CN109030570A - 一种单探针棉花含水率测量电极 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单探针棉花含水率测量电极。它包括了复合式金属电极探针、仪表模块和操作手柄。在实际测量时，复合式金属电极探针和待测样本通过电容耦合的方式形成交流测量回路。探针上的检测电极将电流信号导出，通过放大电路和数据采集单元处理后得到电压信号。计算机可以通过无线发射接收模块来收集数据采集单元传输的信号，分析处理后得到棉花电阻值以及棉花含水率。之后计算机可以通过无线发射接收模块将信号传输到单片机系统，通过语音系统和LED显示播报显示最终结果。本发明有着较好的灵活性与操作性，同时适应了少量工作和大批量工作的情况。

Description

一种单探针棉花含水率测量电极

技术领域

本发明涉及一种单探针棉花含水率测量电极，具体涉及能够测量棉花电阻来反映棉花含水率的测量电极。

背景技术

棉花产业是我国农业的重要组成部分，与人民的生活息息相关。棉花可以制成多种规格的织物，而且棉花作为重要的原料，棉花生产直接影响纺织业，印染业，服装业等相关产业的兴衰成败，因此对于棉花的质量的检验刻不容缓。其中棉花含水率作为棉花质量重要考核标准之一，必须对其进行严格的监督检验。棉花检验方法主要分为直接法和间接法两类。直接法是通过干燥或化学方式来获得棉花的干重，再通过计算公式获得棉花含水率。这种方法虽然测量精度高，但是过程繁琐，测量周期长，难以满足实际生产要求。间接法能够快速连续测量，效率高且实用性强，在实际生产中应用广泛。其中电阻式测量方法技术较为成熟，可以以此为理论基础，设计出相关测量工具。

发明内容

针对于上述现有技术存在的不足之处，本发明提供了一种单探针棉花含水率测量电极。它能够通过测量出棉花的电阻值间接得到棉花含水率，而且操作简单，能够进行现场检测，配合计算机能够完成数据的录入，存储与处理，满足了实际检测需求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种单探针棉花含水率测量电极，该测量电极主要包括了金属电极探针、仪表模块和操作手柄组成。其中金属电极探针为复合式结构，由合金铜部，合金铝部和不锈钢部，绝缘层以及置入探针中的传感器组成。

进一步地，将传感器插入待测样本中，按下触控按钮，交流激励源向激励线圈提供正弦交流信号u _i ，传感器与待测样本通过电容耦合方式形成的交流测量回路，同时交流激励源向数据采集单元提供同步触发信号u _r ，作为参考信号。

进一步地，由传感器检测电极流出的电流信号i，在放大电路中依次实现I/V转换，高通滤除和电压放大，便于数据的采集与处理。

进一步地，数据采集单元实现模数转换，然后通过设置的无线发射接收模块电信号送入计算机。

进一步地，计算机端通过对接收到的电压信号处理得到幅值与相位，进而求得棉花电阻值。最后依据棉花电阻值与棉花含水率的负相关规律求得棉花含水率具体值。

进一步地，计算机也通过无线发射接收模块将有关信号传入单片机系统，通过设置的语音系统和LED显示播报显示相关数据信息。

本发明的有益效果在于：传感器插入待测样本中时，可以参考刻在探针的刻度值，便于控制插入深度；在测量时，所得电流信号经过各种转换，放大，滤波，拟合等处理，最后得到有着较高的准确度；所设置的无线发射接收模块能够使得测量电极与计算机相对独立，有着较好的灵活性与操作性；操作手柄设计为可拆卸型，同时适应了少量工作和大批量工作的情况。整个测量过程没有复杂的操作，按照预先计算机端设置好的程序，测试人员有着良好的操作环境，工作效率也大大提升。

附图说明

图1为本发明的整体示意图；

图2为本发明的传感器结构示意图；

图3为本发明的传感器等效电路图；

图4为本发明的仪表模块内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1为本发明的整体示意图，主要包括了复合式金属电极探针、仪表模块和操作手柄。所述复合式金属电极探针具体为：探针顶部1为合金铜部，呈尖锐的实心锥状，利于探针更好的插入待测样本中。探针中部2为空心合金铝部，在空心中央处固定住传感器模块3。探针末部4为圆柱形空心不锈钢部，在空心部分置入导线5，该导线为传感器模块与交流激励源和放大电路模块相连接的导线5，并且在空管外部标有刻度线，方便控制探针插入的深度。所述探针顶部和中部组成为类似菱形结构，在插入时能够有效减小探针整体与待测样本产生的摩擦阻力；所述探针顶部和中部，中部和末部连接处均有设置绝缘层6。所述探针的直径为1.5cm，菱形部分略宽，探针长度约为40cm。与探针相连的为仪表模块7，在仪表外侧设有LED背光显示屏8，语音喇叭9和触控按钮10。在仪表内侧分布各种单元模块。仪表外壳为优质塑料制成，设计时可根据壳体内部件分布自行设计大小和形状。仪表模块另一端是操作手柄，操作手柄设计为可拆卸式，分为连接头11和把手12两部分，当进行少量检测工作时，可以利用螺丝将连接头与把手相连，进行手动测量工作；当进行大批量检测工作时，可以将把手卸下，将连接头和工厂里的相关检测机器相连，控制机器进行自动测量。该手柄设计自由调节度大，满足了各个场所实际测量需求。

