[发明专利]一种粮食密度与水分的多频率电磁波测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量粮库中粮食密度与水分的方法，尤其涉及一种利用介电常数受粮食的密度和水分影响的特性，将小型宽带短波天线平行插入粮堆中，通过收发多种频率的电磁波进行粮食密度与水分测量的方法。

背景技术

粮食密度是计算粮食重量的重要数据。目前密度测量采用的方法是一种取样测量类比估算法：取样测量粮食密度，如容重器或0.25至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、已知体积和重量的标准仓，其粮堆平均密度与粮食容重(或大容器单位体积粮食重量)的比值。由于标准仓必须是相同储藏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。

粮食水分含量影响粮食物理、化学和生物特性，是粮食质量的关键指标。目前国家标准为是：GB/T5497-1985。其中有105℃恒重法、定温定时烘干法、隧道式烘箱法和两次烘干法。玉米含水量测定按照GB/T10362-1995执行。烘干测重法，测量时间长，实时性差，多适用于实验室精确测量场合，不适用于大规模现场测量。

因此，许多方法被提出来测量密度或者水分，如密度测量的电容法、射线法、声波法，水分测量的电容法、近红外法、微波法等。这些方法各有其优缺点，并且没有一种方法可以同时测量出粮食的密度与水分。

发明内容

本发明的目的是基于多频率电磁波检测技术，提供一种同时测量粮食密度与水分的方法，实现上述目的的技术方案是：一种同时测量粮食密度与水分的方法，具体包括以下步骤：

S100.利用电容法测量出粮食样品在不同密度、水分、温度、频率时的介电常数，建立介电常数与密度、水分关系模型；

S200.利用电磁波速法测量的介电常数和烘干法测量的水分进行模型参数校正，校正后建立不同粮食品种参数数据库；

S300.利用电磁波速法测量的两种频率时粮食的介电常数代入模型中，求解出被测粮食的密度与水分。

所述步骤S100中，从粮堆中取一定重量的粮食样品，放入一定体积的容器中，通过振动容器改变粮食的密度，通过烘干或加湿方法改变粮食的水分，利用阻抗分析仪、水分测量仪、温度计进行不同密度、水分、温度下介电常数与频率的关系。

所述步骤S100中，对测量得到的数据进行多元统计回归的确定关系模型式ε′_r＝[1+(a-blog₁₀f+cM-dMlog₁₀f)ρ]³的参数a、b、c、d。式中ε′_r为介电常数；f为测量频率，单位MHz；ρ为粮食密度，单位为g/cm³；M为粮食水分单位为％。

所述步骤S100中，先测量电容传感器在空气中的电容值C₀，再测量电容传感器在粮食中的电容值C_x，则粮食的介电常数为：

所述步骤S200中，在粮仓现场进行粮堆粮食电磁波法测量，同时采样测量出粮食水分，通过采样测量出粮食水分与模型水分含量作对比，通过迭代计算、调整模型参数，最终使误差小于0.3％，得到调整后的参数，通过对不同品种粮食进行测量，建立各种粮食的参数数据库，在实际测量时查询调用。

所述步骤S200中，利用多频率电磁波介电常数测量系统进行不同频率粮堆介电常数的测量，利用上述关系建立二元一次方程组，设测量频率分别为f₁、f₂时测量得到的介电常数分别为ε′₁、ε′₂，则方程组为：