CN111189891A

CN111189891A - 一种射频波水分测量方法及射频波水分仪

Info

Publication number: CN111189891A
Application number: CN202010024697.1A
Authority: CN
Inventors: 郭解港; 陈慧彬
Original assignee: Zhangzhou Yingtejie Automation Technology Co ltd
Current assignee: Zhangzhou Yingtejie Automation Technology Co ltd
Priority date: 2020-01-10
Filing date: 2020-01-10
Publication date: 2020-05-22
Anticipated expiration: 2040-01-10
Also published as: CN111189891B

Abstract

本发明公开了一种射频波水分测量方法及射频波水分仪，属于水分测量技术领域，射频波水分测量方法包括：通过电容测量器发射射频波测量待测物料的电容值；通过温度传感器测量待测物料的温度值；根据温度值获得当前温度下水的介电常数；根据电容值和当前温度下水的介电常数计算内码值，内码值＝电容值/(水的介电常数‑干燥物料的介电常数)；根据内码值获得待测物料的水分值。本发明公开的射频波水分测量方法及射频波水分仪，可实现对表里水分不一致、颜色变化的物料进行准确测量水分值，并提高对不同温度下物料水分值测量的准确度。

Description

一种射频波水分测量方法及射频波水分仪

技术领域

本发明涉及水分测量技术领域，尤其涉及一种射频波水分测量方法及射频波水分仪。

背景技术

粮食、矿石、化工、食品等生产线上的物料，常需进行水分检测。水分检测方法通常采用烘干或化学去除物料中的水分，再进行称重，但这种方法无法快速检测。在线检测水分一般是采用近红外光谱的水分仪，但近红外水分仪只能探测物料表面的含水率，只适用于表里水分一致的物料，一般只能应用于检测颗粒小于1毫米或纤维状的物料。而对于玉米、木板等颗粒状或块状的物料，因其表面水分不一致，采用近红外水分仪测量时，往往会有比较大的误差，而且生产过程中，物料如果颜色有变化，近红外水分仪测量会有比较大的误差，如果物料颜色极黑时，近红外水分仪甚至无法测量出水分的变化。

同时，因在不同温度下，水的介电常数不同，而生产过程中物料的温度常会发生变化，因此在物料温度变化时会影响物料的水分值的探测准确度，易出现较大偏差。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提出一种射频波水分测量方法及射频波水分仪，以实现对表里水分不一致、颜色变化的物料进行准确测量水分值，并提高对不同温度下物料水分值测量的准确度。

本发明所采用的技术方案是：

一方面，本发明提供了一种射频波水分测量方法，射频波水分测量方法包括：

通过电容测量器发射射频波测量待测物料的电容值；

通过温度传感器测量待测物料的温度值；

根据所述温度值获得当前温度下水的介电常数；

根据所述电容值和所述当前温度下水的介电常数计算内码值，内码值＝电容值/(水的介电常数-干燥物料的介电常数)；

根据所述内码值获得待测物料的水分值。

其中，所述通过电容测量器发射射频波测量待测物料的电容值，包括：

通过所述电容测量器的发射天线发射射频波，在待测物料的测量面积内，依次测量所述电容测量器的发射天线与位于所述发射天线外围的多个接收天线之间的电容值；

根据测量的多个电容值获得平均电容值。

其中，所述根据所述温度值获得当前温度下水的介电常数，包括：

基于以下公式计算出当前温度下水的介电常数：

εr＝-0.349t+87.74，εr为水的介电常数，t为温度值。

其中，所述根据所述内码值获得待测物料的水分值，包括：

建立待测物料的水分值与内码值的关系模型；

将测量的待测物料的内码值代入所述关系模型，获得待测物料的水分值。

其中，所述建立待测物料的水分值与内码值的关系模型，包括：

获得多组不同水分的取样物料的内码值；

通过烘干法测量所述多组不同水分的取样物料的水分值；

根据所述多组不同水分的取样物料的内码值和水分值建立分段线性函数。

另一方面，本发明还提供了一种射频波水分仪，适用于上述的方法，射频波水分仪包括：采样模块，包括用于发射射频波测量待测物料的电容值的电容测量器、用于测量所述待测物料的温度值的温度传感器；处理模块，用于根据所述温度值获得当前温度下水的介电常数、以及用于根据所述电容值和所述当前温度下水的介电常数计算内码值，内码值＝电容值/(水的介电常数-干燥物料的介电常数)。

