基于射頻傳輸?shù)脑诰€測量糧食含水率的檢測裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于射頻傳輸?shù)脑诰€測量糧食含水率的檢測裝置及方法，包括：檢測天線、高頻電路與低頻電路；高頻電路包括產(chǎn)生射頻信號的信號發(fā)生器，信號發(fā)生器連接功分器，功分器具有測量信號輸出口與本振信號輸出口，測量信號輸出口連接測量天線的信號輸入端，本振信號輸出口連接解調(diào)器，測量天線的信號輸出端連接解調(diào)器；低頻電路包括與解調(diào)器連接的信號放大器，連接信號放大器的微處理器電路，微處理器電路連接顯示電路。該檢測裝置測量范圍寬，測量精度高，可以達(dá)到0.5%甚至0.1%，由于射頻信號具有穿透性，所以測量不受水分分布的影響，既可以測糧食表面的含水率，也可以測糧食內(nèi)的含水率。
【專利說明】基于射頻傳輸?shù)脑诰€測量糧食含水率的檢測裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及糧食含水率檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，特別地，涉及一種基于射頻傳輸?shù)脑诰€測 量糧食含水率的檢測裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 糧食在交易或者儲(chǔ)存之前，都需要檢測糧食的含水率，而且需要滿足國家或相關(guān) 單位對含水率的要求。為了使含水率超標(biāo)的糧食降低含水率，需要應(yīng)用糧食烘干設(shè)備將其 循環(huán)烘干處理，直至達(dá)到要求。為了實(shí)時(shí)了解烘干機(jī)設(shè)備中糧食含水率的變化情況，并且在 達(dá)到含水率要求后及時(shí)停機(jī)，就需要在線實(shí)時(shí)對糧食含水率進(jìn)行測量檢測。
[0003] 目前國內(nèi)外應(yīng)用的在線檢測設(shè)備主要分為碾壓測電阻法和電容法。碾壓測電阻法 是通過碾壓齒輪將糧食壓扁，再通過兩個(gè)齒輪之間的電阻測量原理來測量其含水率。其優(yōu) 點(diǎn)在于把糧食作物碾壓后能測量糧食作物內(nèi)部的含水，但是缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，操作非常 麻煩。由于不同糧食作物的個(gè)體尺寸存在差異，例如玉米比小米要大很多，這樣還需要調(diào)節(jié) 碾壓齒輪距離，如果調(diào)整不好，直接影響測量精度。另外時(shí)間長以后，齒輪上會(huì)積垢，更加影 響了測量的精度。
[0004] 電容法是利用兩個(gè)平行的電極間存在一定的電容，且電容值受兩個(gè)電極之間介質(zhì) 的介電常數(shù)影響，從而通過測量電容來計(jì)算出介質(zhì)的含水率，這種方法簡單，但是測量精度 很低，而且對糧食作物的表面含水敏感，而對內(nèi)部的含水不敏感，會(huì)造成很大的測量誤差。 電容值與含水率不是一個(gè)線性對應(yīng)的關(guān)系，在高含水區(qū)段范圍內(nèi)電容值的變化很微小，因 此電容測量含水只能在低含水的條件下采用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的在于提供一種基于射頻傳輸?shù)脑诰€測量糧食含水率的檢測裝置及方 法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中，糧食含水率檢測設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢測精度很難控制的問題。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于射頻傳輸?shù)脑诰€測量糧食含水率的檢測裝 置，包括：檢測天線、高頻電路與低頻電路；高頻電路包括產(chǎn)生射頻信號的信號發(fā)生器，信 號發(fā)生器連接功分器，功分器具有測量信號輸出口與本振信號輸出口，測量信號輸出口連 接測量天線的信號輸入端，本振信號輸出口連接解調(diào)器，測量天線的信號輸出端連接解調(diào) 器；低頻電路包括與解調(diào)器連接的信號放大器，連接信號放大器的微處理器電路，微處理器 電路連接顯示電路。
