一种基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测装置及方法，装置包括信号发生器，信号发生器的输出端通过传输线连接测量装置的一端，测量装置包括铝壳，铝壳内形成圆柱形腔体，圆柱形腔体中间设有内圆柱述内圆柱通过支撑杆连接到铝壳内侧，内圆柱与圆柱形腔体之间形成谷物流动空间，铝壳一侧上下均设有跷板，谷物通过跷板流入圆柱形腔体内，利用内圆柱将谷物分开，谷物与铝壳形成电极板，测量装置的另一端通过同轴电缆连接示波器的输入端。在电容法原理的基础上，以谷物含水量测量为核心，研究了基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测技术，为谷物含水量测量传感器的高精度、大范围、自动化、微型化及智能化研发提供科学依据。

Device and method for detecting grain moisture content on line based on radio frequency resistance method

The invention provides an on-line moisture content detection device and method of grain based on the radio frequency resistance method. The device includes a signal generator. The output end of the signal generator is connected to one end of the measuring device through a transmission line. The measuring device includes an aluminum shell, a cylindrical cavity is formed in the aluminum shell, and a cylindrical cavity is set in the middle of the cylindrical cavity. The cylinder is connected to the inner of the aluminum shell through the support rod. The inner cylinder and the cylindrical cavity form a grain flow space between the upper and lower sides of the aluminum shell. The grain flows into the cylindrical cavity through the seesaw, and the grain is separated by the inner cylinder, the grain and the aluminum shell form the electrode plate. The other end of the measuring device is connected by the coaxial cable. The input end of the oscilloscope. On the basis of the principle of capacitance method, taking the measurement of grain water content as the core, the on-line moisture content detection technology of grain based on radio frequency resistance method is studied, which provides scientific basis for the high precision, large range, automation, miniaturization and intelligent research and development of the sensor for measuring the moisture content of grain.

【技术实现步骤摘要】
一种基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测装置及方法
本专利技术属于谷物水分检测
，尤其是涉及一种基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测装置及方法。
技术介绍
在利用干燥机进行长时间、高降水率谷物干燥过程中，如何进行不同环境条件下、不同谷物含水率的精确在线测量，对于及时和准确地调整干燥机的工作状态、实现谷物合理干燥和粮食储藏具有重要意义。谷物水分是谷物中自由水与结合水的总称，自由水是通过物理吸附作用凝聚在谷物颗粒内部的毛细管内和分子间隙中的水分；结合水是通过化学作用吸附在谷物细胞内或谷物分子结构中的水分。自由水具有普通水的一般性质，直接影响谷物的物理和化学特性。就谷物含水量的检测而言，谷物水分含量就是指自由水的含量。一方面，为使谷物在存储及加工过程中，维持生命和保持谷物所固有的色、气、味、种用品质及食用品质，对谷物的含水量进行精确检测就显得非常重要。另一方面，在谷物干燥中，含水量的测量结果直接影响干燥系统的控制精度。因此，研制精度高、响应快的谷物水分在线检测装置就非常必要。现有的检测装置离线工作时精度较高，可靠性好，但不宜安装到工业现场，不能对谷物水分进行实时测量。目前，我国生产的大部分谷物干燥机还没有高质量的水分在线检测装置，烘后谷物过干或未达安全水分的情况相当普遍。国内外对水分检测的研究开展较早，主要有直接检测和间接检测两种，对于在线测量一般用间接检测，它包括红外式、微波式、核磁共振式、中子式、电导式、电容式等。前4种由于结构复杂，造价昂贵，使用维修不方便，多用于大型生产线的在线检测，而且取得了较满意的成果。电容式和电导式是常用的方法。电导式存在着测试精度较低，且受电解质及被测谷物的温度影响大等缺点。本文在分析电容法原理的基础上，以谷物含水量测量为核心，研究了基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测技术，为谷物含水量测量传感器的高精度、大范围、自动化、微型化及智能化研发提供科学依据。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测装置，在电容法原理的基础上，以谷物含水量测量为核心，研究了基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测技术，为谷物含水量测量传感器的高精度、大范围、自动化、微型化及智能化研发提供科学依据。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测装置，包括信号发生器，所述信号发生器的输出端通过传输线连接测量装置的一端，所述测量装置包括铝壳，所述铝壳内形成圆柱形腔体，所述圆柱形腔体中间设有内圆柱，所述内圆柱通过支撑杆连接到铝壳内侧，所述内圆柱与圆柱形腔体之间形成谷物流动空间，所述铝壳一侧上下均设有跷板，谷物通过跷板流入圆柱形腔体内，利用内圆柱将谷物分开，谷物与铝壳形成电极板，所述测量装置的另一端通过同轴电缆连接示波器的输入端；所述铝壳与谷物表面接触，用于接收信号发生器产生的激励信号，并根据谷物的水分含量输出对应的电压值；所述信号发生器用于产生激励信号，并将所产生的激励信号通过传输线传输到测量装置的铝壳上。进一步的，所述圆柱形腔体的直径为65mm，内圆柱的直径为40mm，圆柱形腔体的高度为100mm。进一步的，所述铝壳内还设有PVC塑料圆筒。进一步的，所述信号发生器发出的信号源为1MHZ。进一步的，所述信号发生器的信号源通过1KΩ的电阻与测量装置连接。相对于现有技术，本专利技术所述的一种基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测装置具有以下优势：(1)本专利技术所述的圆柱形极板具有较为稳定的电参数，如要增加电容量，则只需增加筒长即可，即改变电容量较为方便；(2)当谷物沿着跷板向上爬行时，利用谷物自重和风力对圆柱形极板间的流动谷物产生压力，使得在测量时极板间谷物的紧实度保持一致，从而消弱了因紧实度对测量精度的影响；(3)将整个圆柱形极板放置在铁壳内，由于铁壳的屏蔽作用，减少了外界静电的干扰；(4)在圆柱形极板与铝壳之间加入一PVC套管，削弱了电容场的边缘效应，提高了测试的精度。本专利技术的另一目的在于提出一种基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测方法，在电容法原理的基础上，以谷物含水量测量为核心，研究了基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测技术，为谷物含水量测量传感器的高精度、大范围、自动化、微型化及智能化研发提供科学依据。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测方法，具体包括如下步骤：(1)将谷物注入检测装置中，利用信号发生器产生激励信号给测量装置；(2)测量装置根据谷物的含水量输出对应的输出电压给示波器；(3)示波器根据谷物的含水率与电压的函数关系得出谷物的含水量。进一步的，所述步骤(3)中谷物的含水率与电压的函数关系的具体计算过程如下：(31)将流动的谷物分为谷物间空隙、谷物间水分以及谷物干物质三部分，设谷物的总电容为Cx，将谷物的总电容Cx分为谷物间空隙电容C0、谷物水分电容C1、谷物干物质电容C2，且满足公式(1)所示：其中，H——圆柱形腔体的高度，D——圆柱形腔体的直径，d——内圆柱的直径，ε0——谷物间的空气隙电介常数，ε1——谷物的水分电介常数，ε2——谷物干物质电介常数，均为定值；(32)设谷物间空隙、谷物间水分以及谷物干物质的重量分别为G0、G1、G2，谷物间隙的空气重量可视为零，故三部分总重量G如公式2所示：：G＝G1+G2＝πγd(D-d)H2+πγw(D-d)H1(公式2)其中：γd——谷物干物质的比重，γw——谷物水分的比重，取值为1，所以待测谷物的含水率如公式3所示：(33)设谷物间空隙、谷物间水分以及谷物干物质的体积分别为V0、V1、V2，总体积为V，两极板间谷物的空隙比e，即谷物堆积密度，称为紧实度，定义如下：(34)将公式3和公式4进行变换，带入公式1得到总电容Cx与谷物含水率的关系如公式5所示：把K0设为常数，则公式5可以变换为公式6：由波形转换公式(公式7)(公式8)其中Ua为实际测量电压值，Kp为波峰系数，由于输入的波形为正弦波，所以取Kp＝1.414，得到含水率W与实际测量电压值Ua的关系式为本专利技术所述的一种基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测方法与上述一种基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测装置的有益效果相同，在此不再赘述。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例所述的一种基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例所述的一种谷物在线含水量检测装置的立体图意图；图3为本专利技术实施例所述的一种谷物在线含水量检测装置的侧视图。图4为本专利技术实施例所述的圆柱形极板模型的结构示意图；图5为本专利技术实施例所述的谷物含水率和输出电压的关系模型。附图标记说明：1-信号发生器；2-内圆柱；3-支撑杆；4-翘板；5-示波器。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测装置，其特征在于：包括信号发生器，所述信号发生器的输出端通过传输线连接测量装置的一端，所述测量装置包括铝壳，所述铝壳内形成圆柱形腔体，所述圆柱形腔体中间设有内圆柱，所述内圆柱通过支撑杆连接到铝壳内侧，所述内圆柱与圆柱形腔体之间形成谷物流动空间，所述铝壳一侧上下均设有跷板，谷物通过跷板流入圆柱形腔体内，利用内圆柱将谷物分开，谷物与铝壳形成电极板，所述测量装置的另一端通过同轴电缆连接示波器的输入端；所述铝壳与谷物表面接触，用于接收信号发生器产生的激励信号，并根据谷物的水分含量输出对应的电压值；所述信号发生器用于产生激励信号，并将所产生的激励信号通过传输线传输到测量装置的铝壳上。