优选地，所述电容测量器包括：RF信号发射接收天线板；发射天线，设置于所述RF信号发射接收天线板的中部；多个接收天线，设置于所述RF信号发射接收天线板上并位于所述发射天线的外围。

优选地，所述采样模块还包括：电容数字转换器，与所述处理模块的单片机电连接；单端多通道转换芯片，分别与所述电容数字转换器和所述单片机电连接；所述发射天线的1极与所述电容数字转换器电连接，所述发射天线的2极与所述单端多通道转换芯片电连接；所述多个接收天线的1极和2极均与所述单端多通道转换芯片电连接；其中，所述单片机可控制电容数字转换器而使所述发射天线发射电磁波，所述单片机可控制单端多通道转换芯片轮流接通所述多个接收天线，所述电容数字转换器通过所述多个接收天线接收电容信号并传输至所述单片机。

优选地，所述处理模块包括：单片机，用于根据所述温度值获得当前温度下水的介电常数、以及用于根据所述电容值和所述当前温度下水的介电常数计算内码值；通讯隔离器，与所述单片机电连接，所述通讯隔离器用于将所述单片机计算的内码值或所述单片机根据所述内码值计算的水分值用MODBUS-RTU输出。

优选地，所述水分仪还包括：上外壳；下外壳，设置于所述上外壳的下方，并与所述上外壳相配合形成壳体，所述采样模块和所述处理模块均设置于所述壳体的内部；陶瓷板，设置于所述下外壳的下端口，所述电容测量器位于所述壳体内靠近所述陶瓷板的一侧；第一密封圈，设置于所述上外壳的凸缘与所述下外壳的凸缘之间；第二密封圈，设置于所述下外壳的下端沿与所述电容测量器之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种射频波水分测量方法及射频波水分仪，通过采用电容测量器发射射频波测量待测物料的电容值，利用射频波的频域传输进行测量，可以穿透待测物料表面进行测量，而探测到物料内部的水分含量，即可深度探测出物料的表里总水分含量，且不受物料颜色影响，颜色极黑时也可正常测量。同时，通过温度传感器测量待测物料的温度值，根据温度值获得当前温度下水的介电常数，将测量的物料的电容值除以当前温度下水的介电常数和干燥物料的介电常数的差值，计算出内码值，再根据内码值获得待测物料的水分值，可有效消除物料在不同温度下测量水分值时的影响，物料温度变化亦不会影响水分值探测效果，保证不同温度下物料水分值的测量准确度。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中提供的射频波水分测量方法的流程示意图；

