СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ ЯИЦ Российский патент 2018 года по МПК G01N33/08 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для проверки яиц. В частности, настоящее изобретение относится к способу и устройству для определения свойств скорлупы яиц.

Уровень техники

Хотя яйца появляются со своей особой природной защитной системой (т.е. яичной скорлупой), тем не менее может произойти бактериальное заражение содержимого яйца. Как правило, существует два возможных пути, которыми оно может произойти: в яйцеводе до образования скорлупы или посредством проникновения через поврежденную скорлупу или скорлупу низкого качества. Хотя оба пути возможны, последний случай является более вероятным. Если предположить, что зараженные яйца, зараженность которых неустановленна, попадут на рынок, это может стать угрозой для здоровья потребителей. Более того, яйца с поврежденной скорлупой не будут приобретены потребителями, и это может привести к значительным экономическим потерям. Общее впечатление от отрасли яиц сильно страдает от инцидентов такого рода, и поэтому заводческие компании ищут альтернативные фокусы отбора, например улучшенное качество яиц, из которых качество скорлупы имеет заметное значение.

Как правило, качество скорлупы используется как синоним прочности скорлупы и определяет способность яичной скорлупы выдерживать приложенные внешние нагрузки без образования трещин или разбивания. Прочность скорлупы имеет только слабую наследуемость и вызывает проблему, так как ухудшение качества яичной скорлупы преимущественно проявляется поздно в период яйцекладки. Коммерческие заводческие компании включают прочность яичной скорлупы в свою программу отбора на протяжении многих лет. Отбор на основании прочности скорлупы практикуется основными птицеводами с использованием разнообразных разрушающих и неразрушающих способов определения оптимальных значений отбора. Неразрушающие способы имеют преимущество в том, что яйца все еще можно использовать после проведения измерений, но ввиду низкой стоимости одного яйца и правил безопасности пищевых продуктов Евросоюза, данный аргумент является менее значимым, чем скорость и точность измерений, наследуемость и генетическая корреляция с повреждением скорлупы в коммерческих условиях.

На методику тестирования для измерения прочности яичной скорлупы потрачены большие усилия, и вследствие этого появился предмет изучения для некоторых обширных обзоров и технологий в уровне техники. Наиболее часто используемые способы измерения прочности яичной скорлупы включают удельный вес, деформацию скорлупы, толщину скорлупы, процент скорлупы, структурные характеристики, прочность на разбивание, статическую жесткость, а также наиболее современный способ на основании частотного анализа акустического резонанса для определения неразрушающей переменной отбора, называемой динамической жесткостью.

В предыдущих исследованиях прочности яичной скорлупы было указано, что среднее количество разбиений яиц от начала периода яйцекладки до использования потребителем составляет около 7%. Однако, несмотря на использование переменных отбора, указанных выше, последние оценки показывают, что данное значение изменилось очень незначительно, и, следовательно, к настоящему моменту, очевидно, не существует идеальной переменной для генетического отбора куриц-несушек для усовершенствованной прочности яичной скорлупы.

В ЕР 738888, например, описан датчик для обнаружения трещин в яичной скорлупе. Благодаря данному датчику измеряют звуковой сигнал, вырабатываемый посредством отскоков небольшого шарика в течение недолгого времени на области поверхности яйца. Более конкретно, кривая интенсивности звука, осциллирующего во время отскоков шарика, обеспечивает информацию о том, является ли данная область поверхности неповрежденной, или нет. Посредством выполнения данного обнаружения несколько раз для одного яйца, состояние скорлупы яйца, т.е. наличие или отсутствие трещин или разрывов в яичной скорлупе, отслеживают в автоматическом режиме, в результате чего вырабатывают значение данного состояния. Такое значение используют в качестве критерия при сортировке яиц. Однако важной задачей является крепление измеряющих средств к яйцу. Такое крепление является довольно сложным в исполнении. В дополнение, датчик, описанный в ЕР 738888, нелегко приложить к кладке яиц, а обработка и сортировка яиц занимает длительное время.

Таким образом, существует необходимость нового подхода к определению показателя прочности яичной скорлупы.

Раскрытие изобретения

Существует необходимость в усовершенствованных способе и устройстве для проверки яиц.

Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении альтернативных устройства и способа проверки яиц, более конкретно, задача настоящего изобретения заключается в обеспечении альтернативного устройства и способа определения свойств яичной скорлупы.

Другая задача настоящего изобретения заключается в обеспечении новых средств прогнозирования, которые выявляют состояние неповрежденных яиц.

Данная задача решена посредством способа и устройства в соответствии с независимыми пунктами формулы настоящей заявки. Зависимые пункты формулы относятся к предпочтительным вариантам реализации.

Преимущественно, обеспечен неразрушающий способ определения сопротивления неповрежденных яиц растрескиванию,

в котором указанное определение включает по меньшей мере этап а) и/или этап b):

- a) определение напряжения растяжения, развившегося в яичной скорлупе указанного неповрежденного яйца, например напряжения растяжения при заданной нагрузке;

- b) определение эластичности указанной яичной скорлупы;

причем предпочтительно результаты этапа а) и/или этапа b) используют при оценке указанного сопротивления растрескиванию.

Например, в соответствии с еще одним вариантом реализации, определение напряжения растяжения может включать вычисление напряжения растяжения, более конкретно, с использованием или на основании определенной толщины яичной скорлупы и кривизны неповрежденного яйца.

Согласно одному из аспектов, в настоящем изобретении обеспечено устройство для неразрушающей проверки яйца, в частности для прогнозирования состояния неповрежденной яичной скорлупы, содержащее:

- датчик, выполненный с возможностью определения характеристики яичной скорлупы, такого как толщина скорлупы, кривизна яичной скорлупы и эластичность яичной скорлупы;

- центральный обрабатывающий блок для определения при помощи данной характеристики яичной скорлупы напряжения растяжения, развившегося в яичной скорлупе, посредством чего указанное напряжение растяжения используется в качестве средства прогнозирования состояния указанной яичной скорлупы.

В предпочтительном варианте реализации датчик содержит камеру и/или источник лазерного излучения, и/или источник радиоактивного излучения, и/или источник света.

Согласно одному из аспектов, в настоящем изобретении обеспечен неразрушающий способ определения напряжения растяжения, развившегося в скорлупе неповрежденного яйца, посредством чего указанное напряжение растяжения используется в качестве средства прогнозирования состояния указанной яичной скорлупы. В предпочтительном варианте реализации определение напряжения растяжения, развившегося в яичной скорлупе, включает измерение толщины скорлупы и кривизны указанной яичной скорлупы. В наиболее предпочтительном варианте реализации, определение напряжения растяжения, развившегося в яичной скорлупе, включает измерение эластичности указанной яичной скорлупы.

В предпочтительных вариантах реализации эластичность указанной яичной скорлупы определяют с использованием механических средств, например механического датчика. В альтернативном предпочтительном варианте реализации, эластичность указанной яичной скорлупы определяют с использованием оптических средств, например оптического датчика. В предпочтительном варианте реализации, оптические средства или оптический датчик включают применение технологий рассеяния и/или отражения, и/или компьютерного зрения, и/или термографического исследования. В наиболее предпочтительном варианте реализации, оптические средства включают поверхностное рассеяние Бриллюэна, или измерения при помощи Р-излучения, или измерения при помощи рентгеновского излучения.

В предпочтительных вариантах реализации эластичность яичной скорлупы определяют бесконтактным образом.

Состояние яичной скорлупы предпочтительно включает определение наличия трещин и/или растягивающего усилия, и/или вероятности разбивания.

В предпочтительных вариантах реализации, определение напряжения растяжения, развившегося в яичной скорлупе, включает анализ методом конечных элементов, включающий геометрическое представление и оценку локализованного напряжения. В предпочтительных вариантах реализации, составляют "метамодель" или "суррогатную модель", которая предпочтительно интерполирует между симуляциями, что приводит к прогнозированию всех возможных сортов яиц. В предпочтительном варианте реализации определение напряжения растяжения, развившегося в яичной скорлупе, выполняют в режиме реального времени.

Согласно одному из аспектов, в настоящем изобретении обеспечены способы сортировки яиц, в которых используют неразрушающий способ определения напряжения растяжения, развившегося в скорлупе неповрежденного яйца, в соответствии с настоящим изобретением для определения, во время сортировки, состояния скорлупы указанных яиц.

Согласно одному из аспектов, в настоящем изобретении обеспечено устройство для сортировки яиц, в котором используют устройство в соответствии с настоящим изобретением для определения, во время сортировки, состояния скорлупы указанных яиц.

Согласно одному из аспектов, в настоящем изобретении обеспечено применение напряжения растяжения скорлупы неповрежденного яйца неразрушающим образом в качестве средства прогнозирования состояния указанной яичной скорлупы.

Согласно одному из аспектов, в настоящем изобретении обеспечено устройство для неразрушающей проверки яйца, в частности для прогнозирования сопротивления неповрежденного яйца растрескиванию, содержащее:

- датчик для определения толщины скорлупы и/или кривизны яичной скорлупы и/или эластичности яичной скорлупы, посредством чего указанным датчиком обеспечена по меньшей мере характеристика яичной скорлупы;

- центральный обрабатывающий блок для определения при помощи данной характеристики яичной скорлупы напряжения растяжения, развившегося в яичной скорлупе, и измерения указанной эластичности указанной яичной скорлупы, посредством чего указанное напряжение растяжения и эластичность используются в качестве средства прогнозирования сопротивления неповрежденного яйца растрескиванию.

Например, указанная характеристика яичной скорлупы может указывать на толщину яичной скорлупы или быть связанной с ней, например таким образом, что толщину можно определить или вычислить из обеспеченной характеристики яичной скорлупы. Указанная характеристика яичной скорлупы может указывать на кривизну яичной скорлупы или быть связанным с ней, например таким образом, что кривизну можно определить или вычислить из обеспеченно характеристики яичной скорлупы. Кроме того, указанная характеристика яичной скорлупы может указывать на эластичность указанной яичной скорлупы или быть связанным с ней, например таким образом, что эластичность можно определить или вычислить из обеспеченной характеристики яичной скорлупы.

