点之前的采样点构成，累计能量值由各采样点幅值平方与相邻采样点时间间隔相乘后求和得到；下降沿区间由峰值采样点之后的采样点构成，通过连续三个采样点构建三角形并计算外接圆半径得到曲率半径序列。累计能量值与预设的弹性碰撞能量阈值进行门限比较，生成第一分选触发信号；曲率半径序列中相邻差值大于突变判定门限的坐标位置被标记为突变坐标，根据突变坐标的分布密度确定物料表面的凹凸等级并匹配硬度标识位，最后由第一分选触发信号与硬度标识位的逻辑组合状态确定归属分选通道。同一独立振动节拍中，上升沿累计能量值反映物料与检测区域碰撞时的弹性碰撞强弱，下降沿曲率半径突变映射出物料表面硬度信息，将两种特征以逻辑组合方式用于分选，能够区分碰撞能量相近但表面硬度不同的物料颗粒以及表面硬度相近但碰撞能量不同的物料颗粒，扩展了单一幅值或频率判据无法覆盖的分选维度，降低因单一特征重叠造成的通道误判。