基于高頻電磁波的玉米果穗含水率測量裝置的制作方法

本發(fā)明涉及含水率測量技術領域，更具體地，涉及基于高頻電磁波的玉米果穗含水率測量裝置。

背景技術：

玉米是中國第二大糧食作物，在糧食生產(chǎn)中占有重要地位。玉米果穗含水率測量是玉米作物遺傳育種過程中的一個重要環(huán)節(jié)，對選育脫水速率快、成熟后含水率低的玉米品種具有重要意義。玉米果穗形態(tài)各異，含水率相對復雜，目前國內(nèi)玉米水分測量方法絕大多數(shù)是針對玉米籽粒，鮮有對玉米果穗的研究?，F(xiàn)有的玉米水分測量技術不能實現(xiàn)無損測量，且存在測量精度低，速度慢，易受外界環(huán)境因素影響，儀器設備昂貴等諸多問題。

針對上述的技術問題，玉米水分測量技術經(jīng)過漫長的研究，形成了多種測量方法，其主要有干燥法、電阻法、電容法、射線法、中子法等。其中，利用玉米的介電特性來測量玉米含水率是一種快速、高效、簡單、可靠的方法。如電阻式水分儀是利用物體的直流電阻或電導隨其含水率不同而變化的原理設計的，根據(jù)電阻值的變化來檢測物體含水率。如在公開號為CN104713910A的中國專利發(fā)明公開了一種電阻式谷物水分檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)響應快，精度高，可以實時連續(xù)測量谷物水分；但需要把谷物磨碎，才可獲得其內(nèi)部水分。這種測量方法，雖然測量速度快，且準確性較高，但是需要將谷物破碎。公開號為CN103940858A的中國專利發(fā)明公開了一種電容式谷物水分在線檢測方法及裝置，該裝置在谷物靜止狀態(tài)下采集此時谷物的溫度和電容值，并根據(jù)預先標定的回歸公式計算出被測谷物的含水率，該裝置成本低，方便維護，易于實現(xiàn)連續(xù)快速測量；但測量影響因素較多，精度不高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種在不破壞玉米果穗的情況下，可實現(xiàn)玉米果穗水分高精度、實時測量的基于高頻電磁波的玉米果穗含水率測量裝置及其方法，以解決現(xiàn)有玉米水分測量技術不能實現(xiàn)無損測量，且存在測量精度低，速度慢，易受外界環(huán)境因素影響，儀器設備昂貴等問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種基于高頻電磁波的玉米果穗含水率測量裝置，其包括用于產(chǎn)生高頻電磁波的信號發(fā)生模塊、與該信號發(fā)生模塊的輸出端連接的檢測模塊、用于檢測所述檢測模塊的輸出信號峰值的數(shù)據(jù)采集模塊、和數(shù)據(jù)處理模塊，所述的檢測模塊通過所述的數(shù)據(jù)采集模塊與所述的數(shù)據(jù)處理模塊電性相連，所述的檢測模塊包括發(fā)射線圈和接收線圈，所述的發(fā)射線圈和所述的接收線圈分別相對設置在待檢玉米果穗兩側(cè)。

在上述方案基礎上優(yōu)選，所述的檢測模塊包括一空心絕緣的塑料管，所述的塑料管上設有一用于容置待檢玉米果穗的孔洞，所述的發(fā)射線圈和接收線圈分別設置所述孔洞的兩側(cè)。

在上述方案基礎上優(yōu)選，所述的發(fā)射線圈和接收線圈均為表面涂覆有絕緣漆層的粗銅導線。

在上述方案基礎上優(yōu)選，所述的信號發(fā)生模塊包括用于產(chǎn)生高頻電磁波信號的信號發(fā)生器和與該信號發(fā)生器電性連接的低通濾波器。

在上述方案基礎上優(yōu)選，所述信號發(fā)生器發(fā)出的電磁波信號為10MHz-150MHz的正弦波信號。

在上述方案基礎上優(yōu)選，所述的信號發(fā)生模塊與所述的檢測模塊之間還設有一信號預處理模塊。

在上述方案基礎上優(yōu)選，所述的信號預處理模塊包括高頻功率放大器、隔離器和衰減器，所述的高頻功率放大器通過所述的隔離器與所述的衰減器電性相連。

在上述方案基礎上優(yōu)選，所述的數(shù)據(jù)處理模塊包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、單片機和與所述的單片機輸出端連接并用于顯示檢測值的顯示器，所述的數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端分別與所述的A/D轉(zhuǎn)換模塊和單片機電性相連。