图2是本发明具体实施方式中提供的射频波水分仪的原理示意图；

图3是本发明具体实施方式中提供的射频波水分仪的电路图；

图4是本发明具体实施方式中提供的图3中的局部放大电路图1；

图5是本发明具体实施方式中提供的图3中的局部放大电路图2；

图6是本发明具体实施方式中提供的图3中的局部放大电路图3；

图7是本发明具体实施方式中提供的图3中的局部放大电路图4；

图8是本发明具体实施方式中提供的射频波水分仪的立体图1；

图9是本发明具体实施方式中提供的射频波水分仪的立体图2；

图10是本发明具体实施方式中提供的射频波水分仪的爆炸图1；

图11是本发明具体实施方式中提供的射频波水分仪的爆炸图2；

图12是本发明具体实施方式中提供的射频波水分仪去除上外壳后的结构示意图；

图13是本发明具体实施方式中提供的RF信号发射接收天线板、 AD采样电路板、MCU电路板相配合的结构示意图；

图14是本发明具体实施方式中提供的电容测量器的结构示意图。

图15是本发明具体实施方式中提供的水在不同温度下的介电常数折线图；

图16是本发明具体实施方式中提供的以内码值为X轴、以水分值为Y轴的折线图。

图中：

1、采样模块；2、处理模块；11、电容测量器；111、RF信号发射接收天线板；112、发射天线；113、接收天线；12、电容数字转换器；13、单端多通道转换芯片；14、AD采样电路板；21、单片机； 22、通讯隔离器；3、上外壳；4、下外壳；5、陶瓷板；6、第一密封圈；7、第二密封圈；23、MCU电路板；24、电源管理芯片；31、第一凸缘；41、第二凸缘；42、内凸缘；8、金属防水接头；310、第一环形槽；410、第二环形槽。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图及技术方案作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

下面结合附图对本发明进一步说明。

实施例1

如图1和图14所示，本实施例提供了一种射频波水分测量方法，射频波水分测量方法包括：

步骤S100：通过电容测量器11发射射频波测量待测物料的电容值；电容测量器11发射的射频波的频率为30KHZ-2MHZ。

步骤S200：通过温度传感器测量待测物料的温度值；

步骤S300：根据温度值获得当前温度下水的介电常数；

步骤S400：根据电容值和当前温度下水的介电常数计算内码值，内码值＝电容值/(水的介电常数-干燥物料的介电常数)；干燥物料的介电常数为待测物料干燥状态下的介电常数，例如，待测物料为木头时，干燥木头的介电常数为2.8。

步骤S500：根据内码值获得待测物料的水分值。例如，20℃时，水的介电常数为80.10，而干燥的木头介电常数为2.8，含水率越高的木头，它的相对的介电常数越大，因而干湿不同的木头，有一个大的可测量的差异，根据该差异可以推算出木头的水分含量。

其中，步骤S100中，通过电容测量器11发射射频波测量待测物料的电容值，包括：

步骤S101：通过电容测量器11的发射天线112发射射频波，在待测物料的测量面积内，依次测量电容测量器11的发射天线112与位于发射天线112外围的多个接收天线113之间的待测物料的电容值；

步骤S102：根据测量的多个电容值获得平均电容值。

现有技术中，测量物料电容时常采用两极板插入物料，测量两极板之间的电容，或者，采用环状发射电极和环绕发射电极设置的环状接收电极测量电容。但因物料各处的水分不均匀，有的部位湿度大而有的部位湿度小，因此，若采用现有方法，因物料湿度大的位置更容易导电，则所测量的物料电容值只是该湿度大的位置的电容值，导致测量误差较大，仅可人工取样进行充分混合使湿度均匀后才可测量，无法实现在生产线上进行在线实时测量。

而本实施例中，通过设置多个接收天线113围绕中部的发射天线 112形成阵列天线，有较好的探测深度和探测面积，同时，轮流测量电容测量器11的发射天线112与位于发射天线112外围的多个接收天线113之间的待测物料的电容值，并可取平均值，在电容测量器 11的测量面积内发射和接受更加均匀，可依次测量电容测量器11中心至四周的物料的电容值，可有效解决因物料含水率不均匀而造成电容量测量误差大的问题，实现在物料水分不均匀的情况下依然可准确测量物料的电容值，可直接在生产线上对物料进行在线实时测量。

优选地，电容测量器11的发射天线112发射32KH和2MHZ的射频波，对物料穿透测量效果好，可以深度探测出物料的表里总电容值，不受物料颜色影响。电容测量器11发射32KH和2MHZ的射频波，具有深度测量的效果，探测深度可达100mm-200mm。