[0007] 進(jìn)一步地，檢測天線包括金屬外殼，金屬外殼內(nèi)設(shè)置有兩塊金屬擋板，于兩塊金屬 擋板之間設(shè)置一非金屬的天線保護(hù)板，天線保護(hù)板的側(cè)面布置天線，天線的一端連接功分 器，另一端連接解調(diào)器。
[0008] 進(jìn)一步地，金屬擋板與天線保護(hù)板的形狀一致。
[0009] 進(jìn)一步地，金屬擋板與天線保護(hù)板的一端呈銳角狀。
[0010] 進(jìn)一步地，天線保護(hù)板為聚酰亞胺板或PVC (Polyvinyl chloride polymer、聚氯 乙烯）板。
[0011] 進(jìn)一步地，信號發(fā)生器為有源晶體振蕩器；或者，為DDS (Direct Digital Synthesizer、直接數(shù)字式頻率合成器）信號發(fā)生器，DDS信號發(fā)生器連接微處理器。
[0012] 進(jìn)一步地，信號發(fā)生器輸出的射頻信號的頻率范圍為125MHZ-350MHZ。
[0013] 進(jìn)一步地，功分器的測量信號輸出口輸出的測量信號的強(qiáng)度大于本振信號輸出口 輸出的本振信號。
[0014] 進(jìn)一步地，解調(diào)器為IQ鑒相器或幅相解調(diào)器；微處理器電路設(shè)置有通訊接口。
[0015] 本發(fā)明還提供一種使用上述的檢測裝置在線測量糧食含水率的方法，包括以下步 驟： 首先，預(yù)先標(biāo)定無水相位差P0和純水相位差P1 : 無水相位差P0為檢測裝置在普通環(huán)境下測量所獲得的相位差，定義為含水0%的標(biāo)準(zhǔn) 值； 純水相位差P1為檢測裝置在水環(huán)境下測量所獲得的相位差，定義為含水100%的標(biāo)準(zhǔn) 值； 然后，通過檢測裝置對被檢測介質(zhì)進(jìn)行測量，得到被檢測介質(zhì)的射頻相位差X ;然后， 根據(jù)公式：被檢測介質(zhì)含水率u= (X-PO)/ (P1-P0)計(jì)算出被檢測介質(zhì)含水率。
[0016] 本發(fā)明具有以下有益效果： 1、結(jié)構(gòu)簡單，安裝和操作使用方便。
[0017] 2、測量范圍寬，從0-100%的范圍內(nèi)均可有效測量，而且具有同等的精度。
[0018] 3、測量精度高，可以達(dá)到0· 5%甚至0· 1%。
[0019] 4、由于射頻信號具有穿透性，所以測量不受水分分布的影響，既可以測糧食表面 的含水率，也可以測糧食內(nèi)的含水率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 下面將參照圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來 提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成 對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中： 圖1是本發(fā)明基于射頻傳輸?shù)脑诰€測量糧食含水率的檢測裝置優(yōu)選實(shí)施例的原理框 圖； 圖2是本發(fā)明基于射頻傳輸?shù)脑诰€測量糧食含水率的檢測裝置優(yōu)選實(shí)施例中信號發(fā) 生器實(shí)施例一的原理框圖； 圖3是本發(fā)明基于射頻傳輸?shù)脑诰€測量糧食含水率的檢測裝置優(yōu)選實(shí)施例中信號發(fā) 生器實(shí)施例二的原理框圖； 圖4是本發(fā)明基于射頻傳輸?shù)脑诰€測量糧食含水率的檢測裝置優(yōu)選實(shí)施例中功分器 的原理框圖； 圖5是本發(fā)明基于射頻傳輸?shù)脑诰€測量糧食含水率的檢測裝置優(yōu)選實(shí)施例中測量天 線的剖面示意圖； 圖6是本發(fā)明基于射頻傳輸?shù)脑诰€測量糧食含水率的檢測裝置優(yōu)選實(shí)施例中測量天 線的正面示意圖； 圖7是本發(fā)明基于射頻傳輸?shù)脑诰€測量糧食含水率的檢測裝置優(yōu)選實(shí)施例中解調(diào)器 實(shí)施例一的原理框圖； 圖8是本發(fā)明基于射頻傳輸?shù)脑诰€測量糧食含水率的檢測裝置優(yōu)選實(shí)施例中解調(diào)器 實(shí)施例二的原理框圖； 圖9是本發(fā)明基于射頻傳輸?shù)脑诰€測量糧食含水率的檢測裝置優(yōu)選實(shí)施例中微處理 器電路的原理框圖。
