專利名稱：四電極煙草水分測(cè)試裝置及測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種干鮮植物水分含量檢測(cè)裝置，尤其是通過干鮮植物的電阻變化測(cè)量水分含量的四電極水分測(cè)試裝置及測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的眾多水分測(cè)量方法中，紅外光照和微波測(cè)量是最主要的兩種方法，而紅外技術(shù)的應(yīng)用更為廣泛和普遍。目前，我國大部分煙廠所使用的在線水分儀都是紅外水分儀。 紅外水分檢測(cè)是根據(jù)諸如OH與CH等基因鍵吸收特定波長紅外線能量的原理工作的。水分子中的H-O結(jié)合物能夠吸收幾個(gè)特定波長的紅外光。依據(jù)此原理，檢測(cè)煙草的水分儀探頭里裝有產(chǎn)生各種波長紅外光的光源，旋轉(zhuǎn)濾光片將紅外光分成可以被水分子吸收的波長和幾個(gè)不能被吸收的波長。水分子吸收的紅外光用來測(cè)量物質(zhì)中的水分，水分子不吸收的紅外光用來測(cè)量被測(cè)物料的本底特性(如反射率、測(cè)量距離等)。紅外水分儀發(fā)射紅外光照射到被測(cè)物料(煙絲、煙葉)上，經(jīng)物料反射，并被探頭內(nèi)部的光學(xué)元件接收，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換， 變成電信號(hào)，再經(jīng)過電路計(jì)算得出被測(cè)物料的水分含量?，F(xiàn)有眾多成型水分儀也是基于此原理而設(shè)計(jì)的。如MS型水分儀、QB型水分儀、TM55系列水分儀等。光源的穩(wěn)定性與檢測(cè)發(fā)射光和反射光的檢測(cè)元件的穩(wěn)定性對(duì)所測(cè)水分的精度起著決定性的作用。同時(shí)，被測(cè)物料的顏色、形狀和檢測(cè)點(diǎn)的光線角度都是影響紅外水分儀測(cè)量精度的重要因素。并且，紅外水分儀的缺點(diǎn)在于它只測(cè)量物料的表面水分，這對(duì)物料的水分均勻性和校驗(yàn)取樣等提出了高要求。實(shí)際使用中只有經(jīng)過反復(fù)取樣和標(biāo)定來彌補(bǔ)，從而加大了工作量，不利于快速便捷的測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種對(duì)物料的顏色、形狀規(guī)格和測(cè)量環(huán)境的光線要求較低，卻有著較高精度和分辨力的四電極煙草水分測(cè)試裝置；本發(fā)明的另一目的是提供一種四電極煙草水分測(cè)試裝置的測(cè)量方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的四電極電阻式煙草水分測(cè)試裝置，是由量程選擇5經(jīng)單片機(jī)2和電阻測(cè)量電路6 分別連接電極A、電極B、電極C和電極D，PC機(jī)3經(jīng)數(shù)據(jù)上傳電路4和單片機(jī)2與液晶顯示電路7連接構(gòu)成。所述的四電極，電極A、電極B、電極C和電極D均勻安裝在圓柱形硬質(zhì)絕緣材料上，兩兩一組，間距相等，電極露出長度相等。所述的硬質(zhì)絕緣材料選自塑料、有機(jī)玻璃、電木或陶瓷。四電極電阻式煙草水分測(cè)試裝置的測(cè)試方法，包括以下順序和步驟a、將裝置中的四個(gè)電極I插入被測(cè)物料，并對(duì)電極A、電極B、電極C和電極D分別進(jìn)行正反向供電；b、量程選擇電路5自動(dòng)選擇測(cè)量檔位，依次兩兩一組正反向供電，得到十二個(gè)電信號(hào)，即 VA+B-、VA-B+, VA+C-、VA-C+, VA+D-、VA-D+, VB+C-、VB-C+, VB+D-、VB-D+, VC+D-、 VC-D+，這些電信號(hào)由單片機(jī)2轉(zhuǎn)換成十二個(gè)電阻值；C、通過數(shù)據(jù)處理得到被測(cè)區(qū)域的平均電阻，該電阻值經(jīng)液晶顯示電路7顯示，并經(jīng)數(shù)據(jù)上傳電路4的串口傳數(shù)據(jù)到PC機(jī)3 ;d、PC機(jī)3根據(jù)所測(cè)煙草的電阻與煙草水份對(duì)應(yīng)的反比關(guān)系，計(jì)算得到所測(cè)區(qū)域的煙草水份值。有益效果四電極電阻式水分檢測(cè)儀不需要考慮被測(cè)物料的顏色、形狀、規(guī)格和測(cè)量環(huán)境的光線變化等因素。