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％/℃.     

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。     

谷物含水率在线测试系统的研究

从理论上分析了利用电容法进行谷物含水率测量时，所测电容量与其影响因素之间的定量关系，研制成功了一种不受谷物堆积密度变化影响的谷物含水率在线测试系统，并利用该系统对小麦、玉米做了研究试验，建立了测量频率与谷物含水率之间的数学关系模型。试验数据表明：与标准烘箱法相比，该系统的最大测量误差小于０．７０％。此系统为谷物含水率在线测试提供了可行方法。     

玉米叶片生理电容与含水率表达模型的研究

为了能对玉米水分亏缺进行准确的判断,进而做出适时适量的灌溉,对玉米电特性与叶片含水率进行了深入的研究。通过叶片非离体和离体实验数据采集及数据分析处理,得到在100Hz、1k Hz、10k Hz3种不同频率下,非离体与离体玉米叶片电容都随着时间推移逐渐变小,非离体玉米叶片电容的变化曲线相对离体玉米叶片的变化曲线更加平缓,且100Hz频率下玉米叶片电容值的变化幅度最大。离体玉米在夜间电容值没有延续之前趋势一直下降,甚至有了提高,这与晚间叶片停止光合作用,叶片会适当吸收空气中的水分有关。通过对叶片电容与含水量实验数据的拟合,拟合检验值R2为0.96327,可以得到叶片含水量与叶片电容呈线性关系。     

食品物料介电常数的研究与应用

食品物料的介电常数是食品加工中的重要参数,它广泛应用于食品贮藏、加工、灭菌、清选分级和品质检测等领域。为此,针对国内外食品物料介电常数的研究现状进行了深入的分析,阐述了谐振微扰法、自由空间法、电路电桥法等介电常数测量方法的特点,并予以比较;同时,分析了影响食品物料介电常数测量的相关因素以及存在的问题,提出了解决的办法,为食品加工过程中分析研究物料的特性品质提供有效的测量手段。     

种子介电常数测定装置设计及原理分析

为测量种子介电常数,设计了基于XDII型多用信号发生器及NationalVP-5512A型示波器所组成的系统,应用高频电路测定种子介电常数,确定介电常数与输出电压之间的函数关系,提供了测定种子介电常数简单、易行的方法及测试系统。该方法具有高灵敏度、稳定性和良好的动态特性,完全可以满足种子介电常数的测量要求。     

可充电、一体式粮食含水率检测仪的设计

含水率是评价粮食品质和选取加工工艺条件的一个重要指标。为了给粮食含水率的检测提供一种廉价、便捷的检测仪,以AT89S52单片机为控制器、DS18B20为温度传感器、平行极板式电容器为含水率传感器及LCD1 6 0 2为显示器设计了一种可充电、一体式的粮食含水率检测仪。以小麦为对象,基于建立的粮食电容、温度和含水率三者之间的关系模型,以Keil C语言开发了检测仪的软件,以JAVA语言设计了能够接收并显示测量数据的上位机监控软件。     

基于电容特性的植物叶片含水率无损检测仪

为实现植物叶片含水率的无损和准确检测,利用圆形平行板电容传感器检测植物叶片电容,利用直径为12.7 mm的圆形FSR402型压力传感器测量平行极板对植物叶片的压力,以MSP430型单片机为微控制器,设计了一种基于植物叶片电容检测其含水率的仪器。以玉米叶片为对象,研究了玉米叶片含水率和极板对叶片的压力对电容的影响规律,选取了极板对玉米叶片的最佳压力,建立了最佳压力下玉米叶片的电容与含水率之间的关系模型,并对模型的可靠性进行了检验。结果表明,玉米叶片的电容随含水率和极板对叶片压力的增大而增大,检测玉米叶片电容的最佳压力为4 N。玉米叶片湿基含水率为55%~80%时,所设计检测仪的含水率绝对测量误差为-1.2%~1.7%;在晶振频率为8 MHz下检测含水率的响应时间小于3 s。     

