CN201749100U - 一种木材含水率检测装置 - Google Patents

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张星梅
侯晓鹏
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王艳伟
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周玉成
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Abstract

本实用新型公开了一种木材含水率检测装置,包括传感器、木材电阻抗采集模块、控制器和显示器,多个所述传感器和木材电阻抗采集模块分布于木材干燥系统的干燥窑内,分别用于采集干燥窑内的温度和湿度及木材的电阻抗数据;控制器用于接收所有传感器以及木材电阻抗采集模块采集的数据,并对数据进行处理将其发送至显示器;显示器用于实时显示木材干燥过程中木材含水率、干燥窑内的温度和湿度。本实用新型采用分布式数据采集的方法,将温度、湿度传感器及电阻抗采集模块分布在整个干燥窑内,通过多点采集干燥窑中的温度、湿度、及木材电阻抗等电信号,结合木材树种及在不同温度下木材电阻抗对应的含水率关系,进而得到准确的木材干燥含水率。

Description

一种木材含水率检测装置
技术领域
本实用新型涉及一种应用于木材干燥系统中的木材含水率检测装置。
背景技术
木材含水率是木材干燥基准选取的指标之一,也是木材在不同干燥阶段干燥质量的评价标准,因此木材含水率的实时、在线自动检测是木材干燥过程中的一个重要方面。
目前国内的含水率测量仪不能在线实时检测。中科院广州能源所发明的实用新型专利“木材含水率测量装置”通过接口电路连接到计算机,由计算机控制该测量装置的动作,上海木材工业研究所生产的木材测湿仪可以测量4个点,采用LED显示,其测量范围为6-70%。中国专利98243249.1公开了一种用于木材干燥设备系统中的木材含水率测量装置,其电路结构包括测量探针、对数放大器、去记忆电路和采用V/F变换措施,提高木材含水率测量的分辨率和进度,但是没有考虑在木材干燥过程中木材的含水率和窑内温度的影响。实用新型专利ZL200820090978.1公布了一种基于多传感器数据融合的木材含水率智能检测装置,采用多个传感器检测窑内的温度、平衡含水率、木材含水率参数,经过信号调理模块、数据采集模块把温度、木材含水率的等效电信号作为数据融合模型输入,最终融合输出木材含水率值。但仍然是采用上位机进行显示。
实用新型内容
针对现有技术存在的问题,本实用新型提供一种能够准确得到木材干燥含水率,并实时显示干燥过程参数的木材含水率检测装置。
为实现上述目的,本实用新型的木材含水率检测装置,包括传感器、木材电阻抗采集模块、控制器和显示器,多个所述传感器和木材电阻抗采集模块分布于木材干燥系统的干燥窑内,分别用于采集干燥窑内的温度和湿度及木材的电阻抗数据;控制器用于接收所有传感器以及木材电阻抗采集模块采集的数据,并对数据进行处理将其发送至显示器;显示器用于实时显示木材干燥过程中木材含水率、干燥窑内的温度和湿度。
进一步,所述传感器包括温度传感器和湿度传感器,分别采集干燥窑内温度和湿度数据,或者所述传感器为集成温度和湿度采集功能的传感器。
进一步,所述控制器和木材电阻抗采集模块之间通过RS485现场总线网络连接通信。
进一步,所述显示器为触摸式液晶显示屏,所述控制器通过RS232串口与触摸式液晶显示屏连接通信。
进一步,所述控制器包括微处理芯片、信号调理电路、系统保护电路、外扩flash、RS232及RS485通信电路。
进一步,所述木材电阻抗采集模块包括探针、运算放大器、A/D转换电路、分段增益控制电路、单片机、高速光电隔离电路和RS485通讯接口,所述探针的一个接口连到10V电压源芯片的输出端,另一接口接运算放大器的输入端,通过探针将木材含水率转化为电流信号送至运算放大器;该运算放大器输出端与AD转换电路的输入端相连,对运算放大器传输来的信号进行采样和转换,转换结果送到单片机;单片机根据A/D转换的数字量判断量程是否超限,进而通过控制分段增益控制电路,实现增益量程的选择;单片机同时对数字量进行计算得到被测木材含水率,通过RS485通讯接口传输给所述控制器的微处理芯片。
进一步,所述木材电阻抗采集模块上的探针个数为多个。