其中，步骤步骤S300中，根据温度值获得当前温度下水的介电常数，包括：

基于以下公式计算出当前温度下水的介电常数：

εr＝-0.349t+87.74，εr为水的介电常数，t为温度值。

水在不同温度下的介电常数参考下表：

由上表可以看出，当温度越高时，水的介电常数就越低。

以温度为X轴以水的介电常数ε为Y轴建立坐标系，将上表数据反映在坐标系中即大致呈一条直线，如图15所示。

由此得出公式：εr＝-0.349t+87.74，εr为水的介电常数，t为温度值。将温度传感器测量的当前温度值代入上述公式即可得出对应温度下水的介电常数。简便快捷。

其中，步骤S500中，根据内码值获得待测物料的水分值，包括：

步骤S501：建立待测物料的水分值与内码值的关系模型；

步骤S502：将测量的待测物料的内码值代入关系模型，获得待测物料的水分值。

其中，步骤S501中，建立待测物料的水分值与内码值的关系模型，包括：

步骤S5011：对待测物料进行取样多组且每组待测物料的水分不同，采用上述的方法，获得多组不同水分的取样物料的内码值；

步骤S5012：通过烘干法测量多组不同水分的取样物料的水分值；

步骤S5013：根据多组不同水分的取样物料的内码值和水分值建立分段线性函数。例如，取9组不同水分的待测物料，分别测得其内码值以及采用烘干法测得的水分值如下表：

序号	测量的内码值	水分值％
			1	5000	0
2	10000	2
			3	20000	4
4	40000	6
			5	80000	8
6	160000	10
			7	320000	12
8	640000	14
			9	1280000	16

以内码值为X轴、以水分值为Y轴，将上表数据反映在坐标系中即呈由多段直线组成的分段线，如图16所示。

由以上折线图可知，内码值在5000-10000范围内时，对应为(5000， 0)和(10000，2)两点确定的直线：y＝0.0004x-2；内码值在10000-20000 范围内时，对应为(10000，2)和(20000，4)两点确定的直线；内码值在20000-40000范围内时，对应为(20000，4)和(40000，6) 两点确定的直线；内码值在40000-80000范围内时，对应为(40000， 6)和(80000，8)两点确定的直线；内码值在80000-160000范围内时，对应为(80000，8)和(160000，10)两点确定的直线；以此类推。例如，当测量到的内码值为7500时，属于5000-10000范围内，归入第一段直线，对应的水分值为1％，当测量到内码值为100000，属于80000-160000范围内，对应的水分值为8.5％。由此即可计算出水分值，便捷准确。

由以上可知，本实施例提供的射频波水分测量方法，通过采用电容测量器发射射频波测量待测物料的电容值，利用射频波的频域传输进行测量，可以穿透待测物料表面进行测量，而探测到物料内部的水分含量，即可深度探测出物料的表里总水分含量，且不受物料颜色影响，颜色极黑时也可正常测量。同时，通过温度传感器测量待测物料的温度值，根据温度值获得当前温度下水的介电常数，将测量的物料的电容值除以当前温度下水的介电常数和干燥物料的介电常数的差值，计算出内码值，再根据内码值获得待测物料的水分值，可有效消除物料在不同温度下测量水分值时的影响，物料温度变化亦不会影响水分值探测效果，保证不同温度下物料水分值的测量准确度。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于：

其中，步骤S501中，建立待测物料的水分值与内码值的对数公式关系模型，该关系模型为：

式中，Y为水分值，X为内内码值，a为跨度，b为零位值。a与 b均为系数，需根据不同的物料进行设定，可利用多元统计回归的方法对测量的物料的若干个内码值与实际水分值进行处理，进而获得a 与b的值。此后对对应的物料进行测量时，将内码值代入上式即可计算出水分值。

实施例3

如图2至图14所示，本实施例提供了一种射频波水分仪，适用于上述的射频波水分测量方法，射频波水分仪包括：

采样模块1，包括用于发射射频波测量待测物料的电容值的电容测量器11、用于测量待测物料的温度值的温度传感器；

处理模块2，用于根据温度值获得当前温度下水的介电常数、以及用于根据电容值和当前温度下水的介电常数计算内码值，内码值＝电容值/(水的介电常数-干燥物料的介电常数)。

