苹果介电特性与微波干燥含水率相关性研究

同轴探头法适合于测量果蔬等高损耗材料的介电特性,研究果蔬同轴介电特性与干燥含水率的相关性对于监测果蔬干燥加工过程中含水率的变化情况有重要理论指导意义。为此,以苹果为试验材料,利用同轴探头和网络分析仪测量了500~8.5GHz频率范围内苹果在微波干燥过程中的介电特性。研究表明:随着频率的增加,苹果试样介电常数呈下降趋势,介电损耗因子先下降后增加;通过介电特性指标与干燥含水率的拟合,建立了915MHz和2450MHz频率下苹果的相对介电常数、介质损耗因子与含水率的关系方程。研究结果可为利用同轴介电特性在线监测微波干燥含水率提供依据。     

葵花籽含水率无损检测仪的设计与试验

为了实现对葵花籽含水率的快速、准确检测,采用非接触式平行板电容法对不同含水率水平的葵花籽在不同的温度和频率范围内的介电特性进行研究,建立了描述含水率、温度和介电常数的数学模型,验证了基于介电常数检测葵花籽含水率的可行性和模型的可靠性,并设计了一种能够按预定频率快速可靠地检测葵花籽含水率的装置.试验结果表明:葵花籽含水率...     

苹果含水率与介电常数关系模型的建构

介电常数与含水率有很高的相关性,可通过测量农产品的介电特性参数预测其干燥过程含水率,高压脉冲电场可有效加快干燥过程,但介电常数和含水率在此过程中的影响机理尚待进一步研究。为解决高压脉冲电场作用下果蔬介电常数与含水率之间关系的微观解释不明确问题,建立有效的苹果含水率与介电常数关系模型,本文以苹果为研究对象,三维模拟其内部电场参数,使用蒙特卡罗法对高压脉冲电场下苹果的介电特性进行理论模拟计算,把苹果内部宏观和微观介质作为集总参数来等效替代其内部整体结构。实验结果显示,当修正系数为8.96时,控制苹果相对水含率从88%逐步下降到18%,介电常数计算值与实测值间相对误差稳定在10%以内。研究为脉冲电场处理果蔬加工提供理论依据。     

基于改进Topp模型的红黏土介电特性试验研究

【目的】探讨红黏土介电特性的影响因素并提升Topp模型精度。【方法】以云南红黏土为例,开展以干密度、含水率、温度为变量的介电特性试验,分析不同条件下红黏土相对介电常数的变化规律,构建红黏土相对介电常数模型并对含水率进行预测。【结果】红黏土相对介电常数与含水率、温度、干密度呈正相关,影响因素的相关性程度依次为:含水率>温度>干密度。恒温条件下,Topp模型拟合精度较高;当温度发生变化时,Topp模型拟合精度显著降低。【结论】不同温度条件下Topp模型拟合得到的相对介电常数(ε_r)与体积含水率(θ)的关系存在较大差异,引入温度改进后的Topp模型精度明显提高。     

介电特性在粮食含水率检测中的应用研究

根据农业物料的含水率对其相对介电常数等电参量的影响关系，对水稻、玉米和大豆等3种物料的含水率进行了标定试验，提供了测定含水率的一种更为简单、易行的方法，对物料电特性与介电常数、含水率的函数关系进行了分析和研究。通过相关研究，提出进一步的解决方案。     

基于双线性理论的土壤介电测量研究

针对目前土壤介电计算模型适应性差等问题,基于双线性理论构建了双线性介电计算模型。为探究双线性介电计算模型对土壤介电测量的适应性,选用7种不同质地土壤分别配置0、5、10、15、20、25、30cm3/cm3体积含水率,在0.001～3GHz频域内进行不同含水率下介电谱测量。分析发现,该模型介电谱可很好地反映土壤不同含水率下混合介质的介电特性;土壤含水率介电法测量理想频率点为1.50288GHz。在理想频率点上,基于复介电常数实部和视在介电常数构建了2个土壤含水率频域测量经验公式,通过试验数据分析,土壤含水率复介电实部测量式的计算值与干燥法含水率测量值对比,两者R2为0.9126,RMSE为0.0294cm3/cm3、RPD为3.343;土壤含水率视在介电测量式计算值与干燥法含水率测量值对比,两者R2为0.8907,均优于其他3种经典公式（Topp公式、Roth公式、Malicki公式）。双线性介电计算模型对土壤介电常数计算有良好的适应性,基于该模型建立的土壤含水率频域测量式对土壤含水率有较高的测量精度。     