进一步,所述单片机采用Atmega16单片机;所述运算放大器电路采用单片电路静电计型运算放大器芯片;所述AD转换电路的AD转换芯片采用4通道16位A/D转换芯片ADS7825;所述光电隔离电路采用高速光耦芯片HCPL2530;RS485通讯接口电路采用半双工低功耗收发器MAX483。
本实用新型的木材含水率检测装置,将温度、湿度传感器及电阻抗采集模块分布在整个干燥窑内。在一个干燥窑中最多挂接32个电阻抗采集模块构成联网分布式系统。每个电阻抗模块具有四个探针,所有电阻抗模块的探针可以根据窑的大小及实际情况均匀分布在窑内,从而提高干燥的精度和质量。电阻抗采集模块和主控制器之间采用RS485总线式网络拓扑结构通信,实现木材电阻抗实时数值的采集;主控制器通过RS232串口与触摸式液晶屏通信,并根据采集到的窑内的温度、湿度及木材的电阻抗数值分析计算得到木材对应的木材平衡含水率,触摸式液晶显示屏作为人机交互界面,实时显示木材干燥过程中木材含水率、窑内的温度、湿度等状态,实现整个监控系统的可视化,极大的方便用户及时了解掌握木材干燥过程的状况。
附图说明
图1为本实用新型的木材含水率检测装置的结构示意图;
图2为木材含水率检测装置中控制器的电路结构框图;
图3为木材含水率检测装置中木材电阻抗采集模块原理框图。
具体实施方式
如图1所示,本实用新型的木材含水率检测装置,包括温度传感器、湿度传感器、木材电阻抗采集模块、控制器和液晶触摸屏,多个温度传感器、湿度传感器和木材电阻抗采集模块分布于木材干燥系统的干燥窑内,分别用于采集干燥窑内的温度和湿度及木材的电阻抗数据;控制器用于接收所有传感器以及木材电阻抗采集模块采集的数据,并对数据进行处理,通过液晶触摸屏实时显示木材干燥过程中木材含水率、干燥窑内的温度和湿度。
如图2所示,控制器采用Atmega1280作为微处理芯片,结合外围电路实现模拟量的采集、存储与精确控制、木材电阻抗信号的实时采集与分析及系统运行状态的实时监控,并通过和触摸屏的通讯实现系统温湿度、湿球温度、平衡含水率、木材含水率的实时数据和历史曲线的显示。外围电路包括模拟量输入的信号调理电路、系统保护、外扩flash、RS232及RS485通信电路。其中信号调理电路用于将各个温度传感器和湿度传感器采集的信号处理为控制器可以识别处理的信号;当监测到干燥窑内的温、湿度异常时,系统保护电路切断干燥窑电源,保障木材含水率检测的顺利进行。控制器和液晶触摸屏之间通过RS232串口相接,控制器和木材电阻抗采集模块之间通过RS485接口相接。
如图3所示,木材电阻抗采集模块,包括四个探针、运算放大器、A/D转换电路、分段增益控制电路、单片机、高速光电隔离电路和RS485通讯接口,其中,探针的一个接口连到10V高精准电压源芯片AD581的输出端,另一接口接运算放大器的输入端,通过测量探针将木材含水率转化为电流信号送至运算放大器;输入电流信号决定于反映被测木材含水率的电阻率,由于木材含水率在8%-18%时其电阻率在G欧,其输入电流达到pA的数量级,而AD549是具有极低输入偏置电流的单片电路静电计型运算放大器,适用于输入电流极小和极低偏置电压的场所,尤其适合于作为各种各样的前置电流输出传感器,因此该运算放大电路的放大器采用AD549。运算放大器的输出端接到AD转换电路的输入端;AD转换电路的AD转换芯片采用4通道16位A/D转换芯片ADS7825,在25us内可对四路信号进行采样和转换,转换结果送到单片机;单片机由ATmega16及其外围电路组成,单片机根据A/D转换的数字量判断量程是否超限,进而通过控制分段增益控制电路中的继电器的吸合,从而实现增益量程的选择;单片机同时对数字量进行计算进而得到被测木材含水率,并以串口通信的方式把数据经过光电隔离电路通过RS485通讯接口传送至控制器的微处理芯片,光电隔离电路采用高速光耦芯片HCPL2530实现RS485总线和单片机之间的隔离和信号的高速单向传输,同时抗干扰能力强,RS485通讯接口电路采用半双工低功耗收发器MAX483,抗噪声效果好;电源电路提供各部分电路所需的工作电源。每个木材阻抗采集模块可以检测四点,对于木材阻抗的测量量程采用分段增益的方法,量程的选择通过Atmega16单片机控制分段增益控制电路实现。利用检测模块的RS485通讯接口,通过RS485现场总线将各个检测点的检测数据远程传输到主控制器。其中,木材电抗采集模块上探针的个数可以根据实际需要进行选取。
需要指出的是根据本实用新型的具体实施方式所做出的任何变形,均不脱离本实用新型的精神以及权利要求记载的范围。