Указанный датчик может обеспечивать характеристику яичной скорлупы различными путями, например посредством обеспечения сигнала датчика, который указывает на такую характеристику или содержит ее, или сигнала датчика, который содержит информацию о такой характеристике. Специалисту в данной области техники будет понятно, что датчик и указанный центральный обрабатывающий блок могут быть выполнены с возможностью связи друг с другом с использованием подходящих средств связи (например, проводного или беспроводного канала связи), в частности для передачи характеристики яичной скорлупы (или сигнала датчика) от датчика в обрабатывающий блок.

В предпочтительном варианте реализации, устройство выполнено с возможностью определения соотношения указанного напряжения растяжения, развившегося в скорлупе указанного неповрежденного яйца, и указанной эластичности указанной яичной скорлупы. В предпочтительном варианте реализации, датчик содержит камеру, и/или источник лазерного излучения, и/или источник радиоактивного излучения.

Согласно одному из аспектов, в настоящем изобретении обеспечен неразрушающий способ определения сопротивления неповрежденных яиц растрескиванию, в котором указанное определение включает вычисление напряжения растяжения, развившегося в яичной скорлупе указанного неповрежденного яйца, и измерение указанной эластичности указанной яичной скорлупы.

В предпочтительном варианте реализации, вычисление напряжения растяжения включает измерение толщины скорлупы и кривизны указанной яичной скорлупы. Это может быть достигнуто, например, при помощи датчика толщины скорлупы и датчика кривизны яичной скорлупы соответственно. В наиболее предпочтительном варианте реализации, измерение указанной эластичности яичной скорлупы выполняют с использованием механических средств. В других вариантах реализации измерение указанной эластичности яичной скорлупы выполняют с использованием оптических средств. В предпочтительном варианте реализации данные оптические средства включают применение технологий рассеяния и/или компьютерного зрения. В наиболее предпочтительном варианте реализации, оптические средства включают поверхностное рассеяние Бриллюэна, технологии получения изображения в инфракрасном свете, например, такие как термографическое исследование, наиболее предпочтительно, активное и/или пассивное термографическое исследование или оптическая когерентная томография.

В предпочтительном варианте реализации, термографическое исследование относится к термографическому исследованию в инфракрасном свете или получению тепловых изображений или теплового видео, в качестве примеров области получения изображений в инфракрасном свете. Преимущественно, термографическое исследование представляет собой неразрушающий способ и является относительно быстрым, бесконтактным и обеспечивает полномасштабную информацию. Камеры для получения тепловых изображений обнаруживают излучение в инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра (приблизительно 9000-14000 нанометров или 9-14 мкм) и вырабатывают изображения данного излучения, называемые термограммами. Данные термограммы, полученные пассивным или активным образом, используют в вариантах реализации настоящего изобретения для обеспечения физических параметров яичной скорлупы, например таких как эластичность и/или толщина. В предпочтительном варианте реализации, пассивное термографическое исследование используют для обеспечения толщины скорлупы неповрежденного яйца. Активное термографическое исследование, используемое в вариантах реализации настоящего изобретения, обеспечивает излучающий, или в других вариантах реализации ультразвуковой источник, который может вызывать наличие поверхностных трещин в яичной скорлупе, причем указанный источник предпочтительно представляет собой импульсное инфракрасное излучение. Посредством приложения импульсного инфракрасного излучения температура поверхности циклически повышается и понижается в результате пульсации. В дополнение, поглощение инфракрасного излучения в целом понижается с повышением длины волны. Таким образом, большая часть инфракрасного излучения отражается на поверхности. В результате, когда свет проходит в микротрещину, присутствующую в яичной скорлупе, он отражается множество раз внутри трещины, посредством чего остается большее количество энергии, чем при одном отражении, по аналогии с полостью абсолютно черного тела. Кроме того, в соответствии с законом Кирхгофа для систем в тепловом равновесии, излучательная способность поверхности равна поглощательной способности, хотя длины волн поглощенного и испускаемого излучения не обязательно равны. Вследствие данных двух факторов, трещина в яичной скорлупе, которую облучают инфракрасным излучением большой интенсивности, преимущественно поглотит и испустит большую энергию, чем окружающая часть, и будет видна как горячее пятно при получении изображения при помощи инфракрасной камеры.

Преимущественно, посредством использования активного термографического исследования можно определить размер трещин. Более конкретно, размер трещины может быть определен в зависимости от нескольких факторов. Чтобы быть видимой трещине необходимо поглотить достаточное количество энергии для достижения температуры, которую инфракрасная камера может различить на фоне. В целом, излучение от фона является неравномерным вследствие изменения излучательной способности, и температура трещины таким образом должна превысить данный уровень шума. Количество энергии, которое может быть поглощено, зависит от ширины трещины, так как более широкая трещина имеет большую область, в которую может проникнуть больше света. Ширина также влияет на то, какие длины волн могут быть поглощены в трещине, так как свет с длиной волны, большей, чем ширина трещины, не проникнет в трещину. Хотя длина волны излучения установит ограничение, при котором будет возможность обнаружения трещин, в целом она должна быть настолько большой, насколько это возможно, так как это повысит контраст при поглощении между трещиной и окружающей поверхностью. На практике ограничение размера трещин, которые могут быть обнаружены, представляет собой инфракрасную камеру. Разрешение камеры вместе с выбором объектива определит насколько малы объекты, которые могут быть обнаружены. Выбор объектива представляет собой баланс между разрешением и полем зрения. Важным является только наименьший размер трещины при обнаружении; длина трещины не влияет на способность данных способов к ее обнаружению.

В других предпочтительных вариантах реализации активное термографическое исследование может быть также использовано для измерения толщины яичной скорлупы, например можно применить способ численного обращения и сравнить полученные результаты. Один пример такого способа обращения представляет собой итерационный способ обнаружения дефектов формы отраженным звуком. Второй пример такого способа обращения представляет собой способ Левенберга-Маркара, который может быть применен к термографическим данным для неразрушающей проверки. Так как получение данных с использованием активного термографического исследования и способов численного обращения может быть легко автоматизировано, комбинация данных двух процедур может представлять собой многообещающий подход обеспечения толщины яичной скорлупы.

В предпочтительном варианте реализации эластичность яичной скорлупы определяют бесконтактным образом.

В предпочтительном варианте реализации определение сопротивления неповрежденного яйца растрескиванию включает определение наличия трещин, и/или растягивающего усилия, и/или вероятности разбивания.

В предпочтительном варианте реализации вычисление указанного напряжения растяжения включает анализ методом конечных элементов, включающий геометрическое представление и оценку локализованного напряжения. В предпочтительных вариантах реализации, составляют "метамодель" или "суррогатную модель", которая предпочтительно интерполирует между симуляциями, что приводит к прогнозированию всех возможных сортов яиц. В предпочтительном варианте реализации определение сопротивления неповрежденных яиц растрескиванию выполняют в режиме реального времени.

В предпочтительных вариантах реализации соотношение указанного напряжения растяжения, развившегося в скорлупе указанного неповрежденного яйца, и указанной эластичности указанной яичной скорлупы применяют в качестве показателя прочности для оценки сопротивления неповрежденного яйца растрескиванию.

Согласно одному из аспектов, в настоящем изобретении обеспечен способ сортировки яиц, в котором используется неразрушающий способ определения сопротивления неповрежденного яйца растрескиванию в соответствии с настоящим изобретением для определения, во время сортировки, сопротивления указанных неповрежденных яиц растрескиванию.

Согласно одному из аспектов, в настоящем изобретении обеспечено устройство для сортировки яиц, в котором используется устройство для неразрушающей проверки яйца, в частности для прогнозирования сопротивления неповрежденного яйца растрескиванию, в соответствии с настоящим изобретением для определения, во время сортировки, состояния скорлупы указанных яиц.

Согласно одному из аспектов, в настоящем изобретении обеспечено применение соотношения указанного напряжения растяжения, развившегося в яичной скорлупе указанного неповрежденного яйца, и указанной эластичности указанной яичной скорлупы в качестве показателя прочности для оценки сопротивления неповрежденного яйца растрескиванию.

Согласно одному из аспектов, в настоящем изобретении обеспечено устройство для неразрушающего и бесконтактного измерения толщины скорлупы неповрежденного яйца, содержащее:

- датчик для измерения кривизны яичной скорлупы, и/или эластичности яичной скорлупы, и/или растягивающего усилия, развившегося в яичной скорлупе, посредством чего указанным датчиком обеспечена по меньшей мере характеристика яичной скорлупы;

- центральный обрабатывающий блок для определения при помощи данной характеристики яичной скорлупы толщины яичной скорлупы.

В предпочтительном варианте реализации датчик содержит камеру, и/или источник лазерного излучения, и/или источник радиоактивного излучения.

Согласно одному из аспектов, в настоящем изобретении обеспечен способ определения толщины яичной скорлупы, в котором указанная яичная скорлупа представляет собой скорлупу неповрежденного яйца, при этом толщину определяют посредством измерения эластичности указанной яичной скорлупы или напряжения растяжения, развившегося в яичной скорлупе, причем указанное определение выполняют неразрушающим и бесконтактным образом.

В предпочтительном варианте реализации эластичность указанной яичной скорлупы определяют с использованием оптических средств. В наиболее предпочтительном варианте реализации, оптические средства включают применение технологий рассеяния и/или отражения, и/или компьютерного зрения. В других предпочтительных вариантах реализации, оптические средства включают поверхностное рассеяние Бриллюэна, и/или измерения при помощи Р-излучения, и/или измерения при помощи рентгеновского излучения, и/или термографическое исследование, и/или активное термографическое исследование, и/или оптическую когерентную томографию.

