[发明专利]一种测量粮堆介电常数的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于粮库储粮监测领域，更具体涉及一种测量粮堆介电常数的方法及装置。

背景技术

为了保证国家的粮食安全，我国建立了粮食储备制度，但是如何确保国家和地方储备粮食数量和质量的真实性，是我国在粮食仓储管理工作中急需解决的现实问题。目前，我国每年都要花费大量的人力、物力、财力对粮库进行清仓查库，由于目前采用的检查方法大多是采用原始的测量工具测量和检查人员的经验判断，既非常费时、费力，还存在着人为误差，精确性得不到保证。

介电常数是介质在电场作用下表现出的一种电学特性，真空的介电常数约等于8.85×10-12F/m，介质的介电常数与真空的介电常数的比值称为该介质的相对介电常数。由于空气的介电常数与真空的介电常数比较接近，所以空气的相对介电常数近似为1，本文提到的介电常数均为介质的相对介电常数。影响介电常数的因素是多方面的，对于粮食来说主要有：品种、密度、含水量、温度。对于一个粮堆中的粮食，其品种是单一的，含水量、温度基本上是不变的，只有粮食的密度会随着储藏时间、堆积高度、入仓方式，距离道路远近等因素。如果测量出粮堆的介电常数，依据粮堆现场取样测量的粮食密度与介电常数的关系，可计算出粮堆的密度。

介电常数的测量装置有很多种，对于粮堆而言，一种是可以使用探地雷达在粮堆表面进行测量，但这种方案受粮堆高度和仓顶反射信号的影响较大，只能估计出粮堆的介电常数。另外一种是利用时域反射计(TDR)插入粮堆表面进行测量，但这种方案的缺点是只能探测探针周围小范围的介电常数信息，不能在大范围快速测量粮堆的介电常数，且探针的插入会对有效范围内的测量对象产生较大的扰动，导致结果不准确。想要准确的到单一品种的粮食存储量，就要得出准确粮堆的密度，依据粮堆现场取样测量的粮食密度与介电常数的关系，可计算出粮堆的密度。因此准确测出粮堆的介电常数是目前的技术难题。

发明内容

本发明为了提高粮堆介电常数的测量精度的技术问题，提供了一种测量粮堆介电常数的方法。

本发明具体技术方案如下：一种测量粮堆介电常数的方法，具体包括以下步骤：

S100，通过计算机采集模块启动采集设备，对虚拟示波器前置参数设置；

S200，采集模块获取采样点的数据，使采集设备在粮堆中采集信号源的电磁波信号，并通过虚拟示波器转化成数字信号；

S300，数据处理模块根据上述采集的数据计算出接收信号的相位差，再根据两接收天线到发射天线的距离计算出信号传输的距离差，最后根据公式：计算出粮堆介电常数，并存储到存储模块，在显示设备上显示。

所述S100步骤之前还包括，两接收天线、一发射天线相隔一定的距离平行插入粮堆中，使其位于粮面以下一定的位置，并保持上、下端平齐。

S200步骤中所述的获取采样点数据，每个信号周期至少获取5个采样点数据。

所述S200步骤具体包括，

S201.信号源产生电磁波，经过同轴电缆传送到发射天线；

S202.发射天线将电磁波发射出去后，两根距发射天线不同距离的接收天线将接收的电磁波信号转换为电流，再经过同轴电缆送入虚拟示波器，虚拟示波拟将电流转化成数字信号。

所述信号源工作具体包括以下步骤，

T101，通电后，单片机对液晶显示器进行初始化；

T102，键盘将有效数据输入完毕后，单片机按照顺序将存储在内存单元的数据取出并运算后送入DDS芯片；

T105，DDS芯片中数模转换器输出的阶梯序列波通过低通滤波器平滑后得到一个纯净的正弦信号；

T106，低通滤波器的输出经过两级放大后得到幅度为10V的正弦信号。

所述的电磁波频率范围为20MHz到45MHz。

所述频率与两接收天线及发射天线中心频率保持一致。

所述S300步骤具体包括，

S301.数据处理模块根据上述采集的数据通FFT谱分析法计算出接收信号的相位差Δφ；

S302.根据两接收天线到发射天线的距离计算出信号传输的距离差D；

S303.最后根据公式：计算出粮堆介电常数，并存储到存储模块，在显示设备上显示。

一种测量粮堆介电常数的装置，包括采集设备和计算机，计算机通过USB接口与采集设备通信连接，其中采集设备包括，一接收天线、另一接收天线、发射天线、信号源及虚拟示波器；计算机包括数据采集模块、存储模块、数据处理模块及显示设备。

所述信号源包括DDS芯片，单片机、30M晶振、低通滤波器、放大器、键盘及液晶显示器。