檳榔水分測量設備的製作方法

2023-10-10 19:56:44 7

本發明涉及一種用於測量檳榔水分的檳榔水分測量設備。

背景技術：

檳榔的生產加工過程中，對檳榔原料的水分控制十分重要，檳榔生產加工過程中水分監測直接決定了檳榔的口感與品質。但由於檳榔原果外殼堅硬，中空，核軟，每棵果實水分分布十分不均，因此給檳榔的水分測量帶來了極大的困難。

傳統的檳榔水分測量方法以人工把檳榔果切開、再用烘乾法烘乾稱重後算出含水率。這種方法因需要執行切開及烘乾操作，因此需要損耗一定量的原果原料，甚至每年給一個中型的檳榔廠帶的原料損耗達七八萬公斤，對應的直接經濟損失數以千萬計。另外，由於人工測量的方式只能取少量樣品，使得人工測量的數據不精確；且檳榔本身水分不均，更加加大了人工取樣測量的精確性。此外，由於測量步驟較繁瑣，測量一個數據通常需要較長時間(一個樣品幾十分鐘不等)，無法實時指導生產過程。

技術實現要素：

基於此，有必要提供一種能夠對檳榔實現無損、快速且精準測量的檳榔水分測量設備。

一種檳榔水分測量設備，其包括主機、微波天線、旋轉裝置、設置於所述旋轉裝置上用於盛放被測檳榔的託盤以及水分測量控制裝置，所述微波天線包括用於發射微波信號的發射天線和用於接收所述微波信號透射被測檳榔後形成的回波信號的接收天線；所述主機內設置有測量室，所述旋轉裝置設置於所述測量室內，所述水分測量控制裝置與所述旋轉裝置連接以控制所述旋轉裝置相對所述主機帶動所述託盤同步旋轉；所述水分測量控制裝置與所述發射天線和所述接收天線連接，並在預定時間內提取所述微波信號透射過轉動至不同角度時所述託盤內被測檳榔後形成的多個所述回波信號，得到所述託盤內被測檳榔的水分平均值。

在其中一個實施例中，所述水分測量控制裝置包括與所述發射天線和所述接收天線連接的微波水分儀，所述微波水分儀根據預存的物料種類與微波信號的映射關係控制所述發射天線發射與所述託盤內盛放的被測檳榔種類對應頻率的所述微波信號。

在其中一個實施例中，所述水分測量控制裝置包括物料選擇開關，所述微波水分儀包括與所述物料選擇開關連接的信號輸入埠；所述微波水分儀通過所述信號輸入埠接收物料種類選擇信號，並根據所述物料種類選擇信號及預存的物料種類與微波信號的映射關係確定與所述物料種類選擇信號對應頻率的所述微波信號並輸出，所述發射天線接收所述微波信號並發射至所述託盤內的待測檳榔，所述微波水分儀通過所述接收天線接收透射過轉動至不同角度時所述託盤內被測檳榔後形成的多個所述回波信號，並根據所述物料種類選擇信號、多個所述回波信號得到被測檳榔的水分平均值。

在其中一個實施例中，所述微波水分儀包括主板及與所述主板連接的高頻板，所述高頻板與所述發射天線和所述接收天線連接，所述主板通過所述信號輸入埠接收所述物料種類選擇信號，並將所述物料種類選擇信號發送給所述高頻板；所述高頻板根據所述物料種類選擇信號生成對應頻率的所述微波信號並通過所述發射天線發射至被測檳榔。

在其中一個實施例中，所述主板還包括與所述信號輸入埠連接的微處理器、以及與所述微處理器連接、存儲有至少兩種物料種類的校準模型信息的存儲器，所述微處理器根據所述物料種類選擇信號由所述存儲器內調取與所述物料種類選擇信號對應的所述校準模型信息，並根據所述回波信號及所述校準模型信息得到被測檳榔的水分檢測結果。

