CN101907578B - 一种微波法棉花回潮率在线测量系统的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波法棉花回潮率在线测量系统的实现方法，测量系统所需幅度和相位衰减信息参数后计算棉花回潮率，并显示棉花回潮率测量结果。本发明实现了回潮率测量原理与测量棉包密度和厚度无关，不需要测量棉包密度和厚度参量。实现了回潮率的非接触检测，在使用中不受安装和使用条件的限制，相比电测器法测量精度的稳定度提高50％。实现了棉花回潮率低温修正功能，扩大了装置的环境温度适用范围达到-20℃至50℃。

Description

一种微波法棉花回潮率在线测量系统的实现方法

技术领域

本发明属于一种微波法棉花回潮率在线测量系统的实现方法，尤其涉及一种非接触，测量原理与被测物密度无关，具有低温修正的电子信息系统的技术方法。

背景技术

为满足棉花生产过程中，对回潮率进行在线测量的需要。目前，我国现有棉花回潮率在线测量方法为电测器法，该方法为接触式，测量原理与被测物密度和厚度有关。在使用中存在的主要问题是：测量精度不稳定，不能用于低温环境测量。这些问题使得棉花回潮率在线测定量系统作为一种计量技术方法无法保证公正使用，具体体现在：(1)测量精度受棉包密度和厚度变化，影响测量结果，致使测量精度不稳定；(2)在温度0℃以下因水分为固相，固相水分和液相水分的电导率不同，致使测量结果不准确；(3)接触式电测器法无法解决温度对测量结果的影响，补偿不准确。

发明内容

为了克服现有电测器法在使用中存在的测量精度不稳定，不能用于低温环境测量、温度和湿度补偿不准确的问题，本发明提供了一种微波法棉花回潮率在线测量系统的实现方法，通过和棉花打包机配套使用，在线实时测量棉包回潮率，并将结果显示、打印和传送给条码系统，有效提高回潮率检测精度的稳定度。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案包括以下步骤：

一、测量系统所需的信息参数，包括以下步骤：

(1)、由检波器分别测量出穿透棉包前和穿透棉包后的微波幅度和相位参数，由相位检测电路及幅度检测电路分别对所检测穿透棉包前和穿透棉包后的微波信号的相位和幅度进行比较计算，得到信号的相位和幅度衰减参数。

(2)、由温度传感器测量棉包的环境温度参数。

二、计算棉花回潮率

根据以下微波法棉花回潮率测量原理：微波信号穿透棉花后，因棉花的水分使微波信号的幅度A和相位Φ发生改变，棉花回潮率与微波信号的幅度A和相位Φ参数之间呈线性数学关系。经过实验研究表明，以频率为9.5GHz的平面波信号穿过厚度为t、疏密度为ρ的棉包层，测得的波的幅度衰减为A，相位移为Φ。结果表明：两个波参量(A和Φ)和棉包回潮率之间大体上呈线性关系。而且，当单位厚度的A和Φ除以相应于每一回潮率被测物的疏密度时，这些参量和回潮率M的关系仍然是线性的，由两个线性关系模型消除密度参量可得回潮率测量数学模型如下：

M＝(dA-bΦ)/(aΦ-cA)(1)

式中，a，b，c，d均为特定棉花的回归系数。式(1)即为与被测物堆密度不相关的回潮率测量数学模型。通过实验方法可以得到棉花的回归系数。

由于水分在0℃以上为液相，在0℃以下为固相。因此，液相水分和固相水分在微波电场作用下，具有不同的复介电特性。回潮率测量数学模型公式(1)中的回归系数(a，b，c，d)也对应不同。

通过实验方法可以获得液相条件下棉花的回归系数分别为：

利用公式(1)，得到回潮率测量数学模型为：

M＝(dA-bΦ)/(aΦ-cA)    (2)

同样通过实验方法可以获得固相条件下棉花的回归系数分别为：

利用公式(1)，得到回潮率测量数学模型为：

M＝(dA-bΦ)/(aΦ-cA)    (3)

