CN102411009A - 蔗糖含量的实时检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明为蔗糖含量的实时检测方法和装置，本法为待测物置于高频电磁场内，根据频率的改变得到待测物糖含量。本装置的甘蔗糖含量检测传感器为产生600K-1MHz的正弦波激励信号的激励源电路，其接数据采集电路、微处理器。微处理器存储有糖含量和频率变化增量换算程序。传感器接近或与甘蔗外皮接触即可得到被测物的糖含量。还配置溶液糖含量检测传感器，包括可产生1-6MHz的正弦波激励信号的激励源电路和蔗糖溶液样器管，样品管处于激励源电路电感线圈的一端。二传感器经双向开关接数据采集电路。用双向开关选择所用传感器，用选择按键选择功能菜单检测模式。本装置各部件安装于外壳内。本发明实现了甘蔗糖含量的无损实时检测，精度高，使用简便，性价比高。

Description

蔗糖含量的实时检测方法和装置

(一)技术领域

本发明涉及一种蔗糖含量检测的技术领域，具体为一种采用高频电磁波的甘蔗或溶液中蔗糖含量的实时检测方法和装置。

(二)技术背景

糖业是关系国计民生的重要产业，蔗糖是其中的主要组成。但甘蔗收购时的科学定标定价问题一直以来没有得到很好的解决，这直接影响广大蔗农的收入，也给商家确定收购最佳时机造成困难。因而通过测定甘蔗的糖含量来确定甘蔗的品质、价格和工业加工时间就显得尤为重要。

糖含量的测量有很多方法，有化学方法、物理方法等，化学方法虽然精度高，但测量过程需加入各种试剂等待反应完成，耗时费事，不易用于工业自动化生产的在线测量以及甘蔗生长过程在线检测。物理方法有电测和光测两大类。光学测量仪器，如折光仪、近红外仪，成本高，而且也必须先制得溶液样品，难以适合田间作业，更不可能普及成为民用产品。电学测量，根据溶液或果品的电阻率的测量结果误差较大，实用性不能令人满意。专利号为200710048466.9的发明专利“蔗糖含量的实时检测方法和在线检测装置”用瞬间的电脉冲序列信号克服蔗糖溶液生物电场的影响，测得准确的糖含量，能满足甘蔗生长过程中蔗糖含量在线检测，也能满足蔗糖溶液实时在线检测。但需要将针形传感器刺入甘蔗皮内或浸及溶液才可得到糖含量值，在大量检测时费力费时，也对甘蔗造成损伤。故需要设计一种使用更简捷的甘蔗糖含量实时检测方法和装置。

(三)发明内容

本发明的目的是设计一种蔗糖含量的实时检测方法，该方法用高频电磁波技术实现了甘蔗或糖溶液的蔗糖含量无损实时检测。

本发明的另一目的是设计一种采用上述方法的蔗糖含量的实时检测装置，其传感器只要靠近甘蔗或糖溶液即可测得其糖含量。

本发明设计的蔗糖含量的实时检测方法为：待测物置于激励源产生的高频电场和磁场内，根据激励信号的频率的改变换算得到待测物的糖含量。所述高频电场和磁场的频率为600KHz到6MHz。

其原理为在高频电场和磁场中被测物所含离子分布发生改变，同时产生反向磁场。主磁场和反向磁场合成新的磁场，新磁链的变化改变了激励源的总电感量。由于电感的量的变化，进而使由电感L和电容C构成的激励源的谐振频率也随之改变。另外待测物糖含量不同、其电容率不同，所以在高频电场中其分布电容量也不同。两个参量合成后反向磁场进而使高频电场磁场激励源的频率发生改变。根据激励源频率变化增量与被测物蔗糖含量的关系，即可得到待测物的蔗糖含量。

根据上述蔗糖含量无损实时检测方法设计了蔗糖含量的实时检测装置，本装置包括传感器、微处理器、数据采集电路、显示器和电源；传感器为甘蔗糖含量检测传感器，其为可产生600KHz到1MHz的正弦波激励信号的激励源电路。甘蔗糖含量检测传感器输出端与数据采集电路相连。微处理器连接数据采集电路、显示器和电源。微处理器存储有不同糖含量的甘蔗在高频电磁场作用下产生的不同频率变化的增量数据及根据频率变化增量换算为甘蔗的糖含量的处理程序。