[0021] 附圖標(biāo)記說明： 100、檢測天線；200、高頻電路；300、低頻電路；101、金屬外殼；102、金屬擋板；103、 天線保護(hù)板；104、天線；201、信號發(fā)生器；202、功分器；203、解調(diào)器；301、微處理器電路； 302、信號放大器；303、顯示電路；304、通訊接口。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0023] 請參閱圖1、圖4與圖9,本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供了一種基于射頻傳輸?shù)脑诰€測 量糧食含水率的檢測裝置，包括：檢測天線100、高頻電路200與低頻電路300 ;高頻電路 200包括產(chǎn)生射頻信號的信號發(fā)生器201，信號發(fā)生器201連接功分器202,功分器202具有 測量信號輸出口與本振信號輸出口，測量信號輸出口連接測量天線100的信號輸入端，本 振信號輸出口連接解調(diào)器203,測量天線100的信號輸出端連接解調(diào)器203 ;低頻電路包括 與解調(diào)器203連接的信號放大器302,連接信號放大器302的微處理器電路301，微處理器 電路301連接顯示電路303。
[0024] 本優(yōu)選實(shí)施例提供的基于射頻傳輸?shù)脑诰€測量糧食含水率的檢測裝置，其具體實(shí) 現(xiàn)過程如下： 進(jìn)行檢測時(shí)，由信號發(fā)生器201產(chǎn)生高頻射頻信號，射頻信號通過功分器202分為兩 路，一路作為本振信號輸入至解調(diào)器203 ;另一路作為測量信號通過檢測天線100穿過被測 量介質(zhì)，然后輸入至解調(diào)器203 ;解調(diào)器203輸出兩路直流信號至信號放大器302,信號放大 器302對這兩路直流信號進(jìn)行低通濾波放大，并送至微處理器電路301進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到 兩個(gè)信號的低頻相位差值，然后通過顯示電路303將測量數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。干燥的糧食本身 的介電常數(shù)很高，當(dāng)糧食中含水率越高時(shí)，其介電常數(shù)降低，由于穿過被測量糧食的射頻信 號會(huì)隨介質(zhì)介電常數(shù)的變化而產(chǎn)生相移，所以可以通過檢測測量信號和本振信號的相位差 來獲得對應(yīng)的含水率的數(shù)值。該檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單，安裝和操作使用方便。測量范圍寬，從 0-100%的范圍內(nèi)均可有效測量，而且具有同等的精度，可以達(dá)到0. 5%甚至0. 1%。由于射頻 信號具有穿透性，所以測量不受水分分布的影響，既可以測糧食表面的含水率，也可以測糧 食內(nèi)的含水率。
[0025] 請參閱圖5與圖6,檢測天線包括金屬外殼101，金屬外殼101內(nèi)設(shè)置有兩塊金屬 擋板102,于兩塊金屬擋板102之間設(shè)置一非金屬的天線保護(hù)板103,天線保護(hù)板103的側(cè) 面布置天線104,天線104的一端連接功分器202,另一端連接解調(diào)器203。金屬擋板102 與天線保護(hù)板103的形狀一致。金屬擋板102與天線保護(hù)板103的一端呈銳角狀。天線保 護(hù)板103為聚酰亞胺板或PVC板。金屬擋板102與天線保護(hù)板103的形狀一致，目的是有 效地保證天線104與金屬擋板102之間形成一個(gè)射頻回路，從而確保測量信號的穩(wěn)定可靠。 金屬擋板102與天線保護(hù)板103的一端呈銳角狀，可以確保雜質(zhì)(例如，稻草)不會(huì)被掛住或 者粘住測量天線。天線104布置在非金屬材料天線保護(hù)板103的一側(cè)，其目的一是為了避 免天線104磨損，另一方面是通過填充天線104的空白區(qū)域，來避免糧食中的雜質(zhì)(例如，稻 草)等掛在天線104上。保護(hù)天線104的天線保護(hù)板103可以采用聚酰亞胺或者PVC材料， 絕緣性能和強(qiáng)度都比較高。
