[发明专利]一种基于微波扫频技术的谷物含水率测量方法

摘要

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。

主权项

1.一种基于微波扫频技术的谷物含水率测量方法，其特征在于：该测量方法在基于扫频微波穿透法的谷物含水率测量装置中实现，所述的基于扫频微波穿透法的谷物含水率测量装置包括微波发射端(1)、微波接收端(2)、天线升降平台(3)和控制单元(4)等；微波发射端(1)滑动设置在天线升降平台(3)的下半空间，由天线升降平台(3)提供Z轴方向的移动；微波接收端(2)滑动设置在天线升降平台(3)的上半空间，由天线升降平台(3)提供Z轴方向的移动；微波发射端(1)、微波接收端(2)和天线升降平台(3)均由控制单元(4)控制；该测量方法包括以下步骤：(1)设置中心测量频率f₀和测量带宽BW：通过控制单元(4)设置测量时使用的中心测量频率f₀和测量带宽BW，确定初始的微波扫频信号MSS；(2)天线自动对准：控制单元(4)分两个阶段完成微波接收端(2)与微波发射端(1)的对准，提高微波扫频信号MSS传输的稳定性和完整性；(3)优化扫频信号：控制单元(4)发出初始微波扫频信号MSS，计算出初始微波扫频信号MSS各频点下微波发射端(1)的反射系数Γ和驻波比ρ，去除对应较大反射系数Γ和驻波比ρ的不良频点，得到优化的微波扫频信号MSS’；(4)调节测量距离至最优值：控制单元(4)根据优化的微波扫频信号MSS’的频率区间确定微波工作波长范围，由天线远场条件、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最佳的测量距离，控制单元(4)改变微波发射端(1)和微波接收端(2)的竖直位置从而调整测量距离至最优值；(5)装载待测谷物并测量谷物厚度h：控制单元(4)测量出待测谷物的厚度；(6)发射优化后的扫频信号：控制单元(4)产生微波扫频信号MSS’，通过微波发射端(1)辐射到待测谷物，与待测谷物相互作用；(7)测量微波的衰减A和相移Φ：控制单元(4)计算出微波扫频信号MSS’各频点下信号的衰减A和相移Φ；(8)计算并显示谷物含水率：控制单元(4)将微波扫频信号MSS’每个测量频点下的衰减A和相移Φ、环境温度T以及谷物厚度h的测量数据输入内置的利用机器学习算法在标定实验数据上训练完成的谷物含水率预测模型计算当前待测谷物的含水率。