果蔬冻干水分在线无线监测装置设计与试验

果蔬真空冷冻干燥技术的应用推广,进行低能耗冻干工艺优化具有着重要意义。果蔬冻干工艺优化中关键技术是果蔬冻干水分的在线监测,笔者对此进行了广泛深入的探索;介绍了基于介电方法的果蔬冻干水分无线实时监测系统的设计,基本思路是:无线采集果蔬冻干过程的相对介电常数,利用实验测取的果蔬介电常数与冻干过程的含水率相关关系,实现果蔬冻干过程含水率在线检测;在冻干仓内利用集成电容转换芯片对插入果蔬内部的电极探针间电容进行采样,经过Zig Bee收发芯片无线采集测量结果,并通过上机软件将电容测量值转换为相对介电常数;在不同温度下对传感器进行校准,保证在冻干仓内加热温度下介电常数的在线精确测量。同时,以苹果和土豆为试材的试验验证,结果表明:含水率与相对介电常数有极显著的线性正相关性,无线在线检测果蔬冻干过程含水率可行。     

芒果介电特性与内部品质的关系

为了探索芒果的介电特性与内部品质之间的关系,构建了基于介电特性的无损检测系统,测试芒果的介电参数(相对介电常数和介质损耗因数);同时,用化学方法检测了芒果的理化参数(总糖含量、含水率、维生素C含量和pH值),建立了频率与芒果介电参数的拟合方程,并用SAS软件分析芒果的介电特性与其内部品质的关系,建立了回归方程。因此,可以通过检测芒果的介电参数来预测芒果内部品质的理化参数参考值,从而对芒果进行分选。     

温度对果蔬介电特性影响的试验研究-基于无线装置

真空冻干水分的在线监测对进行低能耗冻干工艺的优化有着重要意义,因此在探索应用介电常数检测真空冷冻水分时需要研究温度对果蔬介电常数的影响。现有介电特性测量装置需要加长导线将探针置入冻干箱内实现在线测量,导致测量结果不稳定,所以采用自制的无线测量装置检测果蔬介电特性。选取苹果和土豆为试材,在试材含水率为10%、20%、30%、40%、50%时,测试不同冻干温度下的相对介电常数。试验结果表明:在相同含水率时,温度是影响果蔬相对介电常数的关键因素,且含水率越高时温度对果蔬相对介电常数影响越大。     

基于准静态同轴探头模型的土壤复介电测量方法

末端开路同轴探头法测量土壤复介电值用于表征土壤含水率具有准确、快捷的优点。针对目前土壤介电同轴探头集总测量模型没有充分考虑探头的参数以及土壤体积对测量结果影响等问题，基于电磁场理论，对末端开路同轴探头建立了准静态数学模型，适用于土壤的复介电常数准确测量。通过全波软件仿真和模型计算结果对比，以无水乙醇介电实测值和理论值对比，验证模型的准确性。采用本文介电测量模型对不同含水率的黄绵土进行测量计算，复介电常数实部与实测土壤含水率二阶多项式拟合决定系数大于0.965，表明本文所提土壤介电测量方法适用于土壤复介电常数和含水率的测量。     

稻谷的摩擦带电特性研究

谷物的摩擦带电特性是谷物电特性之一。对其进行深入研究对谷物加工有着重要的意义。本研究对3个品种的稻谷进行了不同含水率、不同摩擦材料和不同摩擦速度的摩擦带电特性研究。从机理方面解释了稻谷摩擦带电的成因。确定了影响稻谷摩擦带电的主要因素。研究表明,稻谷的摩擦带电与稻谷含水率、摩擦速度、稻谷的介电常数以及摩擦材料等因素有关。     

干燥过程中谷物水分在线测量系统

讨论了以由谷物含水量 (介质介电常数 ε)变化引起电容式传感器振荡频率的变化来测量谷物水分的方法。采用同心圆式电容传感器对谷物干燥设备进行在线水分测量及控制 ,建立了定流量条件下谷物水分同电容传感器振荡频率、谷物温度相关的数学模型     

