CN102353686A - 固体物料水分在线监测装置 - Google Patents

Abstract

固体物料水分在线监测装置，它涉及一种水分在线监测装置。它为了解决现有水分监测技术存在的不可在线测量，抗干扰性差，精度低以及成本高的问题。探测器组件的数据信号输出输入端通过数据传输线缆与数据采集控制及处理组件的数据信号输入输出端相连；探测组件的数据信号输入端与多圆环电容传感器的数据信号输出端相连；通信电缆的一端伸入导管形壳体内部与数据采集控制及处理组件的第二数据信号输入输出端相连；通信电缆的另一端位于导管形壳体外部与外部控制装置的数据信号输出输入端相连。它具有可在线测量，抗干扰性强、精度高、成本低的突出优点。它可广泛应用于工农业生产。

Description

固体物料水分在线监测装置

技术领域

本发明涉及一种水分在线监测装置。

背景技术

现有技术对烟草、粮食、弹药、土壤等固体物料或颗粒状物料中水分含量进行测量，多数采用烘干法、瓶筒法、化学法、近红外反射法、放射法、介电法等方法，但是其中烘干法、瓶筒法和化学法不能实现在线测量；而近红外反射法虽然可在线测量，在工业农业中运用较多，但是这种方法受到被测物料表面粗糙度影响较大，精度较低，且只能测量表层含水量，如需要测量深层含水量，则需要开槽测量，工程量较大；放射法以中子法和γ射线法为常见方法，但是它们都存在成本高，有射线泄露危险的缺点，目前在发达国家已经被禁用，但我国依然有放射法测量物料水分的设备在使用；介电法主要指时域反射法和频域反射法两种，其中时域反射法虽然精度高，但成本非常高，同时需要专业的知识去分析波形，虽然可在线测量，但目前还仅适用于实验室使用，难以在工农业生产中推广，而常规的运用频域反射法测量水分含量的仪器由于抗干扰性差，目前只能在土壤水分测量中得到应用，在工农业生产中也很难广泛使用。

发明内容

本发明为了解决现有水分监测技术存在的不可在线测量，精度低以及成本高的问题，而提出的固体物料水分在线监测装置。

固体物料水分在线监测装置，它包括导管形壳体、探测器组件、数据传输线缆、数据采集控制及处理组件和通信电缆；所述探测器组件、数据传输线缆、数据采集控制及处理组件均固定装设在导管形壳体内部；所述探测器组件设置在导管形壳体的底部；所述数据采集控制及处理组件设置在导管形壳体的顶部；探测器组件的数据信号输出输入端通过数据传输线缆与数据采集控制及处理组件的第一数据信号输入输出端相连；所述探测器组件由多圆环电容传感器和探测控制组件组成；所述探测控制组件的数据信号输入端与多圆环电容传感器的数据信号输出端相连；所述多圆环电容传感器由第一圆环电容极板、第二圆环电容极板、第三圆环电容极板和四圆环式固定夹件组成；所述第一圆环电容极板、第二圆环电容极板和第三圆环电容极板自上而下地固定装设在四圆环式固定夹件中四个圆环形成的三个空隙中；所述通信电缆的一端伸入导管形壳体内部与数据采集控制及处理组件的第二数据信号输入输出端相连；所述通信电缆的另一端位于导管形壳体外部与外部控制装置的数据信号输出输入端相连。