Определение толщины, в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения, включает анализ методом конечных элементов, включающий геометрическое представление и оценку локализованного напряжения. В предпочтительном варианте реализации указанную оценку выполняют с использованием других способов, отличных от раскрытых в вариантах реализации настоящего изобретения. В предпочтительных вариантах реализации составляют "метамодель" или "суррогатную модель", которая предпочтительно интерполирует между симуляциями, что приводит к прогнозированию всех возможных сортов яиц. В предпочтительном варианте реализации, определение толщины также включает определение кривизны указанной яичной скорлупы. В предпочтительном варианте реализации кривизну яичной скорлупы определяют бесконтактным образом. В предпочтительных вариантах реализации, бесконтактный способ включает компьютерное зрение и/или оптические средства.

Определение эластичности яичной скорлупы в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения включает определение характеристики эластичности матрицы скорлупы. В предпочтительном варианте реализации указанное определение выполняют в режиме реального времени.

В предпочтительном варианте реализации указанная яичная скорлупа указанных яиц является хрупкой, например указанные яйца представляют собой птичьи яйца. Птичье яйцо является очень сложной биологической структурой. Оно может содержать воздушную камеру и вязкую жидкость, окруженную двумя мембранами и внешним хрупким покрытием, которое представляет собой яичную скорлупу.

Согласно одному из аспектов, в настоящем изобретении обеспечен способ сортировки яиц, в котором используется способ определения толщины яичной скорлупы в соответствии с настоящим изобретением для определения, во время сортировки, толщины скорлупы указанных яиц.

Согласно одному из аспектов, в настоящем изобретении обеспечено устройство для сортировки яиц, в котором используется устройство для неразрушающего и бесконтактного измерения толщины скорлупы неповрежденного яйца в соответствии с настоящим изобретением для определения, во время сортировки, толщины скорлупы указанных яиц.

Согласно одному из аспектов, в настоящем изобретении обеспечено применение эластичности яичной скорлупы или растягивающего усилия, развившегося в скорлупе неповрежденного яйца, для измерения толщины яичной скорлупы неразрушающим и бесконтактным образом.

Согласно одному из аспектов, в настоящем изобретении обеспечен компьютерный программный продукт, предназначенный, при исполнении на управляющем блоке (например, центральном обрабатывающем блоке), для выполнения указанного способа в соответствии с настоящим изобретении, или их комбинации.

В соответствии с приведенным в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения, обеспечено машиночитаемое устройство для хранения программы, вещественным образом выполняющее программу инструкций, исполняемых машиной для выполнения этапов способа для обеспечения автоматической диагностики и принятия решения.

Согласно одному из аспектов, в настоящем изобретении обеспечены носители информации, хранящие указанный компьютерный программный продукт в соответствии с настоящим изобретением. Термин "носитель информации" имеет то же значение, что термины "программоноситель" или "машиночитаемый носитель" и относятся к любому носителю, который участвует в обеспечении инструкций процессору для исполнения.

Такой носитель может принимать множество форм, включая, без ограничения, энергонезависимый носитель, энергозависимый носитель и передающий носитель. Энергонезависимые носители включают, например, оптические или магнитные диски, такие как устройство хранения, которое является частью запоминающего устройства большой емкости. Энергозависимые носители включают динамическую память, такую как память с произвольным доступом (RAM). Обычные формы машиночитаемых носителей включают, например, дискеты, гибкие диски, жесткие диски, магнитную ленту или любой другой тип магнитного носителя, компьютерные диски (CD-ROM), любой другой оптический носитель, перфокарты, бумажные ленты, любой другой физический носитель с узорами, выполненными из отверстий, память с произвольным доступом, программируемая постоянная память (PROM), стираемая программируемая постоянная память (EPROM), стираемая программируемая постоянная флэш-память (FLASH-EPROM), любой другой чип или кассета памяти, несущая волна, как описано далее, или любой другой носитель, читаемый компьютером. Различные формы машиночитаемых носителей могут быть использованы для переноса одной или более последовательностей одних или более инструкций для выполнения процессором. Например, инструкции могут изначально переноситься на магнитном диске от удаленного компьютера. Удаленный компьютер может загружать инструкции в свою динамическую память и посылать инструкции по телефонной линии с использованием модема. Локальный модем компьютерной системы может принимать данные по телефонной линии и использовать инфракрасный передатчик для преобразования данных в инфракрасный сигнал. Инфракрасный датчик, соединенный с шиной, может принимать данные, переносимые инфракрасным сигналом и размещать данные в шине. Шина переносит данные в основную память, из которой процессор извлекает инструкции и выполняет их. Инструкции, принятые основной памятью могут в качестве необязательного условия храниться на запоминающем устройстве как до, так и после выполнения процессором. Инструкции также могут быть переданы посредством несущей волны в сеть, такую как локальная сеть (LAN), мировая сеть (WAN) или сеть Интернет. Передающие носители могут принимать форму акустических или световых волн, таких как выработанные во время радиоволновой связи и информационной связи на основе инфракрасного излучения. Передающие носители включают коаксиальные кабели, медную проволоку и оптоволокно, включая проволоки, которые образуют шину в компьютере.

Согласно одному из аспектов, в настоящем изобретении обеспечена передача компьютерного программного продукта по сети.

Задача настоящего изобретения состоит в предоставлении нового подхода к определению нового показателя прочности яичной скорлупы, предпочтительно на основании фундаментальных принципов механики разрушения в хрупких материалах. Более конкретно, анализа концентрированного усилия на сферической скорлупе. Применение анализа и поведения хрупких материалов, таких как металлы, к яйцам, не является очевидным для специалиста в данной области техники, так как такой специалист не будет проводить поиск в отдаленных областях, таких как анализ хрупкого металла, для решения в анализе поведения при разбивании яйца, и более конкретно, использование физических характеристик яичной скорлупы для обеспечения новых показателей прочности яичной скорлупы.

Более того, использование растягивающего усилия в яичной скорлупе и/или эластичности яичной скорлупы в качестве показателя прочности яичной скорлупы не раскрыто в каком-либо документе уровня техники, известного заявителю. В дополнение, соотношение данных показателей, обеспечивающее еще один новый показатель прочности яичной скорлупы, не раскрыто в каком-либо документе уровня техники, известного заявителю. Кроме того, данные теоремы и средства анализа материала известны с 1959 года и ранее, однако с того времени острая необходимость в обеспечении проверенного показателя прочности яичной скорлупы не была удовлетворена каким-либо документом уровня техники.

Краткое описание чертежей

Дальнейшие признаки настоящего изобретения ясны из примеров и фигур, на которых:

На фиг. 1 схематически показан механизм разрушения в яичной скорлупе, в соответствии с которым разрушение начинается накапливанием напряжения растяжения (s), где соседние кальцитные колонны сливаются. Затем трещина быстро распространяется через стенку скорлупы в направлении внешней поверхности (*).

На фиг. 2 схематически показана базовая модель в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения.

На фиг. 3 показана модель сетки конечных элементов яичной скорлупы в соответствии с вариантами настоящего изобретения.

На фиг. 4 показана сетка конечных элементов яичной скорлупы (слева) и ее акустического содержимого (справа) в соответствии с вариантами настоящего изобретения.

На фиг. 5 показан измеритель радиуса кривизны, использующий высотомер Mitutoyo®.

На фиг. 6 показана экспериментальная установка с падающим мячиком.

На фиг. 7 показана значимость показателя формы как средства оценки прочности яичной скорлупы с использованием Р-значения, равного 0,006.

На фиг. 8 показана значимость толщины яичной скорлупы как средства оценки прочности яичной скорлупы с использованием Р-значения, равного 0,004.

На фиг. 9 показана значимость статической жесткости (k_stat) как средства оценки прочности яичной скорлупы с использованием Р-значения, равного 0,004.

На фиг. 10 показана значимость динамической жесткости (k_dyn) как средства оценки прочности яичной скорлупы с использованием Р-значения, равного 0,06.

На фиг. 11 показана значимость напряжения растяжения как средства оценки прочности яичной скорлупы, в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения, с использованием Р-значения, равного 0,00007.

На фиг. 12 показана значимость модуля Юнга/эластичности скорлупы как средства оценки прочности яичной скорлупы, в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения, с использованием Р-значения, равного 0,05.

На фиг. 13 показана значимость коэффициента k_new как средства оценки прочности яичной скорлупы, в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения, с использованием Р-значения, равного 0,0009.

На фиг. 14 схематически показан вариант реализации устройства.

Определения

В настоящей заявке термин "неповрежденное яйцо" может быть определен как полностью неповрежденное или неразрушенное яйцо, таким образом, цельное яйцо, тогда как яичная скорлупа сама по себе может быть повреждена, например, содержать микротрещины и/или макротрещины.

В настоящей заявке, термин "яичная скорлупа" может быть определен как хрупкая яичная скорлупа, в соответствии с чем, указанная хрупкая яичная скорлупа, когда испытывает напряжение, предпочтительно разбивается без значительной деформации (натяжения). Хрупкие материалы предпочтительно поглощают относительно малое количество энергии перед разрушением, даже те, которые обладают высокой прочностью. Хрупкие материалы включают большинство керамических материалов и стекол, которые предпочтительно не деформируются физически, как например яйца морского ежа, которые при приложении внешнего усилия деформируются пластически.

В настоящей заявке, в частности, "напряжение растяжения" может быть определено как напряжение растяжения при заданной нагрузке, например, конкретном внешнем усилии (N) (см. фиг. 1, 2), приложенном к яйцу. Напряжение растяжения в частности может приводить к внутреннему расширению материала.

В настоящей заявке, термин "прочность яичной скорлупы" может относиться к параметру, описывающему, как яйцо может выдерживать внешние нагрузки. Данный термин может быть выражен в отношении яиц как деформация при заданной нагрузке или прочность на разбивание. Кроме того, вероятность разбивания яйца на практике может быть принята в качестве (практического) способа описания прочности яичной скорлупы, как понятно специалисту в данной области техники.

