CN105891264A - 一种鲜茧茧层含水率与干壳量快速无损检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种鲜茧茧层含水率与干壳量快速无损检测方法及装置，采用定频激励LC振荡以及快速改变茧层含水率的方法测量鲜茧茧层含水率与干壳量。该装置包括：绝缘箱体（1）、风扇（2）、液晶显示屏（3）、脚座（4）、干壳量检测按键（5）、含水率检测按键（6）、电源开关（7）、热风开关（8）、拉手（9）、活动仓（10）、绝热层（11）、网状电热板（12）、孔状电极板A（13）、布线层（14）、插孔（15）、屏蔽层（16）。本发明具有操作简单、检测速度快、精度高的优点，通过它能够在不切剖鲜茧样品的情况下，迅速准确地检测出不同品种鲜茧的茧层含水率和干壳量，检测结果直观，数据处理方便，大大提高了检测效率。

Description

一种鲜茧茧层含水率与干壳量快速无损检测方法及装置

技术领域

本发明涉及鲜茧茧层含水率与干壳量快速无损检测技术领域，具体涉及一种鲜茧茧层含水率与干壳量快速无损检测方法及装置。

背景技术

鲜茧茧层含水率和干壳量是鲜茧品质检测和评级的重要指标。目前，我国在收购鲜茧过程中规定采用GB/T 19113-2003(干壳量法)检验鲜茧品质，其中规定采用带烘箱的评茧仪检测鲜茧的干壳量，采用基于电阻法的茧层含水率测定仪检测鲜茧的茧层含水率。

利用带烘箱的评茧仪检测鲜茧干壳量的缺点是检测时间较长。基于电阻法测湿的原理测量茧层含水率，其传感部件主要分为探针式电极和板状式电极，存在以下问题：第一，测量时鲜茧样品必须与电极保持良好接触，接触力和接触面积不同会影响测量结果的准确性；第二，测量范围内样品摆放位置的随机性会导致测量结果重复性较差。

目前，鲜茧茧层含水率与干壳量的无损检测方法尚处于理论探索阶段，还没有成熟的仪器设备用于鲜茧茧层含水率和干壳量的快速无损检测。因此，研发鲜茧茧层含水率与干壳量快速无损检测仪具有重要意义。发明内容

本发明是针对现有技术的不足，提供一种鲜茧茧层含水率与干壳量快速无损检测方法及装置。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种鲜茧茧层含水率与干壳量快速无损检测方法：采用定频激励LC振荡的方法测量鲜茧茧层含水率，激励源采用高频交流正弦信号，U_s为激励源、I_x为回路电流、R为等效电阻；M_C为茧层含水率；

$\left|I_{\max }\right|=\frac{\left|U_s\right|}{R}$

$H_C=-49050{\left(\frac{I_{max}-I_x}{I_{\max }}\right)}^2+3270\left(\frac{I_{\max }-I_x}{I_{max}}\right)-17.56$

对鲜茧表面进行均匀低热处理，设蚕蛹重量为m₀，热处理前后鲜茧重量为M₁、M₂，相应鲜茧茧层含水率为W₁、W₂，干壳量为m，则有：

$m=\frac{(1-W_1)\×(1-W_2)}{W_1-W_2}\×(M_1-M_2).$

一种鲜茧茧层含水率与干壳量快速无损检测装置，其特征在于：所述装置包括绝缘箱体，其中绝缘箱体壳体内设置有布线层、屏蔽层和绝热层，在绝热层外设置有风扇和网状电热板，在绝缘箱体内且介于孔状电极板A和孔状电极板B之间设置有活动仓，所述活动仓外侧设置有拉手、插头和滑轨，所述滑轨设置在绝缘箱体内的滑槽(24)中，所述插头与绝缘箱体上的插孔耦合，所述活动仓上面设置有茧巢，活动仓内设置有托盘和高精度称重模块。

所述茧巢位于孔状电极板A和孔状电极板B之间，形状为圆形，面积与孔状电极板A和孔状电极板B相等，所述茧巢上面设置有弹性放茧孔和通风孔。

所述孔状电极板A与孔状电极板B之间的距离为55mm～60mm，所述茧巢高度为25mm～30mm，所述弹性放茧孔的孔径为14mm～24mm，深度为15mm～20mm。

