一種頻率測量法測糧食水分含量的方法
2023-05-16 19:29:11 1
一種頻率測量法測糧食水分含量的方法
【專利摘要】本發明公開了糧食水分含量測量領域的一種頻率測量法測糧食水分含量的裝置，用以解決目前測量糧食水分含量技術研究存在的問題。該方法具體包括：首先，由杯體電容中的待測糧食充當介質，和杯體容器共同組成杯體電容Cx，且其介電常數εx與糧食水分含量之間存在非線性函數關係；其次，將杯體電容和LC振蕩電路組成振蕩電路模塊，產生高頻振蕩信號，且信號頻率與杯體電容介電常數之間存在非線性函數關係；最後，根據信號頻率和糧食水分含量之間存在的非線性函數關係，通過測量得到的信號頻率計算得出待測糧食的水分含量。本發明有效實現了一種頻率測量法測糧食水分含量的方法，其的有益效果為測量操作簡單、快速、便攜，測量結果穩定、靈敏度高。
【專利說明】一種頻率測量法測糧食水分含量的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及糧食水分含量測量領域，特別涉及一種頻率測量法測糧食水分含量的 方法。
【背景技術】
[0002] 糧食水分檢測對糧食的收購、運輸、儲存、加工、貿易都具有十分重要的意義。水分 過高浪費運力和倉容，促使糧油生命活動旺盛，容易引起糧食發熱、黴變、生蟲及其他生化 變化。在我國，由於水分檢測的技術不完善，每年有數百億斤的糧食因水分含量過高在運輸 和存儲過程中出現黴爛變質，造成了巨大的損失。而糧食水分含量過低，減少了糧食重量， 影響了糧食品質。因此，水分一直是糧食收購、運輸、儲存和加工過程中的一項重要質量指 標。採用快速的水分檢測方法，對糧食水分做出準確的度量是十分必要的。
[0003] 糧食水分含量影響糧食物理、化學和生物特性，是糧食質量的關鍵指標。目前國家 標準為是：GB/T5497-1985。其中有105°C恆重法、定溫定時烘乾法、隧道式烘箱法和兩次烘 幹法。玉米含水量測定按照GB/T10362-1995執行。烘乾測重法，測量時間長，實時性差，多 適用於實驗室精確測量場合，不適用於大規模現場測量。
[0004] 因此，許多方法被提出來測量糧食水分，比如電阻法、電容法、平衡相對溼度法、核 磁共振法、微波法、紅外法、中子法和卡爾菲休法等，其中常用的測量方法是電阻法和電容 法，這些方法各有其優缺點，但是它們一般代價都比較昂貴，且實時性差。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在於，提出一種頻率測量法測糧食水分含量的方法，用以解決目前 測量糧食水分含量技術研究存在的問題。
[0006] 為實現上述目的，本發明提出的技術方案是，一種頻率測量法測糧食水分含量的 方法，其特徵是所述方法包括：
[0007] 步驟1 :在測試之前，對部分常見糧食做過儀器使用的標定實驗，並已確定其擬合 公式及係數常量，對於待測糧食，若其為已進行過標定實驗的部分常見糧食中的一種，則進 入步驟7 ;否則，準備好多組不同水分含量梯度的糧食樣本；
[0008] 步驟2 :將杯體電容中充滿糧食，打開電源；
[0009] 步驟3 :杯體電容中的糧食充當電容介質，和杯體容器共同組成杯體電容Cx，且其 介電常數εχ隨糧食水分含量的不同而變化；
[0010] 步驟4 :杯體電容Cx、振蕩電路中的電感L，電容Q共同構成LC振蕩電路模塊的主 要部分，其中電感L，電容Q為固定常數，LC振蕩電路模塊產生振蕩信號s (t)，其中，t表示 時間；
[0011] 步驟5 :通過分頻電路模塊和計數電路模塊測量出振蕩信號s(t)的頻率f，先測量 第一次信號頻率Π ，然後關閉電源，重新啟動，分別測重啟之後30秒的頻率f2,重啟之後1 分鐘的頻率f3,重啟後10分鐘的頻率f4,最後求得頻率平均值f ;
[0012] 步驟6 :根據得到的多組頻率平均值f和含水量y的數據，得到擬合公式y = Ax3+Bx2+Cx+D，並確定其中的係數常量A、B、C和D，其中X代表頻率f ;
[0013] 步驟7 :準備好待測糧食，執行步驟2到步驟5,獲得頻率平均值f，令X = f，並將 其代入擬合公式y = Ax3+Bx2+Cx+D中，求得糧食水分含量y。
[0014] 所述糧食為顆粒狀或粉狀糧食。
[0015] 所述頻率測量法測糧食水分含量的裝置由杯體電容、LC振蕩電路、分頻電路、計數 電路、頻率水分含量轉換模塊、顯示電路組成；
[0016] 其中，所述杯體電容、LC振蕩電路相連，構成振蕩電路模塊，用於產生振蕩信號；
[0017] 所述振蕩電路模塊、分頻電路、計數電路、頻率水分含量轉換模塊、顯示電路依次 串聯，用於測量高頻正弦信號的頻率，並將其轉換為糧食水分含量。
[0018] 所述杯體電容採用杯體容器式結構，為圓柱體，包括圓柱側面、底面和蓋板，且容 器中有中心圓柱棒、第一圓柱棒、第二圓柱棒、第三圓柱棒、第四圓柱棒，用於構成杯體電容 Cx;