"Прочность на разбивание" может быть определена как величина внешней нагрузки, которую может выдерживать яйцо до разрушения (т.е. разбивания, разрыва).

"Жесткость" может быть определена как усилие, необходимое для деформации яйца на одну единицу деформации. "Статическая жесткость" может быть определена как указанное усилие при (квази) постоянных условиях нагрузки. "Динамическая жесткость" может быть определена как указанное усилие при изменяющихся условиях нагрузки, таких как удар.

"Разбивание" может быть определено как макроскопическое разрушение скорлупы яйца. "Трещина" может быть определена как микроскопическое и/или макроскопическое разрушение скорлупы яйца.

"Эластичность" может быть определена как мера жесткости эластичного материала, определенная как соотношение между напряжением и натяжением, как это известно специалисту в данной области техники.

"Напряжение растяжения" может быть определено как внутреннее расширение материала, например вследствие внешнего нагружения (см., например, фиг. 1-3). "Натяжение" может означать деформацию относительно первоначального размера. "Напряжение сдвига" может представлять собой напряжение, приводящее к скосу объекта.

"Вероятность разбивания" может быть определена как соотношение яиц, которые окажутся негодными при заданной внешней нагрузке.

"Коэффициент затухания" может означать: меру для возможности поглощения энергии (нагрузки) яйцом.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение будет описано относительно конкретных вариантов реализации и со ссылкой на конкретные чертежи, но изобретение ими не ограничено, а ограничено только формулой изобретения. Описанные чертежи являются только схематическими и неограничивающими. На чертежах размер некоторых элементов может быть преувеличен и нарисован не в масштабе в иллюстративных целях. Использование термина "содержащий" в настоящем описании и формуле изобретения не исключает другие элементы или этапы. Там где существительное указано в единственном числе также подразумевается и множественное число данного существительного, кроме тех случаев, когда конкретно не указано другое.

Термин "содержащий", используемый в формуле изобретения, не должен рассматриваться как ограниченный средствами, указанными после него; он не исключает другие элементы или этапы. Таким образом, объем выражения "устройство, содержащее средства А и Б" не ограничен устройством, состоящим только из компонентов А и Б. Это означает, что в отношении настоящего изобретения релевантными компонентами устройства являются компоненты А и Б.

Кроме того, термины первый, второй, третий и тому подобные в описании и формуле изобретения используются для отличия схожих элементов и не обязательно для описания последовательного или хронологического порядка. Следует понимать, что данные используемые термины являются взаимозаменяемыми при определенных обстоятельствах, и что варианты реализации настоящего изобретения, описанные в настоящем описании, могут работать в других последовательностях, отличных от описанных и показанных в настоящем описании.

Более того, термины верхний, нижний, выше, ниже и тому подобные в описании и формуле изобретения используются в описательных целях и не обязательно для описания относительных положений. Следует понимать, что данные используемые термины являются взаимозаменяемыми при определенных обстоятельствах, и что варианты реализации настоящего изобретения, описанные в настоящем описании, могут работать при других ориентациях, отличных от описанных и показанных в настоящем описании.

На чертежах одинаковые ссылочные номера указывают на одинаковые особенности; и одинаковые ссылочные номера, присутствующие более чем на одной фигуре, относятся к одинаковым элементам. На чертежах и в нижеследующем описании показаны конкретные варианты реализации устройства и способов проверки яиц.

Для понимания поведения разрушения в материале яичной скорлупы, варианты реализации настоящего изобретения основаны на механизмах разрушения полностью хрупких материалов, более конкретно, на основании механизмов разрушения металлов, о которых известно, что они являются хрупкими.

Хрупкий материал, такой как яичная скорлупа, когда испытывает напряжение, разбивается без значительной деформации (натяжения). Хрупкие материалы поглощают относительно малое количество энергии перед разрушением, даже те, которые обладают высокой прочностью. Таким образом, прут из пластичного металла под воздействием осевого напряжения испытывает пластическую деформацию и постепенно становится тоньше в середине до тех пор, пока концентрация напряжений растяжения не приведет к его разрушению. С другой стороны, прут из хрупкого металла под воздействием аналогичного напряжения растяжения немедленно разрушится, не испытав пластической деформации. Так как напряжение сдвига вызывает деформацию в пластичном материале до разрушения, максимальное напряжение растяжения является критическим для вызова разрушения хрупкого материала, такого как яйцо.

Хрупкие материалы в целом прочнее при сжимающих усилиях, чем при усилиях растяжения, так как молекулы во время сжатия становятся ближе. Кроме того, наиболее важными критериями разрушения в современной инженерии являются те критерии, которые учитывают сопротивление материалов развитию трещин, так как это в целом считается, что большинство структур содержат трещины или дефекты, появившиеся при изготовлении или вызванные в начале их жизни. Полное понимание реакции яичной скорлупы на внешние усилия требует знания распределения напряжения и его влияния на природные дефекты в ультраструктуре. Классические инженерные теории указывают, что произошло разрушение, когда максимальное главное напряжение в любой структуре достигает критического уровня.

С использованием такого подхода было сделано заключение, что напряжения растяжения имеют максимум на внутренней поверхности яичной скорлупы непосредственно под местом нагрузки (фиг. 1), и было спрогнозировано, что разрушение, вызванное в данном месте, когда напряжение растяжения, σ_t, достигает теоретической когезионной прочности, σ_th. Следовательно, выведенный критерий разрушения яичной скорлупы может быть записан в виде:

Варианты реализации настоящего изобретения обеспечивают адаптацию анализа концентрированного усилия на плоскую пластину для случая сферической скорлупы по Тимошенко и Войносвли-Кригеру, 1959, на яйцо, и поскольку сферическая скорлупа представляет геометрию яйца, это приводит к выражению напряжения растяжения на внутреннюю поверхность скорлупы под усилием как:

где F (в ньютонах) является усилием, приложенным к сферической скорлупе, t (в м) является толщиной скорлупы, ν является коэффициентом Пуассона материала скорлупы и R (в м) является радиусом кривизны скорлупы.

Напряжение растяжения, σ_t, является максимальным напряжением, вызванным приложенным усилием, и яичная скорлупа разрушится при достижении данным напряжением теоретической прочности, σ_th, материала скорлупы. Как правило, первоначальное разрушение в скорлупе происходит при условиях напряжения растяжения и расположено на внутренней поверхности скорлупы под местом приложения нагрузки.

Как описано в теории хрупкого разрушения Гриффита (1921), прочность на разрушение хрупкого материала является функцией когезионных усилий, которые удерживают атомы вместе. Таким образом, правильное выражение критерия разрушения яичной скорлупы, теоретическая когезионная прочность σ_th хрупкого эластичного твердого материала, такого как яичная скорлупа в данном случае, теоретически оценен как Е/10, где Е является модулем эластичности или модулем Юнга материала скорлупы. Однако, в соответствии с наблюдениями на практике, прочность на разрушение реальных материалов значительно ниже, обычно от 10 до 1000 раз ниже их теоретических значений вследствие внутренних дефектов, полученных во время производства или появившихся в начале их жизни. Данные внутренние дефекты понижают прочность на разрушение материала, так как они усиливают напряжение на концах трещин.

Варианты реализации настоящего изобретения обеспечивают то, что при оценке прочности яичной скорлупы предпочтительно используют две обычных характеристики для определения способности выдерживать усилия или деформации: напряжение растяжения, развившееся в яичной скорлупе, и/или модуль Юнга/эластичности материала скорлупы.

Применение напряжения растяжения, развившегося в яичной скорлупе, в качестве средства прогнозирования для оценки прочности яичной скорлупы в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения.

До настоящего момента, напряжение растяжения яичной скорлупы оценивалось во многих исследованиях при помощи других аналитических и экспериментальных технологий, известных в области яиц и яичной скорлупы. В соответствии с обнародованными результатами, напряжение растяжения при разрушении находится в диапазоне от 15 до 35 МПа. Более того, посредством комбинированных аналитических и экспериментальных подходов, было обнаружено, что напряжение, развившееся в каждом месте в скорлупе, подверженном некоторым повреждениям, относящимся к окружающей среде, сильно связано с толщиной и кривизной скорлупы. В последнее время, некоторые комплексные исследования по изучению распределения напряжения в яичной скорлупе посредством конечных элементов подтвердили экспериментальные открытия, упомянутые выше.

Преимущественно варианты реализации настоящего изобретения обеспечивают систему для автоматического измерения напряжения растяжения в яйце, которое может быть выведено из уравнения 2, для которого требуется определение коэффициента Пуассона, толщины скорлупы и кривизны скорлупы. Так как коэффициент Пуассона обычно принимается постоянным и равным 0,307, то нужны только два других параметра яйца для обеспечения измерения напряжения растяжения в яйце, а именно толщины скорлупы и кривизны скорлупы. Преимущественно данные два оставшихся параметра могут быть измерены неразрушающий образом, который приводит к новому способу измерения напряжения растяжения неразрушающим образом.

До настоящего момента способы, используемые в уровне техники для получения напряжения растяжения в яйце, основаны на разрушающих способах и способах, которые вызывают повреждение яичной скорлупы при попытке измерить необходимые параметры. Например, способ, раскрытый Меклеодом и др. в Int. Journal of Fract. выпуск. 142, стр. 29-41 (2006), измерения растягивающего усилия и внутреннего давления. Способ по Маклеоду и др. включает применение шприца для подкожных инъекций, наполненного водой, который используют для нагнетания внутреннего давления в яйце, которое уплотнено полиуретановым лаком. Способ наносит повреждения яичной скорлупе и не обеспечивает средство прогнозирования для оценки прочности яичной скорлупы. В дополнение, способ, обеспеченный Маклеодом и др. нельзя легко и быстро применить к кладке яиц, которую необходимо протестировать и/или отсортировать.