为具有较好的探测深度和探测面积，并实现在物料水分不均匀的情况下依然可准确测量物料的电容值，进一步地，电容测量器11包括RF信号发射接收天线板111、发射天线112、多个接收天线113。 RF信号发射接收天线板111呈圆形，发射天线112用于发射 30KHZ-2MHZ的射频波，多个接收天线113用于接收发射天线112 发射的射频波，发射天线112设置于RF信号发射接收天线板111的中部，多个接收天线113设置于RF信号发射接收天线板111上并均匀分布于于发射天线112的外围。通过采用上述结构，使得多个接收天线113围绕发射天线112形成环形阵列，有较好的探测深度和探测面积。同时，可轮流测量电容测量器11的发射天线112与多个接收天线113之间的待测物料的电容值，并取平均值，在电容测量器11 的测量面积内发射和接受更加均匀，可依次测量电容测量器11中心至四周的物料的电容值，可有效解决因物料含水率不均匀而造成电容量测量误差大的问题，实现在物料水分不均匀的情况下依然可准确测量物料的电容值，可直接在生产线上对物料进行在线实时测量。

如图14所示，可选地，本实施例中，优选接收天线113设置有8 个，且围绕发射天线112均匀设置。8个接收天线113分别为：CIN1、 CIN2、CIN3、CIN4、CIN5、CIN6、CIN7、CIN8，发射天线112为 EXC_A。

具体地，采样模块1还包括电容数字转换器12、单端多通道转换芯片13、AD采样电路板14，电容数字转换器12和单端多通道转换芯片13均设置于AD采样电路板14上，AD采样电路板14设置于 RF信号发射接收天线板111上；

如图3、图5、图6所示，电容数字转换器12与处理模块2的单片机21电连接，电容数字转换器12的型号为AD7745，电容数字转换器12的1管脚(SCL)与单片机21的29管脚连接，电容数字转换器12的2管脚(RDY)与单片机21的17管脚连接，电容数字转换器12的16管脚(SDA)与单片机21的30管脚连接；温度传感器为电容数字转换器12自带的温度传感器，通过电容数字转换器12自带的温度传感器检测待测物料的温度；

单端多通道转换芯片13是型号为CD4051的单端8通道转换芯片，单端多通道转换芯片13分别与电容数字转换器12和单片机21电连接，单端多通道转换芯片13的3管脚与电容数字转换器12的8管脚连接，单端多通道转换芯片13的11管脚与单片机21的26管脚连接，单端多通道转换芯片13的10管脚与单片机21的27管脚连接，单端多通道转换芯片13的9管脚与单片机21的28管脚连接；

发射天线EXC_A和8个接收天线：CIN1、CIN2、CIN3、CIN4、 CIN5、CIN6、CIN7、CIN8均有1极和2极，其2极均为天线的信号地，且均连接至单端多通道转换芯片13的6管脚，发射天线112 (EXC_A)的1极与电容数字转换器12的3管脚连接，CIN1天线的1极与单端多通道转换芯片13的13管脚连接，CIN2天线的1极与单端多通道转换芯片13的14管脚连接，CIN3天线的1极与单端多通道转换芯片13的15管脚连接，CIN4天线的1极与单端多通道转换芯片13的12管脚连接，CIN5天线的1极与单端多通道转换芯片13的1管脚连接，CIN6天线的1极与单端多通道转换芯片13的 5管脚连接，CIN7天线的1极与单端多通道转换芯片13的2管脚连接，CIN8天线的1极与单端多通道转换芯片13的4管脚连接，EXC_A 天线为信号的发射端，CIN1、CIN2、CIN3、CIN4、CIN5、CIN6、 CIN7、CIN8为信号的接收端；

