[發明專利]一種糧堆水分含量的電磁波檢測方法

無效

• 申請號: 201010257469.5
• 申請日: 2010-08-19
• 公開（公告）號: CN101915789A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 張元;廉飛宇;錢向明;張德賢;傅洪亮;付麥霞
• 申請（專利權）人: 河南工業大學
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 陳浩

技術領域

本發明涉及電磁波檢測技術領域，特別是一種糧倉中儲糧水分的大規模實時在線檢測方法。

背景技術

糧食水分含量對糧食儲藏有重要影響。水分含量過高，浪費運力及倉容，促使糧食生命活動旺盛，容易引起發熱、霉變、生蟲等生化變化。水分含量過低，破壞了糧食的有機質，降低了品質。為此，準確檢測糧食中的水分含量至關重要。近年來，糧食水分檢測技術不斷發展，不斷完善。

糧食水分檢測的標準方法是通過干燥法或化學法直接去除糧食中的水分來計算出絕對含水量。其中干燥法主要包括電烘箱法、減壓法、紅外加熱法、微波加熱法；化學方法主要包括蒸餾法、卡爾·費休法和碳化鈣法等。這些方法目前認為測量準確，但只適用于實驗室使用，耗時費電，且無法實現快速、在線檢測。近年來，隨著傳感技術和計算機技術的迅速發展，新的糧食水分快速檢測方法也出現了。糧食水分快速檢測方法是通過對與水分有關的物理量（如電導率、磁導率和介電常數等）的測量，相應地檢測出物質的水分含量，易實現快速、在線檢測。主要有：電容法、電阻法、中子法、微波法、紅外線法、核磁共振法、聲學法、電磁波探測等。但也各有局限性，主要問題是需要在糧倉內設置多個傳感器，造成布線的困難，而且會造成接觸污染，有些方法只能進行糧堆表面探測、探測設備昂貴復雜。

發明內容

本發明的目的是提供一種糧堆水分含量的電磁波檢測方法，用以解決現有技術在對糧堆進行含水量檢測時傳感器數量多，布線困難，造成接觸污染，設備昂貴復雜的問題。

為實現上述目的，本發明的方案是：一種糧堆水分含量的電磁波檢測方法，步驟如下：

一種糧堆水分含量的電磁波檢測方法，其特征在于，步驟如下：

a)?根據所測糧堆深度，將糧堆沿垂直方向從上到下依次分成至少兩個虛擬層；基于反演算法和反射折射定律，得出逐層反演公式：

第一層介電常數：

??????????????????????（11）

第二層及之后層介電常數：

???????（12）

公式（12）中，是各虛擬層的介電常數，i表示從上到下層數的序號，是空氣介電常數，Ai是各虛擬層的反射回波幅度，?ki是各虛擬層的線性誤差校準因子，fi是各虛擬層幅度衰減因子；公式（11）中，Am是發射電磁波的幅度，A0是第一虛擬層反射回波幅度，k1是第一虛擬層的線性誤差校準因子，f1是第一虛擬層幅度衰減因子；

b)?將探地雷達天線放置在糧堆表面，測量探地雷達天線對應垂直掃描線上各虛擬層的反射回波幅度Ai；

c)?采用測井法進行兩次測量確定公式（11）、（12）中的參數f1，k1，fi，ki；采用一個發射天線與兩個接收天線，第一次測量時，將接收天線和發射天線分別插入第一虛擬層中，根據測量的電磁波幅度衰減和相移，并結合經幾何衰減校正的電磁波傳導模型，確定第一虛擬層介電常數，并根據探地雷達測得的發射電磁波的幅度Am，空氣介電常數，第一層反射回波幅度A0，結合公式（11），設f1=1，確定k1；第二次測量時，將接收天線和發射天線分別插入第二虛擬層，根據測量的電磁波幅度衰減和相移，并結合經幾何衰減校正的電磁波傳導模型，確定第二虛擬層介電常數，并結合公式（12），設ki=k1，確定幅度衰減校準因子fi；

d)?利用公式（12）迭代計算探地雷達天線對應位置的垂直掃描線上各虛擬層的介電常數；

e)?使探地雷達天線在糧堆上表面做水平直線運動，在該直線上每隔一段距離進步驟b）到步驟d）的測量，從而確定沿運動直線的垂直剖面的介電常數分布；

f)?沿步驟e）中所述運動直線在糧堆表面的垂線，每隔一段距離進行步驟b）到步驟e）的測量，從而獲得糧堆介電常數的空間分布；

g)?根據糧堆介電常數的空間分布求得糧堆等效相對介電常數，根據介電常數與介質水分的對應關系，即公式，確定糧堆中的水分分布，其中，為糧堆等效相對介電常數，糧食含水量為，a，b為常數。

采用電磁波檢測糧堆介電常數，從而確定糧堆水分含量的方法，不僅避免了使用大量的傳感器，而且還容易測量糧堆內部，設備簡單，操作方便，由于還采用了測井法，使得測量結果更加精確。具體優點歸納如下：

1，測量范圍大。由于測量范圍不受倉內結構、布線、測量成本影響，可以進行幾乎任何位置的測量，因而可以根據需要得到任意級別上的水分分布，使人們更易了解和掌握倉內水分的分布情況。

2，測量精度高。介電常數對水分含量敏感，如干燥小麥的機電常數為3-5，水的介電常數為81。因而可以獲得較高的測量精度。