本发明具有可在线测量，精度高、成本低的突出优点。本申请通过测量待测固体物料的介电常数来测定其体积含水量，同时采用多圆环电容传感器及其震荡电路原理，解决了常规频域反射法存在的抗干扰性差的问题，并为用户提供重复标定功能，使所述监测装置可应用于多种固体物料的水分测量中，可广泛应用于工农业生产，为固体物料水分测量提供了良好的解决办法。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；图2为本发明所述多圆环电容传感器的工作原理图；图3为探测控制组件2-1的模块结构示意图；图4为数据采集控制及处理组件4的模块结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式包括导管形壳体1、探测器组件2、数据传输线缆3、数据采集控制及处理组件4和通信电缆5；所述探测器组件2、数据传输线缆3、数据采集控制及处理组件4均固定装设在导管形壳体1内部；所述探测器组件2设置在导管形壳体1的底部；所述数据采集控制及处理组件4设置在导管形壳体1的顶部；探测器组件的数据信号输出输入端通过数据传输线缆3与数据采集控制及处理组件4的第一数据信号输入输出端相连；所述探测器组件2由多圆环电容传感器和探测控制组件2-1组成；所述探测控制组件2-1的数据信号输入端与多圆环电容传感器的数据信号输出端相连；所述多圆环电容传感器由第一圆环电容极板2-2、第二圆环电容极板2-3、第三圆环电容极板2-4和四圆环式固定夹件2-5组成；所述第一圆环电容极板2-2、第二圆环电容极板2-3和第三圆环电容极板2-4自上而下地固定装设在四圆环式固定夹件2-5中四个圆环形成的三个空隙中；所述通信电缆5的一端伸入导管形壳体1内部与数据采集控制及处理组件4的第二数据信号输入输出端相连；所述通信电缆5的另一端位于导管形壳体1外部与外部控制装置的数据信号输出输入端相连。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于所述监测装置还包括多个相同探测器组件2；所述多个探测器组件2自下而上依次固定装设在导管形壳体1内部；所述每个探测器组件2的数据输出端均通过数据传输线缆3与数据采集控制及处理组件4的数据输入端相连。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或二不同点在于所述探测控制组件2-1由信号采集及处理装置2-1-1、探测控制处理装置2-1-2、探测器通讯装置2-1-3和探测器供电装置2-1-4组成；所述信号采集及处理装置2-1-1的数据输入端即为所述探测控制组件2-1的数据信号输入端；信号采集及处理装置2-1-1的数据信号输出输入端与探测控制处理装置2-1-2的第一数据信号输入输出端相连；探测控制处理装置2-1-2的第二数据信号输入输出端与探测器通讯装置2-1-3的第一数据信号输出输入端相连；所述探测器通讯装置2-1-3的第二数据信号输入输出端即为探测器组件的数据信号输入输出端；所述探测器供电装置2-1-4的三个供电端分别与信号采集及处理装置2-1-1的受电端、探测控制处理装置2-1-2的受电端和探测器通讯装置2-1-3的受电端相连。其它组成和连接方式与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三不同点在于所述数据采集控制及处理组件4由采集控制处理装置4-1、采集器通讯装置4-2、数据存储装置4-3、采集器供电装置4-4和时钟模块4-5组成；采集器通讯装置4-2的第一数据信号输入输出端即为数据采集控制及处理组件4的第一数据信号输入输出端；采集器通讯装置4-2的第二数据信号输入输出端即为数据采集控制及处理组件4的第二数据信号输入输出端；所述采集器通讯装置4-2的第三数据信号输入输出端与采集控制处理装置4-1的数据信号输出输入端相连；所述采集控制处理装置4-1的存储数据信号输出输入端与数据存储装置4-3的存储数据信号输入输出端相连；采集控制处理装置4-1的时钟信号输入端与时钟模块4-5的时钟信号输出端相连；采集器供电装置4-4的四个供电端分别与采集器通讯装置4-2的受电端、数据存储装置4-3的受电端和时钟模块4-5的受电端相连。其它组成和连接方式与具体实施方式三相同。

本发明的工作原理：结合图2说明本申请工作原理；本发明通过所述多圆环电容传感器中的第二圆环电容极板2-3通电后形成电场，发出电磁波，所述电磁波穿透导管形壳体1进入周围待测固体物料，电磁波作用在含水待测固体物料时，会使物料内部产生一定程度的极化和磁化，表征物料电磁性质的重要参数是复介电常数和复磁导率，电磁波在导电媒介中传播时，用衰减因子表征能量的衰减，用相位因子来表示相位的变化，多数待测固体物料，如土壤、烟草、粮食、火药等化学颗粒，其电导率和磁导率都很小，因此在含水量较少时，能量衰减并不明显，而相位的变化却是相当明显的，多圆环电容传感器通过边缘效应来检测电磁波在含水待测固体物料中传播所产生的相位的变化，从而测量待测固体物料的水分含量，该相位的变化可通过相对介电常数来表征，即含水物料的由于水分的不同引起介电常数的不同，从而导致电磁波传播过程中相位的变化。所述探测控制组件2-1中的水分-频率变换电路，即将水分值转换为频率变化的电路，所述水分-频率变换电路主要由振荡电路、高频压控振荡器与分频器组成，含水物料的介电常数随着含水量增加而单调增加，其相对介电常数变化引起振荡频率也就是并联LC谐振频率的变化，通过电路得到这个变化的频率，将其分频并输入至负责数据采集的采集控制处理装置4-1中。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (4)