所述控制器与高频信号发生模块、电流传感器、液晶显示屏连接，所述孔状电极板B与电流传感器连接，所述高频信号转接头与高频信号发生模块连接，所述高频电感与孔状电极板A和高频信号转接头连接。

由于采用了上述方案，本发明具有操作简单、检测速度快、精度高的优点，通过它能够在不切剖鲜茧样品的情况下，迅速准确地检测出不同品种鲜茧的茧层含水率和干壳量，检测结果直观，数据处理方便，大大提高了检测效率，缩短了评茧时间。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明中装置的外观示意图；

图2为本发明中装置的横截面示意图；

图3为本发明中装置内茧巢、托盘、高精度称重模块和滑轨的结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为本发明中茧巢的具体结构示意图；

图6为本发明实施例的软件程序流程图；

图7为茧层含水率测量原理电路；

图8为谐振曲线示意图。

图中，1为绝缘箱体、2为风扇、3为液晶显示屏、4为脚座、5为干壳量检测按键、6为含水率检测按键、7为电源开关、8为热风开关、9为拉手、10为活动仓、11为绝热层、12为网状电热板、13为孔状电极板A、14为布线层、15为插孔、16为屏蔽层、17为电源模块、18为电流传感器、19为控制器、20为高频信号发生模块、21为高频信号转接头、22为固定夹、23为高频电感、24为滑槽、25为孔状电极板B、26为茧巢、27为托盘、28为高精度称重模块、29为滑轨、30为插头、31为弹性放茧孔、32为通风孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。

实施例1：如图1至6所示，一种鲜茧茧层含水率与干壳量快速无损检测装置，包括：绝缘箱体1、风扇2、液晶显示屏3、脚座4、干壳量检测按键5、含水率检测按键6、电源开关7、热风开关8、拉手9、活动仓10、绝热层11、网状电热板12、孔状电极板A13、布线层14、插孔15、屏蔽层16、电源模块17、电流传感器18、控制器19、高频信号发生模块20、高频信号转接头21、固定夹22、高频电感23、滑槽24、孔状电极板B25、茧巢26、托盘27、高精度称重模块28、滑轨29、插头30、弹性放茧孔31、通风孔32。

所述绝缘箱体1设置有布线层14，为了便于布线，屏蔽层16，为了减小高频干扰，绝热层11，为了避免由于过热损坏箱体，所述绝热层11外设置有风扇2和网状电热板12，通过风扇和网状电热板产生热风。所述绝缘箱体1内且介于孔状电极板A13和孔状电极板B25之间设置有活动仓10。电极板设计为孔状是为了让热风均匀地吹到蚕茧表面，设置活动仓的目的是为了方便取放蚕茧样品。

所述活动仓10外侧设置有拉手9、插头30和滑轨29，所述滑轨29设置在绝缘箱体1内的滑槽24中，所述插头30与绝缘箱体1上的插孔15耦合，所述活动仓10上面设置有茧巢26，活动仓10内设置有托盘27和高精度称重模块28，高精度称重模块用于实时监测蚕茧重量。

所述茧巢26位于孔状电极板A13和孔状电极板B25之间，形状为圆形，面积与孔状电极板A13和孔状电极板B25相等，其目的是使整个茧巢内的蚕茧都处于有效检测区域内，所述茧巢26上面设置有弹性放茧孔31，和通风孔32放茧孔设计为弹性是为了固定不同大小的蚕茧，通风孔是为了让热风能同时到达蚕茧的下表面，这样蚕茧茧层水分蒸发更快。

所述孔状电极板A13与孔状电极板B25之间的距离为55mm～60mm，为了匹配活动仓高度，同时减小电场的边缘效应，所述茧巢高度为25mm～30mm，所述弹性放茧孔的孔径为14mm～24mm，深度为15mm～20mm，根据各类蚕茧尺寸数据的统计结果确定的最佳值，可以将鲜茧固定在合适的检测位置。