【技术特征摘要】
1.一种基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测装置，其特征在于：包括信号发生器，所述信号发生器的输出端通过传输线连接测量装置的一端，所述测量装置包括铝壳，所述铝壳内形成圆柱形腔体，所述圆柱形腔体中间设有内圆柱，所述内圆柱通过支撑杆连接到铝壳内侧，所述内圆柱与圆柱形腔体之间形成谷物流动空间，所述铝壳一侧上下均设有跷板，谷物通过跷板流入圆柱形腔体内，利用内圆柱将谷物分开，谷物与铝壳形成电极板，所述测量装置的另一端通过同轴电缆连接示波器的输入端；所述铝壳与谷物表面接触，用于接收信号发生器产生的激励信号，并根据谷物的水分含量输出对应的电压值；所述信号发生器用于产生激励信号，并将所产生的激励信号通过传输线传输到测量装置的铝壳上。2.根据权利要求1所述的一种基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测装置，其特征在于：所述圆柱形腔体的直径为65mm，内圆柱的直径为40mm，圆柱形腔体的高度为100mm。3.根据权利要求1所述的一种基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测装置，其特征在于：所述铝壳内还设有PVC塑料圆筒。4.根据权利要求1所述的一种基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测装置，其特征在于：所述信号发生器发出的信号源为1MHZ。5.根据权利要求1所述的一种基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测装置，其特征在于：所述信号发生器的信号源通过1KΩ的电阻与测量装置连接。6.一种基于权利要求1-5任一项所述的基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测装置的谷物在线含水量检测方法，其特征在于：具体包括如下步骤：(1)将谷物注入检测装置中，利用信号发生器产生激励信号给测...

【专利技术属性】
技术研发人员：王哲，龙威林，田海一，黄达，侯宝刚，刘宇豪，
申请(专利权)人：天津现代职业技术学院，
类型：发明
国别省市：天津,12