蔗汁晶化過飽和度微波感應在線檢測方法和檢測器的製作方法
2023-05-06 20:36:51 2
專利名稱：蔗汁晶化過飽和度微波感應在線檢測方法和檢測器的製作方法
技術領域：
本發明涉及蔗汁晶化濃度檢測的方法及裝置，具體為一種非接觸式的蔗汁晶化過飽和度的微波感應在線檢測方法和檢測器。
背景技術：
糖業是關係國計民生的重要產業，蔗糖是主要的糖產品。蔗糖由甘蔗汁濃縮晶化而成。現在從甘蔗汁中提取精糖工藝仍然還很落後，其最主要的工藝步驟——蔗糖溶液晶化，即俗稱煮糖過程，遠未實現自動化。這也使製糖業的能耗高，成本高，銷售價格難以下降。也直接影響生產廠家的收益，高效自動化製糖是業內人士長期以來努力的方向，其中關鍵是實現煮糖過程自動化，而要解決的熱點難點問題之一是蔗糖溶液晶化過程過飽和度的檢測方法和裝置。
蔗糖的結晶過程十分複雜。到目前為止，人們已試用了多種方法對蔗汁晶化過飽和度進行檢測。
接觸式的檢測法通常有電導值法、沸點升高法、折光法、電極法和化學法。這些方法各有優點，測量精度也較高，但是缺點也是明顯的。如折光法、電導值法、沸點升高法、折光法和化學法測量過程均需提取樣品，不能直接測量高濃度的溶液，需要加入一定比例的試劑進行稀釋反應，然後才能得出結果。耗時費力，不易用於工業自動化生產的在線測量。電導值法雖然可在線得到檢測結果，但由於濃稠的糖汁很快就在極板上結垢，影響檢測結果，可靠性無法達到要求。
非接觸式的檢測法通常有伽馬射線法、紅外線法、近紅外線法。伽馬射線法檢測精度高，也可在線檢測。但穩定性不好，且射線殘留在糖製品內，對人體有害，生產過程中難以保證對射線源的嚴格管理，一旦發生故障影響太大，因此射線法的使用推廣也較為困難。紅外線法的原理是蔗汁對紅外線的透光率隨溫度的上升而緩慢下降，當達到飽和點時透光率會發生突變，出現極小值，然後再急劇上升。這種方法檢測範圍窄，準確度還不夠高。近紅外線法雖然克服了紅外線法存在的不足，但近紅外線法的在線檢測裝置尚未成熟，且造價昂貴，在製糖工業自動化生產線上無法應用。為了實現自動化煮糖，需要研究開發非接觸式的、易於操作的蔗汁晶化過飽和度的實時檢測方法和在線檢測裝置。
發明內容本發明的目的是設計製糖業煮糖過程蔗汁晶化過飽和度的微波感應在線檢測方法，並設計蔗汁晶化過飽和度微波感應在線檢測器，不接觸糖液而完成檢測。
本發明設計的蔗汁晶化過飽和度的微波感應在線檢測方法主要包括I、本發明設計的蔗汁飽和度敏感電感線圈連接於微波信號激勵電路。特製的蔗汁飽和度敏感電感線圈，為「8」字形或雙「6」字形的線圈，在微波頻率段，該線圈周圍介質的電容和電感變化會使該線圈的阻抗發生變化。微波信號激勵電路的總阻抗決定其產生的微波振蕩頻率。該蔗汁飽和度敏感電感線圈作為電感元件，與其它元件配合構成微波信號激勵電路。在微波頻段，該電感線圈因周圍介質的分布電感和分布電容的變化其等效阻抗改變，從而導致微波信號激勵電路總阻抗的改變，因此其產生的微波振蕩頻率便隨之改變。II、隨著煮糖罐內的蔗汁水份減少，過飽和度提高，蔗糖晶體顆粒不斷生成，並不斷長大，蔗汁構成的分布電感和分布電容在不斷變化。將微波信號激勵電路的蔗汁飽和度敏感電感線圈緊貼煮糖罐外壁，檢測其所產生的微波頻率的變化，即可得到煮糖罐內的蔗汁的過飽和度。