其中，单片机21通过29脚、17脚、30脚这3个管脚控制电容数字转换器12而使发射天线112(EXC_A)发射不同频率的电磁波，单端多通道转换芯片13即为一个单端8通的开关，单片机21通过 26管脚、27管脚、28管脚这三个管脚控制单端多通道转换芯片13 轮流接通CIN1、CIN2、CIN3、CIN4、CIN5、CIN6、CIN7、CIN8 天线，电容数字转换器12轮流接收CIN1、CIN2、CIN3、CIN4、CIN5、 CIN6、CIN7、CIN8天线的高频电容信号，单片机21再接受电容数字转换器12收到的高频电容信号和电容数字转换器12自带的温度传感器探测到的温度信号。

如图3至图7所示，具体地，处理模块2包括MCU电路板23、电源管理芯片24、单片机21、通讯隔离器22，电源管理芯片24、单片机21、通讯隔离器22均设置于MCU电路板23上，MCU电路板 23设置于RF信号发射接收天线板111。单片机21与电源管理芯片 24电连接，单片机21的型号优选为IPA15W4K61S4，单片机21用于根据接收到的温度信号转换为温度值，并根据温度值获得当前温度下水的介电常数，还用于根据接收到的电容信号转换为电容值，并根据电容值和当前温度下水的介电常数计算内码值。通讯隔离器22为 ADM2587E型号的RS485通讯隔离器，通讯隔离器22与单片机21 电连接，单片机21的20管脚(TXD_2)与通讯隔离器22的7管脚连接，单片机21的19管脚(RXD_2)与通讯隔离器22的4管脚连接，单片机21的18脚(TXEN_2)与通讯隔离器22的5、6管脚连接，是一种完全隔离型的RS485通讯芯片，通讯隔离器22用于将单片机21计算的内码值或单片机21根据内码值计算的水分值用 MODBUS-RTU输出。

具体地，单片机21根据公式：εr＝-0.349t+87.74(εr为水的介电常数，t为温度值)计算获得温度值对应的水的介电常数。进一步地，对于公知的已测量出的对应温度下的水的介电常数可直接采用而无需计算，对于非整数温度值及未测量出的对应温度下的水的介电常数可通过上述公式进行计算得出。当然，亦可所有温度值均采用上述公式计算水的介电常数。

具体地，单片机21根据公式：内码值＝电容值/(水的介电常数- 干燥物料的介电常数)，由电容值和当前温度下水的介电常数计算内码值。例如，20℃时，测量的木头的平均电容值为Cx1，水的介电常数为80.1，干燥的木头的介电常数为2.8。则内码值＝Cx1/(80.1-2.8)； 40℃时，测量的木头的平均电容值为Cx2，水的介电常数为73.15，干燥的木头的介电常数为2.8，则内码值＝Cx2/(73.15-2.8)。

为便于显示水分值，进一步地，射频波水分仪还包括用于显示水分值、记录水分值和输出信号显示箱，显示箱包括HIM(具有人机界面的显示器)、开关电源、4-20MA转换模块、继电器板。通讯隔离器22可将内码值用MODBUS-RTU或DC 4-20MA信号传输给 HIM，HIM可根据内置的软件将内码值转换成相应的水分值，同时将这个水分值进行显示、数据存储。

具体地，HIM可根据实施例1中的不同物料对应的分段线性函数关系模型而计算获得水分值，亦可根据实施例2中的对数公式关系模型而计算获得水分值。

如图8至图13所示，为提高射频波水分仪的防护性能，进一步地，射频波水分仪还包括上外壳3、下外壳4、陶瓷板5，下外壳4设置于上外壳3的下方，并与上外壳3相配合形成壳体，采样模块1和处理模块2均设置于壳体的内部，陶瓷板5设置于下外壳4的下端口，电容测量器11的RF信号发射接收天线板111位于壳体内靠近陶瓷板 5的一侧。通过采用陶瓷板5作为探测面，可直接置于物料上进行检查，耐磨性能好，陶瓷板5可采用刚玉陶瓷。RF信号发射接收天线板111上的发射天线发射射频波时，具有穿透测量效果，可以穿透 8MM亚克力板或玻璃而测量物料水分。进一步地，上外壳3和下外壳4均采用304不锈钢材质，强度高，耐磨及耐腐蚀性能好，可应用于化工领域等具有腐蚀性的环境中。

