[发明专利]一种基于扫频微波穿透法的谷物含水率在线测量装置

说明书

本发明公开了一种基于扫频微波穿透法的谷物含水率在线测量装置，包括微波发射端、微波接收端、天线升降平台、控制单元和输送机；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、上半空间；控制单元根据激光对准传感器的信号和微波信号的衰减偏差移动微波天线完成天线的自动对准；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；输送机携带待测谷物穿过微波发射端与微波接收端之间形成的测量空间，与微波扫频信号相互作用，用优化的微波扫频信号代替单一频率的信号测量谷物含水率，在抑制多重反射影响的同时更加全面的获得谷物水分信息，提高谷物含水率的测量精度。

技术领域

本发明涉及谷物品质检测，尤其是涉及一种基于扫频微波穿透法的谷物含水率在线测量装置，装置使用微波扫频信号在抑制多重反射影响的同时更加全面的获得谷物水分信息，是实现高精度的谷物含水率在线测量的关键装置。

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快速无损检测方法，可以实现物料含水率的快速无损检测，其中的微波穿透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，故微波穿透法越来越多地应用到谷物含水率在线测量中。

微波穿透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，微波辐射到测量空间中，穿透待测的谷物，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。CN 200920033543.8提出了一种根据微波衰减量变化对织物含水率进行测量的装置，该装置只使用了单一频率的微波，而且在计算微波衰减时并没有考虑反射信号，导致计算的衰减值比真实衰减值大。CN201710017788.0提出了一种多频微波含水率检测系统，使用300MHz～2.4GHz的扫频信号，但是该检测系统针对的是液体，不适用于谷物。CN200910085533.3提出了一种双源双探头正交式微波测量含水率装置用于煤碳含水率测量，考虑到低频微波信号与高频微波信号的特性，使用2.4GHz和9.4GHz两种频率的微波，用到两套天线，测量装置较为复杂，而且在计算微波衰减时同样没有考虑反射信号，导致计算的衰减值比真实衰减值大。目前的基于微波穿透法的谷物含水率在线测量装置中，微波扫频信号的应用并不多，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谷物的水分信息，此外，目前的基于微波穿透法的谷物含水率在线测量装置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，亟需一种具有微波收发天线自动对准，测量距离、天线间距离自动合理设置，使用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在线测量装置。

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在线测量装置中的问题，多重反射对微波衰减和相移测量的干扰；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，很难保证测量时微波天线均处于灵敏的位置区间，提供一种具有微波收发天线自动对准，测量距离、天线间距离自动合理设置，使用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在线测量装置。

本发明解决技术问题所采取的技术方案是：