CN101498679A - 交指电容谷物含水率传感器 - Google Patents

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Abstract

交指电容谷物含水率传感器，传统的谷物含水率传感器使用红外光谱照射谷物，无法对谷物内部含水率进行测量，同时测量过程中容易受到干扰。交指电容谷物含水率传感器，其组成包括：底座(1)，所述的底座连接盖板(2)，所述的底座连接电路板(3)，所述的底座两端连接SMA接头(4)，所述的电路板为介电常数为2.2的聚四氟乙烯基板(5)，在所述的基板上下表面敷厚度为0.017mm的镀铜层，在所述的上表面镀铜层加工出交指电容(6)，在所述的下表面镀铜层(7)由内向外非均匀的露出基板，露出的形状为正方形(8)。本发明用于测量谷物含水率。

Description

交指电容谷物含水率传感器
技术领域：
本发明涉及一种交指电容谷物含水率传感器。
背景技术：
谷物含水率是评价其品质的重要参数，在加工和储存的过程中都需要对谷物的含水率进行监测。传统的谷物含水率传感器使用红外光谱照射谷物，通过反射波的能量判断谷物的含水率。该方法虽然能够实现非接触测量，但由于反射波仅反应谷物表面含水率，因此无法对谷物内部含水率进行测量。同时，环境中很多物质都能对外进行红外辐射，该方法测量过程中容易受到干扰。
发明内容：
本发明的目的是提供一种工作在微波频段、能够实现非接触、谷物内部含水率测量的高分辨率、宽测量范围且能够实现在线测量的交指电容谷物含水率传感器。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
交指电容谷物含水率传感器，其组成包括：底座，所述的底座连接盖板，所述的底座连接电路板，所述的底座两端连接SMA接头，所述的电路板为介电常数为2.2的聚四氟乙烯基板，在所述的基板上下表面敷厚度为0.017mm的镀铜层，在所述的上表面镀铜层加工出交指电容，在所述的下表面镀铜层由内向外非均匀的露出基板，露出的形状为正方形。
所述的交指电容谷物含水率传感器，所述的底座使用铜或铝制作，内部表面镀金。
所述的交指电容谷物含水率传感器，所述的盖板使用聚四氟乙烯或陶瓷材料，厚度在0.5-1mm之间。
本发明的有益效果：
1.本发明解决了现有红外水分传感器测量分辨率低、易受干扰及不能测量谷物内部含水率的问题。
2.本发明工作在211-290MHz范围内，与红外含水率传感器相比该方法交指电容产生的电磁波穿过盖板透射到被测谷物中，谷物的含水率将影响传感器的谐振特性，通过矢量网络分析仪测量其谐振频率与品质因数的变化即可以实现谷物含水率的非接触、含水率0％-80％，分辨率不低于1％的测量。
3.结构简单，测量成本低，使用简便，适用广泛应用和推广。
4.本发明采用了两个关键技术实现其功能，一是通过交指电容弥散出的电场透射到被测谷物中，并与其中水分子产生谐振进而改变传感器的谐振特性，实现谷物含水率的非接触测量；二是在传感器电路板下方去除正方形状的敷铜，能够明显的提高传感器的品质因数，进而提高其对水分含量的敏感程度。
附图说明：
附图1是本产品的结构示意图。
附图2是本产品交指电容电路板的外壳结构示意图。
附图3是电路板上交指电容上层布线图。
附图4是电路板上交指电容下层布线图。
附图5是本产品进行测量时的系统示意图。
附图6是本产品对大麦进行测量时的含水率与谐振频率曲线图。
附图7是本产品对大麦进行测量时的含水率与品质因数曲线图。
具体实施方式：
实施例1：
交指电容谷物含水率传感器，其组成包括：底座1，所述的底座连接盖板2，所述的底座连接电路板3，所述的底座两端连接SMA接头4，所述的电路板为介电常数为2.2的聚四氟乙烯基板5，在所述的基板上下表面敷厚度为0.017mm的镀铜层，在所述的上表面镀铜层加工出交指电容6，在所述的下表面镀铜层7由内向外非均匀的露出基板，露出的形状为正方形8。
实施例2：
交指电容谷物含水率传感器，其组成包括：底座1，所述的底座连接盖板2，所述的底座连接电路板3，所述的底座两端连接SMA接头4，所述的电路板为介电常数为2.2的聚四氟乙烯基板5，在所述的基板上下表面敷厚度为0.017mm的镀铜层，在所述的上表面镀铜层加工出交指电容6，在所述的下表面镀铜层7由内向外非均匀的露出基板，露出的形状为正方形8。
所述的交指电容谷物含水率传感器，所述的底座使用铜或铝制作，内部表面镀金，表面粗糙度Ra<160，Rz<6.3。
所述的交指电容谷物含水率传感器，所述的盖板使用聚四氟乙烯或陶瓷材料，厚度在0.5-1mm之间。
电路板上层布线为交指电容，其带条由中心向两边宽度依次减小，带条长度由中心向两边长度依次增加，电路板其他地方为裸露基板。
图5中选择使用矢量网络分析仪11配合传感器完成谷物样品9的含水率测量，两者连接线为SMA转BNC电缆10，其阻抗是50欧姆，当一端接通电源后，通过测定另一端的电信号，确定其中间部位粮食含水率。
图6、图7是基于上述结构的测量结果，大麦样品的含水率在0％-80％分别对应着传感器谐振频率211-290MHz和品质因数23-55之间，在整个测量范围内0-80％之间，测量分辨率达到1％。

Claims (3)

1.一种交指电容谷物含水率传感器，其组成包括：底座，其特征是：所述的底座连接盖板，所述的底座连接电路板，所述的底座两端连接SMA接头，所述的电路板为介电常数为2.2的聚四氟乙烯基板，在所述的基板上下表面敷厚度为0.017mm的镀铜层，在所述的上表面镀铜层加工出交指电容，在所述的下表面镀铜层由内向外非均匀的露出基板，露出的形状为正方形。
2.根据权利要求1所述的交指电容谷物含水率传感器，其特征是：所述的底座使用铜或铝制作，内部表面镀金。
3.根据权利要求1或2所述的交指电容谷物含水率传感器，其特征是：所述的盖板使用聚四氟乙烯或陶瓷材料，厚度在0.5-1mm之间。
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