本發(fā)明還提供了一種玉米果穗含水率測量方法，其包括以下步驟，

A.信號發(fā)生模塊發(fā)射高頻電磁波穿過待檢測玉米果穗，獲取衰減后電磁波信號幅值；

B.基于電磁波信號衰減幅值與玉米果穗含水率的數(shù)學模型，獲取當前檢測玉米果穗的含水率。

在上述方案的基礎上優(yōu)選，所述步驟B中的數(shù)學模型的計算公式如下：y＝0.3011x+0.0596；

其中，x表示電磁波信號幅值，y表示玉米果穗含水率。

本發(fā)明提出一種基于高頻電磁波的玉米果穗含水率測量裝置及其方法，利用高頻電磁波經(jīng)玉米果穗透射后能量不斷衰減的特性，且能量的衰減主要體現(xiàn)在輸出電磁波的幅值上，通過檢測高頻電磁波經(jīng)玉米果穗透射后由接收線圈接收到的信號幅值變化建立幅值與玉米果穗含水率的函數(shù)關系，以檢測出玉米果穗中的含水率。本發(fā)明的一種基于高頻電磁波的玉米果穗含水率測量裝置，其可實現(xiàn)玉米果穗含水率實時在線無損測量，其測量速度快，精度高，成本低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基于高頻電磁波的玉米果穗含水率測量裝置的結構框圖；

圖2為本發(fā)明的檢測模塊的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明的一種基于高頻電磁波的玉米果穗含水率測量方法的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

實施例一

請參閱圖1所示，本發(fā)明的一種基于高頻電磁波的玉米果穗含水率測量裝置，其包括用于產(chǎn)生高頻電磁波的信號發(fā)生模塊、與該信號發(fā)生模塊的輸出端連接的檢測模塊、用于接收該檢測模塊的輸出信號峰值的數(shù)據(jù)采集模塊、和數(shù)據(jù)處理模塊，檢測模塊通過數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)處理模塊電性相連，檢測模塊包括發(fā)射線圈2和接收線圈4，發(fā)射線圈2和接收線圈4分別相對設置在待檢玉米果穗3兩側(cè)。

檢測時，通過信號發(fā)生模塊產(chǎn)生高頻電磁波，高頻電磁波通過發(fā)射線圈2發(fā)射出去，并經(jīng)過玉米果穗3衰減后，被接收線圈予以接收，接收線圈4將經(jīng)過衰減后的高頻電磁波發(fā)送至數(shù)據(jù)采集模塊，通過數(shù)據(jù)采集模塊采集并保持接收接收線圈4輸出的衰減后的高頻電磁波信號的幅值，并將該衰減后的高頻電磁波幅值發(fā)送至數(shù)據(jù)處理模塊予以處理，并根據(jù)衰減后高頻電磁波的信號幅值與玉米果穗3含水率之間的數(shù)學模型，以獲取當前檢測玉米果穗3的含水率。

本發(fā)明的一種基于高頻電磁波的玉米果穗含水率測量裝置，其利用高頻電磁波測量玉米果穗3含水率，無須破碎玉米，可實現(xiàn)玉米果穗3含水率的無損、實時在線測量，測量數(shù)據(jù)準確可靠。

實施例二

請參閱圖1所示，本發(fā)明的一種基于高頻電磁波的玉米果穗含水率測量裝置，其包括用于產(chǎn)生高頻電磁波的信號發(fā)生模塊、與該信號發(fā)生模塊的輸出端連接的檢測模塊、用于接收該檢測模塊的輸出信號峰值的數(shù)據(jù)采集模塊、和數(shù)據(jù)處理模塊，檢測模塊通過數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)處理模塊電性相連，檢測模塊包括發(fā)射線圈2和接收線圈4，發(fā)射線圈和接收線圈4分別相對設置在待檢玉米果穗3兩側(cè)。

本發(fā)明的檢測模塊包括一空心絕緣的塑料管1，塑料管1上設有一用于容置待檢玉米果穗3的孔洞，發(fā)射線圈2和接收線圈4分別設置孔洞的兩側(cè)，如圖2所示。

