CN204287076U - 基于射频传输的在线测量粮食含水率的检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于射频传输的在线测量粮食含水率的检测装置，包括：检测天线、高频电路与低频电路；高频电路包括产生射频信号的信号发生器，信号发生器连接功分器，功分器具有测量信号输出口与本振信号输出口，测量信号输出口连接测量天线的信号输入端，本振信号输出口连接解调器，测量天线的信号输出端连接解调器；低频电路包括与解调器连接的信号放大器，连接信号放大器的微处理器电路，微处理器电路连接显示电路。该检测装置测量范围宽，测量精度高，可以达到0.5%甚至0.1%，由于射频信号具有穿透性，所以测量不受水分分布的影响，既可以测粮食表面的含水率，也可以测粮食内的含水率。

Description

基于射频传输的在线测量粮食含水率的检测装置

技术领域

本实用新型涉及粮食含水率检测技术领域，特别地，涉及一种基于射频传输的在线测量粮食含水率的检测装置。

背景技术

粮食在交易或者储存之前，都需要检测粮食的含水率，而且需要满足国家或相关单位对含水率的要求。为了使含水率超标的粮食降低含水率，需要应用粮食烘干设备将其循环烘干处理，直至达到要求。为了实时了解烘干机设备中粮食含水率的变化情况，并且在达到含水率要求后及时停机，就需要在线实时对粮食含水率进行测量检测。

目前国内外应用的在线检测设备主要分为碾压测电阻法和电容法。碾压测电阻法是通过碾压齿轮将粮食压扁，再通过两个齿轮之间的电阻测量原理来测量其含水率。其优点在于把粮食作物碾压后能测量粮食作物内部的含水，但是缺点是结构太复杂，操作非常麻烦。由于不同粮食作物的个体尺寸存在差异，例如玉米比小米要大很多，这样还需要调节碾压齿轮距离，如果调整不好，直接影响测量精度。另外时间长以后，齿轮上会积垢，更加影响了测量的精度。

电容法是利用两个平行的电极间存在一定的电容，且电容值受两个电极之间介质的介电常数影响，从而通过测量电容来计算出介质的含水率，这种方法简单，但是测量精度很低，而且对粮食作物的表面含水敏感，而对内部的含水不敏感，会造成很大的测量误差。电容值与含水率不是一个线性对应的关系，在高含水区段范围内电容值的变化很微小，因此电容测量含水只能在低含水的条件下采用。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种基于射频传输的在线测量粮食含水率的检测装置，以解决现有技术中，粮食含水率检测设备结构复杂，检测精度很难控制的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种基于射频传输的在线测量粮食含水率的检测装置，包括：检测天线、高频电路与低频电路；高频电路包括产生射频信号的信号发生器，信号发生器连接功分器，功分器具有测量信号输出口与本振信号输出口，测量信号输出口连接测量天线的信号输入端，本振信号输出口连接解调器，测量天线的信号输出端连接解调器；低频电路包括与解调器连接的信号放大器，连接信号放大器的微处理器电路，微处理器电路连接显示电路。

进一步地，检测天线包括金属外壳，金属外壳内设置有两块金属挡板，于两块金属挡板之间设置一非金属的天线保护板，天线保护板的侧面布置天线，天线的一端连接功分器，另一端连接解调器。

进一步地，金属挡板与天线保护板的形状一致。

进一步地，金属挡板与天线保护板的一端呈锐角状。

进一步地，天线保护板为聚酰亚胺板或PVC（Polyvinyl chloride polymer、聚氯乙烯）板。

进一步地，信号发生器为有源晶体振荡器；或者，为DDS（Direct Digital Synthesizer、直接数字式频率合成器）信号发生器，DDS信号发生器连接微处理器。

进一步地，信号发生器输出的射频信号的频率范围为125MHz-350MHz。

进一步地，功分器的测量信号输出口输出的测量信号的强度大于本振信号输出口输出的本振信号。

进一步地，解调器为IQ鉴相器或幅相解调器；微处理器电路设置有通讯接口。

本实用新型具有以下有益效果：

1、结构简单，安装和操作使用方便。

2、测量范围宽，从0-100%的范围内均可有效测量，而且具有同等的精度。

3、测量精度高，可以达到0.5%甚至0.1%。

4、由于射频信号具有穿透性，所以测量不受水分分布的影响，既可以测粮食表面的含水率，也可以测粮食内的含水率。

附图说明

下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型基于射频传输的在线测量粮食含水率的检测装置优选实施例的原理框图；

