[实用新型]利用粮堆中机械波传播过程检测粮堆密度的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测量颗粒物料密度的装置及测量方法，特别是涉及一种利用粮堆中机械波传播过程检测粮堆密度的装置及方法。

背景技术

声与振动的传播依赖于介质的质量分布，波动过程是由质点的机械运动在介质中传播。因此利用对机械波动参数的测量，有获取介质特性的种种应用。目前，声波检测技术已应用在很多领域，如超声医疗检测、金属材料的超声探伤、建筑地基的声频测桩、地球物理的地震勘探等。在地质勘探中采用在地层中激发、测量弹性波的传播过程，检测不同地层结构的组成、分界等信息；在医学检测中，利用超声波在人体不同组织中吸收、反射的差异，检测人体内器官及组织的位置与大小；在金属、陶瓷及多层材料检测中，通过对超声波在固体样品中传播参数的测量，可以得到材料内部的缺陷、薄层材料的厚度等数据分析结果。

在粮堆粮食密度的检测中，通常的方法是称重法测量样品密度，如广泛使用的容重测量法和基于测量粮食介电系数的微波法和电容法，以及核射线法。但直接测量容重的方法其取样过程中破坏了粮堆形态，而且，基于样品密度的测量不能得到粮堆实际密度，而应采用无损检测技术。由于粮堆介电常数与密度的关联测量要求排除其他因素，如含水量对介电常数的影响；另一方面，基于介电常数测量的方法是对粮食的湿度、温度、体密度、频率等因素的测量，其方法有电容法和微波吸收法。电容法虽然可以准确测得电极周边的介质介电常数，但需要对粮仓有足够的取样点才可以判断样点值代表了整仓平均值。核子辐射密度测量则需要对操作人员进行专业的训练和对放射源的严格管理。

目前，实际中采用的是“取样测量粮食密度，如容重器、或0.25～1立方米大容器，小心装满粮食称得净重，再除以容器容积，得到样品密度；样品密度乘以修正系数计算粮堆平均密度；其中的修正系数是以同保存条件、已知体积和重量的仓，作为标准仓，将其样品密度与计算密度的比值”，是一种取样测量类比估算方式。由于标准仓必须是相同条件下储藏同种粮食，而实际中只能近似，所以一般是由经验选择类别基准。这种测量方法精度难以确定，且操作复杂费力。

发明内容

本实用新型在于避免上述现有技术中的缺点提供一种利用粮堆中机械波传播过程检测粮堆密度的装置及方法，减轻了常规测量粮堆密度方法的工作量，同时也减少了误差。

本实用新型的技术方案为：

利用粮堆中机械波传播过程检测粮堆密度的装置，包括：

传声器或/和拾振器组，分布于粮堆中，用于检测粮堆中激励信号的波动过程；

多通道信号采集与处理分析装置，连接于所述传声器或/和拾振器组，用于测出声波通过每两个传声器或/和拾振器之间的时间；

信号激励装置，连接于所述的多通道信号采集与处理分析装置，用于产生所需的声频振动信号；

发声装置，连接于所述的信号激励装置，用于在粮堆中产生有效传播的声波。

所述的发声装置为扬声器或激振器。

利用上述装置测量粮堆密度的方法，包括如下步骤：

将发声装置、传声器或/和拾振器组分布于粮堆中，并测出所述传声器或/和拾振器组中每个传声器或/和拾振器之间的距离D，

信号激励装置接收所述多通道信号采集与处理分析装置给出的信号并产生一定频率、幅度的信号，

发声装置受所述信号激励装置的驱动，产生给定频率的振动并辐射到粮堆中，

传声器或/和拾振器组采集所述发声装置在粮堆中激发的波动信号并传给多通道信号采集与处理分析装置，并由所述的多通道信号采集与处理分析装置进行分析处理，测量声波通过每两个传感器之间的时间T，计算得到粮堆中的波速V＝D/T；

获取所需测量的粮堆水分、容重、或真密度；

建立关于粮堆水分、容重、或真密度、V的回归模型ρ＝f(粮堆水分、容重、或真密度、V)，并计算各测量部位的粮堆密度。

本实用新型优点：

本实用新型采用在粮堆中激发和测量声波的方式，得到了与粮堆密度相关联的声传播参数，建立了粮堆密度与声传播参数的唯象模型。可以在对粮堆状态扰动极小的情况下测得粮堆实际密度，减小了容重修正法估计粮堆密度所需的工作量；并可对所需粮仓直接测量，减小了由样板仓估计其他粮仓密度的误差；同时由于测量的粮堆密度是由声传播路径上粮堆的总体平均，避免了单点密度测量引起的采样点代表性误差。采用由统计检验方式建立回归模型，模型的精度将随着有效样品数量的增加而进一步提高，且易于检验。避免了由于粮食籽粒特性，如含水量、表面摩擦系数、籽粒致密程度等不确定性，导致建立粮堆弹性波本构模型的复杂性。

附图说明

图1为本实用新型工作原理示意图；