測量時，可直接將玉米果穗3通過塑料管1上的孔洞予以固定，操作方便快捷。同時，由于本實施例中的檢測模塊采用了空心絕緣的塑料管1作為玉米果穗3和發(fā)射線圈2及接收線圈4的載體，可利用塑料管1的絕緣特性，以避免其對高頻電磁波的影響，確保測量的準確性，其中，本發(fā)明的塑料管1優(yōu)選采用壁厚為0.5cm，內(nèi)徑為10.5cm的塑料管1。

為了減少高頻狀態(tài)下線圈之間的分布電容對電路的影響，本發(fā)明的發(fā)射線圈2和接收線圈4均為表面涂覆有絕緣漆層的粗銅導線。實驗證明當發(fā)射線圈2與接收線圈4在塑料管1上采用以下方式設置時，其測量數(shù)據(jù)準確性更高，即發(fā)射線圈2和接收線圈4在塑料管1上均為10層，且每層80匝上下線圈交叉成15°角度。

為了便于高頻電磁波穿透玉米果穗3，本發(fā)明塑料管1上孔洞最好是設置在接收線圈4與發(fā)射線圈2的兩側(cè)。

實施例三

請繼續(xù)參閱圖1所示，本發(fā)明的一種基于高頻電磁波的玉米果穗含水率測量裝置，其包括用于產(chǎn)生高頻電磁波的信號發(fā)生模塊、與該信號發(fā)生模塊的輸出端連接的檢測模塊、用于接收該檢測模塊的輸出信號峰值的數(shù)據(jù)采集模塊、和數(shù)據(jù)處理模塊，檢測模塊通過數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)處理模塊電性相連，檢測模塊包括發(fā)射線圈2和接收線圈4，發(fā)射線圈2和接收線圈4分別相對設置在待檢玉米果穗3兩側(cè)。

本發(fā)明的信號發(fā)生模塊包括用于產(chǎn)生高頻電磁波信號的信號發(fā)生器和與該信號發(fā)生器電性連接的低通濾波器。

其中，本發(fā)明的信號發(fā)生器，優(yōu)選采用51單片機控制下的AD9851信號發(fā)生芯片，該AD9851信號發(fā)生芯片所產(chǎn)生的高頻電磁波的頻率、幅值、頻率帶寬和波形種類都是可控的信號，用來發(fā)射頻率范圍為10MHz-150MHz的正弦波信號，且由于該頻率的高頻電磁波其穿透性更好，從而使其最終測量的結果更準確。本發(fā)明的低通濾波器，可采用橢圓函數(shù)的低通濾波電路以濾除DDS輸出信號的高頻干擾信號，確保信號源輸出信號純正、穩(wěn)定，以提高其測量的準確性和可靠性。

實施例四

請繼續(xù)參閱圖1所示，本發(fā)明的一種基于高頻電磁波的玉米果穗含水率測量裝置，其包括用于產(chǎn)生高頻電磁波的信號發(fā)生模塊、與該信號發(fā)生模塊的輸出端連接的檢測模塊、用于接收該檢測模塊的輸出信號峰值的數(shù)據(jù)采集模塊、和數(shù)據(jù)處理模塊，檢測模塊通過數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)處理模塊電性相連，檢測模塊包括發(fā)射線圈2和接收線圈4，發(fā)射線圈2和接收線圈4分別相對設置在待檢玉米果穗3兩側(cè)。

本發(fā)明的信號發(fā)生模塊與檢測模塊之間還設有一信號預處理模塊，該信號預處理模塊包括高頻功率放大器、隔離器和衰減器，高頻功率放大器通過隔離器與衰減器電性相連。

工作時，高頻功率放大器將高頻電磁波信號的幅值予以增大，以保證正常驅(qū)動發(fā)射線圈2，并通過隔離器隔離與玉米果穗3不匹配產(chǎn)生的反射波，從而保證輸出電磁波的輸出頻率與功率的穩(wěn)定性，確保其測量準確性和穩(wěn)定性，同時利用衰減器調(diào)節(jié)傳輸過程中來改變頻率的大小，滿足實際測量的要求。其中，本發(fā)明的高頻功率放大器可采用甲乙類互補對稱功率放大電路。

