[发明专利]一种阻抗法秸秆水分检测方法和装置

说明书

技术领域

 本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种阻抗法秸秆水分检测装置。

 

背景技术

 含水率在秸秆原料的基础理论研究和加工利用中具有重要的作用。传统的秸秆水分测定方法主要采用烘干法，该方法测量结果稳定、精度高，是测定水分常用的标准方法，但在需要快速测量秸秆水分的场合有所限制。而市场上现有的秸秆水分检测仪器，主要以国外进口为主，相比同类的粮食水分检测仪器，价格较高。所以，开发价格低廉、能够快速准确、适合于现场测量的便携式秸秆水分检测仪是很有必要的。

农业物料的水分检测方法可分为直接法和间接法两大类。直接法的原理是通过物理干燥或者化学方法，直接去除农业物料中的水分，通过计算获得被测样品中的含水率值。该类方法检测精度高，但是测试时间长，检测费用高，适宜于实验室和科学研究中使用。主要包括：电烘箱法、减压干燥法、红外干燥法和蒸馏法等。间接法主要是通过测量农业物料中与水分有关的物理量（例如物质的电导率、介电常数等），经转换获得农业物料的水分值。此类方法响应快，但需解决温漂大、长期稳定性差等问题。主要包括：电容法、电阻法、微波法和红外线法等。其中，又以使用电容法和电阻法对农业物料进行水分快速检测最为广泛。

电阻水分测量法是利用物料中水分不同，其导电率不同的原理测量水分的方法。一般而言，农业物料的电阻特性为：在一定的含水率范围内，电阻的对数与含水量近似呈线性关系；其次，在一定的含水率范围内，电阻的阻值变化很大，根据水分含量的不同，电阻的阻值可能从较低的兆欧级直到较高的几十兆欧级；再次，温度对电阻的影响十分显著，性质上表现为被测的等效电阻随温度的升高而减小。

传统的电阻法因其测量快速、准确、成本低的特点一直是最常用的水分测量方法，但存在信号强度小、取样要求高、抗干扰性较差等缺陷。近年来出现了基于电阻测量原理的创新方法，主要有：两量程直流电阻法、脉冲电阻法、复阻抗分离法和交流阻抗法等。利用电阻法对农业物料进行水分检测时，电阻值不仅受到含水率的影响，还会受到被测样品的温度以及容积密度（即样品的压实度）的影响。因此，在利用电阻法对农业物料进行水分检测时，需要综合考虑这些影响因素，从而提高检测的精度。目前，现有的农业物料含水率检测仪器多用于粮食、烟草以及牧草等农业物料，专门针对秸秆水分检测的仪器设备较少，且并没有考虑被测样品的温度和容积密度对测量结果的影响。

发明内容

针对现有农作物秸秆含水率检测技术中存在的问题与不足，本发明的目的是在于提供一种阻抗法秸秆水分检测方法，该方法克服了传统直流电阻法测量信号强度小、误差大的缺陷，因而可实现农业物料水分的快速检测。

实现上述发明目的技术方案是利用高频交流阻抗的方法检测农作物秸秆的水分，并对测量结果进行压实度和温度实时补偿，即通过测量秸秆的交流阻抗值、温度和容积密度，建立秸秆水分含量与秸秆的交流阻抗值、温度和容积密度之间的数学模型，实现秸秆含水率的快速、精确检测。

高频交流阻抗法是当被测农业物料施加适当的正弦交流激励信号后，农业物料会呈现出导电浴盆效应，即存在关于水分的一个敏感频带。在该敏感频带内，农业物料的交流阻抗值会因水分的变化而产生较明显的变化。高频交流阻抗法克服了传统直流电阻法测量信号强度小、误差大的缺陷，因而可实现农业物料水分的快速检测；另一方面，在利用农业物料的电阻特性进行水分检测时，它的电阻特性不仅受含水率的影响，还会受到被测物料的温度和容积密度（即压实度）的影响，本发明中通过压力传感器和温度传感器分别检测农业物料的压力和温度，对测量结果进行压力和温度实时补偿，可以提高检测的精度。本发明的特征在于，利用高频交流阻抗的方法检测农业物料，特别是农作物秸秆的水分，并对测量结果进行压力和温度实时补偿。即利用秸秆含水率与阻抗传感器测量得到的交流阻抗值及相关影响因素（温度和容积密度）的数学模型实现秸秆含水率快速、精确检测。

本发明还有一个目的是提供上述阻抗法秸秆水分检测方法的检测装置，包括一个交流阻抗信号检测及处理模块、一个压力信号检测及处理模块、一个温度传感器、一个A/D转换电路、一个单片机及与其连接的输入输出模块；

所述交流阻抗信号检测及处理模块包括信号发生电路、阻抗传感器和阻抗信号检测及调理电路；

所述压力信号检测及处理模块包括压力传感器和压力信号调理电路；

所述输入输出模块包括液晶显示电路、通信电路和键盘输入电路；