[发明专利]一种应用于谷物含水率检测系统的微波天线检测距离优化装置及其方法

说明书

本发明公开了一种应用于谷物含水率检测系统的微波天线检测距离优化装置及其方法，装置包括微波发射端、微波接收端、天线升降平台和控制单元；微波发射端和微波接收端分别滑动设置在天线升降平台的下半空间和上半空间，控制单元处理分析来自微波发射端和微波接收端的微波信号与超声波测距传感器信号，控制天线升降平台移动微波发射端和微波接收端调节检测距离。本发明微波天线检测距离优化方法综合考虑天线远场条件、含水率检测结果代表性和减小微波空间传输损耗这三个条件对检测距离设置的要求，帮助谷物含水率检测系统确定并自动调整至不同检测频率下的最优检测距离，提高谷物含水率检测系统的检测精度。

技术领域

本发明涉及谷物含水率检测，尤其是涉及一种应用于谷物含水率检测系统的微波天线检测距离优化装置及其方法，主要适用于使用微波传递谷物含水率信息的检测系统中确定检测距离，综合考虑天线远场条件、含水率检测结果代表性和减小微波空间传输损耗这三个条件对检测距离设置的要求，能够帮助谷物含水率检测系统确定并自动调整至不同检测频率下的最优检测距离，是提高谷物含水率检测系统精度的关键装置。

技术背景

含水率是谷物的一个重要特性，对其物理、化学性质有着很大的影响。谷物的含水率影响其收获、存储、运输、加工等各个方面，更是某些粮食谷物质量评判的关键指标。微波检测方法作为一种新兴的谷物含水率检测方法，可以实现非接触式无损检测，其中的空间波透射法允许微波以空间辐射方式穿透待测的谷物，不仅可以检测谷物外表水，还可以检测谷物内部水分，含水率检测结果代表性好，故微波空间波透射法越来越多地应用到谷物含水率检测系统当中。

空间波透射法需要两只微波天线安装在被测物料的上下两侧，一只天线发射微波，另外一只接收微波，发射天线到被测物料的距离称为检测距离，在微波检测领域，利用微波获取材料特性的实验装置中，只为满足天线远场条件，一般可以通过手动粗略地调节该检测距离，而目前的使用微波传递谷物含水率信息的检测系统中，发射天线和接收天线的位置一般是固定的，发射天线到被测物料的检测距离完全是随机的，而且不易调整。关于检测距离的设置，首先就要考虑天线远场条件，避免收、发天线处在近场区，因为此时不但天线的方向图没有形成，而且在近场范围内的任何导电体甚至介质物体都被看成是天线电磁边界条件的一部分，影响天线的实际使用效果，远场条件限制了收、发天线间的最小距离，也就决定了发射天线到被测物料的检测距离最小值；其次，一定频率下波束宽度是确定的，检测距离直接决定微波辐射到被测物料的面积，为使绝大部分的被测物料囊括在微波的辐射面积内，提高含水率检测结果的代表性，应将检测距离设置的较大一些；最后，考虑到在实际的测量过程中，由于被测样品的不均匀，微波在穿透被测样品时发生反射、散射和绕射，产生较大的微波空间传输损耗，对测量产生不利影响，为了减小这三种作用的影响，通常将检测距离设置的小一点，发射天线和接收天线安装的位置离被测样品尽可能近一些，以保证穿透被测样品后的微波更多地被接收天线接收，反射微波更多地被发射天线接收。检测距离设置的优劣将直接决定谷物含水率检测系统的精度甚至是可行性，因此，亟需一种能够平衡上述三点对于检测距离设置的要求，帮助谷物含水率检测系统确定并自动调整至不同检测频率下的最优检测距离，提高谷物含水率检测系统精度的微波天线检测距离优化装置。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前的使用微波获取谷物含水率的检测系统中，发射天线到被测物料的检测距离是固定的，无法针对不同的检测对象或者不同的检测频率调整检测距离，并且检测距离的设置并没有充分考虑天线远场条件、含水率检测结果代表性和减小微波空间传输损耗这三个条件对检测距离设置的要求，设置不合理的检测距离造成谷物含水率检测系统精度大大降低的问题，提供一种在谷物含水率检测系统处于不同工作频率下时，能够综合考虑天线远场条件、含水率检测结果代表性和减小微波空间传输损耗三个条件，确定并自动调整检测距离至最优检测距离，提高谷物含水率检测系统精度的微波天线检测距离优化装置。