В дополнение, оставшиеся параметры могут быть измерены неразрушающим образом и, предпочтительно, бесконтактным образом, например посредством измерения или вывода толщины скорлупы и/или кривизны скорлупы на основании средств оптического измерения, например с использованием технологий рассеяния и/или отражения, и/или компьютерного зрения, и/или термографического исследования (или термографической печати), и/или активного термографического исследования, и/или устройства обратного рассеяния β-излучения, и/или технологий на основе оптической когерентной томографии. В соответствии с этим, различные источники могут быть использованы для определения физических характеристик яйца, например, такие как источник света, ультразвуковой источник, и/или тепловой источник, и/или источник радиоактивного излучения. Комбинация данных технологий преимущественно может получать толщину скорлупы и/или кривизну скорлупы неразрушающим и бесконтактным образом.

В альтернативных вариантах реализации толщину могут также измерять толщиномером или с использованием теории Герца, раскрытой в WO/2012/060704. Специалисту в данной области техники известно, что изменение толщины яичной скорлупы приведет к изменению частот вибрации, например в целом более толстая яичная скорлупа приведет к более высоким частотам вибрации. Это происходит вследствие того, что увеличение толщины яичной скорлупы усиливает жесткость скорлупы, что повышает естественную частоту. Аналогичным образом, уменьшение размера яйца может уменьшить его массу и, следовательно, полученная в результате резонансная частота может повыситься. В предпочтительном варианте реализации, толщина яичной скорлупы и резонансная частота зависят практически линейно, а масса и резонансная частота могут иметь более заметную нелинейную зависимость.

Так как удельный вес неповрежденного яйца находится в тесной связи с толщиной скорлупы, измерения удельного веса могут быть использованы для определения толщины и, следовательно, прочности скорлупы, это является неразрушающим способом измерения толщины яичной скорлупы, однако применение удельного веса неповрежденного яйца в качестве способа определения толщины яичной скорлупы требует больших затрат времени. В дополнение, при использовании удельного веса в качестве способа определения толщины неповрежденного яйца, возраст яйца может внести сложности при толковании результатов измерений. Например, яйца, которые отложены не только что, могут содержать увеличенную ячейку с воздухом, которая затрудняет отличительные особенности между характеристиками яйца, а именно увеличенной ячейкой с воздухом и толщиной яйца.

Конечно, контактные средства для измерения двух оставшихся параметров также могут быть применены в соответствии с альтернативными вариантами настоящего изобретения. Кривизна скорлупы может быть измерена например при помощи треноги и соответствующей тригонометрии. Или с применением компьютерного зрения или термографического исследования. Что касается толщины скорлупы, она может быть оценена с использованием, например, цифрового микрометра после открытия скорлупы с высокой точностью. В дополнение, могут быть использованы технологии на основании ультразвука, которые являются заслуживающими внимания технологиями для мониторинга толщины яичной скорлупы. Более того, ультразвуковые инструменты, такие как измеритель толщины яичной скорлупы (см. www.eggtester.com), в настоящее время доступны на рынке и такие приспособления могут измерять толщину в различных местах на скорлупе без необходимости прибегать к стандартным времязатратным способам разбивания яйца и измерения отдельных частей. Толщина может быть измерена в диапазоне от 0,15 мм до 25 мм с чувствительностью 0,001 мм. Некоторые авторы также отмечают умеренную, но значимую корелляцию между толщиной скорлупы и статической жесткостью (корелляция приблизительно 0,8), измеренную во время квазистатического сжатия между двумя параллельными пластинами с использованием универсального механизма для тестирования. Однако такая система для измерения статической жесткости является времязатратной и не подходит для режима реального времени. Например, в WO/2012/060704 описана система для измерения в реальном времени, которая направлена на определение статической жесткости и толщины скорлупы в режиме реального времени. В данном документе может быть получена хорошая корелляция с эталонными значениями.

В других предпочтительных вариантах реализации, обеспечена оценка напряжения растяжения, развившегося в яичной скорлупе при конкретном значении нагрузки, представленная для обеспечения высокоточного подхода к ее моделированию. В наиболее предпочтительном варианте реализации представлена оценка напряжения растяжения в режиме реального времени.

Применяется анализ методом конечных элементов в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения, в котором скомбинированы высокоточное геометрическое представление и оценка локализованного напряжения, и таким образом наиболее подходящий вариант для такого применения. Текущая модель обеспечивает симуляцию того, как две параллельные круглые пластины прилагают распределенное постоянное усилие к обеим сторонам яичной скорлупы, как показано на фиг. 2. Следовательно, нагружение деформирует яичную скорлупу, вследствие чего вырабатывается сложный путь напряжения в яичной скорлупе. Задачей анализа является оценка напряжения растяжения на внутренней стороне и на внешней стороне скорлупы для получения моделей яйца с областями различных размеров, нагруженных усилием с принятой постоянной величиной в 20 Н, как показано на фиг. 3. Толщина яичной скорлупы принята равномерной по всей поверхности скорлупы, например, может быть применено стандартное значение (например, 0,38 мм). В данном варианте реализации использованы следующие параметры материала яичной скорлупы: модуль Юнга Е=3 * 1010 N м^-2, коэффициент Пуассона ν=0,307 и плотность массы ρ=2400 кг м^-3. Сетки конечных элементов, как показано на фиг. 3, предпочтительно создают с использованием программного пакета MSC.Patran (MSC Software, Санта Ана, Калифорния, США). В предпочтительных вариантах реализации, выполняют анализ методом конечных элементов, который представляет собой линейный статический анализ, в котором отношение между усилиями [F] и смещениями [X] описано матрицей [К] жесткости, как выражено в уравнении 3:

Матричное уравнение предпочтительно решают с использованием средств для решения Ньюмарка, встроенных в программный пакет MSC.Patran (MSC Software, Санта Ана, Калифорния, США), как подробно описано Герадином и Кардоной (2001). Наконец, с использованием выходных данных симуляции, предпочтительно составляют множественную линейную регрессионную модель. Коварианты являются двумя радиусами кривизны яйца (т.е. больший радиус кривизны и меньший радиус кривизны) и толщиной яичной скорлупы. Напряжение растяжения является выходной переменной. Таким образом, полученная модель в соответствии с предпочтительными вариантами реализации настоящего изобретения для прогнозирования напряжения растяжения определяется следующим образом:

где σ₁ является спрогнозированной характеристикой напряжения растяжения; r₁ является большим радиусом кривизны, а r₂ является меньшим радиусом кривизны. При помощи данного отношения можно оценить альтернативный показатель прочности яичной скорлупы, напряжение растяжения, с использованием классических геометрических измерений кривизны и толщины. Приведенная выше формула для определения напряжения растяжения основана на измерении радиусов кривизны яйца (по длинной и короткой осям), дополненном знаниями о толщине скорлупы. Как указано выше, толщину скорлупы можно оценить или измерить при помощи различных технологий, таких как ультразвуковое измерение и вибрационный анализ яйца. Очевидно, что классические технологии компьютерного зрения, термографическое исследование или технологии рассеяния света могут быть использованы для определения радиусов кривизны с большой точностью.

Специалисту в данной области техники понятно, что формула 4(a) для спрогнозированной характеристики напряжения растяжения может быть обобщена следующим образом:

где K₁, K₂, K₃, K₄ являются постоянными, которые могут быть получены из приведенных выше уравнений, как было описано выше.

Применение модуля Юнга/эластичности материала яичной скорлупе в качестве средства прогнозирования для оценки прочности яичной скорлупы в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения.

Как указано выше, в предпочтительном варианте реализации, используют две характеристики яичной скорлупы для определения способности яйца выдерживать усилия или деформации, напряжение растяжения, развившееся в яичной скорлупе, как показано в уравнении 2 и/или модуль Юнга/эластичности материала скорлупы.

Определение модуля Юнга в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения может включать использование экстензометра, установленного на стандартном образце заданной формы и размера. Следующий этап может заключаться в нагружении образца посредством растяжения, сжатия или кручения при определенных условиях и зарегистрированные во время проверки пары усилие-деформация обеспечивают прямое измерение эластичных постоянных и напряжений разрушения. К сожалению, такие проверки нельзя применять для измерения модуля эластичности яичной скорлупы вследствие ее хрупкости, кривизны, а также важного изменения толщины яичной скорлупы. Однако, в некоторых исследованиях были предприняты попытки определения модуля Юнга яичной скорлупы посредством различных косвенных средств, и в большинстве случаев это включало адаптацию существующих инженерных теорий, в которых модуль может быть получен из анализа напряжений и натяжений, вызванных при некоторой форме нагружения. Как сообщалось в данных исследованиях, модуль Юнга материала скорлупы лежит в диапазоне от 15 до 55 ГПа. Данные исследования могут быть найдены в следующих источниках: Рекуглер, Г.Е. (1963). Модуль эластичности и конечная прочность скорлупы куриного яйца. Журнал прикладных сельскохозяйственных исследований, 8, 352е354; и: Кемпс, Б., Де Кателар, Б., Бамелис, Ф. Р., Говэртс, Т., Мартенс, К., Тона, К., Декуйпер, Е., и Де Бэрдэмэйкер, Дж. (2004). Развитие методологии вычисления модуля Юнга яичной скорлупы с использованием измерений вибрации. Инденерия Биосистем, 89, 215е221.

Специализированные установки для измерения модуля Юнга яичной скорлупы были описаны в уровне техники в значительной степени, хотя прямые измерения имеют разрушительную сущность и, следовательно, не применимы для контроля качества яиц в режиме реального времени. Например, с использованием анализа методом конечных элементов для анализирования напряжений и натяжений в моделях яичной скорлупы при квазистатических сжимающих нагрузках и выведенной формулы для вычисления модуля эластичности яичной скорлупы. В данной формуле используются данные, полученные при проверках с квазистатическим сжатием, и обеспечивают возможность выполнения прямых сравнений, так как различия в форме, кривизне и толщине (структурные характеристики) учитываются при вычислении. Кроме того, может быть использовано выполнение динамических измерений для определения модуля эластичности части скорлупы. Технологии, которые были развиты и предпочтительно могут быть использованы для определения эластичности яичной скорлупы, в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения, включают возбуждение части скорлупы и измерение его резонансной частоты. Резонансная частота вместе с размерами части скорлупы образуют основу для вычисления модуля динамической эластичности. Формула модуля эластичности может быть выведена, в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения, с использованием анализа части скорлупы.