图2是本实用新型基于射频传输的在线测量粮食含水率的检测装置优选实施例中信号发生器实施例一的原理框图；

图3是本实用新型基于射频传输的在线测量粮食含水率的检测装置优选实施例中信号发生器实施例二的原理框图；

图4是本实用新型基于射频传输的在线测量粮食含水率的检测装置优选实施例中功分器的原理框图；

图5是本实用新型基于射频传输的在线测量粮食含水率的检测装置优选实施例中测量天线的剖面示意图；

图6是本实用新型基于射频传输的在线测量粮食含水率的检测装置优选实施例中测量天线的正面示意图；

图7是本实用新型基于射频传输的在线测量粮食含水率的检测装置优选实施例中解调器实施例一的原理框图；

图8是本实用新型基于射频传输的在线测量粮食含水率的检测装置优选实施例中解调器实施例二的原理框图；

图9是本实用新型基于射频传输的在线测量粮食含水率的检测装置优选实施例中微处理器电路的原理框图。

附图标记说明：

100、检测天线；200、高频电路；300、低频电路；101、金属外壳；102、金属挡板；103、天线保护板；104、天线；201、信号发生器；202、功分器；203、解调器；301、微处理器电路；302、信号放大器；303、显示电路；304、通讯接口。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

请参阅图1、图4与图9，本实用新型的优选实施例提供了一种基于射频传输的在线测量粮食含水率的检测装置，包括：检测天线100、高频电路200与低频电路300；高频电路200包括产生射频信号的信号发生器201，信号发生器201连接功分器202，功分器202具有测量信号输出口与本振信号输出口，测量信号输出口连接测量天线100的信号输入端，本振信号输出口连接解调器203，测量天线100的信号输出端连接解调器203；低频电路包括与解调器203连接的信号放大器302，连接信号放大器302的微处理器电路301，微处理器电路301连接显示电路303。

本优选实施例提供的基于射频传输的在线测量粮食含水率的检测装置，其具体实现过程如下：

进行检测时，由信号发生器201产生高频射频信号，射频信号通过功分器202分为两路，一路作为本振信号输入至解调器203；另一路作为测量信号通过检测天线100穿过被测量介质，然后输入至解调器203；解调器203输出两路直流信号至信号放大器302，信号放大器302对这两路直流信号进行低通滤波放大，并送至微处理器电路301进行模数转换，得到两个信号的低频相位差值，然后通过显示电路303将测量数据进行显示。干燥的粮食本身的介电常数很高，当粮食中含水率越高时，其介电常数降低，由于穿过被测量粮食的射频信号会随介质介电常数的变化而产生相移，所以可以通过检测测量信号和本振信号的相位差来获得对应的含水率的数值。该检测装置结构简单，安装和操作使用方便。测量范围宽，从0-100%的范围内均可有效测量，而且具有同等的精度，可以达到0.5%甚至0.1%。由于射频信号具有穿透性，所以测量不受水分分布的影响，既可以测粮食表面的含水率，也可以测粮食内的含水率。

请参阅图5与图6，检测天线包括金属外壳101，金属外壳101内设置有两块金属挡板102，于两块金属挡板102之间设置一非金属的天线保护板103，天线保护板103的侧面布置天线104，天线104的一端连接功分器202，另一端连接解调器203。金属挡板102与天线保护板103的形状一致。金属挡板102与天线保护板103的一端呈锐角状。天线保护板103为聚酰亚胺板或PVC板。金属挡板102与天线保护板103的形状一致，目的是有效地保证天线104与金属挡板102之间形成一个射频回路，从而确保测量信号的稳定可靠。金属挡板102与天线保护板103的一端呈锐角状，可以确保杂质（例如，稻草）不会被挂住或者粘住测量天线。天线104布置在非金属材料天线保护板103的一侧，其目的一是为了避免天线104磨损，另一方面是通过填充天线104的空白区域，来避免粮食中的杂质（例如，稻草）等挂在天线104上。保护天线104的天线保护板103可以采用聚酰亚胺或者PVC材料，绝缘性能和强度都比较高。

