CN107192740B - 一种差速电阻式粮食水分在线检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种差速电阻式粮食水分在线检测装置和检测方法，包括：物料口，为粮食进入检测装置的入口；物料导管，其上端密封连接物料口，底端密封连接物料斗，用于将物料口进入的粮食导入物料斗；限流插板，其盖设在所述物料口上方并可与物料口产生相对位移，用于调整所述物料口开口大小；谷物电阻检测单元，用于检测谷物电阻信号。本发明的在线检测装置和检测方法，能够精确测试谷物水分，提高检测装置的精度。

Description

一种差速电阻式粮食水分在线检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及粮食水分检测领域。更具体地说，本发明涉及一种差速电阻 式粮食水分在线检测装置及其检测方法。

背景技术

谷物水分含量是评价谷物品质的重要指标之一，谷物水分检测对谷物的 收购、运输、储存、加工和贸易都具有十分重要的意义。谷物水分高于安全 水分时容易引起谷物发热、霉变、生虫等现象，对于谷物的安全储藏造成严 重的影响。因此，谷物水分的在线检测对于保障谷物烘干质量至关重要。

中国专利200610123461.3“一种检测谷物含水率的方法及其装置”，其检 测方法是首先将谷物送入一对作相向转动且施加有电势差的压辊传感器中； 并通过转换得到谷物的实时电阻等效电压时序变化曲线；通过解析所述曲线 图的特征峰高或峰面积，计算得到谷物含水率；并进行温度补偿，最后得到补偿后的谷物含水率。其检测装置主要包括压辊传感器、温度计、测量电路 和输出显示器。

中国专利201410425774.9“测力式在线谷物水分传感装置”，其装置工作 时通过电机带动主动齿轮转动，主动齿轮带动中间齿轮和从动齿轮低速相向 转动，并通过二根轮轴带动左右辊轮等速相向转动，谷物右上方落入二个辊 轮之间时受挤压变形破碎产生挤压力，通过左右辊轮以及与之连接的二根轮轴和轴承传递到测力传感器上，测力传感器将采集到的挤压力信号转化为电 信号没经过后续电路的处理传输给显示仪表或上位机，从而实现了粮食水分 的在线测量。

中国专利201410123227.5“一种电容式谷物水分在线检测方法及装置”， 其方法是颗粒状谷物自由洒落并堆积在进料控制器的集料斗内，然后点击带 动排粮滚轮匀速转动把集料斗中的谷物均匀送入基于平行极板浮地电容原理 的谷物电容传感器的腔体内部，待撞到设定量后，挺住往谷物电容传感器的 腔体送被测谷物，接着主控器在静止状态下采集此时的谷物温度和电容值，并根据预先标定的回归公式计算出被测谷物的含水率，待测量结束后，主控 器启动排粮机构排清谷物电容传感器内的已侧谷物，如此循环测量。

上述发明的谷物水分在线检测装置和方法，在结构上采用两个相向同速 转动的滚轮作为电极，影响谷物籽粒电阻信号采集的稳定性，且由于安装时 检测装置的滚轮需固定于提升机内部，依靠提升机散落下来的谷物进行测量， 因谷物进入速度无法控制而导致物料斗内粮食堵塞，极大地影响了在线检测 装置的精度和稳定性。

发明内容

本发明目的是提供一种差速电阻式粮食水分在线检测装置，待测谷物通 过进粮口进入物料斗，其上方盖设限流插板并可与物料口产生相对位移，用 于调整所述进料口开口大小，调整谷物进入速度，从而提高检测精度与稳定 性。

本发明还有一个目的是提供一种差速电阻式粮食水分在线检测装置，采 用两个相向异速转动的滚轮作为电极碾压谷物籽粒，提高谷物籽粒电阻信号 采集的稳定性。

本发明还有一个目的是提供一种差速电阻式粮食水分在线检测装置的检 测方法，对谷物测量水分M进行校正，得到谷物实时水分M′，提高检测精度。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种差速电阻式粮 食水分在线检测装置，包括：