1.固体物料水分在线监测装置，其特征在于它包括导管形壳体(1)、探测器组件(2)、数据传输线缆(3)、数据采集控制及处理组件(4)和通信电缆(5)；所述探测器组件(2)、数据传输线缆(3)、数据采集控制及处理组件(4)均固定装设在导管形壳体(1)内部；所述探测器组件(2)设置在导管形壳体(1)的底部；所述数据采集控制及处理组件(4)设置在导管形壳体(1)的顶部；探测器组件的数据信号输出输入端通过数据传输线缆(3)与数据采集控制及处理组件(4)的第一数据信号输入输出端相连；所述探测器组件(2)由多圆环电容传感器和探测控制组件(2-1)组成；所述探测控制组件(2-1)的数据信号输入端与多圆环电容传感器的数据信号输出端相连；所述多圆环电容传感器由第一圆环电容极板(2-2)、第二圆环电容极板(2-3)、第三圆环电容极板(2-4)和四圆环式固定夹件(2-5)组成；所述第一圆环电容极板(2-2)、第二圆环电容极板(2-3)和第三圆环电容极板(2-4)自上而下地固定装设在四圆环式固定夹件(2-5)中四个圆环形成的三个空隙中；所述通信电缆(5)的一端伸入导管形壳体(1)内部与数据采集控制及处理组件(4)的第二数据信号输入输出端相连；所述通信电缆(5)的另一端位于导管形壳体(1)外部与外部控制装置的数据信号输出输入端相连。

2.根据权利要求1所述的固体物料水分在线监测装置，其特征在于所述监测装置还包括多个相同探测器组件(2)；所述多个探测器组件(2)自下而上依次固定装设在导管形壳体(1)内部；所述每个探测器组件(2)的数据输出端均通过数据传输线缆(3)与数据采集控制及处理组件(4)的数据输入端相连。

3.根据权利要求1或2所述的固体物料水分在线监测装置，其特征在于所述探测控制组件(2-1)由信号采集及处理装置(2-1-1)、探测控制处理装置(2-1-2)、探测器通讯装置(2-1-3)和探测器供电装置(2-1-4)组成；所述信号采集及处理装置(2-1-1)的数据输入端即为所述探测控制组件(2-1)的数据信号输入端；信号采集及处理装置(2-1-1)的数据信号输出输入端与探测控制处理装置(2-1-2)的第一数据信号输入输出端相连；探测控制处理装置(2-1-2)的第二数据信号输入输出端与探测器通讯装置(2-1-3)的第一数据信号输出输入端相连；所述探测器通讯装置(2-1-3)的第二数据信号输入输出端即为探测器组件的数据信号输入输出端；所述探测器供电装置(2-1-4)的三个供电端分别与信号采集及处理装置(2-1-1)的受电端、探测控制处理装置(2-1-2)的受电端和探测器通讯装置(2-1-3)的受电端相连。

4.根据权利要求3所述的固体物料水分在线监测装置，其特征在于所述数据采集控制及处理组件(4)由采集控制处理装置(4-1)、采集器通讯装置(4-2)、数据存储装置(4-3)、采集器供电装置(4-4)和时钟模块(4-5)组成；采集器通讯装置(4-2)的第一数据信号输入输出端即为数据采集控制及处理组件(4)的第一数据信号输入输出端；采集器通讯装置(4-2)的第二数据信号输入输出端即为数据采集控制及处理组件(4)的第二数据信号输入输出端；所述采集器通讯装置(4-2)的第三数据信号输入输出端与采集控制处理装置(4-1)的数据信号输出输入端相连；所述采集控制处理装置(4-1)的存储数据信号输出输入端与数据存储装置(4-3)的存储数据信号输入输出端相连；采集控制处理装置(4-1)的时钟信号输入端与时钟模块(4-5)的时钟信号输出端相连；采集器供电装置(4-4)的四个供电端分别与采集器通讯装置(4-2)的受电端、数据存储装置(4-3)的受电端和时钟模块(4-5)的受电端相连。

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