利用微波信號檢測糧食中的水分含量的方法和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及糧食水分測量技術領域，尤其涉及一種利用微波信號檢測糧食中的水 分含量的方法和裝置。
【背景技術】
[0002] 在糧食入倉過程中，水分含量檢測具有十分重要的意義，若不及時把水分含量較 高的糧食剔除，入倉后則存在霉變的可能。現(xiàn)行的糧食水分檢測方式為人工抽樣檢測，由于 抽樣檢測方法效率較低，只能對樣本進行較可靠的檢測，缺乏普遍性，使糧堆內(nèi)混入高水分 含量的糧食成為可能。
[0003] 在微波頻段，水的介電常數(shù)遠遠大于一般材料，材料中的水分成為決定整個材料 介電常數(shù)的主要部分，尤其是在X波段，水的損耗因子較高。由于水的介電常數(shù)遠遠大于一 般物質(zhì)，因此被測物中的水分含量越高，被測物的介電常數(shù)就越大。另一方面，穿透被測物 的微波的幅度衰減和相移與被測物的介電常數(shù)有關。因此，通過檢測穿透糧食的微波和未 穿透糧食的微波的幅度和相位差異，檢測糧食對微波信號造成的幅度和相位的變化，結(jié)合 糧食其他參量，如糧食厚度，溫度等，可以計算出糧食中的水分含量。
[0004] 現(xiàn)有技術中的一種利用微波測量糧食中的水分含量的方法為：通過電路向糧食發(fā) 射微波信號，接收上述微波信號穿過糧食后的穿透微波信號，將上述微波信號和穿透微波 信號進行比較，檢測出上述微波信號的能量損耗與相移，根據(jù)該能量損耗與相移計算出糧 食中的水分含量。
[0005] 上述現(xiàn)有技術中的一種利用微波測量糧食中的水分含量的方法的缺點為：該方法 會將微波信號的傳輸通路中除糧食產(chǎn)生的損耗之外的損耗引入測量結(jié)果，其次，由于該方 法所使用的微波信號的頻率較高，對進行能量損耗與相移檢測的電路要求較高，電路較難 實現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的實施例提供了一種利用微波信號檢測糧食中的水分含量的方法和裝置， 以提高糧食中的水分的檢測精度。
[0007] 本發(fā)明提供了如下方案：
[0008] -種利用微波信號檢測糧食中的水分含量的方法，包括：
[0009] 產(chǎn)生兩路同頻率、同相位和同幅度的微波信號，一路微波信號經(jīng)同軸線傳輸；另一 路微波信號經(jīng)發(fā)射天線發(fā)射出去，所述另一路微波信號穿過待測量水分的糧食；
[0010] 將所述經(jīng)同軸線傳輸?shù)囊宦肺⒉ㄐ盘柦?jīng)過下變頻處理后得到對比信號，將所述穿 過糧食的另一路微波信號經(jīng)過下變頻處理后得到測試信號，測量出所述對比信號、測試信 號之間的幅度衰減A與相移差異
[0011] 利用所述幅度衰減A、相移差異-通過密度無關算法計算出所述糧食相關的密度 無關數(shù)ξ，再根據(jù)所述密度無關數(shù)ξ和所述糧食所處的溫度T計算出所述糧食中的水分含 量。
[0012] 所述的產(chǎn)生兩路同頻率、同相位和同幅度的微波信號，包括：
[0013] 利用石英晶體振蕩器產(chǎn)生原始信號，將所述原始信號傳輸給頻率綜合器，所述頻 率綜合器對所述原始信號進行分頻處理后，得到鑒相頻率。所述頻率綜合器根據(jù)鑒相頻率 產(chǎn)生微波信號；
[0014] 將所述微波信號傳輸給可變增益放大器，所述可變增益放大器對所述微波信號進 行放大，將放大后的微波信號傳輸給功分器，所述功分器對接收到的微波信號進行功分處 理，產(chǎn)生兩路同頻率、同相位和同幅度的微波信號。
[0015] 所述的將所述經(jīng)同軸線傳輸?shù)囊宦肺⒉ㄐ盘柦?jīng)過下變頻處理后得到對比信號，將 所述穿過糧食的另一路微波信號經(jīng)過下變頻處理后得到測試信號，包括：
[0016] 設置兩路結(jié)構完全一致的電路：測試通路與對比通路，所述對比通路中包括帶通 濾波器1、低噪放大器1、混頻器1、本振1和低通濾波器1，所述測試通路中包括帶通濾波器 2、低噪放大器2、混頻器2、本振2和低通濾波器2 ;
[0017] 所述對比通路接收所述經(jīng)同軸線傳輸?shù)囊宦肺⒉ㄐ盘?，所述測試通路接收所述穿 過糧食的另一路微波信號；所述本振1產(chǎn)生本振信號，將該本振信號傳輸給混頻器1，所述 本振2產(chǎn)生本振信號，將該本振信號傳輸給混頻器2 ;