测量时，开启电源，然后将甘蔗糖含量检测传感器靠近或接触甘蔗外皮，甘蔗糖含量检测传感器变化的正弦波激励信号送入数据采集电路，进行滤波、放大、整形，将正弦波信号转换为方波脉冲信号，再送入微处理器，微处理器对频率数据进行处理，得到其频率变化的增量，然后根据所存储的频率变化增量大小与甘蔗糖含量或蔗糖溶液糖含量的关系，换算得到被测物的糖含量。

微处理器接有触发按键，按动触发按键一次，微处理器从数据采集电路读取数据一次。微处理器可就同一待测物重复采样检测，确保数据可靠真实。

本装置也可用于检测糖溶液的蔗糖含量。本装置配置了用于检测糖溶液蔗糖含量的溶液糖含量检测传感器。溶液糖含量检测传感器包括可产生1MHz到6MHz的正弦波激励信号的激励源电路，还配有放置蔗糖溶液的样器管，样品管处于激励源电路电感线圈的一端。样品管为内径0.3～1.0厘米、长2～5厘米，壁厚0.01～0.1厘米的玻璃管。微处理器还存储有不同糖含量的蔗糖溶液在高频电磁场作用下产生的不同频率变化的增量数据及根据频率变化增量换算为糖溶液的蔗糖含量的处理程序。数据采集电路连接双向开关固定端，双向开关的两个选择端分别连接甘蔗糖含量传感器和糖含量检测传感器。

电源经电源管理模块与微处理器连接。电源管理模块上接有电源开关。

微处理器接有无线传输模块，可经无线与上位机连接。

微处理器接有USB数据输出接口，可与打印机或外接存储器连接，检测数据可直接打印或存储于闪存。

微处理器接有复位电路，复位电路接有复位键，用于清屏。

微处理器接有按键电路，连接选择按键，以对显示屏上的功能菜单进行选择。选择按键包括上翻键、下翻键、退出键及确定键等。功能菜单包括测量模式、查看检测数据、数据传输、系统设置等项。功能菜单中的“测量模式”选择进行微处理器进行甘蔗或糖溶液测量处理。功能菜单中的“查看检测数据”可翻看历史检测结果的记录；“数据传输”可将数据经无线传送到上位机或经USB数据输出接口送到所接的设备；“系统设置”可对被测物进行频率测量及设定参数。

本装置的传感器、微处理器、数据采集电路、显示器、电源及其它电路均安装于外壳内，显示器的显示屏嵌于外壳表面的窗口内，电源开关及选择按键、复位按键嵌于外壳上。

本发明的蔗糖含量的实时检测方法优点为：测量速度快，对甘蔗进行检测时，无须将蔗汁榨出，操作简便，适合田间或户外作业。

本发明的蔗糖含量的实时检测装置优点为：1、实现了甘蔗糖含量的无损实时检测，还可检测蔗糖溶液的含糖量；2、抗干扰能力强，测量结果不受被测物体的形状、状态、位置的影响；测量精度高，可测范围宽；3、具有远程数据无线传输功能，检测结果可传送至上位机，实现了无人职守在线检测，特别适合田间作业；4、无需专业操作，使用简单方便；5、装置紧凑、小巧，便于携带，性价比高，使用寿命长，普通农家也可配置。

(四)附图说明

图1为本蔗糖含量的实时检测装置实施例电路结构框图；

图2为本蔗糖含量的实时检测装置实施例安装结构示意图；

图3为本蔗糖含量的实时检测装置实施例整体侧视示意图。

图中标号为：1、甘蔗糖含量检测传感器，2、微处理器电路模块，3、外壳，4、显示屏，5、溶液糖含量检测传感器，6、样品管，7、USB接口，8、电池，9、电源管理模块，10、双向开关，11、电源开关，12、触发按键，13、选择按键，14、复位键。

(五)具体实施方式

蔗糖含量的实时检测装置实施例

本蔗糖含量的实时检测装置实施例电路结构如图1所示，包括甘蔗糖含量检测传感器、溶液糖含量检测传感器、微处理器、数据采集电路、显示器和电源；电源为安装于电池座的电池，电池座经电源管理模块与微处理器连接。电源管理模块上接有电源开关。