[0019] 所述中心圓柱棒作為杯體電容的一極，固定於所述杯體電容軸心，與所述LC振蕩 電路相連；
[0020] 所述第一圓柱棒、第二圓柱棒、第三圓柱棒、第四圓柱棒分別平均分布，固定在所 述中心圓柱棒四周。
[0021] 本發明實現了一種頻率測量法測糧食水分含量的方法，其有益點如下：
[0022] 1適合散裝糧食的快速測量，測量操作簡單、快速、便攜。
[0023] 2本發明採取溫度補償措施，且LC振蕩迴路採用溫度係數低的材料製成，因此測 量結果穩定。
[0024] 3本發明測量精度高，由於採用測量頻率的方法，電容值的變化與頻率的變化非常 靈敏，所以微小的水分變化都可以測出來。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025] 圖1是一種頻率測量法測糧食水分含量的結構框架圖。
[0026] 圖2是振蕩電路模塊電路圖。圖中，（a)是三點式晶體振蕩電路；(b)是杯體電容 和振蕩電路構成的電路圖。
[0027] 圖3是杯體電容的正視機械圖。
[0028] 圖4是杯體電容的俯視機械圖。
[0029] 圖中，I-第一圓柱棒；2_第二圓柱棒；3_第二圓柱棒；4_第四圓柱棒；5_中心圓柱 棒。
[0030] 圖5是以大米為試驗糧食，採用頻率測量法測糧食水分含量的方法得到的頻率和 水分含量的擬合曲線。
【具體實施方式】
[0031] 下面結合附圖，對優選實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性 的，而不是為了限制本發明的範圍及其應用。
[0032] 本發明解決問題的思路是：由于振蕩電路模塊中杯體電容介電常數和頻率之間具 有確定的非線性的函數關係，並且待測糧食充當杯體電容介質，則杯體電容介電常數和糧 食水分含量之間也存在確定的非線性的函數關係，因此可以通過頻率測量法測糧食水分含 量。
[0033] 根據LC振蕩電路工作原理
【權利要求】
1. 一種頻率測量法測糧食水分含量的方法，其特徵在於，所述方法具體包括： 步驟1 :在測試之前，對部分常見糧食做過儀器使用的標定實驗，並已確定其擬合公式 及係數常量，對於待測糧食，若其為已進行過標定實驗的部分常見糧食中的一種，則進入步 驟7 ;否則，準備好多組不同水分含量梯度的糧食樣本； 步驟2 :將杯體電容中充滿糧食，打開電源； 步驟3 :杯體電容中的糧食充當電容介質，和杯體容器共同組成杯體電容Cx，且其介電 常數εχ隨糧食水分含量的不同而變化； 步驟4 :杯體電容Cx、振蕩電路中的電感L，電容Q共同構成LC振蕩電路模塊的主要部 分，其中電感L，電容Q為固定常數，LC振蕩電路模塊產生振蕩信號s(t)，其中，t表示時 間； 步驟5 :通過分頻電路模塊和計數電路模塊測量出振蕩信號s(t)的頻率f，先測量第一 次信號頻率Π ，然後關閉電源，重新啟動，分別測重啟之後30秒的頻率f2,重啟之後1分鐘 的頻率f3,重啟後10分鐘的頻率f4,最後求得頻率平均值f ; 步驟6 :根據得到的多組頻率平均值f和含水量y的數據，得到擬合公式y = Ax3+Bx2+Cx+D，並確定其中的係數常量A、B、C和D，其中X代表頻率f ; 步驟7 :準備好待測糧食，執行步驟2到步驟5,獲得頻率平均值f，令X = f，並將其代 入擬合公式y = Ax3+Bx2+Cx+D中，求得糧食水分含量y。
2. 根據權利要求1所述的一種頻率測量法測糧食水分含量的方法，其特徵在於，所述 糧食為顆粒狀或粉狀糧食。
3. 根據權利要求1所述的一種頻率測量法測糧食水分含量的方法，其特徵在於，所述 頻率測量法測糧食水分含量的裝置由杯體電容、LC振蕩電路、分頻電路、計數電路、頻率水 分含量轉換模塊、顯示電路組成； 所述杯體電容、LC振蕩電路相連，構成振蕩電路模塊，用於產生振蕩信號； 所述振蕩電路模塊、分頻電路、計數電路、頻率水分含量轉換模塊、顯示電路依次串聯， 用於測量高頻正弦信號的頻率，並將其轉換為糧食水分含量。
4. 根據權利要求1或3所述的一種頻率測量法測糧食水分含量的方法，其特徵在於，所 述杯體電容採用杯體容器式結構，為圓柱體，包括圓柱側面、底面和蓋板，且容器中有中心 圓柱棒、第一圓柱棒、第二圓柱棒、第三圓柱棒、第四圓柱棒，用於構成杯體電容C x ; 所述中心圓柱棒作為杯體電容的一極，固定於所述杯體電容軸心，與所述LC振蕩電路 相連； 所述第一圓柱棒、第二圓柱棒、第三圓柱棒、第四圓柱棒分別平均分布，固定在所述中 心圓柱棒四周。
【文檔編號】G01N27/22GK104155350SQ201410357265
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月24日 優先權日:2014年7月24日
【發明者】石慶蘭, 高萬林, 徐雲, 董喬雪, 孫明, 馮磊, 楊麗麗, 劉雲玲 申請人:中國農業大學