專利名稱：一種糧食密度與水分的多頻率電磁波測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量糧庫(kù)中糧食密度與水分的方法，尤其涉及一種利用介電常數(shù)受糧食的密度和水分影響的特性，將小型寬帶短波天線平行插入糧堆中，通過(guò)收發(fā)多種頻率的電磁波進(jìn)行糧食密度與水分測(cè)量的方法。
背景技術(shù)：
糧食密度是計(jì)算糧食重量的重要數(shù)據(jù)。目前密度測(cè)量采用的方法是一種取樣測(cè)量類比估算法取樣測(cè)量糧食密度，如容重器或0. 25至1立方米大容器，小心裝滿糧食稱得凈重，再除以容器容積，得到樣品密度；樣品密度乘以修正系數(shù)計(jì)算糧堆平均密度；其中的修正系數(shù)是以同保存條件、已知體積和重量的標(biāo)準(zhǔn)倉(cāng)，其糧堆平均密度與糧食容重(或大容器單位體積糧食重量)的比值。由于標(biāo)準(zhǔn)倉(cāng)必須是相同儲(chǔ)藏條件下儲(chǔ)藏同種糧食，而實(shí)際中只能近似，所以一般是由經(jīng)驗(yàn)選擇類別基準(zhǔn)。這種測(cè)量方法精度難以確定，且操作復(fù)雜費(fèi)力。糧食水分含量影響糧食物理、化學(xué)和生物特性，是糧食質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為是GB/TM97-1985。其中有105°C恒重法、定溫定時(shí)烘干法、隧道式烘箱法和兩次烘干法。玉米含水量測(cè)定按照GB/T10362-1995執(zhí)行。烘干測(cè)重法，測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，實(shí)時(shí)性差，多適用于實(shí)驗(yàn)室精確測(cè)量場(chǎng)合，不適用于大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。因此，許多方法被提出來(lái)測(cè)量密度或者水分，如密度測(cè)量的電容法、射線法、聲波法，水分測(cè)量的電容法、近紅外法、微波法等。這些方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，并且沒(méi)有一種方法可以同時(shí)測(cè)量出糧食的密度與水分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是基于多頻率電磁波檢測(cè)技術(shù)，提供一種同時(shí)測(cè)量糧食密度與水分的方法，實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是一種同時(shí)測(cè)量糧食密度與水分的方法，具體包括以下步驟S100.利用電容法測(cè)量出糧食樣品在不同密度、水分、溫度、頻率時(shí)的介電常數(shù)，建立介電常數(shù)與密度、水分關(guān)系模型；S200.利用電磁波速法測(cè)量的介電常數(shù)和烘干法測(cè)量的水分進(jìn)行模型參數(shù)校正， 校正后建立不同糧食品種參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)；S300.利用電磁波速法測(cè)量的兩種頻率時(shí)糧食的介電常數(shù)代入模型中，求解出被測(cè)糧食的密度與水分。所述步驟SlOO中，從糧堆中取一定重量的糧食樣品，放入一定體積的容器中，通過(guò)振動(dòng)容器改變糧食的密度，通過(guò)烘干或加濕方法改變糧食的水分，利用阻抗分析儀、水分測(cè)量?jī)x、溫度計(jì)進(jìn)行不同密度、水分、溫度下介電常數(shù)與頻率的關(guān)系。所述步驟SlOO中，對(duì)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)回歸的確定關(guān)系模型式ε' r =[l+(a-bl0g1Qf+CM-dMl0g1Qf) P]3 的參數(shù) a、b、c、d。式中 ε ‘,為介電常數(shù)；f 為測(cè)量頻率，單位MHz ； P為糧食密度，單位為g/cm3 ；M為糧食水分單位為％。所述步驟SlOO中，先測(cè)量電容傳感器在空氣中的電容值Ctl,再測(cè)量電容傳感器在
糧食中的電容值cx，則糧食的介電常數(shù)為而。所述步驟S200中，在糧倉(cāng)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行糧堆糧食電磁波法測(cè)量，同時(shí)采樣測(cè)量出糧食水分，通過(guò)采樣測(cè)量出糧食水分與模型水分含量作對(duì)比，通過(guò)迭代計(jì)算、調(diào)整模型參數(shù)，最終使誤差小于0. 3%，得到調(diào)整后的參數(shù)，通過(guò)對(duì)不同品種糧食進(jìn)行測(cè)量，建立各種糧食的參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，在實(shí)際測(cè)量時(shí)查詢調(diào)用。所述步驟S200中，利用多頻率電磁波介電常數(shù)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行不同頻率糧堆介電常數(shù)的測(cè)量，利用上述關(guān)系建立二元一次方程組，設(shè)測(cè)量頻率分別為f\、f2時(shí)測(cè)量得到的介電常數(shù)分別為ε ‘ ρ ε ‘ 2，則方程組為