本發明按上述方法設計了蔗汁晶化過飽和度微波感應在線檢測器，本檢測器包括微波信號激勵電路，微波頻率檢測及電壓轉換電路，微處理器。微波信號激勵電路內接有蔗汁飽和度敏感電感線圈，用於產生100MHz～2600MHz的微波信號。蔗汁飽和度敏感電感線圈為同一平面上的「8」字形或雙「6」字形線圈。微波信號激勵電路輸出的微波信號接入微波頻率檢測及電壓轉換電路，微波頻率檢測及電壓轉換電路的輸出與微處理器模數轉換輸入連接。微處理器有多路輸出口，其中一路連接微波信號激勵電路，控制其產生100MHz～2600MHz的微波信號。微處理器還可以連接PC機或其他測控裝備，或連接顯示器，顯示檢測結果。微處理器中存儲有微波頻率電參數信號與蔗汁晶化過飽和度關係數據，可直接輸出蔗汁晶化過飽和度值。
蔗汁飽和度敏感電感線圈貼靠於煮糖罐外壁的觀測窗，微波頻率檢測及電壓轉換電路將檢測到的微波頻率信號轉換為代表微波頻率的電壓值送入微處理器，微處理器根據其存儲的微波頻率信號與蔗汁晶化過飽和度關係數據換算出煮糖罐內的蔗汁晶化過飽和度值。
本發明的蔗汁晶化過飽和度微波感應在線檢測方法和檢測器的優點為1、非接觸式檢測煮糖罐內蔗糖液不飽和度，不受汙垢變化影響，有效克服接觸式的直流電導率法以及其他方法存在的不足；2、蔗糖煮製過程中蔗汁飽和度可在線實時檢測，有助於改進當前製糖工藝技術，提升製糖自動化水平，降低生產成本，節約能源；3、本檢測器使用簡單方便，無需專業操作；4、檢測抗幹擾能力強，不受被測物體的形狀、狀態、位置的影響；5、測量精度高，誤差小於0.2％，可測範圍寬；6、本檢測器結構緊湊、小巧，便於攜帶使用。
圖1為本蔗糖晶化過飽和度微波感應在線檢測器實施例電路結構框圖；圖2為本蔗糖晶化過飽和度微波感應在線檢測器實施例蔗汁飽和度敏感電感線圈的放大示意圖；圖3為本蔗糖晶化過飽和度微波感應在線檢測器實施例元件安裝結構示意圖；圖中標號為1、外殼，2、微處理器電路板，3、顯示屏，4、微波信號激勵電路板，5、微波頻率檢測及電壓轉換電路板，6、電源。
具體實施方式
本發明設計的蔗汁晶化過飽和度的微波感應在線檢測方法實施例如下I、「8」字形或雙「6」字形的蔗汁飽和度敏感電感線圈連接於微波信號激勵電路。在微波頻段，該電感線圈隨周圍介質的分布電感和分布電容改變、其等效阻抗改變，使微波信號激勵電路總阻抗的改變，其產生的微波振蕩頻率便隨之改變。
II、隨著煮糖罐內的蔗汁過飽和度提高，糖液的分布電感和分布電容變化。微波信號激勵電路連接的蔗汁飽和度敏感電感線圈緊貼煮糖罐外壁，檢測其所產生的微波頻率的變化，得到煮糖罐內的蔗汁的過飽和度。
本蔗糖晶化過飽和度微波感應在線檢測器實施例電路結構如圖1所示，包括微波信號激勵電路，微波頻率檢測及電壓轉換電路，微處理器和數據輸出接口。微波信號激勵電路連接蔗汁飽和度敏感電感線圈，微波信號激勵電路產生的微波信號接入微波頻率檢測及電壓轉換電路，微波頻率檢測及電壓轉換電路的輸出端與微處理器連接，將微波頻率信號轉換為電壓信號送入微處理器。微處理器有多路數據輸出接口，其中一路連接微波信號激勵電路，控制調節其產生100MHz～2600MHz的信號。微處理器另一路輸出連接PC機或其他測控裝備，還有一路輸出連接顯示器。微處理器中存儲有微波頻率電壓信號與蔗汁晶化過飽和度關係數據。檢測處理後的結果數據可以自動保存，或在顯示器上直接顯示，或直接輸出，或送入測控設備作為控制煮糖罐溫度的信號。
