[發(fā)明專利]基于介電法的面粉或類似物質(zhì)含水量測定儀及測定方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811113086.3
• 申請(qǐng)日: 2018-09-25
• 公開（公告）號(hào): CN109187669A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳靜珠;劉茜;王克棟;劉翠玲;余樂;李慧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工商大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/22
• 分類號(hào): G01N27/22
• 代理公司: 北京萬象新悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11360
• 代理人: 黃鳳茹

1.一種基于介電法的含水量測定方法，其特征是，待測介質(zhì)為面粉或類似物質(zhì)；將平行雙棒式探針的發(fā)射探針和接收探針插入待測介質(zhì)中，計(jì)算發(fā)射探針發(fā)出的波形和接收探針收到的波形的相位差，通過相位差和介電常數(shù)的關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)介電常數(shù)的測量；根據(jù)不同含水量的介質(zhì)介電常數(shù)不同以及介電常數(shù)與相位差的關(guān)系，將相位差測量電壓值與已知介電質(zhì)含水量數(shù)值進(jìn)行標(biāo)定，得到標(biāo)定曲線模型；利用此標(biāo)定曲線模型求得介質(zhì)的含水量；；包括如下步驟：

1)將平行雙棒式探針置于面粉或類似物質(zhì)樣本中；

2)通過信號(hào)源電路采用有源晶振產(chǎn)生100MHz測試信號(hào)；

3)該信號(hào)經(jīng)平行雙棒式探針在面粉或類似物質(zhì)樣本中傳播；

4)通過相位差檢測電路分別檢測步驟2)信號(hào)源電路產(chǎn)生的信號(hào)和步驟3)經(jīng)平行雙棒式探針傳輸后的信號(hào)兩信號(hào)間的相位差；所述相位差檢測電路采用用于射頻RF/中頻IF幅度和相位測量的單片集成電路AD8302；

5)相位差檢測電路針對(duì)兩信號(hào)進(jìn)行相位差測量，獲得相位差檢測電壓VPHS；

以面粉或類似物質(zhì)作為測量樣本，通過式6表示得相位差檢測電壓VPHS和介電常數(shù)的關(guān)系以及介電常數(shù)與含水量的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測樣本含水量的測量：

其中：f＝100MHz，c為光速，ε是面粉的介電常數(shù)，s為固定的傳播距離，VΦ為斜率，VPHS為相位比較輸出；

6)根據(jù)介質(zhì)的介電常數(shù)與測量相位差的關(guān)系，將電壓值VPHS與待測物質(zhì)進(jìn)行標(biāo)定，繪制標(biāo)定曲線模型；執(zhí)行如下操作：

61)選取多組不同含水量與待測物質(zhì)相同的物質(zhì)，執(zhí)行步驟1)～5)進(jìn)行多次測定，測得物質(zhì)的VPHS；采用鹵素水分測定儀多次測量，測得物質(zhì)的確切含水量，即每ml物質(zhì)中含水的ml數(shù)；分別記錄；

62)將得到的物質(zhì)的VPHS與物質(zhì)的確切含水量分別作為x軸和y軸描點(diǎn)擬合，繪制得到標(biāo)定曲線模型；

7)利用步驟6)得到的標(biāo)定曲線模型，對(duì)未知含水量的面粉或類似物質(zhì)進(jìn)行含水量測定；具體將待測樣本的相位差測量電壓VPHS由模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并通過顯示電路顯示；再計(jì)算標(biāo)定曲線上VPHS值對(duì)應(yīng)的含水量數(shù)值，并通過顯示電路顯示。

2.如權(quán)利要求1所述基于介電法的含水量測定方法，其特征是，待測介質(zhì)為面粉；標(biāo)定得到的標(biāo)定曲線表示如下：

含水量＝(6.383*VPHS-4.158*VPHS²+0.9634*VPHS³-3.037)％

即可通過測量面粉的VPHS值得到面粉的含水量。

3.如權(quán)利要求1所述基于介電法的含水量測定方法，其特征是，步驟62)具體使用MATLAB的cftool工具箱，將得到的物質(zhì)的VPHS與物質(zhì)的含水量進(jìn)行擬合，得到標(biāo)定曲線。

4.如權(quán)利要求1所述基于介電法的含水量測定方法，其特征是，具體測量面粉含水量時(shí)，步驟61)配置不同含水量的面粉樣本8組，分別進(jìn)行多次測量后取平均值。

5.一種基于介電法的含水量測定儀，用于測量面粉或類似物質(zhì)的含水量；其包括測試電路和顯示電路；含水量測定儀的測試電路主要包括信號(hào)源電路、平行雙棒式探針、相位差檢測電路；含水量測定儀的顯示電路主要包括ARM處理器電路和LCD顯示屏；

所述信號(hào)源電路采用有源晶振產(chǎn)生信號(hào)，信號(hào)經(jīng)平行雙棒式探針在待測樣本中傳播；

所述相位差檢測電路的主體為AD8302芯片；信號(hào)源電路的有源晶振產(chǎn)生的信號(hào)和經(jīng)探針傳輸后接收到的信號(hào)分別輸入到AD8302芯片中，進(jìn)行兩信號(hào)間的相位差測量，并輸出相位差測量電壓VPHS；

所述ARM處理器電路的主體是嵌入式-微控制器STM32F103RCT6芯片，包括12位逐次逼近型的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和計(jì)算器；

將相位差檢測電路輸出的電壓VPHS輸入到ARM處理器電路的STM32F103RCT6芯片中，進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換；通過STM32F103RCT6芯片中的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將電壓VPHS由模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，顯示在LCD顯示屏上；并通過STM32F103RCT6芯片中的計(jì)算器計(jì)算得到標(biāo)定曲線上VPHS電壓對(duì)應(yīng)的含水量數(shù)值，顯示在LCD顯示屏上；由此實(shí)現(xiàn)含水量的測定。