在其中一個實施例中，所述水分測量控制裝置包括與所述信號輸入埠、所述微處理器連接的觸摸顯示屏。

在其中一個實施例中，所述水分測量控制裝置包括計時器及與所述計時器連接的控制器，所述控制器用於啟動所述旋轉裝置並在所述計時器計時停止時，控制所述旋轉裝置停止轉動。

在其中一個實施例中，所述水分測量控制裝置包括與所述控制器、與外部設備通訊連接的通訊接口。

在其中一個實施例中，所述旋轉裝置的旋轉角度為360度。

在其中一個實施例中，所述水分測量控制裝置包括與所述微波水分儀連接的比較器及與所述比較器連接的報警器，所述比較器用於當所述微波水分儀輸出的所述微波信號的頻率超過預設頻率時，控制所述報警器進行報警輸出。

本發明的檳榔水分測量設備中，通過微波天線對被測檳榔採用微波穿透技術進行檢測，實現對被測檳榔的無損檢測；此外，將被測檳榔放置於託盤上，使得其可隨託盤與旋轉裝置同步旋轉，實現對放置於託盤上被測檳榔的進行全角度掃描與測量，提高水分檢測的精確度。

附圖說明

圖1為本發明較佳實施方式中檳榔水分測量設備的結構示意圖；

圖2為圖1所示檳榔水分測量設備的模塊示意圖。

具體實施方式

為了便於理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的較佳的實施例。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，並不限於本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發明的公開內容的理解更加透徹全面。

需要說明的是，當元件被稱為「固定於」另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是「連接」另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術語「垂直的」、「水平的」、「左」、「右」以及類似的表述只是為了說明的目的。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬於本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在於限制本發明。本文所使用的術語「及/或」包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

如圖1和圖2所示，本發明較佳實施方式的檳榔水分測量設備100，用於對檳榔樣品的水分進行測量。檳榔水分測量設備100包括主機10、微波天線30、旋轉裝置50、設置於旋轉裝置50上用於盛放被測檳榔的託盤70以及水分測量控制裝置90。

其中，微波天線30包括用於發射微波信號的發射天線31和用於接收微波信號透射被測檳榔後形成的回波信號的接收天線33。主機10內設置有測量室11，旋轉裝置50設置於測量室11內。水分測量控制裝置90與旋轉裝置50連接以控制旋轉裝置50相對主機10帶動託盤70同步旋轉，使得放置於託盤70內不均勻的檳榔可隨著託盤70的全角度旋轉均在微波下被掃描，從而保證不均勻樣品的全角度測量，以得到精確水分值。在本具體實施例中，發射天線31和接收天線33安裝於測量室11位於旋轉裝置50相對兩側的腔壁上，以實現微波信號在發射與接收時，能夠透射過放置於託盤70上的被測檳榔。

水分測量控制裝置90與發射天線31和接收天線33連接，並在預定時間內提取微波信號透射過轉動至不同角度時託盤70內被測檳榔後形成的多個回波信號，得到託盤70內被測檳榔的水分平均值。

上述水分測量控制裝置90在進行多個回波信號提取時，水分測量控制裝置90可以一定頻率對透射過託盤70內被測檳榔的多個回波信號進行提取，由於託盤70內檳榔在旋轉裝置50作用下時刻處於旋轉狀態，因此水分測量控制裝置90每次提取的回波信號為微波信號透射過託盤70內不同角度和位置的檳榔而形成的，實現對被測檳榔全角度測量，避免因部分取樣而導致測量結果不準確。

具體地，水分測量控制裝置90包括與發射天線31和接收天線連接33的微波水分儀91。由於不同種類檳榔各自具有不同特性，因此在測量時所需要頻譜段亦不同(例如，針對外殼堅硬強度不一的不同種類的檳榔)，微波水分儀91根據預存的物料種類與微波信號的映射關係控制發射天線31發射與託盤70內盛放的被測檳榔種類對應頻率的微波信號。