物料口，为粮食进入检测装置的入口；

物料导管，其上端连通物料口，底端连通物料斗，用于将物料口进入的 粮食导入物料斗；

限流插板，其盖设在所述物料口上方并能够与所述物料口产生相对位移， 用于调整所述物料口开口大小；

谷物电阻检测单元，用于检测谷物电阻信号。

优选的是，所述谷物电阻检测单元还包括：

两个电极滚轮，其在两个电机驱动下相向以不同转速转动；

其中，所述两个电极滚轮有容纳粮食通过的缝隙，所述缝隙与所述物料 斗下端封闭连接，电极滚轮碾压物料斗流入缝隙间的粮食，从而产生电阻信 号；

底板，其可拆卸的固定在驱动电机的底座上，其上开设用于通过电极滚 轮轮轴的通孔；

轴承，其套设在所述驱动电机的轮轴上，用于承载电极滚轮；

铜片，其固定在所述轴承与底板之间，用于传递电阻信号；

主连接板，其固定在所述底板相对于所述驱动电机底座的一侧，用于固 定测量电路板。

优选的是，还包括：

插板电机，其通过驱动螺栓连接所述限流插板，用于驱动限流插板产生 相对位移；

物料斗，其上端连通物料导管，用于通过粮食；

料斗支架，其一端固定在所述主连接板上，另一端连接物料斗，用于固 定所述物料斗。

优选的是，还包括：

箱体，其为两端开口结构，其内具有容纳空间，所述容纳空间用于放置 谷物电阻检测单元；

箱门，其一端铰接在箱体上，另一端通过门扣与箱体扣接，用于盖合所 述箱体的一端开口；

后盖，其通过长内撑固定在所述箱体的另一端开口，用于盖合所述箱体 的另一端开口。

一种差速电阻式粮食水分在线检测装置的检测方法，包括：

步骤1、启动检测装置，设定谷物检测周期个数ξ，并开启进粮口进粮；

步骤2、连续采集谷物电阻信号，根据其电阻值大小判断有无谷物颗粒 通过，当无谷物颗粒通过时原地等待，当有谷物颗粒通过时转入下一步；

步骤3、采集电阻信号并转换成数字频率信号得出数量为x个的频率，将 x个频率进行升序排列f₁,f₂...f_x，计算出周期采样平均频率并以此输出谷 物水分值M；

其中，为周期采样平均频率；t为检测装置内部温度；A₁、A₂为谷物品 种系数；

步骤4、对所述谷物水分值M进行校正，得到实时校正水分含量M′：

M′＝δ₁×M+δ₂

其中，δ₁和δ₂分别为修正系数；

步骤5、当检测个数x达到预设值ξ时，跳回步骤2。

本发明至少包括以下有益效果：

1、通过限流插板，其限流插板盖设在所述物料口上方并能够与所述物料 口产生相对位移，用于调整所述物料口开口大小，可有效缓解谷物在物料斗 内的堵塞，提高装置的采样效率和重复性，从而提高检测精度；

2、通过差速电极滚轮，提高谷物籽粒表皮的破除效果，从而提高谷物电 阻信号采集的稳定性；

3、箱体前端口设有箱门，可随时观察并处理滚轮的工作状态及清理检测 装置；

4、可更换谷物电阻检测单元上的底板及驱动电机底座，便于改变滚轮间 隙，以适应不同品种谷物颗粒的尺寸差异，对不同品种谷物进行水分检测。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将 通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本发明的差速电阻式粮食水分在线检测装置的前视图；

图2是本发明的差速电阻式粮食水分在线检测装置的透视图；

图3是本发明的差速电阻式粮食水分在线检测装置的A-A剖视图；

图4是本发明的差速电阻式粮食水分在线检测装置中采样机构的后视 图；

图5是本发明的差速电阻式粮食水分在线检测装置中采样机构的左视 图；

图6是图5的A-A剖视图；

图7是本发明的差速电阻式粮食水分在线检测装置中限流机构的结构示 意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照 说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不 配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1-4所示，本发明所涉及的差速电阻式谷物水分在线检测装置，包 括谷物电阻传感单元1、箱体2、箱门3、物料斗4、电路安装板5、料斗支架6、固定螺钉7、限流机构8、后盖9、测量电路10、启动电容11、合页 12和门扣13。所述箱体2其内部为封闭结构，底部设有出料口203；所述限 流机构8设置在所述箱体2内部上斜面处，用于限制进料口处谷物的进入速 度；所述谷物电阻传感单1通过螺栓固定在箱体2内部底板处，用于获得待测谷物的电阻信号；谷物电阻传感单1中驱动电机10用于驱动两个电极滚轮 102做速度不等的相对匀速转动；其中驱动电机10上方设有电路连接板5， 用于安装测量电路10；电极滚轮102上方设有料斗支架6，用于固定物料斗 4；箱门3设置于所述箱体2前方，通过门扣13与箱体2扣接。待测谷物从 干燥设备中连续取出经过限流机构8并散落在物料斗4中，利用一对速度不等且相对匀速转动的电极滚轮102进行逐个碾压，在此过程中测量电路10将 采集到的谷物电阻信号转换成频率信号，同时还实时测量检测过程中的温度 变化，最后根据预先标定的公式计算待测谷物的实时水分含量，碾压破碎后 的谷物通过出料口203排出。