是通過測(cè)量被測(cè)物料的電阻值來測(cè)量水分的含量。與現(xiàn)有的紅外水分儀相比，檢測(cè)電路簡單，不對(duì)所測(cè)物料的顏色、形狀、規(guī)格和測(cè)量環(huán)境有要求，并能較快的得到測(cè)量結(jié)果，經(jīng)對(duì)比試驗(yàn)本發(fā)明所測(cè)煙草水分含量結(jié)果優(yōu)于紅外水分儀的精度和效率?？朔酥挥靡粚?duì)電極測(cè)量單一電壓存在的電極極化的影響和電極單一方向供電測(cè)量失調(diào)電壓的影響，提高了測(cè)量精度，并且克服了一對(duì)電極測(cè)量時(shí)的區(qū)域選擇所帶來的偏差，提高了測(cè)量結(jié)果可信度。本發(fā)明具有測(cè)量精度高，電路簡單，設(shè)備投資小，測(cè)量成本低的優(yōu)點(diǎn)。


圖I是四電極電阻式煙草水分檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)框2是為附圖I中電極I的結(jié)構(gòu)3是是圖2的左視4為附圖I中量程選擇5的電路5為附圖I電阻測(cè)量電路6的電路6為附圖I中液晶顯示7的電路7為附圖I中數(shù)據(jù)上傳電路4的電路圖I、四個(gè)電極A、B、C、D，2單片機(jī)，3 PC機(jī)，4數(shù)據(jù)上傳電路，5量程選擇電路，6電阻測(cè)量電路，7液晶顯示,8四電極硬質(zhì)絕緣材料
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明本發(fā)明主要由量程選擇、電阻測(cè)量、探針裝置、液晶顯示、數(shù)據(jù)上傳等五部分組成。 在電阻測(cè)量裝置中采用硬度較強(qiáng)、導(dǎo)電性能好的金屬作為四個(gè)電極。當(dāng)四電極電阻式煙草水分檢測(cè)儀工作時(shí)，將四電極插入被測(cè)物料，并對(duì)探針進(jìn)行正反向供電，每一次測(cè)量依次得到四個(gè)電極間兩兩一組的電信號(hào)，該電信號(hào)通過單片機(jī)轉(zhuǎn)換成十二個(gè)電阻值，再通過數(shù)據(jù)處理得到測(cè)量區(qū)域的一個(gè)電阻值。電阻與水分存在一特定的函數(shù)關(guān)系，四電極電阻式煙草水分檢測(cè)儀是通過測(cè)量煙草的電阻來反映煙草水分含量。測(cè)量方法是將裝置中的四電極I插入被測(cè)物料，并對(duì)電極裝置分別進(jìn)行正反向供電，量程選擇電路5自動(dòng)選擇合適的檔位，依次測(cè)量得到四電極I中A、B、C、D間的極性、兩兩一組的十二個(gè)電信號(hào)，即 VA+B-、VA-B+、VA+C-、VA-C+、VA+D-、VA-D+、VB+C-、VB-C+、VB+D-、 VB-D+、VC+D-、VC-D+，這些電信號(hào)由單片機(jī)2 MSP430F149轉(zhuǎn)換成十二個(gè)電阻值，單片機(jī)2優(yōu)選 MSP430F149。
通過數(shù)據(jù)處理得到該被測(cè)區(qū)域的電阻值，并將該電阻值經(jīng)過液晶顯示電路7顯示出來，同時(shí)數(shù)據(jù)上傳電路4通過串口通信上傳數(shù)據(jù)到PC機(jī)3，由PC機(jī)3根據(jù)煙草電阻和煙草水份的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到所測(cè)區(qū)域的煙草水份值。量程選擇5與單片機(jī)2的MSP430F149的IO 口 P6. O和P2. O相連接，通過改變P2. O 的高低電平來實(shí)現(xiàn)量程I或量程2的自動(dòng)選擇。電阻測(cè)量模塊6與單片機(jī)MSP430F149的IO 口 P3. O和Pl. 0-P1. 7相連接，通過改變Pl. 0-P1. 7的高低電平來控制繼電器的通斷，并通過對(duì)探針進(jìn)行正反向供電，每一次測(cè)量依次得到四電極I中A、B、C、D間具有極性的兩兩一組的十二個(gè)電信號(hào)，這些電信號(hào)通過 P3. O采集到單片機(jī)MSP430F149中，再轉(zhuǎn)換成十二個(gè)電阻值，最后通過數(shù)據(jù)處理得到該被測(cè)區(qū)域的一個(gè)電阻值。