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。     

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.     

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。     

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。     

塿土介电特性与水分检测频率及温度影响

为了确定基于介电特性的土壤含水率传感器的合适检测频率,并降低温度对介电参数的影响,以陕西关中地区的塿土为对象,利用矢量网络分析仪和同轴探头技术研究了信号频率(10～4 500 MHz)、土壤含水率(9%～25%)和温度(5～50℃)对土壤相对介电常数ε’和介质损耗因数ε″的影响,分析了介电参数变化的原因及频率、含水率和温度对电磁波穿透深度的影响规律.研究结果表明,在10～4 500 MHz频段内,随着频率的增大,土壤的ε’单调递减,而ε″先增大,后减小,进而再增大;ε’和ε″均随含水率和温度的增大而增大;穿透深度随频率、含水率和温度的增大而减小;频率、含水率和温度是影响土壤介电参数及穿透深度的主要因素.50～100MHz是基于介电特性检测土壤含水率的最佳频段.     

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％。     

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...     

FDR探头结构对土壤介电谱测量的影响分析

为了研究FDR探头结构中探针间距和探针长度对土壤介电谱测量的影响,通过矢量网络分析仪分别对2种土壤的4个不同体积含水率进行了介电谱测量,通过28 mm长度下10 mm、14 mm探针间距探头和10 mm间距下28 mm、45 mm长度探头所测介电谱对比发现,在31.2 MHz以上频段探针间距对土壤介电谱测量影响很小,而探针长度在不同频段对土壤介电实部或虚部均有不同影响。研究表明,探针间距不是土壤介电谱测量的影响因素,根据测量需要可对其进行一定范围的调整;探针长度影响土壤介电谱弛豫频率值,探针越短其弛豫频率越大,探针长度是影响土壤介电谱测量的关键因素之一。FDR探头的探针应适当缩短以拓展介电谱平滑段的频率范围,这有利于FDR传感器测量精度和环境适应性的提高。     

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。     

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.     

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。     

基于介电特性谷物水分在线测量仪的设计与试验

含水率是谷物收获、测产过程中重要的指标,为实现北方寒冷环境下机载收获、快速在线测量,满足玉米籽粒联合收获机收获时测产的要求,设计了一种便于应用在收获机上的基于谷物介电特性的同心圆平面电容水分在线测量仪。STM32F103单片机为水分测量仪的控制单元,同心圆平面电容器和温度传感器测量谷物介电常数和温度。以"登海605"玉米为研究对象,研究不同含水率、不同温度对玉米介电常数的影响规律。利用支持向量机建立玉米水分含量回归预测模型,并对模型进行检验,试验结果表明,在-15℃～40℃,含水率14%～30%范围内,水分测量仪的平均相对误差为1.09%,测量时间小于2.3 s。能够满足谷物水分在线测量的精度,缩短了测量时间。     

谷物湿度测量系统的设计

通过比较市场上几种湿度传感器的优缺点,对谷物介电特性进行了分析,设计出一种谷物湿度传感器,并论述了谷物湿度测量系统的组成及工作原理.实践证明,该谷物湿度测量系统具有成本低、测量精度高和使用方便等特点,有一定的应用价值.     

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。     

基于电特性的新疆骏枣含水率的试验研究

为探究新疆地区红枣含水率的检测方法,运用TH2828S型LCR测量仪对红枣电特性与含水率的变化进行测定,分析了红枣含水率不同频率下电特性变化,并建立红枣含水率电特性参数模型。以整颗红枣为试验对象,在电源电压1V及纵向压力(0.1kg)下测试了低频段(200~1 000Hz)红枣含水率电特性参数变化规律。试验结果表明:在含水率55.85%以下,红枣含水率与复阻抗Z呈负相关,通过电特性参数可以实现红枣含水率检测。     

桃10~4500 MHz间的介电特性与内部品质关系分

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。     

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。     

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。