如图3所示，所述箱体2前后两端为开口结构，其前端口设有短内撑201， 后端口设有长内撑202，底部还设置有检测水分含量完毕的物料的出料口203。所述谷物电阻传感单元1、物料斗4和测量电路10通过固定螺钉7连 接成一体，整体从箱体2前端口处插入，电机座101通过螺钉固定在箱体2 底部，主连接板104通过螺钉与短内撑201固定连接；箱门3安装在箱体2 前端开口结构上，箱门3一端铰接在箱体2上，另一端通过门扣13安装在箱 体2上；后盖9一端通过螺钉与长内撑202固定连接，另一端通过合页12安 装在后盖9上，限流机构8通过螺钉固定于箱体2内部上斜面处，从而将箱 体2内部封闭。启动电容11为测量电路10的电容，用于保护电路。

如图5和6所示，所述谷物电阻传感单元1包括电机座101、电极滚轮 102、底板103、主连接板104、轴承105，键106，卡簧107，铜片108，连 接螺钉109，和驱动电机110等。所述电机座101与底板103相连，通过连 接螺钉109固定连接。所述底板103前表面通过连接螺钉109固定有主连接 板104，主连接板104用于固定短路安装板5和料斗支架6。所述电极滚轮102轮轴贯穿底板103，通过轴承105和卡簧107固定在底板103上。所述铜 片108固定在轴承105与底板103之间，用于传递电阻信号。所述驱动电机 110通过螺钉固定在电机座101外部，电机110和滚轮102通过键106链接， 用于驱动电极滚轮相对异速转动。

在另一种实施例中，底板103与配套电机座101有多种型号可供选择， 其目的在于改变滚轮间隙，以适应不同品种谷物颗粒的尺寸差异。

图3所示，所述电路安装板5通过螺钉固定在主连接板104后表面，其 上设置有测量电路10。所述料斗支架6通过螺钉固定在主连接板104前表面， 其上设置有物料斗4通过螺钉固定连接。

如图7所示，所述限流机构8包括连接板801，电机座802，驱动螺杆 803，限流插板804，进料口805，物料导管806和插板电机807。所述连接 板801上设有电机座802、进料口805及物料导管806。所述进料口805下方 设有限流插板804。所述插板电机807通过螺钉固定在电机座802上，通过 驱动螺杆803与限流插板804相连，用于控制限流插板804行程，从而控制 进料口805处待测谷物的进粮速度；如图7所示，插板电机807是通过上位 机远程驱动控制的步进电机，其通过驱动螺杆803将电机的旋转运动转化成 直线运动，从而使驱动螺杆803产生直线位移，驱动限流插板804从进料口805的一端开始移动，当移动至进料口805的另一端，进料口闭合；通过控 制限流插板807于进料口另一端的距离，来调整进料口805的进粮面积，从 而调整进粮速度。

测量电路10包括电源电路、采集电路、电机驱动电路和串口通信电路， 电源电路为测量电路提供所需电源，采集电路用于采集滚轮挤压粮食籽粒所 得的电阻信号，电机驱动电路用于驱动并控制电机的正反转。测量电路10能 够将电阻信号转化为电信号，其原理如下：粮食内部电阻值与水分呈线性关 系(粮食在9％-20％含水率范围内，其电阻的对数与含水量近似呈线性关系)， 通过采集粮食电阻信号，将电阻信号转化为电压信号，再将电压信号转化为 频率，通过预先设定的算法，将频率与粮食水分建立一个关系，求得平均值得出粮食水分，经过测量电路10的处理传输给显示仪表，从而实现了粮食水 分的在线测量。

工作时，两台驱动电机110驱动两个电极滚轮102做相对差速转动，待 测谷物由进料口805进入，通过插板电机807控制限流插板804的行程，从 而限制待测谷物的进入速度，粮食通过进料口805后散落在物料斗4内，再 落入两个电极滚轮102之间，粮食籽粒收到不断的碾压并排出，从而接通测 量电路，籽粒的电阻信号通过两个电极滚轮102及轴承105传递到铜片108 上引入测量电路10，测量电路10通过串口通信电路与上位机进行通讯；当 采样个数到达预设值时驱动电机110停止转动完成有个周期的数据采集，在 此过程中测量电路10将采集到的谷物电阻信号转换成频率信号，同时还实时 测量检测过程中的温度变化，最后根据预先标定的公式计算待测谷物的实时 水分含量，从而实现了谷物水分的在线测量。

本发明还提供一种差速电阻式粮食水分在线检测装置的检测方法，包括：

步骤1、启动检测装置并初始化，设定谷物检测周期个数ξ，并开启进粮 口进粮；

步骤2、连续采集谷物电阻信号，根据其电阻值大小判断有无谷物颗粒 通过，当无谷物颗粒通过时原地等待，当有谷物颗粒通过时转入下一步；

步骤3、采集电阻信号并转换成数字频率信号得出数量为x个的频率，将 x个频率进行升序排列f₁,f₂...f_x，计算出周期采样平均频率并以此输出谷 物水分值M；

式中，为周期采样平均频率(Hz)，/>为1000-15000Hz；t为检测装置 内部温度(℃)，t为-10℃～30℃；A₁、A₂为与谷物品种有关的系数，无因次； 其中，A₁在41-55之间取值；A₂在410-590之间取值；e为自然对数的底数。