其中，水分測量控制裝置90包括物料選擇開關93，微波水分儀91包括與物料選擇開關93連接的信號輸入埠910。微波水分儀91通過信號輸入埠910接收物料種類選擇信號，並根據物料種類選擇信號及預存的物料種類與微波信號的映射關係確定與物料種類選擇信號對應頻率的微波信號並輸出。發射天線31接收微波信號並發射至託盤70內的待測檳榔，微波水分儀91通過接收天線31接收透射過轉動至不同角度時託盤70內被測檳榔後形成的多個回波信號，並根據物料種類選擇信號、多個回波信號得到被測檳榔的水分平均值。

微波水分儀91包括主板911及與主板911連接的高頻板912，信號輸入埠設置於主板911上，物料選擇開關93通過信號輸入埠910與主板911電連接。主板911通過信號輸入埠910接收用戶操作物料選擇開關93生成的物料種類選擇信號，並將該物料種類選擇信號發送給高頻板912。高頻板912與發射天線31和接收天線33連接，且高頻板912根據物料種類選擇信號生成對應頻率的微波信號，並通過發射天線31發射至被測檳榔。其中，多束頻率不同的微波信號掃射過被測檳榔後，高頻板912通過接收天線33接收微波信號透射過被測檳榔後形成的回波信號，並將該回波信號傳輸至主板911；主板911進行單次回波信號提取，並根據上述物料種類選擇信號及回波信號得到被測檳榔的單次水分檢測結果，最終通過獲取多個單次水分檢測結果得到被測檳榔的水分平均值。

微波水分儀91還包括與信號輸入埠910連接的微處理器913、以及與微處理器913連接、存儲有至少兩種物料種類的校準模型信息的存儲器914。微處理器913根據物料種類選擇信號由存儲器914內調取與該物料種類選擇信號對應的校準模型信息，並根據回波信號及該校準模型信息得到被測檳榔的水分檢測結果。其中，物料選擇開關93在不同位置時可通過產生不同的觸發信號被微處理器913識別，以由存儲器914內調取對應的校準模型信息。

由於微波測量水分主要利用水分的介電性質，而介電常數可以表示為：

εr＝ε′r-j(ε″r+o』/ωε0)

式中ε″r為介電損耗，o』/ωε0為導電損耗，ω和微波頻率成正比關係。

當處於低頻時，導電損耗佔主導地位，微波衰減和含水量之間的關係並不明顯；而處於高頻時，介電損耗佔優勢，微波衰減和含水量之間成明顯的線性關係。

也就是說，為了在測量時保證被測物料含水量的準確性，需要選取與被測物料(例如檳榔)合適的頻段(即微波衰減和含水量之間成明顯線性關係的頻段)進行測量。在選擇與當前被測物料匹配的合適頻段後，並通過高頻板912在被選定的頻段內產生多束不同頻率的微波信號，微波信號透過被測物料後由接收天線33所收集，然後經過高頻板912預處理後反饋給微處理器913。微處理器913將每根頻率的阻尼衰減和相位差進行向量求和，以形成一個包含有多根不同頻率的數據組，並通過朗伯比爾定律公式，建立不同物料含水量與微波信號透射過被測物料後被吸收微波量之間的映射關係，並最終將被測物料對應的合適頻率段、含水量與被吸收微波量之間的映射關係共同構成上述校準模型信息。當用戶在進行水分含量測量時，微處理器913根據信號輸入埠910接收的物料種類選擇信號控制高頻板912選擇與該物料種類選擇信號對應的頻段範圍，並在該頻段範圍內生成多束頻率不同的微波信號輸出，微處理器913根據接收的回波信號並處理，以根據含水量與被吸收微波量之間的映射關係得到被測物料的水分檢測結果。

其中，用戶可根據需要在存儲器914內預先存儲與多種不同物料對應的多個不同標準模型信息，使得在測量時可根據當前被測物料的種類選擇對應的頻段範圍及含水量與微波信號透射過該物料後被吸收微波量之間的映射關係，從而實現採用檳榔水分測量設備100對不同種類檳榔進行水分含量的測量，因此有利於檳榔水分測量設備100進行多物料種類的現場測量，提高檳榔水分測量設備100的多樣化且實用性。

