一种用于检测棉花中塑料污染物的超声相控阵系统 伊桑·埃利奥特（Ethan Elliott）、 艾莉森·福斯特（Allison Foster）、 艾尔顿·伯努西（Ayrton Bernussi）、 哈梅德·萨里-萨拉夫（Hamed Sari-Sarraf）、 穆罕默德·赛义德（Mohammad Saed）、 维基·B·马丁（Vikki B. Martin）以及 尼哈·科塔里（Neha Kothari）

《AgriEngineering》：An Ultrasonic Phased Array System for Detection of Plastic Contaminants in Cotton Ethan Elliott, Allison Foster, Ayrton Bernussi, Hamed Sari-Sarraf, Mohammad Saed, Vikki B. Martin and Neha Kothari

棉花生产行业面临塑料污染挑战，传统检测方法效果有限。本研究开发40kHz超声阵列成像系统，通过FPGA控制发射器与接收器，结合反射回波和信号衰减分析，形成声学图像，实验室测试成功检测到小于2cm2隐蔽塑料碎片，验证了超声成像在棉花加工中的可行性，建议与光学方法结合提升质检效率。

　　

摘要

棉花是一种在全球范围内具有重要意义的农作物，在100多个国家都有种植。它支撑着一个价值400亿美元的市场，并为全球超过3.5亿人提供了就业机会。然而，塑料污染仍然是该行业面临的一个持续挑战，会降低棉花纤维的质量并干扰轧棉过程。当塑料碎片被纤维遮挡或缺乏足够的颜色对比度时，人工检测和光学机器视觉系统难以有效识别这些污染物。为了解决这些问题，我们开发了一种基于超声波相控阵成像的系统，该系统在40 kHz的频率下运行，并由现场可编程门阵列（FPGA）进行控制。发射元件沿径向路径发射脉冲超声波，独立的反射接收器记录回波幅度以形成声学图像，而一组传输接收器则检测信号衰减情况，这些衰减数据会被叠加到基于反射的图像上，从而突出显示潜在的污染物。在针对籽棉和棉绒样本的初步实验室测试中，该系统成功检测到了小至2cm×2cm的塑料碎片。该系统的角分辨率限制为±3°。在视野范围内产生了明显的反射峰和相应的衰减叠加图像，验证了该系统的检测能力。这些结果表明，利用超声波成像技术可以有效地发现棉花加工过程中隐藏的塑料碎片。将这种方法与现有的光学方法结合使用，可以改进污染物去除流程，从而提高纤维的整体质量和加工效率。