探針裝置中電極末端連接線9與電阻測(cè)量模塊6相連接，實(shí)現(xiàn)了電信號(hào)的傳遞。四電極I中A、B、C、D探針均勻安裝在一個(gè)圓柱形硬質(zhì)絕緣材料上，兩兩一組間距相等，探針露出長度相等。液晶顯示模塊7與單片機(jī)MSP430F149相連接，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量區(qū)域電阻值的顯示。數(shù)據(jù)上傳模塊8與單片機(jī)MSP430F149相連接，通過串口通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳到PC 機(jī)，并用MATLAB接收和處理數(shù)據(jù)。當(dāng)四電極電阻式煙草水分檢測(cè)儀工作時(shí)，將四電極I插入被測(cè)物料后會(huì)自動(dòng)選擇量程，通過對(duì)探針裝置I進(jìn)行正反向供電，每一次測(cè)量依次得到四電極I中A、B、C、D間具有極性、兩兩一組的十二個(gè)電信號(hào)，這些電信號(hào)通過單片機(jī)MSP430F149轉(zhuǎn)換成十二個(gè)電阻值，再通過數(shù)據(jù)處理得到該被測(cè)區(qū)域的一個(gè)電阻值。然后將電阻值通過液晶顯示電路7顯示出來，同時(shí)數(shù)據(jù)上傳電路8通過串口通信上傳數(shù)據(jù)到PC機(jī)以便數(shù)據(jù)分析。量程選擇模塊5與單片機(jī)MSP430F149的IO 口 P6. O和P2. O相連接，P2. O通過高低電平方式自動(dòng)選擇量程I或量程2，當(dāng)P6. O采集到得電壓值小于或等于O. OlV時(shí)，檢測(cè)儀自動(dòng)選擇較小量程，否則選擇較大量程。電阻測(cè)量模塊6與單片機(jī)MSP430F149的IO 口 P3. O和Pl. 0-P1. 7相連接，測(cè)量時(shí)將探針插入被測(cè)物料，采用高低電平方式控制繼電器的通斷，并通過對(duì)探針進(jìn)行正反向供電，依次得到四電極A、B、C、D間具有極性的兩兩一組的十二個(gè)電信號(hào)，這些電信號(hào)通過 P3. O采集到單片機(jī)MSP430F149中，再轉(zhuǎn)換成十二個(gè)電阻值，分別為Rab、Rba、Rac、Rca、Ra^Rda、 Rbc> Rcb> Rbd> Rdb> Rcd> Rdc°當(dāng)PI. 0_P1. 7依次分別置為低電平、隨意、高電平、高電平、高電平、 隨意、高電平、隨意時(shí)，得到電極I中A、B間的電阻值Rab ;當(dāng)PI. 0-P1. 7依次分別置為高電平、高電平、低電平、隨意、高電平、隨意、高電平、隨意時(shí)，得到電極I中B、A間的電阻值Rba ; 當(dāng)Pl. 0-P1. 7依次分別置為低電平、隨意、高電平、隨意、高電平、高電平、高電平、隨意時(shí)， 得到電極I中A、C間的電阻值Rac ;當(dāng)PI. 0-P1. 7依次分別置為高電平、高電平、高電平、隨意、低電平、隨意、高電平、隨意時(shí)，得到電極I中C、A間的電阻值Rca ;當(dāng)Pl. 0-P1. 7依次分別置為低電平、隨意、高電平、隨意、高電平、隨意、高電平、高電平時(shí)，得到電極I中A、D間的電阻值Rad ;當(dāng)PI. O-P1. 7依次分別置為高電平、高電平、高電平、隨意、高電平、隨意、低電平、 隨意時(shí)，得到電極I中D、A間的電阻值Rda ;當(dāng)PI. 0-P1. 7依次分別置為高電平、隨意、低電平、隨意、高電平、高電平、高電平、隨意時(shí)，得到電極I中B、C間的電阻值Rbc ;當(dāng)PI. 0-P1. 7 依次分別置為高電平、隨意、高電平、高電平、低電平、隨意、高電平、隨意時(shí)，得到電極I中B、C間的電阻值Rra ;當(dāng)PI. 0-P1. 7依次分別置為高電平、隨意、低電平、隨意、高電平、隨意、 高電平、高電平時(shí)，得到電極I中B、D間的電阻值Rbd ;當(dāng)PI. 0-P1. 7依次分別置為高電平、 隨意、高電平、高電平、高電平、隨意、低電平、隨意時(shí)，得到電極I中D、B間的電阻值Rdb ;當(dāng) Pl. 0-P1. 7依次分別置為高電平、隨意、高電平、隨意、低電平、隨意、高電平、高電平時(shí)，得到電極I中C、D間的電阻值Rm ;當(dāng)PI. 0-P1. 