Claims (8)

1.一种木材含水率检测装置,其特征在于,包括传感器、木材电阻抗采集模块、控制器和显示器,多个所述传感器和木材电阻抗采集模块分布于木材干燥系统的干燥窑内,分别用于采集干燥窑内的温度和湿度及木材的电阻抗数据;控制器用于接收所有传感器以及木材电阻抗采集模块采集的数据,并对数据进行处理将其发送至显示器;显示器用于实时显示木材干燥过程中木材含水率、干燥窑内的温度和湿度。
2.如权利要求1所述的木材含水率检测装置,其特征在于,所述传感器包括温度传感器和湿度传感器,分别采集干燥窑内温度和湿度数据,或者所述传感器为集成温度和湿度采集功能的传感器。
3.如权利要求1所述的木材含水率检测装置,其特征在于,所述控制器和木材电阻抗采集模块之间通过RS485现场总线网络连接通信。
4.如权利要求1所述的木材含水率检测装置,其特征在于,所述显示器为触摸式液晶显示屏,所述控制器通过RS232串口与触摸式液晶显示屏连接通信。
5.如权利要求1-4任一所述的木材含水率检测装置,其特征在于,所述控制器包括微处理芯片、信号调理电路、系统保护电路、外扩flash、RS232及RS485通信电路。
6.如权利要求5所述的木材含水率检测装置,其特征在于,所述木材电阻抗采集模块包括探针、运算放大器、A/D转换电路、分段增益控制电路、单片机、高速光电隔离电路和RS485通讯接口,所述探针的一个接口连到10V电压源芯片的输出端,另一接口接运算放大器的输入端,通过探针将木材含水率转化为电流信号送至运算放大器;该运算放大器输出端与AD转换电路的输入端相连,对运算放大器传输来的信号进行采样和转换,转换结果送到单片机;单片机根据A/D转换的数字量判断量程是否超限,进而通过控制分段增益控制电路,实现增益量程的选择;单片机同时对数字量进行计算得到被测木材含水率,通过RS485通讯接口传输给所述控制器的微处理芯片。
7.如权利要求6所述的木材含水率检测装置,其特征在于,所述木材电阻抗采集模块上的探针个数为多个。
8.如权利要求7所述的木材含水率检测装置,其特征在于,所述单片机采用Atmega16单片机;所述运算放大器电路采用单片电路静电计型运算放大器芯片;所述AD转换电路的AD转换芯片采用4通道16位A/D转换芯片ADS7825;所述光电隔离电路采用高速光耦芯片HCPL2530;RS485通讯接口电路采用半双工低功耗收发器MAX483。
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