基于同心轴圆筒式电容传感器的花生仁水分无损检测技术

为了实现花生仁含水率的快速准确检测,设计了以MSP430单片机为控制芯片的花生仁含水率检测仪,利用圆筒式电容传感器、温度传感器和称质量传感器分别检测花生仁的电容、温度和容积密度,通过信号检测调理电路进行测量信号电容到频率的转换,单片机进行数据处理后计算出花生仁含水率,在液晶屏上显示检测结果,并将检测数据存储到内存卡中。进一步研究了含水率、温度和容积密度对频率的影响规律,建立了描述含水率与差频、温度的数学模型,并验证了基于电容法检测花生含水率的可行性和模型的可靠性。试验表明,在含水率6.4%~18.2%、温度10~40℃范围内,该检测仪的测量相对误差绝对值小于0.5%。该研究为快速无损检测花生仁含水率提供了参考。     

平行极板电容传感器介电式颗粒饲料水分检测仪设计与试验

为了实现颗粒饲料含水率的快速、无损检测,设计了以STM32F103ZET6单片机为控制芯片的颗粒饲料水分检测仪,采用平行极板电容传感器、温度传感器、质量传感器和相应的检测电路分别检测颗粒饲料样品的电容、温度和容积密度,经过单片机进行处理后实现颗粒饲料的含水率检测,并在OLED显示屏上显示检测结果。采用自制颗粒饲料水分检测仪,分析了含水率、温度、容积密度对颗粒饲料相对介电常数的影响规律,并建立了相对介电常数与含水率、温度、容积密度之间的关系模型,模型的决定系数为0.996 8。同时对颗粒饲料水分检测仪的检测精度进行了检验,含水率实测值与仪器检测值之间的决定系数为0.990 3。试验结果表明,与烘干法相比,所设计检测仪的绝对测量误差值在±0.6%以内,具有一定的实用价值。该研究为颗粒饲料水分快速、无损在线检测提供一种新的方法和技术支撑。     

小麦秸秆含水率测量仪的设计与试验

为了实现小麦秸秆含水率的便捷、快速和准确测量,设计了一种以AT89S52单片机为控制器,分别利用平行极板式电容传感器,DS18B20温度传感器和FSR402压力传感器测量电容、温度和容积密度,以液晶显示器显示测量结果的小麦秸秆含水率测量仪。通过试验分析了电容、温度和容积密度测量模块的精度;进而以冬小麦秸秆为对象,研究了秸秆的湿基含水率(10.6%～19.6%)、温度(5～35℃)和容积密度(77.2～103.6kg/m3)对输出电容的影响;建立了电容与主要影响因素的关系模型,并对模型的可靠性及含水率预测精度进行了检验。结果表明,所设计测量仪的含水率绝对测量误差是0.9%～2.2%,灵敏度为0.3%,响应时间小于2s。研究为灵敏、快捷的小麦秸秆含水率检测仪的设计提供了参考。     

针型电容法测量谷物含水率的研究

采用针型电容传感器和测量电路,并采取减小介质损耗的有效措施,研制了测量谷物含水率的针型电容法。实验结果表明,在谷物含水率与输出电压间具有良好的线性关系。该方法具有较高灵敏度、稳定性和良好的动态特性,完全可以满足谷物含水率的测量要求,为谷物含水率的准确、快速和在线测量提供了一种有效的方法。     

附加电阻法快速测定土壤含水率的试验

为了消除电容土壤水分检测中电导影响,提出了基于附加电阻的高频电容土壤水分测定技术,分析了高频电容土壤水分传感器的机理, 建立了基于附加电阻的高频土壤水分数学模型,通过求解土壤水分引起的电容因子,消除了电导的影响,设计了基于附加电阻的平行板电容传感器土壤水分测试电路,并进行土壤测试试验。结果表明：土壤水分引起的电容值与土壤的质量含水率在1%～22%范围内呈线性关系,且基于附加电阻的高频电容土壤水分的测试值 小于2%。     

电介质型水分传感器测定栽培基质含水率的标定模型

土壤与基质的理化特性相差较大,土壤水分传感器测定基质含水率时有较大误差,不能直接用于基质含水率测定。为实现栽培基质水分快速检测,在不同配比的基质中采用电介质型EC-5土壤水分传感器进行了适应性测试。试验研究了温度、体积质量和电导率对传感器输出值的影响,采用多项式和线性回归处理方法,建立了基于温度、体积质量影响下的基质含水率标定模型。试验表明,经标定后,EC-5电介质型土壤水分传感器的测定含水率与实际含水率之间有较好的线性关系（R2＞0.9791）,且最大误差小于13%,因此,EC-5电介质型土壤水分传感器经标定后可作为基质的快速检测设备。     