通过温度传感器测量得到的环境温度参数，判断在0℃以上时，由信号处理模块按照公式(2)计算棉花回潮率M；

在0℃以下时，由信号处理模块按照公式(3)计算棉花回潮率M。

三、结果显示

由信号处理模块将测量回潮率结果传送给液晶显示器显示。

本发明的有益效果是：

1、实现了回潮率测量原理与测量棉包密度和厚度无关，不需要测量棉包密度和厚度参量。实现了回潮率的非接触检测，在使用中不受安装和使用条件的限制，相比电测器法测量精度的稳定度提高50％。

2、实现了对具有较大密度和厚度的棉包穿透功能，相比红外法提高了对较大密度和厚度的检测能力。

3、实现了棉花回潮率低温修正功能，扩大了装置的环境温度适用范围达到-20℃至50℃。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

参照图1，本发明所提出的一种棉花回潮率在线测定系统的实现方法具体实施方案如下：

1、测量系统所需参数

(1)、为满足系统测量精度和稳定度的需要，微波信号采用固态微波收发技术产生，幅度精度，相位，稳定度指标等，由相位检测电路及幅度检测电路分别对所检测穿透棉包前和穿透棉包后的微波信号的相位和幅度进行比较计算，得到信号的相位和幅度衰减参数。

(2)、由温度传感器测量棉包的环境温度参数。

2、计算回潮率

由信号处理模块判断，在温度传感器测量得到的环境温度参数大于0℃时，由信号处理模块按照公式(2)计算棉花回潮率M；

在温度传感器测量得到的环境温度参数小于0℃时，由信号处理模块按照公式(3)计算棉花回潮率M；

3、显示回潮率

由信号处理模块将回潮率结果传送给液晶显示器显示。

Claims (1)

1.一种微波法棉花回潮率在线测量系统的实现方法，其特征在于包括下述步骤：

(a)测量系统所需信息参数；

(b)计算棉花回潮率；

(c)将计算棉花回潮率测量结果通过显示单元显示；

所述的步骤(a)包括下述步骤：

(i)由检波器分别测量出穿透棉包前和穿透棉包后的微波信号幅度和相位参数，其中，微波信号采用固态微波收发技术产生，由相位检测电路及幅度检测电路分别对所检测穿透棉包前和穿透棉包后的微波信号的相位和幅度进行比较计算，得到信号的相位和幅度衰减参数；

(ii)由温度传感器测量棉包的环境温度参数；

所述的步骤(b)包括下述步骤：

根据以下微波法棉花回潮率测量原理得出棉花回潮率：微波信号穿透棉花后，因棉花的水分使微波信号的幅度和相位发生改变，棉花回潮率与微波信号的幅度和相位参数之间呈线性数学关系，经过实验研究表明，以频率为9.5GHz的微波信号穿过厚度为t、疏密度为ρ的棉包层，测得的波的幅度衰减为A，相位移为Φ，结果表明：两个波参量幅度衰减A和相位移Φ和棉包回潮率之间大体上呈线性关系，而且，当单位厚度的幅度衰减A和相位移Φ除以相应于每一回潮率棉花的疏密度时，这些参量和回潮率的关系仍然是线性的，由两个线性关系模型消除密度参量可得回潮率测量数学模型如下：

M＝(dA-bΦ)/(aΦ-cA)      (1)

式中，a，b，c，d均为特定棉花的回归系数，式(1)即为与棉包密度不相关的回潮率测量数学模型，通过实验方法可以得到棉花的回归系数；

由于水分在0℃以上为液相，在0℃以下为固相，因此，液相水分和固相水分在微波电场作用下，具有不同的复介电特性，回潮率测量数学模型公式(1)中的回归系数a，b，c，d也对应不同；

通过实验方法可以获得液相条件下棉花的回归系数分别为：a’，b’，c’，d’；

利用公式(1)，得到回潮率测量数学模型为：

M＝(d’A-b’Φ)/(a’Φ-c’A)         (2)

同样通过实验方法可以获得固相条件下棉花的回归系数分别为：a”，b”，c”，d”；

利用公式(1)，得到回潮率测量数学模型为：

M＝(d”A-b”Φ)/(a”Φ-c”A)         (3)

通过温度传感器测量得到的环境温度参数，判断在0℃以上时，由信号处理模块按照公式(2)计算棉花回潮率M；

在0℃以下时，由信号处理模块按照公式(3)计算棉花回潮率M。

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