CN102590286A

CN102590286A - 四电极烟草水分测试装置及测量方法

Info

Publication number: CN102590286A
Application number: CN2012100481144A
Authority: CN
Inventors: 杨蕾玉; 郭昌华; 王一; 刁庶; 王君
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明涉及一种四电极烟草水分测试装置及测量方法。是利用电阻与水分存在的特定函数关系，用四电极作为探头，通过测量烟草的电阻来反映烟草的水分含量。由量程选择经单片机和电阻测量电路分别连接电极A、电极B、电极C和电极D，PC机经数据上传电路和单片机与液晶显示电路连接构成。经与红外水分仪相比，本发明所测烟草水分含量结果优于红外水分仪的精度和效率。克服了只用一对电极测量单一电压存在的电极极化的影响和电极单一方向供电测量失调电压的影响，提高了精度，克服了一对电极测量时区域选择的偏差，提高了测量结果可信度。检测电路简单，对物料颜色、形状规格和测量环境的光线要求较低，可较快得到测量结果，能够测量物料内部水分。

Description

四电极烟草水分测试装置及测量方法

技术领域：

本发明涉及一种干鲜植物水分含量检测装置，尤其是通过干鲜植物的电阻变化测量水分含量的四电极水分测试装置及测量方法。

背景技术：

现有的众多水分测量方法中，红外光照和微波测量是最主要的两种方法，而红外技术的应用更为广泛和普遍。目前，我国大部分烟厂所使用的在线水分仪都是红外水分仪。红外水分检测是根据诸如OH与CH等基因键吸收特定波长红外线能量的原理工作的。水分子中的H-O结合物能够吸收几个特定波长的红外光。依据此原理，检测烟草的水分仪探头里装有产生各种波长红外光的光源，旋转滤光片将红外光分成可以被水分子吸收的波长和几个不能被吸收的波长。水分子吸收的红外光用来测量物质中的水分，水分子不吸收的红外光用来测量被测物料的本底特性(如反射率、测量距离等)。红外水分仪发射红外光照射到被测物料(烟丝、烟叶)上，经物料反射，并被探头内部的光学元件接收，经过光电转换，变成电信号，再经过电路计算得出被测物料的水分含量。现有众多成型水分仪也是基于此原理而设计的。如IMS型水分仪、QB型水分仪、TM55系列水分仪等。光源的稳定性与检测发射光和反射光的检测元件的稳定性对所测水分的精度起着决定性的作用。同时，被测物料的颜色、形状和检测点的光线角度都是影响红外水分仪测量精度的重要因素。并且，红外水分仪的缺点在于它只测量物料的表面水分，这对物料的水分均匀性和校验取样等提出了高要求。实际使用中只有经过反复取样和标定来弥补，从而加大了工作量，不利于快速便捷的测量。

发明内容：

本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种对物料的颜色、形状规格和测量环境的光线要求较低，却有着较高精度和分辨力的四电极烟草水分测试装置；

本发明的另一目的是提供一种四电极烟草水分测试装置的测量方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

四电极电阻式烟草水分测试装置，是由量程选择5经单片机2和电阻测量电路6分别连接电极A、电极B、电极C和电极D，PC机3经数据上传电路4和单片机2与液晶显示电路7连接构成。

所述的四电极，电极A、电极B、电极C和电极D均匀安装在圆柱形硬质绝缘材料上，两两一组，间距相等，电极露出长度相等。

所述的硬质绝缘材料选自塑料、有机玻璃、电木或陶瓷。

四电极电阻式烟草水分测试装置的测试方法，包括以下顺序和步骤：

a、将装置中的四个电极1插入被测物料，并对电极A、电极B、电极C和电极D分别进行正反向供电；

b、量程选择电路5自动选择测量档位，依次两两一组正反向供电，得到十二个电信号，即VA+B-、VA-B+、VA+C-、VA-C+、VA+D-、VA-D+、VB+C-、VB-C+、VB+D-、VB-D+、VC+D-、VC-D+，这些电信号由单片机2转换成十二个电阻值；

c、通过数据处理得到被测区域的平均电阻，该电阻值经液晶显示电路7显示，并经数据上传电路4的串口传数据到PC机3；

d、PC机3根据所测烟草的电阻与烟草水份对应的反比关系，计算得到所测区域的烟草水份值。

有益效果：四电极电阻式水分检测仪不需要考虑被测物料的颜色、形状、规格和测量环境的光线变化等因素。是通过测量被测物料的电阻值来测量水分的含量。与现有的红外水分仪相比，检测电路简单，不对所测物料的颜色、形状、规格和测量环境有要求，并能较快的得到测量结果，经对比试验本发明所测烟草水分含量结果优于红外水分仪的精度和效率。克服了只用一对电极测量单一电压存在的电极极化的影响和电极单一方向供电测量失调电压的影响，提高了测量精度，并且克服了一对电极测量时的区域选择所带来的偏差，提高了测量结果可信度。本发明具有测量精度高，电路简单，设备投资小，测量成本低的优点。