7依次分別置為高電平、隨意、高電平、隨意、高電平、高電平、低電平、隨意時(shí)，得到電極I中D、C間的電阻值Rd。。最后對(duì)這十二個(gè)電阻值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到該被測(cè)區(qū)域的一個(gè)電阻值。探針裝置中電極末端連接線9與電阻測(cè)量模塊6相連接，實(shí)現(xiàn)了電信號(hào)的傳遞。四電極I中A、B、C、D依次兩兩一組間距相等，如圖6所示。電極I采用硬度較強(qiáng)、導(dǎo)電性能好的黃銅。液晶顯示模塊7與單片機(jī)MSP430F149相連接，通過液晶顯示被測(cè)區(qū)域的電阻值。數(shù)據(jù)上傳模塊8與單片機(jī)MSP430F149相連接，通過串口通信上傳數(shù)據(jù)到PC機(jī)，并用MATLAB接收和處理數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種四電極電阻式煙草水分測(cè)試裝置，其特征在于，量程選擇(5)經(jīng)單片機(jī)(2)和電阻測(cè)量電路(6)分別連接電極A、電極B、電極C和電極D，PC機(jī)(3)經(jīng)數(shù)據(jù)上傳電路⑷ 和單片機(jī)(2)與液晶顯示電路(7)連接構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求I所述的四電極電阻式煙草水分測(cè)試裝置，其特征在于，所述的四電極，電極A、電極B、電極C和電極D均勻安裝在圓柱形硬質(zhì)絕緣材料上，兩兩一組，間距相等，電極露出長度相等。
3.按照權(quán)利要求2所述的四電極電阻式煙草水分測(cè)試裝置，其特征在于，所述的硬質(zhì)絕緣材料優(yōu)選塑料、有機(jī)玻璃、電木或陶瓷。
4.一種四電極電阻式煙草水分測(cè)試裝置的測(cè)試方法，其特征在于，包括以下順序和步驟a、將裝置中的四個(gè)電極(I)插入被測(cè)物料，并對(duì)電極A、電極B、電極C和電極D分別進(jìn)行正反向供電；b、量程選擇電路(5)自動(dòng)選擇測(cè)量檔位，依次兩兩一組正反向供電，得到十二個(gè)電信號(hào)，即 VA+B-、VA-B+> \+c-、VA-c+> VA+D-、VA-D-、VB+c-> VB-C+、VB+D-、VB-D+、Vc+D-、VC_D+,這些電信號(hào)由單片機(jī)(2)轉(zhuǎn)換成十二個(gè)電阻值；C、通過數(shù)據(jù)處理得到被測(cè)區(qū)域的平均電阻，該電阻值經(jīng)液晶顯示電路(7)顯示，并經(jīng)數(shù)據(jù)上傳電路⑷的串口傳數(shù)據(jù)到PC機(jī)(3);d、PC機(jī)(3)根據(jù)所測(cè)煙草的電阻與煙草水份對(duì)應(yīng)的反比關(guān)系，計(jì)算得到所測(cè)區(qū)域的煙草水份值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種四電極煙草水分測(cè)試裝置及測(cè)量方法。是利用電阻與水分存在的特定函數(shù)關(guān)系，用四電極作為探頭，通過測(cè)量煙草的電阻來反映煙草的水分含量。由量程選擇經(jīng)單片機(jī)和電阻測(cè)量電路分別連接電極A、電極B、電極C和電極D，PC機(jī)經(jīng)數(shù)據(jù)上傳電路和單片機(jī)與液晶顯示電路連接構(gòu)成。經(jīng)與紅外水分儀相比，本發(fā)明所測(cè)煙草水分含量結(jié)果優(yōu)于紅外水分儀的精度和效率?？朔酥挥靡粚?duì)電極測(cè)量單一電壓存在的電極極化的影響和電極單一方向供電測(cè)量失調(diào)電壓的影響，提高了精度，克服了一對(duì)電極測(cè)量時(shí)區(qū)域選擇的偏差，提高了測(cè)量結(jié)果可信度。檢測(cè)電路簡單，對(duì)物料顏色、形狀規(guī)格和測(cè)量環(huán)境的光線要求較低，可較快得到測(cè)量結(jié)果，能夠測(cè)量物料內(nèi)部水分。
文檔編號(hào)G01N27/07GK102590286SQ20121004811
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者刁庶, 楊蕾玉, 王一, 王君, 郭昌華 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)