进一步地，下外壳4的下端沿向内凹设形成有环形凹槽，陶瓷板 5粘接设置于该环形凹槽的内部。

进一步地，上外壳3呈罩体形，上外壳3的上端封闭而下端开口，上外壳3的下部外壁周向设置有第一凸缘31，下外壳4两端开口，陶瓷板5封设下外壳4的下端开口，下外壳4的上部外壁周向设置有第二凸缘41，第一凸缘31和第二凸缘41相配合贴紧，并通过螺钉固定而将上外壳3和下外壳4相连接。

为提高射频波水分仪的密封性能，进一步地，下外壳4的内壁周向设置有用于支撑RF信号发射接收天线板111的内凸缘42，RF信号发射接收天线板111由下外壳4的上端口置入下外壳的内凸缘上；上外壳3的下端延伸至下外壳4的内部并抵紧RF信号发射接收天线板111，而上外壳3的第一凸缘31位于下外壳4的外部并与下外壳4 的第二凸缘41相抵紧。射频波水分仪还包括第一密封圈6和第二密封圈7，第一密封圈6设置于上外壳3的第一凸缘31与下外壳4的第二凸缘41之间，以密封第一凸缘31与第二凸缘41之间防止液体、灰尘等从第一凸缘31与第二凸缘41之间的缝隙进入壳体内部；第二密封圈7设置于下外壳4的下端沿与电容测量器11之间，即上外壳 3的下端沿通过第二密封圈7抵紧RF信号发射接收天线板111，防止液体、灰尘等从上外壳3的下端沿与RF信号发射接收天线板111之间进入上壳体的内部，从而实现双重密封，防护等级高，有效防止液体、灰尘等进入上壳体的内部而使单片机21、电容数字转换器12、单端多通道转换芯片13、通讯隔离器22等内部元器件受损。

进一步地，第一凸缘31的下端面设置有第一环形槽310，第二凸缘41的上端面设置有与第一环形槽相配合的第二环形槽410，第一凸缘31与第二凸缘41相抵紧配合时，第一密封圈6位于第一环形槽310和第二环形槽410之间，便于第一密封圈6的放置及保证第一凸缘31与第二凸缘41配合紧密。

进一步地，上外壳3的顶壁设置有通孔，该通孔处密封设置有金属防水接头8，五芯屏蔽线由外部穿过金属防水接头8而与MCU电路板23的供电和通讯隔离器22的输入输出插座连接。五芯屏蔽线的另一端与电源以及显示箱连接。

使用时，射频波水分仪可设置于料仓流管、螺旋给料机的外壁上或皮带输送机上或其他设备上，且陶瓷板5接触物料，可在线实时测量物料的水分值。单片机21控制电容数字转换器12，使电容数字转换器12控制发射天线112(EXC_A)发射32KH和2MHZ的电磁波，穿过陶瓷板5而穿透物料表面，且单片机21控制单端多通道转换芯片13轮流接通CIN1、CIN2、CIN3、CIN4、CIN5、CIN6、CIN7、 CIN8天线而接受电磁波，电容数字转换器12轮流接收CIN1、CIN2、 CIN3、CIN4、CIN5、CIN6、CIN7、CIN8天线的高频电容信号，并将高频电容信号和电容数字转换器12自带的温度传感器探测到的温度信号传输至单片机21，单片机21对电容信号和温度信号进行处理而计算出内码值，通讯隔离器22将内码值传输至显示箱，HIM根据内码值计算水分值并进行显示，或单片机21根据内码值计算出水分值，通讯隔离器22将水分值传输至显示箱，HIM显示水分值。本实施例提供的射频波水分仪，实现了对表里水分不一致、颜色变化的物料进行准确测量水分值，并提高了对不同温度下物料水分值测量的准确度。