附图说明：

图1是四电极电阻式烟草水分检测仪结构框图

图2是为附图1中电极1的结构图

图3是是图2的左视图

图4为附图1中量程选择5的电路图

图5为附图1电阻测量电路6的电路图

图6为附图1中液晶显示7的电路图

图7为附图1中数据上传电路4的电路图

1、四个电极A、B、C、D，2单片机，3 PC机，4数据上传电路，5量程选择电路，6电阻测量电路，7液晶显示，8四电极硬质绝缘材料

具体实施方式：

下面结合附图和实施例作进一步的详细说明：

本发明主要由量程选择、电阻测量、探针装置、液晶显示、数据上传等五部分组成。在电阻测量装置中采用硬度较强、导电性能好的金属作为四个电极。当四电极电阻式烟草水分检测仪工作时，将四电极插入被测物料，并对探针进行正反向供电，每一次测量依次得到四个电极间两两一组的电信号，该电信号通过单片机转换成十二个电阻值，再通过数据处理得到测量区域的一个电阻值。

电阻与水分存在一特定的函数关系，四电极电阻式烟草水分检测仪是通过测量烟草的电阻来反映烟草水分含量。

测量方法是将装置中的四电极1插入被测物料，并对电极装置分别进行正反向供电，量程选择电路5自动选择合适的档位，依次测量得到四电极1中A、B、C、D间的极性、两两一组的十二个电信号，即VA+B-、VA-B+、VA+C-、VA-C+、VA+D-、VA-D+、VB+C-、VB-C+、VB+D-、VB-D+、VC+D-、VC-D+，这些电信号由单片机2 MSP430F149转换成十二个电阻值，单片机2优选MSP430F149。

通过数据处理得到该被测区域的电阻值，并将该电阻值经过液晶显示电路7显示出来，同时数据上传电路4通过串口通信上传数据到PC机3，由PC机3根据烟草电阻和烟草水份的对应关系，得到所测区域的烟草水份值。

量程选择5与单片机2的MSP430F149的IO口P6.0和P2.0相连接，通过改变P2.0的高低电平来实现量程1或量程2的自动选择。

电阻测量模块6与单片机MSP430F149的IO口P3.0和P1.0-P1.7相连接，通过改变P1.0-P1.7的高低电平来控制继电器的通断，并通过对探针进行正反向供电，每一次测量依次得到四电极1中A、B、C、D间具有极性的两两一组的十二个电信号，这些电信号通过P3.0采集到单片机MSP430F149中，再转换成十二个电阻值，最后通过数据处理得到该被测区域的一个电阻值。

探针装置中电极末端连接线9与电阻测量模块6相连接，实现了电信号的传递。四电极1中A、B、C、D探针均匀安装在一个圆柱形硬质绝缘材料上，两两一组间距相等，探针露出长度相等。

液晶显示模块7与单片机MSP430F149相连接，实现了测量区域电阻值的显示。

数据上传模块8与单片机MSP430F149相连接，通过串口通信实现数据上传到PC机，并用MATLAB接收和处理数据。

当四电极电阻式烟草水分检测仪工作时，将四电极1插入被测物料后会自动选择量程，通过对探针装置1进行正反向供电，每一次测量依次得到四电极1中A、B、C、D间具有极性、两两一组的十二个电信号，这些电信号通过单片机MSP430F149转换成十二个电阻值，再通过数据处理得到该被测区域的一个电阻值。然后将电阻值通过液晶显示电路7显示出来，同时数据上传电路8通过串口通信上传数据到PC机以便数据分析。

量程选择模块5与单片机MSP430F149的IO口P6.0和P2.0相连接，P2.0通过高低电平方式自动选择量程1或量程2，当P6.0采集到得电压值小于或等于0.01V时，检测仪自动选择较小量程，否则选择较大量程。