В альтернативных вариантах реализации, как указано, сжатие может быть применено для получения значений модуля Е для яичной скорлупы с использованием k_stat. В других вариантах реализации это может быть выполнено посредством применения теории Герца, как описано в WO/2012/060704.

Варианты реализации настоящего изобретения также обеспечивают использование поверхностного рассеяния Бриллюэна (или вынужденное рассеяние Бриллюэна), в котором стимулируют поверхностные акустические волны для получения характеристик яичной скорлупы, более конкретно, для получения характеристик эластичности яичной скорлупы. Поверхностное рассеяние Бриллюэна является бесконтактной технологией измерения, в которой используют рассеяние света для исследования характеристик поверхностных акустических волн, как на поверхности однородных твердых объектов, так и в тонких поддерживаемых слоях. Характеристики эластичности вблизи поверхности твердых объектов часто заметно отличаются от характеристик эластичности материала подложки в массе. Они являются чувствительным показателем остаточного напряжения, разупрочнения и других физических условий вблизи поверхности. Поверхностное рассеяние Бриллюэна широко применяют для характеристики тонких (меньше микрона) поддерживаемых слоев, характеристики эластичности которых могут отличаться от свойств эластичности соответствующего материала в массе. Это может быть использовано в качестве альтернативы для измерения других характеристик, таких как толщины слоя или плотность массы, или наличие промежуточных слоев. Систем, которые были изучены на данный момент, много и они разнообразны, и включают неорганические материалы, такие как кремний или силициды, разнообразные углеродсодержащие материалы, такие как алмаз, химически осажденный из газовой фазы алмаз и алмазоподобные пленки, различные типы твердых покрытий, таких как карбиды и нитриды, пленки Ленгмюра-Блоджетта и различные типы множественных слоев. Поверхностное рассеяние Бриллюэна может исследовать акустические волны с частотами до 100 ГГц и различать пленки с толщинами в несколько десятков нанометров.

Настоящее изобретение обеспечивает варианты реализации, в которых числовую модель используют для определения модуля Юнга, посредством чего указанная числовая модель представляет упрощенную реплику куриного яйца, заполненную текучей средой скорлупу, поддающуюся сдвоенной структурно-акустической задаче. В данном случае, яичная скорлупа смоделирована как однослойная структура скорлупы равномерной толщины. Акустическое содержимое включает воздушную камеру и воду, основной компонент белка (приблизительно 90%) и желтка (приблизительно 50%). Мембраны скорлупы не включены в модель. Числовой подход, в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения, который применяют для отображения эффектов сопряжения между текучей средой и структурой, основан на представлении структуры, а также внутренних текучих сред, при помощи конечных элементов. Основное преимущество такого способа заключается в возможности легкого представления полостей с различными типами текучих сред, например воды и воздуха, в одной модели.

Базовая модель предпочтительно представляет упрощенную копию куриного яйца. Геометрию в форме яйца предпочтительно аппроксимируют как полуэлипс, совмещенный с полусферой. Общие размеры модели яйца могут быть 4,6, 5,8 и 4,6 см, соответственно в направлениях X (продольное), Y (вертикальное) и Z (боковое). В предпочтительном варианте реализации толщина яичной скорлупы принята равномерной по всей поверхности скорлупы. Применяют значение по умолчанию 0,38 мм. Параметры материала яичной скорлупы являются следующими: модуль Юнга Е=3 * 1010N м^-2, коэффициент Пуассона ν=0,307 и плотность массы ρ=2400 кг м^-3. Содержимое яйца представлено воздушной камерой и областью с водой. Высота воздушной камеры в конфигурации по умолчанию предпочтительно равна 4 мм. Акустические параметры воздуха предпочтительно являются следующими: скорость звука 343 м с^-1, и плотность массы 1,25 кг м^-3. Значения акустических параметров воды по умолчанию являются следующими: скорость звука 1500 м с^-1, и плотность массы 997 кг м^-3. Сетки конечных элементов, как показано на фиг. 4, для структурной и акустической области предпочтительно созданы с использованием программного пакета MSC.Patran (MSC Software, Санта Ана, Калифорния, США).

Все несвязанные структурные результаты предпочтительно получают при помощи программного обеспечения MSC.Nastran, а акустические и связанные вибро-акустические результаты получают при помощи программного обеспечения LMS.Sysnoise (LMS International, Левен, Бельгия). Структурно-акустическая модель, используемая при симуляциях, является моделью со свободными граничными условиями, возбуждаемой единичным нормальным точечным усилием, действующим на экватор яйца, как показано на фиг. 4.

Для наполненного текучей средой яйца, полученные резонансные частоты связанных мод близки к результатам экспериментов. Более того, формы мод и последовательность появления вычисленных мод очень схожи с наблюдаемым экспериментальным путем модами. На основании выходных данных симуляции, в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения, обеспечивают составление множественной линейной регрессионной модели. Коварианты предпочтительно являются резонансной частотой яйца, толщиной яичной скорлупы и двумя радиусами кривизны яйца. Модуль Юнга является выходной переменной. Наконец, формула для прогнозирования модуля Юнга яичной скорлупы задана как

где Е является спрогнозированным модулем Юнга; r₁ является большим радиусом кривизны, r₂ является меньшим радиусом кривизны, t является толщиной скорлупы и RF является резонансной частотой.

В других вариантах реализации настоящего изобретения, приведенная выше формула (уравнение 5) для модуля Юнга основана на измерении кривизны яйца (по длинной и короткой осям), дополненном знаниями о толщине скорлупы и резонансной частоте яйца.

Специалисту в данной области техники понятно, что формула (5) для спрогнозированного модуля Юнга может быть обобщена следующим образом:

где K₅, K₆, K₇, K₈ являются постоянными, которые могут быть получены из приведенных выше уравнений, как было описано выше.

Применение соотношения напряжения растяжения и модуля Юнга/эластичности материала яичной скорлупы в качестве средства прогнозирования для оценки прочности яичной скорлупы в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения.

Так как модуль Юнга яичной скорлупы на три порядка величины (ГПа) больше, чем ее прочность (МПа) на разрушение при растяжении, правильное выражение критерия (уравнение 1) разрушения яичной скорлупы, теоретическая когезионная прочность, σ_th, должна быть равна Е/1000. Данное более низкое значение для прочности на разрушения яичной скорлупы является прямым следствием наличия дефектов в яичной скорлупе (например, пор, микротрещин). Полученный в результате критерий разрушения яичной скорлупы может быть записан в виде

Таким образом, на основании критерия разрушения можно заключить, что σ_t зависит от кривизны и толщины яичной скорлупы, при этом зависит от характеристик материала скорлупы яйца.

Уравнение 6 можно записать в следующем виде:

В соответствии с предпочтительными вариантами реализации настоящего изобретения, соотношение данных двух новых средств прогнозирования, (E/1000σ_t)=k_new, обеспечивает еще один новый показатель прочности яичной скорлупы. Или с учетом уравнения 1 это может быть записано как k_new=σ_th/σ_t.

В других преимущественных вариантах реализации настоящего изобретения, специалист может адаптировать уравнение Гриффита, которое описывает отношение между приложенным номинальным напряжением и длиной трещины при разрушении, т.е. когда оно становится подходящим для роста трещины с энергетической точки зрения, для обеспечения оценки характеристик такой трещины, как например длина трещины. Так как уравнение Гриффита обеспечивает измерение энергетических свойств разрушения, и полагаемых изменений энергии, связанных с постепенным удлинением трещины, данные характеристики могут быть интегрированы в более позднюю фазу. Например, для нагруженного хрупкого тела, испытывающего постепенное удлинение трещины, вклад в изменение энергии вносят только энергия новых поверхностей разрушений (две поверхности на конец трещины) и изменение потенциальной энергии тела. Выражение (S) поверхностной энергии представляет энергию, поглощенную при росте трещины, в то время как некоторая запасенная энергия (U) натяжений высвобождена при удлинении трещины (вследствие снятия нагрузки с областей, смежных с новой поверхностью разрушения). Поверхностная энергия имеет постоянное значение на единицу площади (или единицу длины для тела с единичной толщиной) и, следовательно, является линейной функцией (длины трещины), в то время как запасенная энергия, высвобожденная при росте трещины, является функцией (длины трещины)², и, следовательно, является параболической. Данные изменения могут быть количественно определены с использованием приведенных выше теорем на следующем этапе.

В дополнение, так как следующий этап в развитии аргумента Гриффита является рассмотрение соотношений изменения энергии с удлинением трещины, так как критическое условие соответствует максимальной точке общей энергетической кривой, т.е. dW/da=0, где а=а*, для длин трещин больших, чем данное значение (при заданном приложенном напряжении), тело переходит в состояние с более низкой энергией, что является благоприятным, и, следовательно, происходит быстрое разрушение, таким образом обеспечивая измерение сопротивления трещинам. Случай, когда dW/da=0 происходит, когда dS/da=dU/da и R является сопротивлением росту трещины (=dS/da), а G является степенью высвобождения энергии натяжения (=dU/da). Когда происходит разрушение, R=G, и можно определить новое средство прогнозирования в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения, а именно G_crit, в качестве критического значения высвобождения энергии натяжения, и приравнять это к R. Следовательно, G_crit преимущественным образом представляет жесткость на разрушение яичной скорлупы.

Применение новых средств прогнозирования в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения в качестве средств для измерения толщины яичной скорлупы неразрушающим и предпочтительно бесконтактным образом

Как указано, приведенные выше уравнения 4 и 5, 5' зависят от толщины яичной скорлупы. Если переписать данные уравнения для получения толщины яичной скорлупы, станет ясна зависимость толщины яичной скорлупы как функции от растягивающее усилие и эластичности яичной скорлупы. Толщина яичной скорлупы, где указанная яичная скорлупа представляет собой скорлупу неповрежденного яйца, может быть определена посредством измерения эластичности указанной яичной скорлупы или напряжения растяжения, развившегося в яичной скорлупе, причем указанное определение выполняют неразрушающим и предпочтительно бесконтактным образом.