可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims

1.一种射频波水分测量方法，其特征在于，包括：

通过电容测量器(11)发射射频波测量待测物料的电容值；

通过温度传感器测量待测物料的温度值；

根据所述温度值获得当前温度下水的介电常数；

根据所述内码值获得待测物料的水分值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过电容测量器(11)发射射频波测量待测物料的电容值，包括：

通过所述电容测量器(11)的发射天线(112)发射射频波，在待测物料的测量面积内，依次测量所述电容测量器(11)的发射天线(112)与位于所述发射天线(112)外围的多个接收天线(113)之间的电容值；

根据测量的多个电容值获得平均电容值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述温度值获得当前温度下水的介电常数，包括：

基于以下公式计算出当前温度下水的介电常数：

εr＝-0.349t+87.74，εr为水的介电常数，t为温度值。

4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述内码值获得待测物料的水分值，包括：

建立待测物料的水分值与内码值的关系模型；

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述建立待测物料的水分值与内码值的关系模型，包括：

获得多组不同水分的取样物料的内码值；

通过烘干法测量所述多组不同水分的取样物料的水分值；

6.一种射频波水分仪，适用于权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述射频波水分仪包括：

采样模块(1)，包括用于发射射频波测量待测物料的电容值的电容测量器(11)、用于测量所述待测物料的温度值的温度传感器；

处理模块(2)，用于根据所述温度值获得当前温度下水的介电常数、以及用于根据所述电容值和所述当前温度下水的介电常数计算内码值，内码值＝电容值/(水的介电常数-干燥物料的介电常数)。

7.根据权利要求6所述的射频波水分仪，其特征在于，所述电容测量器(11)包括：

RF信号发射接收天线板(111)；

发射天线(112)，设置于所述RF信号发射接收天线板(111)的中部；

多个接收天线(113)，均设置于所述RF信号发射接收天线板(111)上并位于所述发射天线(112)的外围。

8.根据权利要求7所述的射频波水分仪，其特征在于，所述采样模块(1)还包括：

电容数字转换器(12)，与所述处理模块(2)的单片机(21)电连接；

单端多通道转换芯片(13)，分别与所述电容数字转换器(12)和所述单片机(21)电连接；所述发射天线(112)的1极与所述电容数字转换器(12)电连接，所述发射天线(112)的2极与所述单端多通道转换芯片(13)电连接；所述多个接收天线(113)的1极和2极均与所述单端多通道转换芯片(13)电连接；

其中，所述单片机(21)可控制电容数字转换器(12)而使所述发射天线(112)发射射频波，所述单片机(21)可控制单端多通道转换芯片(13)轮流接通所述多个接收天线(113)，所述电容数字转换器(12)通过所述多个接收天线(113)接收电容信号并传输至所述单片机(21)。

9.根据权利要求6所述的射频波水分仪，其特征在于，所述处理模块(2)包括：

单片机(21)，用于根据所述温度值获得当前温度下水的介电常数、以及用于根据所述电容值和所述当前温度下水的介电常数计算内码值；

通讯隔离器(22)，与所述单片机(21)电连接，所述通讯隔离器(22)用于将所述单片机(21)计算的内码值或所述单片机(21)根据所述内码值计算的水分值用MODBUS-RTU输出。

10.根据权利要求6至9任一项所述的射频波水分仪，其特征在于，所述射频波水分仪还包括：

上外壳(3)；

下外壳(4)，设置于所述上外壳(3)的下方，并与所述上外壳(3)相配合形成壳体，所述采样模块(1)和所述处理模块(2)均设置于所述壳体的内部；

陶瓷板(5)，设置于所述下外壳(4)的下端口，所述电容测量器(11)位于所述壳体内靠近所述陶瓷板(5)的一侧；

第一密封圈(6)，设置于所述上外壳(3)的凸缘与所述下外壳(4)的凸缘之间；

第二密封圈(7)，设置于所述下外壳(4)的下端沿与所述电容测量器(11)之间。