电阻测量模块6与单片机MSP430F149的IO口P3.0和P1.0-P1.7相连接，测量时将探针插入被测物料，采用高低电平方式控制继电器的通断，并通过对探针进行正反向供电，依次得到四电极A、B、C、D间具有极性的两两一组的十二个电信号，这些电信号通过P3.0采集到单片机MSP430F149中，再转换成十二个电阻值，分别为R_AB、R_BA、R_AC、R_CA、R_AD、R_DA、R_BC、R_CB、R_BD、R_DB、R_CD、R_DC。当P1.0-P1.7依次分别置为低电平、随意、高电平、高电平、高电平、随意、高电平、随意时，得到电极1中A、B间的电阻值R_AB；当P1.0-P1.7依次分别置为高电平、高电平、低电平、随意、高电平、随意、高电平、随意时，得到电极1中B、A间的电阻值R_BA；当P1.0-P1.7依次分别置为低电平、随意、高电平、随意、高电平、高电平、高电平、随意时，得到电极1中A、C间的电阻值R_AC；当P1.0-P1.7依次分别置为高电平、高电平、高电平、随意、低电平、随意、高电平、随意时，得到电极1中C、A间的电阻值R_CA；当P1.0-P1.7依次分别置为低电平、随意、高电平、随意、高电平、随意、高电平、高电平时，得到电极1中A、D间的电阻值R_AD；当P1.0-P1.7依次分别置为高电平、高电平、高电平、随意、高电平、随意、低电平、随意时，得到电极1中D、A间的电阻值R_DA；当P1.0-P1.7依次分别置为高电平、随意、低电平、随意、高电平、高电平、高电平、随意时，得到电极1中B、C间的电阻值R_BC；当P1.0-P1.7依次分别置为高电平、随意、高电平、高电平、低电平、随意、高电平、随意时，得到电极1中B、C间的电阻值R_CB；当P1.0-P1.7依次分别置为高电平、随意、低电平、随意、高电平、随意、高电平、高电平时，得到电极1中B、D间的电阻值R_BD；当P1.0-P1.7依次分别置为高电平、随意、高电平、高电平、高电平、随意、低电平、随意时，得到电极1中D、B间的电阻值R_DB；当P1.0-P1.7依次分别置为高电平、随意、高电平、随意、低电平、随意、高电平、高电平时，得到电极1中C、D间的电阻值R_CD；当P1.0-P1.7依次分别置为高电平、随意、高电平、随意、高电平、高电平、低电平、随意时，得到电极1中D、C间的电阻值R_DC。最后对这十二个电阻值进行数据处理得到该被测区域的一个电阻值。

探针装置中电极末端连接线9与电阻测量模块6相连接，实现了电信号的传递。四电极1中A、B、C、D依次两两一组间距相等，如图6所示。电极1采用硬度较强、导电性能好的黄铜。

液晶显示模块7与单片机MSP430F149相连接，通过液晶显示被测区域的电阻值。

数据上传模块8与单片机MSP430F149相连接，通过串口通信上传数据到PC机，并用MATLAB接收和处理数据。

Claims

1.一种四电极电阻式烟草水分测试装置，其特征在于，量程选择(5)经单片机(2)和电阻测量电路(6)分别连接电极A、电极B、电极C和电极D，PC机(3)经数据上传电路(4)和单片机(2)与液晶显示电路(7)连接构成。

2.按照权利要求1所述的四电极电阻式烟草水分测试装置，其特征在于，所述的四电极，电极A、电极B、电极C和电极D均匀安装在圆柱形硬质绝缘材料上，两两一组，间距相等，电极露出长度相等。

3.按照权利要求2所述的四电极电阻式烟草水分测试装置，其特征在于，所述的硬质绝缘材料优选塑料、有机玻璃、电木或陶瓷。

4.一种四电极电阻式烟草水分测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下顺序和步骤：

a、将装置中的四个电极(1)插入被测物料，并对电极A、电极B、电极C和电极D分别进行正反向供电；

b、量程选择电路(5)自动选择测量档位，依次两两一组正反向供电，得到十二个电信号，即V_A+B-、V_A-B+、V_A+C-、V_A-C+、V_A+D-、V_A-D-、V_B+C-、V_B-C+、V_B+D-、V_B-D+、V_C+D-、V_C-D+，这些电信号由单片机(2)转换成十二个电阻值；

c、通过数据处理得到被测区域的平均电阻，该电阻值经液晶显示电路(7)显示，并经数据上传电路(4)的串口传数据到PC机(3)；

d、PC机(3)根据所测烟草的电阻与烟草水份对应的反比关系，计算得到所测区域的烟草水份值。