如图2为本发明的传感器结构示意图，包括了激励线圈3-1、不锈钢管3-2、绝缘层3-3和检测电极3-4。激励线圈是螺线环形结构，由环形磁芯和绕在磁芯上的线圈构成。线圈匝数为N，钢管为导体即相当于匝数为1，因此以激励线圈为变压器的原边，钢管为变压器的副边，形成了匝数比为N：1的变压器结构，交流激励源提供的正弦交流电压u _i 在不锈钢管感生电压u，u=u _i /N 。并且在传感器激励线圈和检测电极的钢管部位都缠绕有绝缘层，确保激励线圈和检测电极分别与不锈钢管绝缘。右边虚线框内为传感器与待测物体耦合形成的电路。

如图3为本发明的传感器等效电路图，R代表待测样本的等效电阻，C₁，C₂分别代表激励线圈上侧钢管和检测电极与待测样本形成的等效电容。通过施加在激励线圈上的正弦交流激励信号u _i ，该信号通过变压器结构后，在交流测量回路中产生感生电压u，之后在检测电极上进行电流检测，通过解析该电流中的电信号参数可以解析出样本的电阻值。

如图4为本发明的仪表模块内部结构示意图，触控按钮与交流激励源相连，控制着交流电源的开关。交流激励源一方面向传感器激励线圈提供正弦交流信号，同时也为数据采集单元提供同步触发信号，作为参考信号。传感器检测电极与放大电路相连，使得从检测电极流出的电流信号经过放大电路实现I/V转换，高通滤波和电压放大，得到合适电压信号。而后通过数据采集单元实现模数转换，并且通过无线发射接收模块将数据传输给计算机。计算机端对接收到的电压信号处理得到幅值和相位，进而求得棉花电阻值，之后根据棉花电阻值和棉花含水率负相关规律求得棉花含水率具体值。然后再次通过无线发射接收模块将有关信号传入单片机系统。单片机系统处理后通过LED显示模块将有关数据显示在仪表外侧显示屏上，同时通过语音系统能够在语音喇叭上播报相关信息。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种单探针棉花含水率测量电极，其特征在于：主要由复合式金属电极探针、仪表模块和操作手柄组成；在仪表模块中，交流激励源一方面与传感器中的激励线圈相连，提供正弦交流激励电压，同时也和数据采集单元相连，提供同步参考信号；放大电路实现信号的I/V转换，滤除和放大功能；数据采集单元实现对电压信号的模数转换；无线发射接收模块双向连通计算机与单片机系统的信号传输；单片机系统通过语音系统和LED显示播报最终数据信息。

2.根据权利要求1所述的一种单探针棉花含水率测量电极，其特征在于：所述的复合式金属电极探针由合金铜制成的尖锐实心顶部，合金铝制成的空心类菱形中部以及不锈钢制成的空心圆柱末部组成；其中顶部和中部，中部和末部之间设置有绝缘层，使得三部分相对独立，不受互相间的电性影响，在所述的末部上标有刻度线。

3.根据权利要求1所述的一种单探针棉花含水率测量电极，其特征在于：所述的传感器固定在复合式金属电极探针的中部空心处，包括激励线圈、不锈钢管、绝缘层和检测电极，激励线圈与不锈钢管形成匝数比为N：1的变压器结构，在不锈钢管上产生感生电压；传感器与待测样本之间基于电容耦合交流激励测量原理，相当于两者之间产生了耦合电容，而电容具有通交流、阻直流的作用，提供的激励源也是交流类型，因此传感器与待测样本形成交流测量回路。

4.根据权利要求1所述的一种单探针棉花含水率测量电极，其特征在于：所述的操作手柄设计为可拆卸式，分为连接头和把手两部分；在进行少量测量时，把连接头与把手进行螺丝连接，进行手动测量；在进行大批量测量时，将把手拆卸，把连接头与工厂里的检测机器连接，控制机器进行自动测量。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种单探针棉花含水率测量电极，其特征在于：该测量电极为单探针结构，属于交流供电。