[0018] 所述對比通路中的微波信號分別經(jīng)帶通濾波器1、低噪放大器1處理后，傳輸?shù)交?頻器1，所述混頻器1將接收到的微波信號、本振信號進行混頻處理，得到混頻信號1，將該 混頻信號1輸出給低通濾波器1，所述低通濾波器1對所述混頻信號1進行低通濾波處理， 產(chǎn)生對比信號；
[0019] 所述測試通路中的微波信號分別經(jīng)帶通濾波器2、低噪放大器2處理后，傳輸?shù)交?頻器2,所述混頻器2將接收到的微波信號、本振信號進行混頻處理，得到混頻信號2,將混 頻信號2輸出給低通濾波器2,所述低通濾波器2對接收到的混頻信號2進行低通濾波處 理，產(chǎn)生測試信號。
[0020] 所述的利用所述幅度衰減Α、相移差異爐通過密度無關算法計算出所述糧食相關 的密度無關數(shù)ξ，再根據(jù)所述密度無關數(shù)ξ和所述糧食所處的溫度Τ計算出所述糧食中的 水分含量，包括：
[0021] 采樣多個不同溫度、不同水分含量下的糧食樣本，利用所述測試通路與對比通路 得到每個糧食樣本對應的對比信號、測試信號，并通過能量損耗與相移檢測電路利用對比 信號、測試信號測量得出每個糧食樣本的幅度衰減Α與相移差異0 ,利用每個糧食樣本的 幅度衰減A與相移差異於計算出參數(shù)k、af、a、b、c ;
[0022] 根據(jù)所確定的參數(shù)k、af、a、b、c，以及所述糧食的厚度d、能量衰減A及相移Φ，由 下面的公式5、公式6計算出所述糧食相關的密度無關數(shù)ξ ;
[0023]
[0024]
[0026] 由下面的公式8計算出所述糧食的水分含量Μ
[0025]
[0027]
[0028] 所述的采樣多個不同溫度、不同水分含量下的糧食樣本，利用所述測試通路與對 比通路得到每個糧食樣本對應的對比信號、測試信號，并通過能量損耗與相移檢測電路利 用對比信號、測試信號測量得出每個糧食樣本的幅度衰減Α與相移差異Ρ ,利用每個糧食 樣本的幅度衰減A與相移差異，計算出參數(shù)k、af、a、b、c，包括：
[0029] 1、離線采樣N份糧食樣品；
[0030] 2、從N中取&份糧食樣品，將&份糧食樣品配置成不同溫度、不同水分含量下的 糧食樣本，利用所述測試通路與對比通路得到每個糧食樣本對應的對比信號、測試信號，并 通過能量損耗與相移檢測電路利用對比信號、測試信號測量得出每個糧食樣本的幅度衰減 Aj與相移差異Φ j，以及每個糧食樣品的密度P j，j = 1，2,;
[0031] 3、計算 ε』=ε ' .廠i ε " j()
if τ
[0032]
[0033]
[0034] 上述公式1和公式2中的d為糧食的密度，λ。為微波信號的波長，taiu$= : ε
[0035] 根據(jù)上述公式1和公式2計算出ε，結(jié)合公￥使用最小二乘法計 算截距k與斜率af ;
[0036] 4、從N中取N2份待測樣品，將N2份糧食樣品配置成不同溫度、不同水分含量下的 糧食樣本，分別測量出每個糧食樣品的參數(shù)：溫度T p，衰減Ap與相移Φρ，p = 1，2,…，N2。
[0037] 計算 ε ρ = ε，p-i ε " p。
[0038] 計算
[0039] 結(jié)合式
[0040] 根據(jù)所述公式3和公式4使用最小二乘法求解出參數(shù)a、b、c。
[0041] 一種利用微波信號檢測糧食中的水分含量的裝置，包括：
[0042] 微波信號產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生兩路同頻率、同相位和同幅度的微波信號；
[0043] 微波信號傳輸模塊，用于將一路微波信號經(jīng)同軸線傳輸，將另一路微波信號經(jīng)發(fā) 射天線發(fā)射出去，所述另一路微波信號穿過待測量水分的糧食；
[0044] 接收信號處理電路，用于將所述經(jīng)同軸線傳輸?shù)囊宦肺⒉ㄐ盘柦?jīng)過下變頻處理后 得到對比信號，將所述穿過糧食的另一路微波信號經(jīng)過下變頻處理后得到測試信號；
[0045] 能量損耗與相移檢測電路，用于測量出所述對比信號、測試信號之間的幅度衰減A 與相移差異
[0046] 數(shù)據(jù)處理與人機接口電路，用于利用所述幅度衰減A、相移差異#通過密度無關算 法計算出所述糧食相關的密度無關數(shù)ξ，再根據(jù)所述密