所述控制器19与高频信号发生模块20、电流传感器18、液晶显示屏3连接，所述孔状电极板B25与电流传感器18连接，所述高频信号转接头21与高频信号发生模块20连接，所述高频电感23与孔状电极板A13和高频信号转接头21连接，电流传感器的作用是采样回路电流，高频信号转接头的作用是实现阻抗匹配。

本发明的工作原理如下：打开电源开关7，控制器19通过高频信号发生模块20产生50MHz的高频激励信号，该激励信号通过高频信号转接头21传入高频电感23与孔状电极板A13和孔状电极板B25组成的LC回路；通过拉手9将活动仓10拉出，将鲜茧样品一粒粒放入茧巢26的弹性放茧孔31中，之后将活动仓10推回绝缘箱体1中复原，此时活动仓10外侧设置的插头30与绝缘箱体1内侧设置的插孔15完全耦合，此时活动仓10内的高精度称重模块28与电源模块17和控制器19接通；按下含水率检测6按键，控制器19通过高精度称重模块28检测鲜茧第一次重量，通过电流传感器18采样LC回路第一次电流值，并利用该电流值通过软件程序计算得出鲜茧茧层含水率，液晶显示屏3显示茧层含水率结果，之后打开热风开关8，风扇2和网状电热板12工作，等待3分钟后，按下干壳量检测5按键，控制器19通过高精度称重模块28检测鲜茧第二次重量，通过电流传感器18采样LC回路第二次电流值，利用第一次重量、第二次重量、第一次电流值和第二次电流值共四个量，并通过软件计算得出干壳量，液晶显示屏3显示干壳量结果。

一种鲜茧茧层含水率与干壳量快速无损检测方法：

采用定频激励LC振荡的方法测量鲜茧茧层含水率，激励源采用高频交流正弦信号，测量原理电路如图7所示：

图中，U_s为激励源、I_x为回路电流、R为等效电阻、L为电感、C为平行板电容器，极板间介质为鲜茧。

回路电流可表示为：

$\left|I_x\right|=\frac{\left|U_s\right|/R}{\sqrt{1+{(\frac{2\mathrm{\π}fL}{R}-\frac{1}{2{\mathrm{\πfRC}}_x})}^2}}---\left(1\right)$

上式中f为激励频率，C_x为极板间等效电容。

研究表明，鲜茧相对介电常数ε_x在一定范围内与其茧层含水率M_C呈线性关系，满足：

ε_x＝kM_C (2)

上式中k为系数，M_C为鲜茧茧层含水率。当极板间距远小于极板直径时，视为平行板电容器，则：

$C_x=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_{x}S}{d}---\left(3\right)$

电路的谐振频率为：

$f_x=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{0}kLS}{d}{M}_C}}---\left(4\right)$

谐振时回路的峰值电流为：

$\left|I_{\max }\right|=\frac{\left|U_s\right|}{R}---\left(5\right)$

由(1)～(5)式得：

$\frac{\left|I_x\right|}{\left|I_{\max }\right|}=\frac{1}{\sqrt{1+{\left(\frac{2{\mathrm{\πf}}_{x}L}{R}\right)}^2{(\frac{f}{f_x}-\frac{f_x}{f})}^2}}---\left(6\right)$

即：

$\frac{\left|I_x\right|}{\left|I_{\max }\right|}=\frac{1}{\sqrt{1+Q^2{(\frac{f}{f_x}-\frac{f_x}{f})}^2}}---\left(7\right)$

上式中Q为电路的品质因数。

以为横坐标，为纵坐标作图，则不同Q值时电流谐振曲线如图8所示：

图中Q＝a、Q＝b、Q＝c、Q＝d分别是极板间鲜茧茧层含水率0、M_C1、M_C2、M_C3(M_C1＜M_C2＜M_C3)的谐振曲线。设置A点对应的谐振频率为激励频率，当茧层含水率从0依次增大时，谐振曲线的交点将沿A、B、C、D轨迹运动，且有则以此类推，通过实验标定M_C与得到M_C与的数学关系式为：

$M_C=-49050{\left(\frac{I_{max}-I_x}{I_{\max }}\right)}^2+3270\left(\frac{I_{max}-I_x}{I_{\max }}\right)-17.56---\left(8\right)$