[0026] 請參閱2與圖3,信號發(fā)生器201可以采用有源晶體振蕩器；也可以采用DDS信號 發(fā)生器，DDS信號發(fā)生器連接微處理器。兩種信號發(fā)生器應(yīng)用在不同場合。有源晶體振蕩 器體積小，頻率輸出穩(wěn)定，但是頻率和信號強(qiáng)度固定不可以更改，所以適合應(yīng)用在批量生產(chǎn) 以及對設(shè)備體積要求高的場合。DDS信號發(fā)生器連接微處理器，可以由微處理器控制改變 頻率或者輸出信號強(qiáng)度，所以適合應(yīng)用在試驗(yàn)或者特殊測量場合。同時(shí)，測量的射頻信號的 強(qiáng)度選擇取決于天線的長度限制和被測量介質(zhì)的含水變化范圍，針對糧食測量介質(zhì)，在實(shí) 施例中，信號發(fā)生器201輸出的射頻信號的頻率范圍在125MHz-350MHz之間是較為優(yōu)選的 方案。測量過程中，功分器202的測量信號輸出口輸出的測量信號在檢測過程中會(huì)有一定 的衰減；因此，實(shí)際測量中，測量信號的強(qiáng)度要大于(略大于）本振信號輸出口輸出的本振信 號。
[0027] 請參閱圖1、圖7與圖8,解調(diào)器203可以采用IQ鑒相器，也可以采用幅相解調(diào)器。 IQ鑒相器將兩路輸入信號正交解調(diào)成I路和Q路低頻直流信號，再通過微處理器電路采樣 轉(zhuǎn)換后計(jì)算出幅度比和相位差信號。幅相解調(diào)器（AD8302型號的幅相解調(diào)器芯片）將兩路 輸入信號直接解調(diào)出一路幅度比直流信號和一路相位差直流信號。如果在需要高精度寬溫 度使用場合，采用IQ鑒相器。在普通低成本場合則采用幅相解調(diào)器。另外，微處理器電路 301設(shè)置有通訊接口 304,通過通訊接口 304,該檢測裝置可以連接其它外接設(shè)備或上位機(jī)。
[0028] 本發(fā)明還提供一種使用上述的檢測裝置在線測量糧食含水率的方法，包括以下步 驟： 首先，預(yù)先標(biāo)定無水相位差P0和純水相位差P1 : 無水相位差P0為檢測裝置在普通環(huán)境下測量所獲得的相位差，定義為含水0%的標(biāo)準(zhǔn) 值； 純水相位差P1為檢測裝置在水環(huán)境下測量所獲得的相位差，定義為含水100%的標(biāo)準(zhǔn) 值； 然后，通過檢測裝置對被檢測介質(zhì)進(jìn)行測量，得到被檢測介質(zhì)的射頻相位差X ;由于射 頻相位差X和被測介質(zhì)的含水率成比較理想的線性關(guān)系，因此可以根據(jù)公式：被檢測介質(zhì) 含水率u= (x-PO)/ (P1-P0)計(jì)算出被檢測介質(zhì)含水率。
[0029] 被檢測介質(zhì)含水率u是以體積為單位計(jì)算出的，如果需要得出以質(zhì)量為單位的含 水率，則通過各種不同介質(zhì)的常規(guī)密度來計(jì)算獲得。
[0030] 從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明上述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果： 該檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單，安裝和操作使用方便。測量范圍寬，從0-100%的范圍內(nèi)均可有 效測量，而且具有同等的精度，可以達(dá)到0.5%甚至0. 1%。由于射頻信號具有穿透性，所以測 量不受水分分布的影響，既可以測糧食表面的含水率，也可以測糧食內(nèi)的含水率。