В предпочтительном варианте реализации, эластичность яичной скорлупы определяют с использованием оптических средств, которые обеспечивают определение бесконтактным образом. Например, оптические средства могут быть основаны на технологиях рассеивания и/или отражения, и/или компьютерном зрении, и/или термографическом исследовании или термографической печати. В предпочтительном варианте реализации, эластичность яичной скорлупы определяют с использованием поверхностного рассеяния Бриллюэна.

Преимущественно, варианты реализации настоящего изобретения обеспечивают три новых средства прогнозирования для оценки прочности яичной скорлупы, а именно растягивающего усилия яичной скорлупы, эластичность яичной скорлупы и соотношение растягивающего усилия и эластичность яичной скорлупы. В дополнение, варианты реализации настоящего изобретения обеспечивают новые способы определения толщины неповрежденного яйца неразрушающим образом и предпочтительно бесконтактным образом.

На фиг. 14 схематически показан неограничивающий вариант реализации устройства 100, которое содержит по меньшей мере один указанный выше датчик 101 и центральный обрабатывающий блок 102, устройство выполнено с возможностью выполнения способа в соответствии с изобретением. В соответствии с вариантом реализации, устройство 100 может представлять собой устройство для неразрушающей проверки яйца, в частности для прогнозирования состояния неповрежденной яичной скорлупы. В варианте реализации, устройство 100 может представлять собой устройство для неразрушающей проверки яйца, в частности для прогнозирования сопротивления неповрежденного яйца растрескиванию. В дополнение, или в качестве альтернативы, устройство 100 может представлять собой устройство для неразрушающего и бесконтактного измерения толщины скорлупы неповрежденного яйца.

(По меньшей мере один) датчик 101 может быть выполнен с возможностью определения толщины скорлупы, и/или кривизны яичной скорлупы, и/или эластичности яичной скорлупы, посредством чего указанным датчиком обеспечено по меньшей мере характеристику яичной скорлупы. Примеры таких датчиков 101 описаны выше. Датчик может например содержать один или большее количество бесконтактных обнаруживающих блоков 101а (например, оптические обнаруживающие средства), и/или например один или более контактных обнаруживающих блоков 101b (например, механические средства, датчики массы, приспособление для приложения нагрузки, испытательный стенд).

Кроме того, (по меньшей мере один) датчик 101 может быть выполнен с возможностью измерения кривизны яичной скорлупы, и/или эластичности яичной скорлупы, и/или растягивающего усилия, развившегося в яичной скорлупе, посредством чего указанным датчиком обеспечено по меньшей мере характеристику яичной скорлупы.

В варианте реализации, центральный обрабатывающий блок 102 может быть выполнен с возможностью определения при помощи данной характеристики яичной скорлупы напряжения растяжения, развившегося в яичной скорлупе, и определения указанной эластичности указанной яичной скорлупы, посредством чего по меньшей мере указанное напряжение растяжения и/или эластичность, а предпочтительно оба этих параметра, используются в качестве средства прогнозирования сопротивления неповрежденного яйца растрескиванию.

В варианте реализации центральный обрабатывающий блок 102 может быть выполнен с возможностью определения при помощи данной характеристики яичной скорлупы напряжения растяжения, развившегося в яичной скорлупе, посредством чего указанное напряжение растяжения используется в качестве средства прогнозирования состояния указанной яичной скорлупы.

В дополнение, или в качестве альтернативы, центральный обрабатывающий блок 102 может быть выполнен с возможностью определения при помощи данной характеристики яичной скорлупы толщины яичной скорлупы.

Центральный обрабатывающий блок 102 может быть выполнен различными способами, например в виде аппаратного обеспечения и/или программного обеспечения, а также понятен специалисту в данной области техники.

Как указано ранее, датчик 101 и центральный обрабатывающий блок 102 могут быть выполнены с возможностью связи друг с другом с использованием подходящих средств связи (например одного или более проводного или беспроводного каналов связи), в частности для передачи характеристики яичной скорлупы (или сигнала датчика) от датчика 101 в обрабатывающий блок 102.

Результаты экспериментов

В данном разделе описаны результаты ряда экспериментальных проверок, предназначенных для обеспечения того, что три показателя прочности использованы в качестве средств прогнозирования, в соответствии с предпочтительными вариантами реализации настоящего изобретения, являются лучшими средствами оценки прочности яичной скорлупы, чем классические измерения, известные в уровне техники, например вес яйца, толщина скорлупы, показатель формы, статическая или динамическая жесткость.

В качестве иллюстрации, варианты реализации настоящего изобретения ими не ограничены, ниже описаны примеры подтверждения способа и системы в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения, а также рассмотрены результаты экспериментов.

Куриные яйца из товарной стаи собирают в день кладки от куриц в возрасте приблизительно 55 недель. Яйца проверяют акустическим приспособлением для проверки яиц и для исследования используют только чистые (без видимых фекалий, содержимого яйца или другой грязи на скорлупе) и неповрежденные (без тонких извилистых трещин, трещин или отверстий) яйца. Наконец, 200 яиц, покрывающих все размеры (М, L и XL), были отобраны и сохранены при окружающих условиях (20-25°С) в течение дня перед использованием. Во время эксперимента, некоторые способы использовались для оценивания физических и механических характеристик яичной скорлупы. Массу (m) яиц измеряют при помощи электронных весов с точностью 0,1 г. Толщину яичной скорлупы (t) измеряют как среднюю толщину в трех равноудаленных местах на экваторе каждого яйца с использованием микрометрового измерителя со сферическими кончиками. Разрешение данного оборудования составляет 1 мкм. Длину и ширину измеряют при помощи скользящего цифрового штангенинструмента (точность 0,01 мм), а показатель (SI) формы вычисляют как соотношение между длиной и шириной во всех яйцах.

Два радиуса кривизны яйца (r₁ и r₂) измеряют локально на экваторе яйца при помощи приспособления для измерения радиуса кривизны, как показано на фиг. 5.

Для нахождения статической жесткости яичной скорлупы яйца сжимают на универсальном испытательном стенде (UTS Testsysteme GmbH, Германия) до максимальной нагрузки в 10 Н. Данное измерение является неразрушающим, так как средняя величина сжимающего усилия, необходимого для разбивания яйца составляет приблизительно 35 Н. Яйца размещают горизонтально между двумя плоскими параллельными стальными пластинами и сжимают при скорости 10 мм/мин. Разрешение датчика усилия составляет 0,001 Н. Усилие [Н] и смещение [мм] записывают в течение проверки и используют для вычисления статической жесткости (k_stat). Наклон кривой зависимости усилие-смещение обеспечивает измерение статической жесткости яичной скорлупы.

Измерение динамической жесткости (k_dyn) выполняют при помощи акустического приспособления для проверки яиц. При моделировании яйца как системы массы и пружины, динамическая жесткость задана как:

где m является массой яйца, в кг, cte. является постоянной (выбранной равной 1), а RF является первой резонансной частотой вибрации, в Гц. Более того, данная технология позволяет измерить коэффициент затухания яйца (8), а также может быть использована для обнаружения трещин в яичной скорлупе. Наконец, напряжение растяжения, модуль Юнга и показатель прочности яичной скорлупы определяют путем подстановки измеренных значений двух радиусов кривизны, толщины и резонансной частоты в формулу для прогнозирования, приведенную в предыдущих разделах описания. С другой стороны, для обеспечения возможности нахождения наиболее значимых параметров для прочности яичной скорлупы, трещины создают искусственным путем посредством использования технологии падающего мячика, как показано на фиг. 6. Как показано на фиг. 6, металлический мячик массой 3 грамма сбрасывают вертикально через трубку длиной 18 см на поверхность яичной скорлупы, и он падает под воздействием гравитации. Использование такой направляющей трубки помогает поддерживать постоянную высоту падения для всех измерений вне зависимости от размера яйца.

Результаты статистически оценивают с использованием программных пакетов Microsoft Office Excel 2007 и Matlab R2009b. Статистическое исследование состоит в применении проверки на основе однонаправленного одномерного вариационного анализа для выполнения фактического сравнения между индивидуальными параметрами на основании соответствующих Р-значений. В модели был задан уровень значимости, равный 5%. Р-значение представляет собой вероятность получения статистического показателя проверки по меньшей мере настолько предельной, как фактически наблюдаемая, принимая, что нулевая гипотеза является верной. Специалист часто "отвергает нулевую гипотезу", когда Р-значение меньше, чем уровень значимости а, который часто составляет 0,05 или 0,01. Когда нулевая гипотеза отвергнута, о результате говорят, что он является статистически значимым.

Процент треснутых яиц, полученных после проверки при помощи падающего мячика, составил приблизительно 40%. Как указывалось ранее, результаты обрабатывают статистически с использованием программного пакета Matlab и визуализируют как диаграмму. Для начала строят модель для исследования разницы показателя формы между неповрежденными и треснутыми яйцами.

В модели используют уровень значимости, равный 5%, что означает, что если вычисленное Р-значение меньше, чем 0,05, то разница между показателем формы неповрежденных яиц и показателя формы треснутых яиц является значительной. Как показано на фиг. 7, показатель формы у неповрежденных яиц значительно выше, чем у треснутых яиц. Полученное Р-значение, равное 0,006, указывает на значительную разницу между показателем формы неповрежденных и треснутых яиц. Более того, как видно из диаграммы, неповрежденная скорлупа является более круглой, чем треснутая скорлупа. Данная тенденция корректна с физической точки зрения, так как напряжение, вызванное в яичной скорлупе посредством ударного усилия, лучше распределено и, следовательно, лучше выдерживается более круглой структурой скорлупы.

