[发明专利]一种粮堆水分含量的电磁波检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及电磁波检测技术领域，特别是一种粮仓中储粮水分的大规模实时在线检测方法。

背景技术

粮食水分含量对粮食储藏有重要影响。水分含量过高，浪费运力及仓容，促使粮食生命活动旺盛，容易引起发热、霉变、生虫等生化变化。水分含量过低，破坏了粮食的有机质，降低了品质。为此，准确检测粮食中的水分含量至关重要。近年来，粮食水分检测技术不断发展，不断完善。

粮食水分检测的标准方法是通过干燥法或化学法直接去除粮食中的水分来计算出绝对含水量。其中干燥法主要包括电烘箱法、减压法、红外加热法、微波加热法；化学方法主要包括蒸馏法、卡尔·费休法和碳化钙法等。这些方法目前认为测量准确，但只适用于实验室使用，耗时费电，且无法实现快速、在线检测。近年来，随着传感技术和计算机技术的迅速发展，新的粮食水分快速检测方法也出现了。粮食水分快速检测方法是通过对与水分有关的物理量（如电导率、磁导率和介电常数等）的测量，相应地检测出物质的水分含量，易实现快速、在线检测。主要有：电容法、电阻法、中子法、微波法、红外线法、核磁共振法、声学法、电磁波探测等。但也各有局限性，主要问题是需要在粮仓内设置多个传感器，造成布线的困难，而且会造成接触污染，有些方法只能进行粮堆表面探测、探测设备昂贵复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种粮堆水分含量的电磁波检测方法，用以解决现有技术在对粮堆进行含水量检测时传感器数量多，布线困难，造成接触污染，设备昂贵复杂的问题。

为实现上述目的，本发明的方案是：一种粮堆水分含量的电磁波检测方法，步骤如下：

一种粮堆水分含量的电磁波检测方法，其特征在于，步骤如下：

a) 根据所测粮堆深度，将粮堆沿垂直方向从上到下依次分成至少两个虚拟层；基于反演算法和反射折射定律，得出逐层反演公式：

第一层介电常数：

                      （11）

第二层及之后层介电常数：

       （12）

公式（12）中，是各虚拟层的介电常数，i表示从上到下层数的序号，是空气介电常数，Ai是各虚拟层的反射回波幅度， ki是各虚拟层的线性误差校准因子，fi是各虚拟层幅度衰减因子；公式（11）中，Am是发射电磁波的幅度，A0是第一虚拟层反射回波幅度，k1是第一虚拟层的线性误差校准因子，f1是第一虚拟层幅度衰减因子；

b) 将探地雷达天线放置在粮堆表面，测量探地雷达天线对应垂直扫描线上各虚拟层的反射回波幅度Ai；

c) 采用测井法进行两次测量确定公式（11）、（12）中的参数f1，k1，fi，ki；采用一个发射天线与两个接收天线，第一次测量时，将接收天线和发射天线分别插入第一虚拟层中，根据测量的电磁波幅度衰减和相移，并结合经几何衰减校正的电磁波传导模型，确定第一虚拟层介电常数，并根据探地雷达测得的发射电磁波的幅度Am，空气介电常数，第一层反射回波幅度A0，结合公式（11），设f1=1，确定k1；第二次测量时，将接收天线和发射天线分别插入第二虚拟层，根据测量的电磁波幅度衰减和相移，并结合经几何衰减校正的电磁波传导模型，确定第二虚拟层介电常数，并结合公式（12），设ki=k1，确定幅度衰减校准因子fi；

d) 利用公式（12）迭代计算探地雷达天线对应位置的垂直扫描线上各虚拟层的介电常数；

e) 使探地雷达天线在粮堆上表面做水平直线运动，在该直线上每隔一段距离进步骤b）到步骤d）的测量，从而确定沿运动直线的垂直剖面的介电常数分布；

f) 沿步骤e）中所述运动直线在粮堆表面的垂线，每隔一段距离进行步骤b）到步骤e）的测量，从而获得粮堆介电常数的空间分布；

g) 根据粮堆介电常数的空间分布求得粮堆等效相对介电常数，根据介电常数与介质水分的对应关系，即公式，确定粮堆中的水分分布，其中，为粮堆等效相对介电常数，粮食含水量为，a，b为常数。

采用电磁波检测粮堆介电常数，从而确定粮堆水分含量的方法，不仅避免了使用大量的传感器，而且还容易测量粮堆内部，设备简单，操作方便，由于还采用了测井法，使得测量结果更加精确。具体优点归纳如下：

1，测量范围大。由于测量范围不受仓内结构、布线、测量成本影响，可以进行几乎任何位置的测量，因而可以根据需要得到任意级别上的水分分布，使人们更易了解和掌握仓内水分的分布情况。

2，测量精度高。介电常数对水分含量敏感，如干燥小麦的机电常数为3-5，水的介电常数为81。因而可以获得较高的测量精度。