權(quán)利要求
1.一種糧食密度與水分的多頻率電磁波測(cè)量方法，其特征在于S100.利用電容法測(cè)量出糧食樣品在不同密度、水分、溫度、頻率時(shí)的介電常數(shù)，建立介電常數(shù)與密度、水分關(guān)系模型；S200.利用電磁波速法測(cè)量的介電常數(shù)和烘干法測(cè)量的水分進(jìn)行模型參數(shù)校正，校正后建立不同糧食品種參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)；S300.利用電磁波速法測(cè)量的兩種頻率時(shí)糧食的介電常數(shù)代入模型中，求解出被測(cè)糧食的密度與水分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述步驟SlOO中，從糧堆中取一定重量的糧食樣品，放入一定體積的容器中，通過(guò)振動(dòng)容器改變糧食的密度，通過(guò)烘干或加濕方法改變糧食的水分，利用阻抗分析儀、水分測(cè)量?jī)x、溫度計(jì)進(jìn)行不同密度、水分、溫度下介電常數(shù)與頻率的關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述方法，其特征在于所述步驟SlOO中，對(duì)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)回歸的確定關(guān)系模型式ε' ^ = [l+(a-bl0g1Qf+CM-dMl0g1Qf) P]3的參數(shù)a、b、c、d。式中ε ‘ ^為介電常數(shù)；f為測(cè)量頻率， 單位MHz ； P為糧食密度，單位為g/cm3 ；M為糧食水分單位為％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述方法，其特征在于所述步驟SlOO中，先測(cè)量電容傳感器在空氣中的電容值Ctl，再測(cè)量電容傳感器在糧食中的電容值Cx，則糧食的介電常數(shù)為夂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述步驟S200中，在糧倉(cāng)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行電磁波法測(cè)量，同時(shí)采樣測(cè)量出糧食水分，通過(guò)采樣測(cè)量出糧食水分與模型水分含量作對(duì)比，通過(guò)迭代計(jì)算、調(diào)整模型參數(shù)，最終使誤差小于 0.3%,得到調(diào)整后的參數(shù)，通過(guò)對(duì)不同品種糧食進(jìn)行測(cè)量，建立各種糧食的參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，在實(shí)際測(cè)量時(shí)查詢調(diào)用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述方法，其特征在于所述步驟S200中，利用多頻率電磁波介電常數(shù)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行不同頻率時(shí)糧堆介電常數(shù)的測(cè)量，利用上述關(guān)系建立二元一次方程組，設(shè)測(cè)量頻率分別為f\、f2時(shí)測(cè)量得到的介電常數(shù)分別為ε ‘ ‘ 2，則方程組為
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述方法，其特征在于所述步驟S200中，測(cè)量出電磁波在糧食中傳播速度v，則糧食的介電常數(shù)為，式中，c為電磁波在真空中的傳播速度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述步驟S300中，測(cè)量出糧食在兩個(gè)頻率f\、f2時(shí)的介電常數(shù)ε ‘ ρ ε ‘ 2；在參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢相應(yīng)糧食品種及溫度時(shí)參數(shù)a、b、c、d的值；按照式
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于多頻率電磁波檢測(cè)技術(shù)同時(shí)測(cè)量糧食密度與水分的方法，該方法首先利用電容法測(cè)量出糧食樣品在不同密度、水分、溫度、頻率時(shí)的介電常數(shù)，建立介電常數(shù)與密度、水分關(guān)系模型；接著利用電磁波速法測(cè)量的介電常數(shù)和烘干法測(cè)量的水分進(jìn)行模型參數(shù)校正，建立不同糧食品種參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)；最后利用電磁波速法測(cè)量的兩種頻率時(shí)糧堆糧食的介電常數(shù)代入模型中，求解出被測(cè)糧食的密度與水分。根據(jù)本發(fā)明提出的測(cè)量方法，能夠提高糧食數(shù)量與質(zhì)量檢測(cè)的效率，減小人力、物力、財(cái)力的投入，確保糧食安全。
文檔編號(hào)G01N9/36GK102243161SQ20111009459
公開(kāi)日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者吳方明, 吳炳方, 楊雷東 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所