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。     

微波频率、含水率与无机盐对小麦胚芽介电特性的影响

为探明微波稳定麦胚的机制,以小麦胚芽为研究对象,研究了不同测量频率、含水率、脂肪含量及添加不同无机盐条件下麦胚粉体的介电特性(介电常数ε'和介电损耗因数ε″)。实验结果表明,在2个常用微波频率下,小麦胚芽ε'在频率为915 MHz时略大于2 450 MHz时,但ε″在2 450 MHz时明显大于915 MHz时;小麦胚芽介电特性随含水率的增加而增大,当其含水率从4%增至16%时,其ε'和ε″分别从2.61和0.02升高至4.32和0.8;不同脂肪含量的小麦胚芽的介电特性相差较小,尤其是ε″;对比添加5种无机盐后小麦胚芽介电特性发现,Na Cl对其ε'和ε″有明显增加作用,尤其是当Na Cl的质量分数为1%时,效果最明显。     

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。     

小麦含水率在线测量的研究

为了解决精确农业测产系统对小麦含水率的要求，采用圆柱形电容传感器，根据不同含水率的小麦流经电容传感器所对应的不同电容值在RC振荡电路中输出不同的频率的原理，利用单片机采集RC振荡电路输出的频率，通过查表的方法实现小麦含水率的在线测量。     

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。     

一种在线检测谷物干燥机出粮含水率的方法

提出了用介电损失角测量谷物含不率的方法，设计了适合于在线使用的传感器和自动检测系统，并用于谷物干燥机出粮含水率的在线测试，由说４１１小麦的实验发现，其含水率与介电损失角呈分段线性关系，对传感器的多次标定发现，其最大误差小于０．５％。     

基于近红外的小麦植株含水率检测方法

针对小麦植株含水率快速检测需求,提出了一种基于近红外的小麦植株含水率检测方法。利用不同波长近红外感光元件组成的探测器研发了小麦植株含水率无损快速检测装置,利用该检测装置对采集的多组样品进行了测量,通过均值滤波与参考实时校正方法得到了小麦植株的近红外反射强度。基于测量数据,分别采用多元线性回归、多元逐步回归、偏最小二乘以及最小二乘支持向量机建立了含水率检测模型。结果表明,基于最小二乘支持向量机建立的模型效果最优,校正集决定系数R2达到0.9742。利用建立的检测模型对另一批样品进行含水率检测试验,结果表明：小麦植株含水率真实值与预测值的决定系数R2为0.9337,预测集均方根误差均小于等于3.00%。研究结果为小麦植株含水率无损快速检测提供了一种有效的方法与装置,能够满足联合收获机在作业现场对小麦植株含水率快速调整作业参数的需求。     

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.     

基于SPA-SSA-BP的小麦秸秆含水率检测模型

为提高基于电容法的小麦秸秆含水率检测模型的检测精度,扩大含水率检测范围,提高模型适应性,本文以小麦秸秆为研究对象,使用LCR数字电桥,测量含水率为10.43％ ～25.89％的秸秆在频率0.05 ～ 100 kHz、容积密度90.03 ～179.42 kg/m3和温度25 ～40℃内的电容,利用连续投影法(Succes...     

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...     

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。     

基于BP神经网络的黄豆含水率无损检测分析

在利用电特性测量黄豆含水率的试验过程中发现,黄豆的电特性并非决定含水率的唯一因素,而是受多种因素共同影响的,主要包括黄豆本身的含水率、环境温度、激励频率和介质密度等.为此,结合影响黄豆含水率的多种因素和大量相应试验数据的特点,提出了基于BP神经网络的分析方法.校验结果证明,这种方法对黄豆含水率的分析是可行的.     

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。     

淮北平原冬小麦蒸发蒸腾量与不同土层土壤含水率关系初探

利用大型称重式蒸渗仪测定了冬小麦不同生育期的农田蒸发蒸腾量,分析了冬小麦的蒸发蒸腾变化规律,探讨了参考作物蒸发蒸腾量(ET0)、土壤含水率与作物蒸发蒸腾量(ET)之间的关系。结果表明,ET0和蒸渗仪实测的ET生育期内变化趋势基本一致;冬小麦ET受0~60cm土层土壤含水率的影响,尤其是0~40cm土层土壤含水率对作物ET影响显著,80cm以下土层土壤含水率基本对作物ET无明显影响。     

基于IBAS-BP算法的冬小麦根系土壤含水率预测模型

为在节水灌溉系统中精确测量和预测根系土壤含水率,将传统天牛须算法每次迭代过程中的一只天牛改进为一个天牛种群,建立了基于改进天牛须搜索算法优化的IBAS-BP预测模型,并利用实测浅层土壤含水率数据,对深度50 cm冬小麦根系土壤含水率进行预测.结果 表明,与PSO-BP预测模型、GA-BP预测模型以及原始BAS-BP模型...     

电容法粮食物料含水率与介电常数关系研究

粮食物料含水率是影响其介电特性的主要因素,电容法是通过粮食的介电特性来测定含水率的间接方法.试验采用圆筒式电容传感器,研究了3种粮食物料含水率与其相对介电常数的关系.试验表明,含水率与相对介电常数之间有较好的线性相关性,可以建立两者之间的数学模型.同时,不M种粮食物料的关系模型不同,相关性程度也有差异.需要建立含水率与介电常数、容积密度及环境因素等多参数之间的关系模型,才能提高电容法检测的精确度.     

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。     

快速检测粮食含水率的方法

快速检测粮食含水率在农业工程中具有十分重要的意义。迄今为止,国内外对含水率的测量方法和技术已进行了大量的研究和探索。通过参考大量的文献,对各种方法进行了综合分析,找出了各自的优缺点,以便对粮食含水率的检测方法进行改进,为粮食含水率快速无损检测提供了新的意见,最后对粮食无损检测的前景进行了展望。