基于介电特性的联合收获机小麦含水率检测装置研究

谷物水分的快速测量对谷物准确测产、粮食快速收储、精准农业实施具有重要意义。针对联合收获机动态作业条件下小麦水分检测稳定性差、测量精度低等问题,基于小麦介电特性原理,设计一种联合收获机水分在线检测装置,提出一种动态连续取样、静态间歇测量的新方法,实现了联合收获机作业条件下,在线快速稳定检测小麦含水率。在线检测装置由机械动态取样部分、电机控制模块、传感器模块、数据采集模块、卫星定位模块和显示终端组成。其中传感器模块包括水分传感器、温度传感器和料位传感器。开展了静态验证试验和田间动态验证试验。试验结果表明,静态条件下,含水率在线检测误差在3%以内;在田间动态变化条件下,建立了基于介电常数和温度因子的水分检测模型,实测值和检测值相关系数达到0.92,在线检测误差小于5%。采用动态连续采样、静态间歇测量的方法显著提高了含水率在线检测的精度,为实现小麦精准生产提供了一种快速测量手段。     

谷物在线水分传感器的研究

在利用干燥机进行长时间、高降水率谷物干燥过程中,如何进行不同环境条件下、不同谷物含水率的精确在线测量,对于及时和准确地调整干燥机的工作状态、实现谷物合理干燥和粮食储藏具有重要意义。为此,以谷物含水率测量为核心,对常用的含水率测量原理和方法进行归纳和总结,并结合我国谷物干燥条件和传感器的发展趋势,指出我国谷物含水率测量传感器未来应向高精度、大测量范围、自动化、微型化、多功能化及智能化方向发展。     

基于土壤LF-UHF频段介电特性的FDR测量频率研究

土壤介电特性是影响FDR传感器测量土壤含水量精度和适应性的重要物理参数。为了确定28 mm长、10 mm间距的7探针FDR传感器理想频率,通过矢量网络分析仪对4种不同土壤的LF-UHF频段(1 MHz～3 GHz)散射参数进行了测量,通过Logsdon和Laird模型变换,使用Matlab进行了4种土壤表观介电常数的计算和绘制。通过土壤介电频谱分析,研究了土壤极化机理,分析了土壤介电特性与频率的关系,确定了FDR传感器的工作频段为44～398 MHz,考虑到温度对极化的影响,其最佳工作频段为62～110 MHz,其中75 MHz是其工作的最佳频率。此频率下土壤介电值仅对土壤含水量敏感,是消除温度等因素对FDR传感器影响的理想频率。     

智能粮食水分测试仪的研制

给出以AT89C52单片机为核心的粮食水分测试仪的硬件结构组成,并详细介绍了信号处理和测量方法;通过对传感器的标定并进行相应的数据处理。通过实验发现,该仪器使用方便,测量精度高。     

基于介电特性的薏米含水率检测方法

研究了测量信号频率(1～1 000 kHz)、温度(5～40℃)和含水率(14.7%～22.7%)对薏米相对介电常数的影响,分析了影响相对介电常数变化的原因,建立了100 kHz下基于相对介电常数和样品温度预测薏米含水率的数学模型,并对模型进行了验证。研究结果表明,在1～1 000 kHz频段内,薏米的相对介电常数随着样品含水率和温度的升高而增大,却随着信号频率的增大单调减小;频率一定时,可用三次多项式表示含水率与相对介电常数和温度的关系;100 kHz下模型的决定系数是0.997 6,实测薏米含水率与预测含水率的决定系数为0.997 7。     

荞麦籽粒群摩擦力学特性研究

为减少荞麦籽粒在机械化作业过程中的摩擦损失,本文研究了荞麦籽粒群的摩擦力学特性。分别选取黑丰1号和榆荞4号为研究对象,研究不同品种、不同含水率的荞麦籽粒群与不同材料间的滑动摩擦因数,分析不同含水率的荞麦籽粒群休止角。结果表明:品种、含水率对荞麦籽粒群的滑动摩擦因数影响均显著,黑丰1号的滑动摩擦因数均大于榆荞4号;随含水率增加,荞麦籽粒群的滑动摩擦因数呈线性增大趋势。含水率对荞麦籽粒群休止角影响显著,随含水率增加,荞麦籽粒群的休止角近似线性增大,变化范围为27.98°～38.70°。荞麦籽粒群与不锈钢板、铝板两种材料间的滑动摩擦因数分别为:0.332～0.454、0.368～0.503;荞麦籽粒群与不锈钢板间滑动摩擦因数较铝板低。本研究为荞麦机械化作业装备的研制与优化提供理论依据。