甘蔗糖含量检测传感器为可产生600KHz到1MHz的正弦波激励信号的激励源电路。溶液糖含量检测传感器包括可产生1MHz到6MHz的正弦波激励信号的激励源电路，还配有放置蔗糖溶液的样品管，样品管处于激励源电路电感线圈的一端。样品管为内径0.5厘米、长3厘米，壁厚0.05厘米的玻璃管。甘蔗糖含量检测传感器和溶液糖含量检测传感器的输出端连接双向开关的选择端，双向开关的固定端接数据采集电路。

微处理器连接数据采集电路。微处理器存储有不同糖含量的甘蔗和蔗糖溶液在高频电磁场作用下产生的不同频率变化的增量数据及根据频率变化增量换算为甘蔗或糖溶液的蔗糖含量的处理程序。

本例的显示器为液晶显示屏，与微处理器连接。

数据采集电路包括滤波放大电路及运算电路，将传感器变化的正弦波激励信号进行滤波、放大，并将激励信号的电压值转换为频率值，再送入微处理器。

甘蔗糖含量检测传感器输出端与溶液糖含量检测传感器经双向开关和数据采集电路相连。触发按键和微处理器相接，按下触发按键，双向开关接通甘蔗糖含量检测传感器或者溶液糖含量检测传感器。多次按动触发按键重复采样检测，以确保所得结果数据可靠真实。

微处理器接有无线传输模块，经无线与上位机连接。

微处理器接有USB数据输出接口。

微处理器接有复位电路，复位电路接有复位键。

微处理器接有多个选择按键，以对显示屏上的功能菜单进行选择。本例的选择按键有4个，包括确定键、退出键、上翻键和下翻键，按确定键即确定选择某项功能，按退出键即退出当前功能，按上翻键和下翻键即移动菜单选项。

功能菜单包括测量模式、查看检测数据、数据传输、系统设置等项。功能菜单中的“测量模式”选择本检测装置进行甘蔗或糖溶液测量；“查看检测数据”可翻看历史检测结果的记录；“数据传输”可将数据经无线传送到上位机或经USB数据输出接口送到所接的设备。

如图2、3所示，本装置集成安装于外壳3内，微处理器和数据采集电路、复位电路集成为微处理器电路模块2，固定于外壳3内，外壳3的一端固定甘蔗糖含量检测传感器1，另一端固定溶液糖含量检测传感器5，样品管6的管口伸出外壳3。液晶显示屏4嵌于外壳3的面板上，电源管理模块9、电池座与电池8也安装于外壳3内。电源开关11、触发按键12、双向开关10、复位键14、选择按键13、及USB数据输出接口7均安装于外壳3。本例的电源开关11、双向开关10、触发按键12位于外壳的一侧，USB数据输出接口位于外壳的另一侧，复位键14、选择按键13位于外壳3的面板上。

蔗糖含量的实时检测方法实施例

本蔗糖含量的实时检测方法采用上例的蔗糖含量的实时检测装置，测量甘蔗的糖含量时，将甘蔗糖含量检测传感器1靠近或紧贴待测物，即本装置的甘蔗糖含量检测传感器与1甘蔗外皮接触或距离2厘米以内。开启电源，显示屏4显示功能菜单，用双向开关10接通甘蔗糖含量检测传感器1、选择按键13在功能菜单的“测量模式”中选定甘蔗检测。按下触发按键12，甘蔗糖含量检测传感器1在未接近待测物时激励电路产生频率为600KHz的高频电磁场，甘蔗处于甘蔗糖含量检测传感器的高频磁场内，数据采集电路对甘蔗糖含量检测传感器输出的激励信号进行处理，得到频率数据，微处理器对频率数据进行处理，得到频率变化的增量，然后根据所存储的频率变化增量大小与甘蔗糖含量的关系，换算得到被测物的糖含量，送到显示器，即可显示所得检测结果。对于同一待测物，多次按动触发按键12重复采样，保证结果数据准确。

