[发明专利]一种基于微波扫频技术的谷物含水率测量方法

说明书

本发明公开了一种基于微波扫频技术的谷物含水率测量方法，该测量方法采用基于扫频微波穿透法的谷物含水率测量装置，主要包括以下步骤：根据不同种类谷物的特性设置初始微波扫频信号MSS，微波天线自动对准为基础，去除MSS中对应较大反射系数Γ和驻波比ρ的不良频点，得到优化的扫频信号MSS’；由天线远场条件、含水率测量结果代表性和减小微波空间传输损耗三个条件确定并调整至最佳的测量距离和天线间距离；辐射优化后的扫频信号MSS’与待测谷物相互作用，将微波衰减A、微波相移Φ输入谷物含水率预测模型计算谷物含水率测量结果。本方法不仅用到微波扫频技术，而且对使用的扫频信号进行优化，计算微波衰减时考虑全面，提高谷物含水率测量的精度。

技术领域

本发明涉及农产品品质检测，尤其是涉及一种基于微波扫频技术的谷物含水率测量方法，主要适用于谷物含水率快速无损测量。

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物料含水率测量方法，可以实现谷物含水率快速无损测量，其中的微波穿透法允许微波以空间辐射方式穿透待测的物料，不仅可以检测物料外表水，还可以检测物料内部水分，含水率测量结果代表性好，故微波穿透法越来越多地应用到谷物等农产品的含水率测量中。

使用微波穿透法测量谷物含水率需要两只微波天线安装在被测谷物的上下两侧，一只天线发射微波，另外一只天线接收微波，微波辐射到测量空间中，穿透被测谷物，接收天线接收透射微波信号，根据微波信号的衰减、相移等参数得到被测谷物的含水率。微波自由空间测量过程中会有多重反射的干扰，多重反射是衰减和相移测量误差的主要来源之一，已有学者提出采用微波扫频信号可以抑制多重反射的影响。但是目前微波扫频信号在基于微波穿透法的含水率测量装置中的应用并不多，使用扫频信号不仅可以抑制多重反射的影响，而且可以更加全面的获得待测物料的水分信息。此外，目前大多数的基于微波穿透法的物料含水率测量系统中在计算微波信号的衰减时，没有考虑反射微波信号的影响，计算出的衰减值比真实衰减值要大，导致测得的含水率结果偏大，CN200910022939.7提出了一种根据微波衰减量变化对织物含水率检测的方法，CN200910085533.3提出了一种双源双探头正交式微波测量含水率方法，根据两路不同频率微波信号在煤层中的衰减得出煤炭含水率，上述两种方法在计算微波信号的衰减时均没有考虑反射微波信号的影响，造成测量误差。注意到目前的基于微波穿透法的物料含水率测量系统中微波收、发天线之间的对准通常是用简单的测量工具结合人眼观察完成的，微波收发天线之间的对准精度差，两天线波束主瓣重合度不高，微波信号传输不完整，而且发射天线到被测物料的测量距离以及微波收、发天线之间的距离设置的都较为随意，当微波天线应用于不同物料的含水率测量时，微波天线灵敏的位置区间并不相同，所以有必要调节发射天线到待测物料的测量距离以及收、发天线间距离至适当的值，因此，亟需一种在考虑天线对准、测量距离及天线间距离合理设置的基础上，使用微波扫频信号抑制多重反射影响的同时更加全面的获得谷物水分信息的谷物含水率测量方法。

发明内容

本发明的目的是针对目前的基于微波穿透法的谷物含水率测量装置中的问题，如多重反射对微波衰减和相移测量的干扰；计算微波衰减时没有考虑反射微波信号的影响；微波收发天线之间的对准通常是用简单的测量工具结合人眼观察完成的，微波收发天线之间的对准精度差，两天线波束主瓣重合度不高，微波信号传输不完整；发射天线到被测谷物的测量距离以及微波收发天线之间的距离设置的都较为随意，很难保证测量不同谷物含水率时，微波天线均处于灵敏的位置区间，提供一种在考虑天线对准、测量距离及天线间距离合理设置的基础上，根据被测谷物种类设置扫频信号，根据天线特性优化扫频信号，测量微波衰减时考虑反射微波信号影响的谷物含水率测量方法。