基于介电特性与回归算法的玉米叶片含水率无损检测

利用0.06~200 k Hz范围内拥有36个频率点的LCR测量仪及自制夹持平行电极板,测量280片不同含水率玉米叶片的相对介电常数ε'及介电损耗因子ε″;利用干燥法测量玉米叶片的湿基含水率。利用逐步回归法(SWR)与多元线性回归(MLR)结合的线性建模方法和连续投影算法(SPA)与支持向量回归(SVR)结合的非线性建模方法,分别建立玉米叶片介电参数(ε'、ε″及两者融合信息3种参数)与湿基含水率的关系模型,并应用留一交叉验证法选取2种建模方法的最佳关系模型。分析表明,非线性模型较线性模型具有更高的预测能力,且基于ε'与ε″的融合信息运用连续投影算法(SPA)与支持向量回归(SVR)相结合的非线性建模方法使模型原72个变量精简到10个,剔除了模型中冗余度较高的变量,有效降低了模型的复杂度,得到最高的测试集决定系数R2P(0.804)和最小的测试集均方根误差RMSEP(0.017 6)。结果表明基于介电特性的玉米叶片含水率无损检测方法是可行的,为快速检测其他农作物的生理信息提供了一种可靠的方法。     

基于果品介电特性的无损检测技术研究进展

果品介电特性的研究有利于对果品品质进行分析和监控,也能有效地利用电特性对水果进行分选、贮藏、保鲜、加工以及品质检测等。通过对国内外基于介电特性的水果品质无损检测技术的现状及发展方向进行深入的分析研究,指出了目前我国在该领域研究中存在的问题和今后的研究重点。     

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。     

基于介电特性的水果成熟度无损检测研究进展

介绍了近年来应用在水果的成熟度判定和品质筛选上的一种无损检测技术——介电特性检测技术,详细介绍了介电特性测定水果成熟度的基本原理、介电特性测量技术及各测量技术的优缺点,综述了平行极板技术与同轴探头技术在水果成熟度检测上的应用.同时,指出了目前我国在该领域研究中存在的问题和今后的研究重点.     

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。     

基于介电特性的小杂粮含水率检测仪设计与试验

以直流充/放电电路、温度传感器DS18B20和等臂电桥电路分别检测小杂粮的电容、温度和容积密度;以C51为程序开发语言,设计了一种基于介电特性的小杂粮含水率检测仪.以小米为对象,应用自制仪器研究了含水率、温度和容积密度对电容的影响规律;建立了描述电容与含水率、温度关系的数学模型;并对模型的可靠性进行了验证.检验了所设计的小杂粮检测仪在基于电容和温度预测小米含水率方面的可行性.结果表明,在湿基含水率11％ ～ 19％、温度5～ 40℃的范围内,该检测仪的测量精度为±0.5％,响应时间小于3 s.     

介电谱无损检测梨内部品质方法研究

为了探索利用介电谱无损检测采后梨内部品质的潜力,采用同轴探头技术测量了采摘于4个果园的310个砀山酥梨在采后8周贮藏期间20~4 500 MHz间201个频率点下的相对介电常数和介质损耗因数;分别以可溶性固形物含量(SSC)、硬度和含水率作为内部品质指标,基于x-y共生距离的样本划分法确定了校正集样本233个和预测集样本77个。采用连续投影选法(SPA)从全介电谱中分别提取出了15个、14个和15个用于预测SSC、硬度和含水率的特征变量;建立了基于全介电谱和SPA提取的特征变量预测SSC、硬度和含水率的最小二乘支持向量机(LSSVM)、极限学习机和BP神经网络模型。结果指出,基于全介电谱的LSSVM模型具有最好的SSC决定性能和良好的预测能力,其校正集和预测集相关系数分别为0.974和0.931,校正集和预测集均方根误差分别为0.592°Brix和0.868°Brix,剩余预测偏差为2.65;基于SPA的LSSVM模型可粗略预测含水率;但是所有模型对硬度的预测能力很差。研究结果表明,介电谱结合LSSVM可用于无损检测梨的SSC和含水率,但尚难用于检测梨的硬度。     

牛奶含水率介电谱结合化学计量学检测方法

为了实现牛奶含水率的快速检测,采用网络分析仪和同轴探头测量了室温((25±0.5)℃)下20~4 500 MHz间105个牛奶样品的相对介电常数和介质损耗因子。发现基于单一频率下的介电参数很难预测牛奶的含水率。为此,将介电谱与化学计量学方法相结合预测牛奶的含水率。基于X-Y共生距离法进行了样本集划分,得到校正集样本75个和预测集样本30个。采用连续投影算法从全介电谱中提取出了15个用于预测牛奶含水率的特征变量;建立了基于全介电谱和连续投影算法提取的特征变量预测牛奶含水率(87.28%~91.30%)的广义神经网络、支持向量机和极限学习机模型。结果发现,基于连续投影算法提取的特征变量所建立的极限学习机模型是预测牛奶含水率的最优模型,其预测相关系数、预测均方根误差和剩余预测偏差分别为0.988、0.119%和6.723。研究表明,介电谱结合化学计量学方法可用于检测牛奶的含水率。     

介电特性的研究与应用

近年来有关介电特性的研究取得了很大进展．对介电特性的基本概念、影响因素、测定方法及其应用进行了简要综述。     

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...     