本實施例的蔗汁飽和度敏感電感線圈如圖2所示，線圈由直徑為0.15～0.3mm一根漆包線繞製成環後再按反方向在同一平面上繞制與前環相切的另一環，成為「8」字形狀或雙「6」字形狀，其匝數為1匝，「8」字二環或雙「6」字二環的直徑為2～4mm，二環直徑相等，二環各有一接線端。
微波頻率信號與蔗汁晶化過飽和度關係數據由實測得到。配製不同標準濃度的蔗糖過飽和溶液，置於與煮糖罐材質相同的容器內，用本檢測器進行檢測，即可得到不同飽和度的蔗糖溶液與微波頻率信號的關係數據，將此存儲在微處理器內。本例中蔗糖溶液完全結晶(即蔗糖濃度為100％)過飽和度的電壓參數為2.410v，自來水(即蔗糖濃度為零)與之相對應的電參數為4.520v。
圖3所示為本蔗糖晶化過飽和度微波感應在線檢測器元件安裝情況。檢測器的外殼1內固裝微處理器電路板2、微波信號激勵電路板4和微波頻率檢測及電壓轉換電路板5及電源6和顯示器3。電路板相互平行，且微波信號激勵電路板4貼靠於外殼1的非金屬面，即該電路板上的「8」字形的蔗汁飽和度敏感電感線圈貼靠於外殼1的非金屬面。外殼1窗口上安裝有與微處理器相接的顯示器3，微處理器電路板2連接安裝於外殼1的電源開關按鍵、測量按鍵。外殼1上還安裝有微處理器的數據輸出接口，如RS-232接口，和/或MAX488接口。
將本檢測器外殼1的非金屬面緊貼煮糖罐的玻璃鋼外殼或其玻璃鋼的觀察窗，按下電源開關按鍵、測量按鍵即可完成檢測，測量結果在顯示器上顯示。本檢測器檢測蔗糖溶液過飽和度的模擬實驗結果如表1所示，可見測量結果穩定，誤差小於0.2％。且測量範圍寬，可檢測蔗糖濃度由0至100％。
表1蔗糖溶液過飽和度模擬實驗結果
本檢測器用於生產中的實測，將其緊貼煮糖罐外壁，自動進行數據採集與處理。表2所示為本檢測器檢測多個煮糖罐煮糖過程中罐內蔗汁晶化過飽和度的結果，煮製過程中，逐步加入蔗汁。表2所示為罐內蔗汁不同容量時的檢測結果。表2的第一列為煮糖罐的編號，第一行為檢測時罐內蔗汁的容量，以下行內為檢測所得的蔗汁不飽和度值。由此可見本法檢測結果穩定，誤差小，能正確反映出煮糖罐中蔗汁晶化的實際情況。誤差小於1％。
表2煮糖罐內蔗汁晶化過程的過飽和度變化檢測結果
權利要求
1.一種蔗汁晶化過飽和度的微波感應在線檢測方法，其特徵在於I、「8」字形或雙「6」字形的蔗汁飽和度敏感電感線圈連接於微波信號激勵電路；在微波頻段，該電感線圈隨周圍介質的分布電感和分布電容改變、其等效阻抗改變，該蔗汁飽和度敏感電感線圈作為電感元件，與其它元件配合構成微波信號激勵電路，在微波頻段，該電感線圈等效阻抗改變使微波信號激勵電路總阻抗的改變，其產生的微波振蕩頻率便隨之改變；II、隨著煮糖罐內的蔗汁過飽和度提高，糖液的分布電感和分布電容變化；微波信號激勵電路的蔗汁飽和度敏感電感線圈緊貼煮糖罐外壁，檢測其所產生的微波頻率的變化，得到煮糖罐內的蔗汁的過飽和度。