用基于人工神经网络的数据融合法测量水流泥沙含量

在采用电容传感器测量泥沙含量的过程中，电容传感器的输出值受环境温度的影响较大，为消除温度对测量数据的影响，提出了采用人工神经网络法对传感器进行数据融合处理的方法，该方法以传感器的泥沙含量值与温度值作为网络的输入，通过对网络的训练达到消除非目标参量——温度的影响。试验结果表明该方法收敛速度快，输出稳定性可显著提高，能够有效地消除温度带来的影响。     

基于电容法的施肥量检测系统设计与试验

为了实现施肥机施肥量的在线检测,根据肥料与空气介电特性差异,设计了一种基于电容法的施肥量在线检测系统。采用电容转换芯片PCAP01和单片机STM32F103C8T6搭建电容检测电路,实现了差分电容传感器微电容信号输出的有效获取。研究了环境温度变化对流量传感器的影响规律,建立了氮磷钾肥料质量流量与电容输出的关系模型,并对模型进行了验证。试验结果表明,差分型肥料流量传感器对环境温度变化有很好的适应性,系统能够准确的对肥料质量进行在线检测,最大测量误差为3.75%。另外系统能够准确识别管路堵塞故障,识别准确率达到100%,最大识别响应时间为1.22 s。电容式施肥量在线检测系统为施肥机肥料流量的在线获取提供了有效途径,对于高精度变量施肥作业的实施具有重要的意义。     

小麦叶片电特性与外加电压和频率的关系研究

为了研究小麦叶片含水率快速无损检测的方法,该文以小麦幼苗叶片为材料,用自制的平行板电容式电极研究不同含水率小麦叶片的生理电容、生理电阻对外加测试频率、电压的影响.结果表明:在测试电压1.25V,频率为15.7～150kHz的条件下,小麦的生理电容只因含水率差异而不同,而不受测试频率的影响,但生理电阻在5～150kHz之间与频率呈显著的负相关关系;当测试频率固定为75kHz,电压在0.1V至2.5V之间变化时,小麦的生理电容变化与含水率相关,受电压影响较小,生理电阻与电压为负的乘幂关系;在测试频率为75kHz,电压1.0V时,小麦叶片的生理电容、电阻与含水率均呈现显著相关关系,但利用生理电容变化测定小麦幼苗叶片含水率较用生理电阻测定结果准确.因此,可以利用叶片电特性,尤其是生理电容进行小麦叶片含水率快速无损检测.     

贮藏条件对糙米水分变化的影响规律

为探讨贮藏条件对糙米含水率随时间变化规律,以环境温度和相对湿度为影响因素,采用全因素组合试验方法设计试验,应用静力学法进行了试验研究。利用SAS软件处理试验结果,建立了贮藏环境温度和相对湿度对糙米含水率随时间变化影响规律的数学模型,经检验方程显著性水平小于0.001。研究结果表明,贮藏过程中的环境温度和相对湿度对糙米含水率的变化影响显著,所建立的数学模型可以描述和预测糙米含水率在贮藏仓内的变化规律,指导糙米加工及安全贮藏。     

四端子电极提高根系生物量电容法估测的有效性

二端子结构在测定根系电容时伴生的电极接触效应会影响根系电容的有效测量。分别采用二端子和四端子2种结构在土壤相对含水率为25%~30%、55%~60%和85%~90%下测定玉米根系电容,研究土壤含水率对电极接触效应的影响,并建立不同土壤水分条件和结构下根系电容与根系生物量的关系,探讨四端子结构在电容法估测根系生物量中的有效性。结果表明,二端子结构测定的根系电容较四端子结构小,随着土壤含水率减小,电极接触效应增大,在土壤相对含水率为25%~30%下最为明显。在土壤相对含水率为85%~90%时,2种结构下玉米根系电容表征根系生物量的有效性相近(二端子结构:R~2=0.63,P0.05;四端子结构:R~2=0.66,P0.05),但随土壤含水率减小,与四端子结构相比,二端子结构下玉米根系电容表征根系生物量的有效性急剧下降,在土壤相对含水率为25%~30%时最为明显,二端子结构R~2=0.37(P0.05)而四端子结构R~2=0.59(P0.05)。研究认为,土壤含水率越低,与二端子结构相比,四端子结构下根系电容表征根系生物量的有效性越好。     

超级电容动态容值测量与容值函数参数估计

针对目前的超级电容参数在线识别方法动态参数测量困难,通用性差,精度低的缺点,提出一种超级电容动态容值测量与参数识别方法。该方法中提出了动态电容值测量模型,通过电荷关系式与能量关系式联立推导动态电容值测量方程组,并采用限定记忆最小二乘法进行参数识别,应用时域仿真对该方法进行了验证。仿真结果表明,该文提出的电容值测量与参数识别方法适用于多种不同的容值函数。当测量信号存在噪声时仍可对电容测量,平均误差低于1%,参数估计相对误差低于20%,可以应用于超级电容动态容值测量。     