因此，通过采样回路电流即可计算出茧层含水率的值。

对鲜茧表面进行均匀低热处理，设蚕蛹重量为m₀，热处理前后鲜茧重量为M₁、M₂，相应鲜茧茧层含水率为W₁、W₂，干壳量为m，则有：

M₁-M₂＝W₁×(M₁-m₀)-W₂×(M₂-m₀) (9)

m＝(M₂-m₀)×(1-W₂) (10)

由(9)、(10)式得：

$m=\frac{(1-W_1)\×(1-W_2)}{W_1-W_2}\×(M_1-M_2)---\left(11\right)$

因此，只要测得鲜茧热处理前后的茧层含水率和重量便能快速计算出其干壳量。所述激励源采用50MHz高频交流正弦信号，所述热处理温度低于50℃。

实施例2：一种采用如上面所述鲜茧茧层含水率与干壳量快速无损检测方法的鲜茧茧层含水率与干壳量快速无损检测装置，其与实施例1的不同点就是在于所述装置具体采用的检测方法是采用了上面所描述的方法，其余硬件装置均相同。

Claims (6)

1.一种鲜茧茧层含水率与干壳量快速无损检测方法：采用定频激励LC振荡的方法测量鲜茧茧层含水率，激励源采用高频交流正弦信号，U_s为激励源、I_x为回路电流、R为等效电阻；M_C为茧层含水率；

$\left|I_{\max }\right|=\frac{\left|U_s\right|}{R}$

$M_C=-49050{\left(\frac{I_{max}-I_x}{I_{\max }}\right)}^2+3270\left(\frac{I_{max}-I_x}{I_{\max }}\right)-17.56$

对鲜茧表面进行均匀低热处理，设蚕蛹重量为m₀，热处理前后鲜茧重量为M₁、M₂，相应鲜茧茧层含水率为W₁、W₂，干壳量为m，则有：

$m=\frac{(1-W_1)\×(1-W_2)}{W_1-W_2}\×(M_1-M_2).$

2.如权利要求1所述的鲜茧茧层含水率与干壳量快速无损检测方法，其特征在于：所述激励源采用50MHz高频交流正弦信号，所述热处理温度低于50℃。

3.一种鲜茧茧层含水率与干壳量快速无损检测装置，其特征在于：所述装置包括绝缘箱体(1)，其中绝缘箱体(1)壳体内设置有布线层(14)、屏蔽层(16)和绝热层(11)，在绝热层(11)外设置有风扇(2)和网状电热板(12)，在绝缘箱体(1)内且介于孔状电极板A(13)和孔状电极板B(25)之间设置有活动仓(10)，所述活动仓(10)外侧设置有拉手(9)、插头(30)和滑轨(29)，所述滑轨(29)设置在绝缘箱体(1)内的滑槽(24)中，所述插头(30)与绝缘箱体(1)上的插孔(15)耦合，所述活动仓(10)上面设置有茧巢(26)，活动仓(10)内设置有托盘(27)和高精度称重模块(28)。

4.如权利3所述的鲜茧茧层含水率与干壳量快速无损检测装置，其特征是：所述茧巢(26)位于孔状电极板A(13)和孔状电极板B(25)之间，形状为圆形，面积与孔状电极板A(13)和孔状电极板B(25)相等，所述茧巢(26)上面设置有弹性放茧孔(31)和通风孔(32)。

5.如权利5所述的鲜茧茧层含水率与干壳量快速无损检测装置，其特征是：所述孔状电极板A(13)与孔状电极板B(25)之间的距离为55mm～60mm，所述茧巢高度为25mm～30mm，所述弹性放茧孔的孔径为14mm～24mm，深度为15mm～20mm。

6.如权利3至5任一所述的鲜茧茧层含水率与干壳量快速无损检测装置，其特征是：所述控制器(19)与高频信号发生模块(20)、电流传感器(18)、液晶显示屏(3)连接，所述孔状电极板B(25)与电流传感器(18)连接，所述高频信号转接头(21)与高频信号发生模块(20)连接，所述高频电感(23)与孔状电极板A(13)和高频信号转接头(21)连接。