2.一種蔗汁晶化過飽和度的微波感應在線檢測器，其特徵在於包括微波信號激勵電路，微波頻率檢測及電壓轉換電路，微處理器；蔗汁飽和度敏感電感線圈為「8」字形或雙「6」字形的線圈，微波信號激勵電路接有蔗汁飽和度敏感電感線圈，微波信號激勵電路產生的微波信號接入微波頻率檢測及電壓轉換電路，微波頻率檢測及電壓轉換電路的輸出端與微處理器連接，將檢測所得微波頻率信號轉換為電壓信號送入微處理器；微處理器有多路輸出接口，其中一路連接微波信號激勵電路，控制調節其產生100MHz～2600MHz的信號；還有一路輸出連接顯示器；微處理器中存儲有微波頻率電壓信號與蔗汁晶化過飽和度關係數據。
3.根據權利要求2所述的蔗汁晶化過飽和度的微波感應在線檢測器，其特徵在於所述蔗汁飽和度敏感電感線圈由直徑為0.15～0.3mm漆包線繞製成環後再按反方向在同一平面上繞制與前環相切的另一環，成為「8」字形狀或雙「6」字形狀，其匝數為1匝，「8」字二環或雙「6」字二環的直徑為2～4mm，二環直徑相等，二環各有一接線端。
4.根據權利要求2或3所述的蔗汁晶化過飽和度的微波感應在線檢測器，其特徵在於所述微處理器中存儲的微波頻率電壓信號與蔗汁晶化過飽和度關係數據由實測得到；配製不同標準濃度的蔗糖過飽和溶液，置於與煮糖罐材質相同的容器內，用本檢測器進行檢測，得到不同飽和度的蔗糖溶液與微波頻率信號的關係數據，存儲在微處理器內。
5.根據權利要求2或3所述的蔗汁晶化過飽和度的微波感應在線檢測器，其特徵在於檢測器的外殼(1)內固裝微處理器電路板(2)、微波信號激勵電路板(4)和微波頻率檢測及電壓轉換電路板(5)及電源(6)和顯示器(3)，電路板相互平行，微波信號激勵電路板(4)上的「8」字形或雙「6」字形的蔗汁飽和度敏感電感線圈緊貼靠於外殼(1)的非金屬面，外殼(1)窗口上安裝有與微處理器相接的顯示器(3)，微處理器電路板(4)連接安裝於外殼(1)的電源開關按鍵、測量按鍵；外殼(1)上安裝有微處理器的數據輸出接口。
6.根據權利要求5所述的蔗汁晶化過飽和度的微波感應在線檢測器，其特徵在於所述微處理器的數據輸出接口為RS-232接口，和/或MAX488接口。
全文摘要
本發明蔗汁晶化過飽和度的微波感應在線檢測方法及檢測器，本方法用特製的「8」字形或雙「6」字形的蔗汁飽和度敏感電感線圈接於微波信號激勵電路，該線圈隨周圍介質的電容和電感變化阻抗變化，使微波信號激勵電路產生的微波頻率便隨之改變。此激勵電路緊貼煮糖罐外壁，檢測微波頻率的變化，即得蔗汁的過飽和度。本檢測器包括微波信號激勵電路，微波頻率檢測及電壓轉換電路，微處理器及電源和顯示器。微處理器中存儲有微波頻率電參數信號與蔗汁晶化過飽和度關係數據，根據微波頻率直接輸出蔗汁晶化過飽和度值。本方法和檢測器非接觸式檢測煮糖罐內蔗糖液不飽和度，使用簡單方便，檢測抗幹擾能力強，測量精度高，可測範圍寬。
文檔編號G01N22/00GK101059453SQ20071004923
公開日2007年10月24日 申請日期2007年6月2日 優先權日2007年6月2日
發明者朱名日, 朱瑩, 杜雲松 申請人:桂林電子科技大學