采用本例的装置和方法对多节甘蔗的蔗糖含量进行检测，再将所测各节甘蔗分别榨汁后用溶液糖含量检测传感器检测其糖含量，结果如表1所示。为了说明本方法微处理器采集的频率数据与糖含量的关系，在实验中同时检测了数据采集电路输出端信号的频率数据，列于表内检测结果的频率值栏内，检测结果的含糖量为微处理器存储的频率变化增量与甘蔗糖含量换算程序处理的结果，即屏幕显示的结果数据值。由表中数据可见，本例装置和方法测量结果准确，最大误差在1％以内。

表1本装置甘蔗糖含量无损检测结果

当使用溶液糖含量检测传感器时，只需将双向开关10接通溶液糖含量检测传感器5一端、用选择按键13在功能菜单的“测量模式”中选定糖溶液检测，将蔗糖溶液放入样品管6中，溶液糖含量检测传感器5样品管中未加入糖溶液时激励电路产生的频率为1600KHz的高频电磁场，其它与上述甘蔗检测方法相同，即可在显示器上得到糖溶液的蔗糖含量。

采用本例的装置对糖溶液的蔗糖含量进行检测，具体测量结果表2，由此表可见相同浓度的糖溶液所得的激励源的频率数据基本相同，最大误差范围在0.7％以内，故可根据激励源的频率的改变得到待测溶液的糖含量。本实施例蔗糖含量的实时检测装置的溶液蔗糖含量测量范围为0％～35％，测量准确度为±2％。

表2本装置溶液蔗糖含量检测结果

上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.蔗糖含量的实时检测方法，其特征在于：

待测物置于激励源的高频电场和磁场内，根据激励源的激励信号频率的改变，换算得到待测物的糖含量；所述高频电场和磁场频率为600KHz到6MHz。

2.蔗糖含量的实时检测装置，包括传感器、微处理器、数据采集电路、显示器和电源；其特征在于：

所述传感器为甘蔗糖含量检测传感器，为产生600KHz到1MHz的正弦波激励信号的激励源电路；甘蔗糖含量检测传感器输出端与数据采集电路相连，微处理器连接数据采集电路、显示器和电源；微处理器存储有不同糖含量的甘蔗在高频电磁场作用下产生的不同频率变化的增量数据及根据频率变化增量换算为甘蔗的糖含量的处理程序。

3.根据权利要求2所述的蔗糖含量的实时检测装置，其特征在于：

还配置有溶液糖含量检测传感器；该溶液糖含量检测传感器包括可产生1MHz到6MHz的正弦波激励信号的激励源电路，配有放置蔗糖溶液的样品管，样品管处于激励源电路电感线圈的一端；所述数据采集电路连接双向开关固定端，双向开关的两个选择端分别连接甘蔗糖含量检测传感器和溶液糖含量检测传感器；所述微处理器还存储有不同糖含量的蔗糖溶液在高频电磁场作用下产生的不同频率变化的增量数据及根据频率变化增量换算为糖溶液的蔗糖含量的处理程序。

4.根据权利要求3所述的蔗糖含量的实时检测装置，其特征在于：

所述样品管为内径0.3～1.0厘米、长2～5厘米，壁厚0.01～0.1厘米的玻璃管。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的蔗糖含量的实时检测装置，其特征在于：

所述微处理器接有无线传输模块，经无线与上位机连接。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的蔗糖含量的实时检测装置，其特征在于：

所述微处理器接有USB数据输出接口。

7.根据权利要求2至4中任一项所述的蔗糖含量的实时检测装置，其特征在于：

所述微处理器接有触发按键。

8.根据权利要求2至4中任一项所述的蔗糖含量的实时检测装置，其特征在于：

所述微处理器接有复位电路，复位电路接有复位按键。

9.根据权利要求2至4中任一项所述的蔗糖含量的实时检测装置，其特征在于：

所述微处理器接有按键电路，按键电路连接选择按键，选择按键包括上翻键、下翻键、退出键及确定键。

10.根据权利要求3或4所述的蔗糖含量的实时检测装置，其特征在于：

本装置的甘蔗糖含量检测传感器、溶液糖含量检测传感器、微处理器、数据采集电路、显示器、电源及其它电路均安装于外壳内，显示器的显示屏嵌于外壳表面的窗口内，电源开关及其它按键嵌于外壳上。

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