[发明专利]一种基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测装置及方法

权利要求书

1.一种基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测装置，其特征在于：包括信号发生器，所述信号发生器的输出端通过传输线连接测量装置的一端，所述测量装置包括铝壳，所述铝壳内形成圆柱形腔体，所述圆柱形腔体中间设有内圆柱，所述内圆柱通过支撑杆连接到铝壳内侧，所述内圆柱与圆柱形腔体之间形成谷物流动空间，所述铝壳一侧上下均设有跷板，谷物通过跷板流入圆柱形腔体内，利用内圆柱将谷物分开，谷物与铝壳形成电极板，所述测量装置的另一端通过同轴电缆连接示波器的输入端；

所述铝壳与谷物表面接触，用于接收信号发生器产生的激励信号，并根据谷物的水分含量输出对应的电压值；

所述信号发生器用于产生激励信号，并将所产生的激励信号通过传输线传输到测量装置的铝壳上。

2.根据权利要求1所述的一种基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测装置，其特征在于：所述圆柱形腔体的直径为65mm，内圆柱的直径为40mm，圆柱形腔体的高度为100mm。

3.根据权利要求1所述的一种基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测装置，其特征在于：所述铝壳内还设有PVC塑料圆筒。

4.根据权利要求1所述的一种基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测装置，其特征在于：所述信号发生器发出的信号源为1MHZ。

5.根据权利要求1所述的一种基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测装置，其特征在于：所述信号发生器的信号源通过1KΩ的电阻与测量装置连接。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述的基于射频抗阻法的谷物在线含水量检测装置的谷物在线含水量检测方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

(1)将谷物注入检测装置中，利用信号发生器产生激励信号给测量装置；

(2)测量装置根据谷物的含水量输出对应的输出电压给示波器；

(3)示波器根据谷物的含水率与电压的函数关系得出谷物的含水量。

7.根据权利要求6所述的在线含水量检测方法，其特征在于：所述步骤(3)中谷物的含水率与电压的函数关系的具体计算过程如下：

(31)将流动的谷物分为谷物间空隙、谷物间水分以及谷物干物质三部分，设谷物的总电容为C_x，将谷物的总电容C_x分为谷物间空隙电容C₀、谷物水分电容C₁、谷物干物质电容C₂，且满足公式(1)所示：

其中，H——圆柱形腔体的高度，D——圆柱形腔体的直径，d——内圆柱的直径，ε₀——谷物间的空气隙电介常数，ε₁——谷物的水分电介常数，ε₂——谷物干物质电介常数，均为定值；

(32)设谷物间空隙、谷物间水分以及谷物干物质的重量分别为G₀、G₁、G₂，谷物间隙的空气重量可视为零，故三部分总重量G如公式2所示：：

G＝G₁+G₂＝πγ_d⁽D-d)H₂+πγ_w(D-d)H₁ (公式2)

其中：γ_d——谷物干物质的比重，γ_w——谷物水分的比重，取值为1，所以待测谷物的含水率如公式3所示：

(33)设谷物间空隙、谷物间水分以及谷物干物质的体积分别为V₀、V₁、V₂，总体积为V，两极板间谷物的空隙比e，即谷物堆积密度，称为紧实度，定义如下：

(34)将公式3和公式4进行变换，带入公式1得到总电容C_x与谷物含水率的关系如公式5所示：

把K₀设为常数，则公式5可以变换为公式6：

由波形转换公式

其中U_a为实际测量电压值，K_p为波峰系数，由于输入的波形为正弦波，所以取K_p＝1.414，

得到含水率W与实际测量电压值U_a的关系式为