На фиг. 8 показана диаграмма толщины яичной скорлупы. Анализ показал, что толщины яичной скорлупы у неповрежденных яиц значительно выше, чем у треснутых яиц. Из фиг. 8 можно заключить, что треснутая яичная скорлупа является более тонкой, чем неповрежденная скорлупа. Это ожидаемый результат, принимая во внимание, что более толстая скорлупа лучше сопротивляется различным случаям нагружения, чем более тонкая скорлупа.

На фиг. 9 и фиг. 10 показаны диаграммы статической и динамической жесткости соответственно. Полученное в результате Р-значение для статической жесткости (Р=0,004) указывает на то, что статическая жесткость яичной скорлупы является очень значимым параметром для прочности яичной скорлупы. С другой стороны, несмотря на то, что ее Р-значение (0,06) немного больше уровня значимости, динамическая жесткость остается одним из важнейших показателей прочности яичной скорлупы. Однако такая слабая значимость может быть объяснена тем фактом, что динамическая жесткость непосредственно зависит от резонансной частоты и данный параметр очевидным образом не является важным (Р=0,4) в данном эксперименте. Как правило, резонансные частоты материалов на самом деле отражаются на прочности и расстоянии между атомами в материале и, таким образом, уровень незначимости резонансной частоты в данном эксперименте может быть оправдан тем фактом, что хотя яйца, использованные в данном эксперименте, хорошо отвечают на требования геометрической вариативности, данные яйца, к сожалению, происходят из одной стаи, которая по существу является ограничительным фактором в вариативности материала.

На фиг. 11 показано представление в виде диаграммы различий в напряжении растяжения между неповрежденными и треснутыми яйцами. Р-значение, равное 0,00007, указывает на то, что данный новый показатель прочности в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения, напряжение растяжения, является значимым параметром в динамическом разбивании яиц посредством технологии падающего мячика, значительно более значимым (два порядка величины разницы Р-значений), чем указанные ранее классические показатели прочности. Как показано на фиг. 11, треснутые яйца имеют более высокие значения напряжения по сравнению с неповрежденными яйцами. Абсолютно логическая тенденция, так как более высокие значения напряжения представляют повышенные вероятности достижения уровней напряжения поломки. Как ожидалось, комбинация кривизны и толщины яичной скорлупы в один параметр, напряжение растяжения, обеспечивает более полную картину в отношении прочности яичной скорлупы.

В дополнение, На фиг. 12 показано изменение модуля Юнга, как нового показателя прочности, между неповрежденной и треснутой скорлупой. При Р-значении, равном 0,05, модуля Юнга может рассматриваться как значимый параметр для прочности яичной скорлупы с упоминанием, что он явно представляет слабый фактор значимости. В дополнение, необходимо подчеркнуть, что ожидаемая тенденция заключалась в наличии более низких значений модуля Юнга для треснутых яиц, в то время как полученные результаты показали противоположное развитие. Так как формула для прогнозирования модуля Юнга комбинирует геометрические параметры и параметры материала (например радиусы кривизны, толщину и резонансную частоту), результаты могут быть объяснены аналогичным образом, что и результаты для динамической жесткости. Следовательно, новый эксперимент с хорошей вариативностью материалов измеряемых яиц (яйца, поступающие от разных стай) должен улучшить значимость и развитие модуля Юнга.

Наконец, модель построена для исследования разницы в k_new, который зависит от соотношения растягивающего усилия и эластичности яичной скорлупы в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения между неповрежденными и треснутыми яйцами. Как показано на фиг. 13, k_new неповрежденных яиц значительно выше, чем у треснутых яиц. Полученное Р-значение, равное 0,0009, указывает на значительную разницу между показателем формы неповрежденных и треснутых яиц. Вместе с напряжением растяжения, k_new обеспечивает улучшенное измерение прочности яичной скорлупы по сравнению с классически используемыми показателями, такими как масса яйца, толщина яичной скорлупы, статическая или динамическая жесткость. Более того, сила значимости k_new обычно будет повышена только лишь при рассмотрении регулировок, предложенных в предыдущем абзаце.

Настоящая экспериментальная работа явным образом демонстрирует способность растягивающего усилия, модуля Юнга/эластичности и k_new, определенного как соотношение между модулем Юнга и напряжением растяжения, для улучшенной оценки прочности яичной скорлупы.

В соответствии с наблюдениями настоящего исследования, новый эксперимент должен быть создан с увеличением числа яиц и при попытке получения вариативности геометрии (равномерное распределение яиц различных размеров) и вариативности материала (яйца поступают от нескольких стай) для подтверждения и усовершенствования настоящих полученных данных. Дополнительные исследования могут быть также проведены для определения, является ли k_new наилучшим средством оценки прочности яичной скорлупы, чем классические измерения, такие как удельный вес, деформация скорлупы, толщина скорлупы, процент скорлупы, прочность на разбивание, статическая или динамическая жесткость, или нет, и повысится ли, при включении измерения k_new в программы генетического отбора, качество яичной скорлупы и снизится ли число яиц пониженного качества вследствие растресканной и поврежденной скорлупы.

Следует понимать, что данное изобретение не ограничено конкретными особенностями средств и/или этапов процесса описанного способа, так как данные средства и способы могут изменяться. Также следует понимать, что использованная в настоящем описании терминология предназначена только для описания конкретных вариантов реализации и не подразумевается как ограничивающая. Следует отметить, что в материалах заявки и в приложенной формуле изобретения формы в единственном числе включают единственное и/или множественное число описываемых объектов, кроме случаев, когда из контекста явно следует обратное. Также следует понимать, что формы во множественном числе включают единственное и/или множественное число описываемых объектов, кроме случаев, когда из контекста явно следует обратное. Более того, следует понимать, что в случае, когда приведены диапазоны, определяющие числовые значения, диапазоны включают данные граничные значения.

Например, один или более датчик может быть выполнен для определения толщины скорлупы, и/или кривизны яичной скорлупы, и/или эластичности яичной скорлупы.

Группа изобретений относится к птицеводству и может быть использована при сортировке куриных яиц на птицефабриках. Для этого применяют неразрушающий способ определения сопротивления неповрежденных яиц растрескиванию. Определение включает следующие этапы: a) определение напряжения растяжения, развившегося в яичной скорлупе указанного неповрежденного яйца, например напряжения растяжения при заданной нагрузке, и b) определение эластичности указанной яичной скорлупы. Для оценки сопротивления растрескиванию неповрежденного яйца используют соотношение напряжения растяжения и эластичности яичной скорлупы. Группа изобретений обеспечивает оптимальные критерии определения качеств яичной скорлупы при отборе неповрежденных куриных яиц. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 14 ил., 1 пр.

1. Неразрушающий способ определения сопротивления неповрежденных яиц растрескиванию, в котором указанное определение включает этап а) и этап b):

a) определение напряжения растяжения, развившегося в яичной скорлупе указанного неповрежденного яйца;

b) определение эластичности указанной яичной скорлупы,

причем результаты этапа а) и этапа b) используют при оценке указанного сопротивления растрескиванию, при этом соотношение указанного напряжения растяжения, развившегося в скорлупе указанного неповрежденного яйца, и указанной эластичности указанной яичной скорлупы применяют в качестве показателя прочности для оценки сопротивления растрескиванию неповрежденного яйца.

2. Способ по п. 1, в котором этап определения напряжения растяжения включает определение напряжения растяжения при заданной нагрузке.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что указанное определение указанной эластичности яичной скорлупы выполняют с использованием механических средств.

4. Способ по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что указанное определение указанной эластичности яичной скорлупы выполняют с использованием оптических средств.

5. Способ по п. 4, в котором использование оптических средств включает применение технологий рассеяния и/или компьютерного зрения.

6. Способ по п. 4, в котором указанное использование оптических средств включает поверхностное рассеяние Бриллюэна.

7. Способ по любому из пп. 5, 6, в котором указанную эластичность определяют бесконтактным образом.

8. Способ по любому из пп. 1, 2, 5, 6, в котором указанное вычисление напряжения растяжения включает измерение толщины скорлупы и кривизны указанной яичной скорлупы.

9. Способ по любому из пп. 1, 2, 5, 6, в котором указанное определение сопротивления неповрежденных яиц растрескиванию включает определение наличия трещин, и/или растягивающего усилия, и/или вероятности разбивания.

10. Способ по любому из пп. 1, 2, 5, 6, в котором указанное вычисление указанного напряжения растяжения включает анализ методом конечных элементов, включающий геометрическое представление и оценку локализованного напряжения.

11. Способ по любому из пп. 1, 2, 5, 6, в котором указанное определение сопротивления неповрежденных яиц растрескиванию выполняют в режиме реального времени.

12. Устройство для неразрушающей проверки яйца, содержащее:

- датчик, выполненный с возможностью определения характеристики яичной скорлупы, такой как толщина скорлупы, кривизна яичной скорлупы и эластичность яичной скорлупы;

- центральный обрабатывающий блок для определения при помощи данной характеристики яичной скорлупы напряжения растяжения, развившегося в яичной скорлупе, и определения указанной эластичности указанной яичной скорлупы, причем указанное напряжение растяжения и эластичность использованы в качестве средства прогнозирования сопротивления неповрежденного яйца растрескиванию, при этом устройство выполнено с возможностью определения соотношения указанного напряжения растяжения, развившегося в скорлупе указанного неповрежденного яйца, и указанной эластичности яичной скорлупы для применения в качестве показателя прочности для оценки сопротивления неповрежденного яйца растрескиванию.

13. Устройство по п. 12, в котором указанный датчик содержит камеру, и/или источник света, и/или источник лазерного излучения, и/или источник радиоактивного излучения.

14. Способ сортировки яиц, в котором способ по любому из пп. 1-11 используют для определения, во время сортировки, сопротивления неповрежденных яиц растрескиванию.

15. Устройство для сортировки яиц, в котором устройство по любому из пп. 12, 13 используют для определения, во время сортировки, состояния скорлупы указанных яиц.