步骤4、对所述谷物水分值M进行校正，得到实时校正水分含量M′：

M′＝δ₁×M+δ₂

式中，δ₁和δ₂分别为修正系数，δ₁在0.515-0.628之间；δ₂在 0.06647-0.07362之间。

步骤5、当检测个数x达到预设值ξ时，跳回步骤2。

周期采样平均频率定义为：一个测量周期采样个数为ξ，即得出数量为 ξ个的频率，通常情况下ξ取值为200，将ξ个频率进行升序排列，从前至后 取n做平均，再从后至前取m个作平均，然后相减。

其中，ξ为周期采样个数，150≤ξ≤200；m为半采样周期个数，m＝ξ/2； n为十分之一采样周期个数，n＝ξ/10；i、j为变量。

本发明的差速电阻式粮食水分在线检测装置的检测方法，测量电路实时 检测电阻信号并转换成数字频率信号，输出谷物水分值M，再对谷物水分值 M进行校正，采样频率选用周期采样平均频率，避免采样造成的误差，将测 量水分与实际水分误差在±0.3％以内，大大提高在线检测设备的检测水分的精 确度。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方 式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领 域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范 围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图 例。

Claims (4)

1.一种差速电阻式粮食水分在线检测装置，其特征在于，包括：

物料口，为粮食进入检测装置的入口；

物料导管，其上端连通物料口，底端连通物料斗，用于将物料口进入的粮食导入物料斗；

限流插板，其盖设在所述物料口上方并能够与所述物料口产生相对位移，用于调整所述物料口开口大小；

谷物电阻检测单元，用于检测谷物电阻信号；

所述谷物电阻检测单元包括：

两个电极滚轮，其在两个电机驱动下相向以不同转速转动；

其中，所述两个电极滚轮有容纳粮食通过的缝隙，所述缝隙与所述物料斗下端封闭连接，电极滚轮碾压物料斗流入缝隙间的粮食，从而产生电阻信号；通过差速电极滚轮，提高谷物籽粒表皮的破除效果，从而提高谷物电阻信号采集的稳定性；

底板，其可拆卸的固定在驱动电机的底座上，其上开设用于通过电极滚轮轮轴的通孔；

轴承，其套设在所述驱动电机的轮轴上，用于承载电极滚轮；

其中，所述电极滚轮通过所述轴承和卡簧安装在所述底板上；

铜片，其固定在所述轴承与底板之间，用于传递电阻信号；

主连接板，其固定在所述底板相对于所述驱动电机底座的一侧，用于固定测量电路板。

2.如权利要求1所述的差速电阻式粮食水分在线检测装置，其特征在于，还包括：

插板电机，其通过驱动螺栓连接所述限流插板，用于驱动限流插板产生相对位移；

物料斗，其上端连通物料导管，用于通过粮食；

料斗支架，其一端固定在所述主连接板上，另一端连接物料斗，用于固定所述物料斗。

3.如权利要求2所述的差速电阻式粮食水分在线检测装置，其特征在于，还包括：

箱体，其为两端开口结构，其内具有容纳空间，所述容纳空间用于放置谷物电阻检测单元；

箱门，其一端铰接在箱体上，另一端通过门扣与箱体扣接，用于盖合所述箱体的一端开口；

后盖，其通过长内撑固定在所述箱体的另一端开口，用于盖合所述箱体的另一端开口。

4.一种差速电阻式粮食水分在线检测装置的检测方法，其特征在于，使用如权利要求1所述的差速电阻式粮食水分在线检测装置，包括：

步骤1、启动检测装置，设定谷物检测周期个数ξ，并开启进粮口进粮；

步骤2、连续采集谷物电阻信号，根据其电阻值大小判断有无谷物颗粒通过，当无谷物颗粒通过时原地等待，当有谷物颗粒通过时转入下一步；

步骤3、采集电阻信号并转换成数字频率信号得出数量为x个的频率，将x个频率进行升序排列f₁,f₂...f_x，计算出周期采样平均频率并以此输出谷物水分值M；

其中，为周期采样平均频率；t为检测装置内部温度；A₁、A₂为谷物品种系数；

步骤4、对所述谷物水分值M进行校正，得到实时校正水分含量M′：

M′＝δ₁×M+δ₂

其中，δ₁和δ₂分别为修正系数；

步骤5、当检测个数x达到预设值ξ时，跳回步骤2。