应用电特性测量大豆含水率的实验研究

对基于电特性的大豆含水率测量方法进行研究,自制圆筒形电容器,利用智能 LCR 测量分析仪对不同含水量的大豆样品进行测试。实验结果表明,在1 kHz 频率下,大豆含水率与其等效电容值之间有显著相关性;利用BP 神经网络对实验数据建模,结果表明, BP 神经网络预测值和实验值非常接近;利用大豆电特性进行含水量检测,可以满足大豆含水率快速无损检测的要求。     

基于水平尺度扩展的土壤水分介电传感技术

设计了一种水平放置管式结构的介电水分传感器测量系统,通过水平往复移动扫描,测量一定深度下水平剖面的土壤水分。水分传感器的测量原理为频域(FD)外缘场阻抗法,该系统实现了土壤水平剖面含水率的线扫描测量,其最大扫描长度为380 cm。为了检验该测量系统的技术性能与可应用性,结合农田滴灌试验给出了2个点源激励下土壤入渗的应用测试案例。试验结果显示了不同质地土壤的入渗差异并记录了点源激励下土壤入渗过程的时间、空间三维数据。     

桃10～4500 MHz间的介电特性与内部品质关系分析

以不同成熟度的银风桃为对象,利用同轴探头技术测量了25℃下10~4500MHz间桃肉和桃汁的介电参数,并测量了桃肉的含水率、桃汁的可溶性固形物含量、pH值和电导率,分析了介电特性和内部品质间的关系.结果表明,桃肉和桃汁的相对介电常数皆随着频率的增大单调减小,而介质损耗因数呈现"V"型的变化趋势.离子的导电性和偶极子的极化分别是引起低频和高频下介电损耗的主要原因.桃肉和桃汁的介电参数与可溶性固形物含量、pH值以及含水率间没有明显的线性关系.     

基于平衡水分模型的稻谷含水率实时监测系统

基于静力学谷物平衡水分模型,利用无线传感器网络及嵌入式技术设计了仓储中稻谷含水率实时监测系统.通过试验验证改进Henderson、改进Chung-Pfost和改进Owin模型及对应参数的稻谷含水率预测误差和精度,结果表明改进Chung-Pfost模型具有准确预测的精度,且当参数A=363.06、B=0.1804、C=26.674时该模型的预测精度较高.通过测试传感器节点的传输质量,表明系统能够实现数据稳定的传输.     

基于电容式湿度传感器的植物粉料含水率测量

提出了一种基于电容式湿度传感器的植物粉料含水率测量方法。由电容式湿度传感器和数据采集卡组成的测量系统获取植物粉料含水率数据,应用一阶差分法剔除奇异值后,通过惯性滤波法处理数据。由菊花粉含水率的13个测量值与烘干法测得的真值对比试验结果可知,测量值与真值之间的最大相对误差为1.61%,平均相对误差为0.76%,均小于5%(测量样品数为5时置信区间为95%),表明该方法能够用于测量低水分植物粉料的含水率。     

基于电容法的稻谷含水率检测

为快速准确测量稻谷含水率,设计了一种单一平面电容传感器探头,并应用电容数字转换芯片AD7150设计转换电路.传感器探头将稻谷含水率转换成电容,转换电路将电容模拟量转换成数字量,经单片机处理后获得稻谷含水率.对传感器进行了标定试验和温度特性试验,结果表明稻谷含水率在8％ ～ 23％的范围里,含水率预测误差为±0.8％;温度在12 ～33℃范围内,稻谷含水率为12.86％时,温度漂移量为0.2％/℃.     

基于反射光谱的苹果叶片叶绿素和含水率预测模型

为探索苹果叶片叶绿素含量(质量比)、叶片含水率与反射光谱之间的关系,以华北地区苹果树为研究对象,分别测定了各个关键生长期苹果叶片的光谱反射率、叶绿素含量和叶片含水率。分析光谱反射率与叶绿素含量以及叶片含水率之间相关性发现,在不同生长时期,苹果叶片叶绿素a含量与反射光谱在515~590 nm和688~715 nm两组波段内具有较高的相关性,且果实成熟期数据显示相关度最高(R2=0.6)。在420~500 nm、640~680 nm、740~860 nm 3个波段叶片含水率与反射光谱有较高的相关性,且果实膨大期的叶片含水率在可见光波段的相关系数最大。根据所选敏感波段,分别利用多元线性回归、主成分分析和人工神经元网络建立基于反射光谱的苹果叶片不同生长时期叶绿素和含水率的预测模型。通过对所建立的预测模型进行校验,结果显示,利用主成分分析方法所建立的苹果叶片叶绿素含量预测模型的决定系数最高(R2=0.885 2),校验系数为0.828 9。该模型可以较为准确地预测苹果叶片叶绿素含量。而采用神经元网络所建立苹果叶片含水率预测模型的决定系数R2=0.862,校验系数为0.8375,预测效果最好。     

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。