進一步地，水分測量控制裝置90包括與微處理器913連接的觸摸顯示屏95，用於顯示各種相關信息，例如水分檢測結果值等，在此不作一一贅述。

此外，在其中另一個實施例中，觸摸顯示屏95的顯示界面上顯示有兩種或兩種以上物料型號標識，以供用戶選擇操作。微處理器913用於根據用戶的觸摸操作調取與當前物料種類對應的校準模型信息。其中，物料種類的選擇可通過物料選擇開關93和觸摸顯示屏95兩種可選擇地方式，或者僅設置其中一者進行選擇亦可，在此不作限定。

進一步地，水分測量控制裝置90包括計時器(圖未示)及與計時器連接的控制器(圖未示)，控制器用於啟動旋轉裝置50並在計時器計時停止時，控制旋轉裝置50停止轉動。例如，在進行其中一種類被測檳榔水分測量時，控制託盤70轉動一圈後停止，並在上述託盤70轉動一圈的過程中進行回波信號的多次提取，以得到該次測量的水分平均值；而在另一種類被測檳榔水分測量時，控制託盤70轉動兩圈後停止，並在上述託盤70轉動兩圈的過程中進行回波信號的多次提取，以得到該次測量的水分平均值。也就是說，用戶可根據不同種類物料，對旋轉裝置50的旋轉時間進行不同預設，在此不作限定。

在本具體實施例中，旋轉裝置50的旋轉角度為360度。

進一步地，微波水分儀91還包括與微處理器913連接的通訊接口915，用於與外部設備進行通訊連接。其中，外部設備可為手機、平板等電子設備，使得用戶可通過外部設備實現對檳榔水分測量設備100的遠程控制。

更進一步地，水分測量控制裝置90包括與微波水分儀91連接的比較器96及與比較器96連接的報警器97，比較器96用於當微波水分儀91輸出的微波信號的頻率超過預設頻率時，控制報警器97進行報警輸出。

在對檳榔進行水分測量時，對檳榔進行取樣並將取樣的檳榔分成多批次，且逐次放置於託盤70內進行測量，下面以單次測量為例對檳榔水分測量設備100的原理進行說明：

將單次測量的檳榔放置於託盤70上，控制水分測量控制裝置90啟動，根據被測檳榔的種類操作選擇開關93，觸發微處理器913根據觸發信號調取與被測檳榔對應的校準模型信息，高頻板912在與被測檳榔對應的頻段範圍內生成多束頻率不同的微波信號輸出，控制器97啟動旋轉裝置50進行旋轉，由發射天線31發射的微波信號透射過旋轉的託盤70內的檳榔，並形成回波信號由接收天線33接收，主板911進行多個回波信號提取，並根據上述物料種類選擇信號及回波信號得到被測檳榔的單次水分檢測結果，最終通過獲取多個單次水分檢測結果得到該次被測檳榔的水分平均值。後續，採用同樣的方式，每批次的被測檳榔的進行測量並得到每批次被測檳榔的水分平均值，最後根據多批次被測檳榔的水分平均值獲取該次樣品檳榔的總的水分平均值。

上述檳榔水分測量設備100中，通過微波天線30對被測檳榔採用微波穿透技術進行檢測，實現對被測檳榔的無損檢測；此外，將被測檳榔放置於託盤70上，使得其可隨託盤70與旋轉裝置50同步旋轉，實現對放置於託盤70上被測檳榔的進行全角度掃描與測量，提高水分檢測的精確度。另外，整個檳榔水分測量設備100全程實現自動檢測且一個樣品的檢測只需要幾秒鐘，提高檢測效率。

以上所述實施例的各技術特徵可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特徵所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特徵的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的範圍。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。