實施例五

請繼續(xù)參閱圖1所示，本發(fā)明的一種基于高頻電磁波的玉米果穗含水率測量裝置，其包括用于產(chǎn)生高頻電磁波的信號發(fā)生模塊、與該信號發(fā)生模塊的輸出端連接的檢測模塊、用于接收該檢測模塊的輸出信號峰值的數(shù)據(jù)采集模塊、和數(shù)據(jù)處理模塊，檢測模塊通過數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)處理模塊電性相連，檢測模塊包括發(fā)射線圈2和接收線圈4，發(fā)射線圈2和接收線圈4分別相對設置在待檢玉米果穗3兩側(cè)。

本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理模塊包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、單片機和與單片機輸出端連接并用于顯示檢測值的顯示器，數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端分別與A/D轉(zhuǎn)換模塊和單片機電性相連。其中數(shù)據(jù)采集模塊為峰值檢測電路，且該峰值檢測電路優(yōu)選采用高速低噪聲低失真運算放大器AD8022檢測接收線圈電磁波信號的峰值。

工作時，峰值檢測電路將獲取到的衰減后電磁信號的峰值，并將該峰值發(fā)送至單片機和A/D轉(zhuǎn)換模塊，通過A/D轉(zhuǎn)換電路將保持住的波峰模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸入到單片機，并利用顯示器將測量的數(shù)據(jù)予以數(shù)字化顯示，方便用戶實時直觀獲取測量數(shù)據(jù)。

其中，A/D轉(zhuǎn)換電路，可采用ADC0804芯片作模數(shù)轉(zhuǎn)換器，而顯示屏可采用1602液晶顯示屏。

以下將結合附圖，詳細介紹本發(fā)明的一種玉米果穗3含水率測量方法。

第一實施例

請參閱圖3所示，本發(fā)明的一種玉米果穗含水率測量方法，其包括以下步驟，

A.信號發(fā)生模塊發(fā)射高頻電磁波穿過待檢測玉米果穗3，獲取衰減后電磁波信號幅值；

B.基于電磁波信號衰減幅值與玉米果穗3含水率的數(shù)學模型，獲取當前檢測玉米果穗3的含水率。

使用時，通過信號發(fā)生模塊發(fā)射高頻電磁波，高頻電磁波經(jīng)過玉米果穗3后，由于玉米果穗3中所含水的作用，高頻電磁波在穿過玉米果穗3后，導致高頻電磁波的幅值變小，利用玉米果穗3含水率與衰減后電磁波的幅值之間的關系，準確獲取玉米果穗3中的含水率。

其中，本發(fā)明的電磁波信號衰減幅值與玉米果穗3含水率的數(shù)學模型可以用以下公式表達：y＝0.3011x+0.0596；

其中，x表示電磁波信號幅值，y表示玉米果穗3含水率。

本發(fā)明提出一種基于高頻電磁波的玉米果穗含水率測量裝置及玉米果穗含水率測量方法，利用高頻電磁波經(jīng)玉米果穗3透射后能量不斷衰減，能量的衰減主要體現(xiàn)在輸出電磁波的幅值上，通過檢測高頻電磁波經(jīng)玉米果穗3透射后由接收線圈接收到的信號幅值變化建立幅值與玉米果穗3含水率的函數(shù)關系，以檢測出玉米果穗3中的含水率。本發(fā)明的一種基于高頻電磁波的玉米果穗含水率測量裝置，其可實現(xiàn)玉米果穗3含水率實時在線無損測量，其測量速度快，精度高，成本低。

本發(fā)明提出一種基于高頻電磁波的玉米果穗含水率測量裝置，利用高頻電磁波經(jīng)玉米果穗3透射后能量不斷衰減，能量的衰減主要體現(xiàn)在輸出電磁波的幅值上，通過檢測高頻電磁波經(jīng)玉米果穗3透射后由接收線圈接收到的信號幅值變化建立幅值與玉米果穗3含水率的函數(shù)關系，以檢測出玉米果穗3中的含水率。本發(fā)明的一種基于高頻電磁波的玉米果穗含水率測量裝置，其可實現(xiàn)玉米果穗3含水率實時在線無損測量，其測量速度快，精度高，成本低。

最后，本發(fā)明的方法僅為較佳的實施方案，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。