[發(fā)明專利]一種糧食密度與水分的多頻率電磁波測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110094595.8
• 申請(qǐng)日: 2011-04-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102243161A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳炳方;吳方明;楊雷東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所
• 主分類號(hào): G01N9/24
• 分類號(hào): G01N9/24;G01N9/36
• 代理公司: 北京市德權(quán)律師事務(wù)所 11302
• 代理人: 趙紅霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種測(cè)量糧庫(kù)中糧食密度與水分的方法，尤其涉及一種利用介電常數(shù)受糧食的密度和水分影響的特性，將小型寬帶短波天線平行插入糧堆中，通過(guò)收發(fā)多種頻率的電磁波進(jìn)行糧食密度與水分測(cè)量的方法。

背景技術(shù)

糧食密度是計(jì)算糧食重量的重要數(shù)據(jù)。目前密度測(cè)量采用的方法是一種取樣測(cè)量類比估算法：取樣測(cè)量糧食密度，如容重器或0.25至1立方米大容器，小心裝滿糧食稱得凈重，再除以容器容積，得到樣品密度；樣品密度乘以修正系數(shù)計(jì)算糧堆平均密度；其中的修正系數(shù)是以同保存條件、已知體積和重量的標(biāo)準(zhǔn)倉(cāng)，其糧堆平均密度與糧食容重(或大容器單位體積糧食重量)的比值。由于標(biāo)準(zhǔn)倉(cāng)必須是相同儲(chǔ)藏條件下儲(chǔ)藏同種糧食，而實(shí)際中只能近似，所以一般是由經(jīng)驗(yàn)選擇類別基準(zhǔn)。這種測(cè)量方法精度難以確定，且操作復(fù)雜費(fèi)力。

糧食水分含量影響糧食物理、化學(xué)和生物特性，是糧食質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為是：GB/T5497-1985。其中有105℃恒重法、定溫定時(shí)烘干法、隧道式烘箱法和兩次烘干法。玉米含水量測(cè)定按照GB/T10362-1995執(zhí)行。烘干測(cè)重法，測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，實(shí)時(shí)性差，多適用于實(shí)驗(yàn)室精確測(cè)量場(chǎng)合，不適用于大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。

因此，許多方法被提出來(lái)測(cè)量密度或者水分，如密度測(cè)量的電容法、射線法、聲波法，水分測(cè)量的電容法、近紅外法、微波法等。這些方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，并且沒(méi)有一種方法可以同時(shí)測(cè)量出糧食的密度與水分。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是基于多頻率電磁波檢測(cè)技術(shù)，提供一種同時(shí)測(cè)量糧食密度與水分的方法，實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：一種同時(shí)測(cè)量糧食密度與水分的方法，具體包括以下步驟：

S100.利用電容法測(cè)量出糧食樣品在不同密度、水分、溫度、頻率時(shí)的介電常數(shù)，建立介電常數(shù)與密度、水分關(guān)系模型；

S200.利用電磁波速法測(cè)量的介電常數(shù)和烘干法測(cè)量的水分進(jìn)行模型參數(shù)校正，校正后建立不同糧食品種參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)；

S300.利用電磁波速法測(cè)量的兩種頻率時(shí)糧食的介電常數(shù)代入模型中，求解出被測(cè)糧食的密度與水分。

所述步驟S100中，從糧堆中取一定重量的糧食樣品，放入一定體積的容器中，通過(guò)振動(dòng)容器改變糧食的密度，通過(guò)烘干或加濕方法改變糧食的水分，利用阻抗分析儀、水分測(cè)量?jī)x、溫度計(jì)進(jìn)行不同密度、水分、溫度下介電常數(shù)與頻率的關(guān)系。

所述步驟S100中，對(duì)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)回歸的確定關(guān)系模型式ε′_r＝[1+(a-blog₁₀f+cM-dMlog₁₀f)ρ]³的參數(shù)a、b、c、d。式中ε′_r為介電常數(shù)；f為測(cè)量頻率，單位MHz；ρ為糧食密度，單位為g/cm³；M為糧食水分單位為％。

所述步驟S100中，先測(cè)量電容傳感器在空氣中的電容值C₀，再測(cè)量電容傳感器在糧食中的電容值C_x，則糧食的介電常數(shù)為：

所述步驟S200中，在糧倉(cāng)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行糧堆糧食電磁波法測(cè)量，同時(shí)采樣測(cè)量出糧食水分，通過(guò)采樣測(cè)量出糧食水分與模型水分含量作對(duì)比，通過(guò)迭代計(jì)算、調(diào)整模型參數(shù)，最終使誤差小于0.3％，得到調(diào)整后的參數(shù)，通過(guò)對(duì)不同品種糧食進(jìn)行測(cè)量，建立各種糧食的參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，在實(shí)際測(cè)量時(shí)查詢調(diào)用。

所述步驟S200中，利用多頻率電磁波介電常數(shù)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行不同頻率糧堆介電常數(shù)的測(cè)量，利用上述關(guān)系建立二元一次方程組，設(shè)測(cè)量頻率分別為f₁、f₂時(shí)測(cè)量得到的介電常數(shù)分別為ε′₁、ε′₂，則方程組為：