高水分稻谷分程干燥工艺及效果

针对中国南方地区稻谷收获季节需及时干燥高水分稻谷的市场需求较大和粮食干燥机的保有量较少、干燥机的使用效率受气候条件影响的技术现状,将收获的稻谷分为较高水分干燥过程和较低水分干燥过程。当稻谷含水率高于18%时,采用56～85℃的干燥介质,降水速率为0.90～2.94%/h;当稻谷含水率小于等于18%时,采用50～58℃的干燥介质,降水速率为0.49～0.93%/h。在2次干燥过程之间,采用通风仓暂存。现场试验表明,与恒温干燥工艺相比较,分程干燥工艺在保证稻谷烘后品质的条件下,可缩短干燥时间约12.8h,平均降水速率提高0.7%/h,一个收获期内可使干燥机处理量增加225%,提高干燥机的使用效率152%,且总干燥成本降低5%,有助于又好又快地进行高水分稻谷的干燥。     

基于探地雷达和电容法的作物根系原位无损测量技术研究进展

改善根系结构提高作物的抗逆特性是保障粮食安全的有效途径。但传统破坏性取样根系测量方法费时费力，且破坏了根系的原位状态。为满足栽培和育种对根系信息的需求，亟需发展原位无损的根系测量方法。因此，该研究综述了相关技术的研究现状，以目前能够在田间应用的作物根系原位无损测量技术-探地雷达和电容法为例，系统分析总结了两者技术原理、当前应用情况、存在的关键问题以及未来研究方向等，研究认为，提高探地雷达测量作物根系的精度和证实电容法测量根系的可行性是未来研究主要的着力点。     

稻谷收获期粒间水分分布的研究

利用计算机和单粒水分测定装置,测定了稻谷成熟、收获、堆放过程中粒体之间的水分分布,研究了粒体之间的水分交换机理。发现在收获期稻粒的含水率受外界环境条件的影响很大,高温高湿的气候特点造成稻粒表层吸附大量自由水分是形成稻谷高湿的主要原因。比较新收稻谷和糙米粒间水分分布发现,稻谷的含水率始终比糙米的含水率高出很多,由此推测稻壳中的含水率比较高,这为安排工艺快速去除新收稻谷表面水分提供了依据。     

基于交流阻抗法的小麦秸秆含水率检测仪设计

为了给秸秆含水率的检测提供廉价、便捷的检测仪,该文基于交流阻抗法设计了以单片机为控制器,能够检测阻抗、温度和压力的小麦秸秆含水率检测仪。建立了阻抗与小麦秸秆的湿基含水率（10.4%～19.7%）、温度（5～40℃）和容积密度（75.3～101.3 kg/m3）的三元三次关系模型,分析了各因素对模型影响的显著性,指出容积密度对模型影响不显著。进而建立了阻抗与湿基含水率和温度的二元三次模型;验证了模型的可靠性以及基于阻抗和温度预测秸秆含水率的精度。与烘干法相比,该文所设计的小麦秸秆含水率检测仪对于含水率10%～20%,温度在5～40℃的小麦秸秆含水率的绝对测量误差为-2.0%～0.9%,当单片机的晶振频率为11.0592 MHz时,检测响应时间小于1.5 s。该研究为小麦秸秆含水率的快速、现场检测提供了一种装置。     

高频电容式联合收获机谷物含水量在线监测装置研制

为实现联合收获机谷物含水率在线测量,使智能测产更加精确、收获速度更加合理,该文研制了高频电容式谷物含水率在线监测装置。利用有限元分析软件COMSOL Multiphysics,建立电容极板模型,针对电容极板的厚度、极板间距、相对面积对边缘效应的影响进行了三因素三水平正交优化仿真,根据仿真结果选择极板厚度0.15 mm、极板间距20 mm、极板间相对面积3 000 mm2的紫铜板作为电容极板。以STM32F103系列微处理芯片为核心构建了谷物含水率在线监测装置,设计了由电源模块、高频激励信号、交流小信号放大电路、电容极板、信号调理电路、均方根转换电路等组成的传感器检测电路。为了更加准确地监测出谷物含水率、简化电路结构、降低成本,分别对不同频率信号源进行了Multisim仿真和试验验证,最终选取10 MHz的高频信号为监测装置激励信号。该装置能对谷物含水率进行在线监测、实时显示以及存储。对谷物含水率在线监测装置分别进行了室内静态监测和田间在线监测试验,结果表明:室内静态监测试验的最大相对误差为1.57%,田间在线监测试验的最大相对误差为2.07%。