请参阅2与图3，信号发生器201可以采用有源晶体振荡器；也可以采用DDS信号发生器，DDS信号发生器连接微处理器。两种信号发生器应用在不同场合。有源晶体振荡器体积小，频率输出稳定，但是频率和信号强度固定不可以更改，所以适合应用在批量生产以及对设备体积要求高的场合。DDS信号发生器连接微处理器，可以由微处理器控制改变频率或者输出信号强度，所以适合应用在试验或者特殊测量场合。同时，测量的射频信号的强度选择取决于天线的长度限制和被测量介质的含水变化范围，针对粮食测量介质，在实施例中，信号发生器201输出的射频信号的频率范围在125MHz-350MHz之间是较为优选的方案。测量过程中，功分器202的测量信号输出口输出的测量信号在检测过程中会有一定的衰减；因此，实际测量中，测量信号的强度要大于（略大于）本振信号输出口输出的本振信号。

请参阅图1、图7与图8，解调器203可以采用IQ鉴相器，也可以采用幅相解调器。IQ鉴相器将两路输入信号正交解调成I路和Q路低频直流信号，再通过微处理器电路采样转换后计算出幅度比和相位差信号。幅相解调器（AD8302型号的幅相解调器芯片）将两路输入信号直接解调出一路幅度比直流信号和一路相位差直流信号。如果在需要高精度宽温度使用场合，采用IQ鉴相器。在普通低成本场合则采用幅相解调器。另外，微处理器电路301设置有通讯接口304，通过通讯接口304，该检测装置可以连接其它外接设备或上位机。

本实用新型还提供一种使用上述的检测装置在线测量粮食含水率的方法，包括以下步骤：

首先，预先标定无水相位差P0和纯水相位差P1：

无水相位差P0为检测装置在普通环境下测量所获得的相位差，定义为含水0%的标准值；

纯水相位差P1为检测装置在水环境下测量所获得的相位差，定义为含水100%的标准值；

然后，通过检测装置对被检测介质进行测量，得到被检测介质的射频相位差X；由于射频相位差X和被测介质的含水率成比较理想的线性关系，因此可以根据公式：被检测介质含水率u=（x-P0）/（P1-P0）计算出被检测介质含水率。

被检测介质含水率u是以体积为单位计算出的，如果需要得出以质量为单位的含水率，则通过各种不同介质的常规密度来计算获得。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

该检测装置结构简单，安装和操作使用方便。测量范围宽，从0-100%的范围内均可有效测量，而且具有同等的精度，可以达到0.5%甚至0.1%。由于射频信号具有穿透性，所以测量不受水分分布的影响，既可以测粮食表面的含水率，也可以测粮食内的含水率。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型；对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于射频传输的在线测量粮食含水率的检测装置，其特征在于，包括：

检测天线、高频电路与低频电路；

所述高频电路包括产生射频信号的信号发生器，所述信号发生器连接功分器，所述功分器具有测量信号输出口与本振信号输出口，所述测量信号输出口连接所述测量天线的信号输入端，所述本振信号输出口连接解调器，所述测量天线的信号输出端连接所述解调器；

所述低频电路包括与所述解调器连接的信号放大器，连接所述信号放大器的微处理器电路，所述微处理器电路连接显示电路。

2.根据权利要求1所述的基于射频传输的在线测量粮食含水率的检测装置，其特征在于：

所述检测天线包括金属外壳，所述金属外壳内设置有两块金属挡板，于两块所述金属挡板之间设置一非金属的天线保护板，所述天线保护板的侧面布置天线，所述天线的一端连接所述功分器，另一端连接所述解调器。

3.根据权利要求2所述的基于射频传输的在线测量粮食含水率的检测装置，其特征在于：

所述金属挡板与所述天线保护板的形状一致。

4.根据权利要求3所述的基于射频传输的在线测量粮食含水率的检测装置，其特征在于：

所述金属挡板与所述天线保护板的一端呈锐角状。

5.根据权利要求2所述的基于射频传输的在线测量粮食含水率的检测装置，其特征在于：

所述天线保护板为聚酰亚胺板或PVC板。

6.根据权利要求1所述的基于射频传输的在线测量粮食含水率的检测装置，其特征在于：

所述信号发生器为有源晶体振荡器；或者，为DDS信号发生器，所述DDS信号发生器连接微处理器。

7.根据权利要求6所述的基于射频传输的在线测量粮食含水率的检测装置，其特征在于：

所述信号发生器输出的所述射频信号的频率范围为125MHz-350MHz。

8.根据权利要求7所述的基于射频传输的在线测量粮食含水率的检测装置，其特征在于：

所述功分器的所述测量信号输出口输出的测量信号的强度大于所述本振信号输出口输出的本振信号。

9.根据权利要求1所述的基于射频传输的在线测量粮食含水率的检测装置，其特征在于：

所述解调器为IQ鉴相器或幅相解调器；所述微处理器电路设置有通讯接口。