土壤介电常数模型研究综述

【目的】调查影响土壤介电常数的主控因子,归纳分析土壤介电常数模型的研究现状。【方法】从土壤介电理论出发,系统梳理土壤介电常数的主要影响因素,对现有土壤介电常数模型进行分类总结,并对比分析各模型的优势、局限和应用现状及其发展趋势。【结果】国内外不同土壤类型的介电常数主控影响因素各异,且对测试频率的依赖性较大,但能有效反映土壤的水分状态;土壤介电常数模型分为4类：理论模型、半经验理论模型、经验模型和边界模型。【结论】目前针对区域性特殊土类的介电特性及模型构建研究较少;考虑土壤三相组比、矿物成分和微观结构对介电常数的贡献度将有助于提升模型精度,进而拓展基于介电常数测试的土壤理化性质评价分析方面的应用研究。     

介质含水率与探地雷达电磁波特征参数关系

【目的】研究GPR电磁波属性参数与含水率的内在关系,揭示流域范围内土壤水分赋存特征具有重要意义。【方法】利用美国劳雷工业SIR-3000型地质雷达,对不同含水状态风积沙进行GPR探测试验,分析了不同含水率风积沙试样中电磁波传播过程的参数特征,建立了其与含水率的关系模型,并推算介电常数;利用介电常数仪直接测定不同含水率风积沙试样的介电常数,对比基于波速间接所得介电常数,校验了介质含水率与电磁波特征参数关系模型的有效性。【结果】随介质含水率增加,GPR电磁波的双程走时呈非线性增加趋势,波速呈负线性降低趋势;随含水率增加,基于GPR波速间接推算介电常数与介电常数仪直接测定介电常数呈相似增大趋势,相同条件下两类介电常数最大误差约3.6%。【结论】借助GPR电磁波波速与双程走时可以有效评价风积沙水分赋存特征与介电特性。     

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。     

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DSP的谷物含水率在线测量方法

提出一种基于DSP的谷物含水率测量方法.谷物通过自身重力导入到测试腔内,由MCU和DSP为核心器件构成的测试系统对谷物含水率进行测量、存储,并通过LCD显示.经过测量的谷物,通过螺旋输送器排出,进行下一步测量.系统通过DS18S20温度传感器对谷物温度进行测量,并对温度予以补偿.该方法可使谷物含水率测量误差低于1%,优于常规测量方法.     

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。     

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。     

基于微波自由空间测量的小麦含水率检测方法

为了实现小麦含水率的快速检测,采用微波自由空间测量法研究了信号频率(1～4 GHz)、温度(10～40℃)、含水率(11. 35%～17. 79%)和容积密度(低、高)对小麦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,建立了不同频率下小麦含水率的预测模型,并对模型进行了验证。研究结果表明,在1～4 GHz频段内,小麦的相对介电常数随含水率、温度和容积密度的增大而增大,随着信号频率的增大而减小;所建立的支持向量机模型取得了很好的预测效果,对比于单频和多频,全频下的预测模型最优,其预测集相关系数、预测集均方根误差和剩余预测偏差分别达到了0. 992 9、0. 051 3%和18. 67。研究表明,微波自由空间法可用于检测小麦含水率。     

基于FDC1004的电容式谷物水分检测仪的设计

提出了一种利用谷物介电特性快速测量谷物含水率的方法,采用同心圆筒电容传感器,对传感器做屏蔽干扰处理。运用Texas Instruments公司最新的电容数字转换芯片FDC1004,具有测量精度高电路简单及抗干扰等特点。加入NTC温度传感器对测量电路进行温度补偿,人机通过按键交互,测量结果通过LCD屏幕显示。系统核心器件采用单片机MSP430F5528,具有低功耗及运算速度快的优点。系统采用4.2V可充电蓄电池供电,系统的测量范围为5%~35%。标定后的系统经验证测试得测量平均误差为0.85%,符合设计要求。