[0031] 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明；對于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于射頻傳輸?shù)脑诰€測量糧食含水率的檢測裝置，其特征在于，包括： 檢測天線、1?頻電路與低頻電路； 所述高頻電路包括產(chǎn)生射頻信號的信號發(fā)生器，所述信號發(fā)生器連接功分器，所述功 分器具有測量信號輸出口與本振信號輸出口，所述測量信號輸出口連接所述測量天線的 信號輸入端，所述本振信號輸出口連接解調(diào)器，所述測量天線的信號輸出端連接所述解調(diào) 器； 所述低頻電路包括與所述解調(diào)器連接的信號放大器，連接所述信號放大器的微處理器 電路，所述微處理器電路連接顯示電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻傳輸?shù)脑诰€測量糧食含水率的檢測裝置，其特征在 于： 所述檢測天線包括金屬外殼，所述金屬外殼內(nèi)設(shè)置有兩塊金屬擋板，于兩塊所述金屬 擋板之間設(shè)置一非金屬的天線保護(hù)板，所述天線保護(hù)板的側(cè)面布置天線，所述天線的一端 連接所述功分器，另一端連接所述解調(diào)器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于射頻傳輸?shù)脑诰€測量糧食含水率的檢測裝置，其特征在 于： 所述金屬擋板與所述天線保護(hù)板的形狀一致。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于射頻傳輸?shù)脑诰€測量糧食含水率的檢測裝置，其特征在 于： 所述金屬擋板與所述天線保護(hù)板的一端呈銳角狀。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于射頻傳輸?shù)脑诰€測量糧食含水率的檢測裝置，其特征在 于： 所述天線保護(hù)板為聚酰亞胺板或PVC板。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻傳輸?shù)脑诰€測量糧食含水率的檢測裝置，其特征在 于： 所述信號發(fā)生器為有源晶體振蕩器；或者，為DDS信號發(fā)生器，所述DDS信號發(fā)生器連 接微處理器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于射頻傳輸?shù)脑诰€測量糧食含水率的檢測裝置，其特征在 于： 所述信號發(fā)生器輸出的所述射頻信號的頻率范圍為125MHz-350MHz。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于射頻傳輸?shù)脑诰€測量糧食含水率的檢測裝置，其特征在 于： 所述功分器的所述測量信號輸出口輸出的測量信號的強(qiáng)度大于所述本振信號輸出口 輸出的本振信號。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻傳輸?shù)脑诰€測量糧食含水率的檢測裝置，其特征在 于： 所述解調(diào)器為IQ鑒相器或幅相解調(diào)器；所述微處理器電路設(shè)置有通訊接口。
10. -種使用如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的檢測裝置在線測量糧食含水率的方法， 其特征在于，包括以下步驟： 首先，預(yù)先標(biāo)定無水相位差P0和純水相位差P1 : 所述無水相位差P0為所述檢測裝置在普通環(huán)境下測量所獲得的相位差，定義為含水 0%的標(biāo)準(zhǔn)值； 所述純水相位差P1為所述檢測裝置在水環(huán)境下測量所獲得的相位差，定義為含水 100%的標(biāo)準(zhǔn)值； 其次，通過所述檢測裝置對被檢測介質(zhì)進(jìn)行測量，得到被檢測介質(zhì)的射頻相位差X ;然 后，根據(jù)公式：被檢測介質(zhì)含水率u= (X-PO)/ (P1-P0)計(jì)算出被檢測介質(zhì)含水率。
【文檔編號】G01N23/02GK104155315SQ201410407423
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】孟敏, 艾繩勇, 常瑞峰, 陳建華 申請人:江蘇麥赫物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司