一種在線電阻式谷物水分測量的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種在線電阻式谷物水分測量的裝置，該裝置包括：谷物干燥機(jī)、取樣器以及測量儀。本發(fā)明還提供了一種利用該裝置進(jìn)行谷物水分測量的方法，利用該方法和裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)谷物干燥機(jī)智能自動(dòng)化操作，排除溫度和雜物的影響，準(zhǔn)確地測量谷物的水分。
【專利說明】一種在線電阻式谷物水分測量的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種在線電阻式谷物水分測量的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]谷物水分是影響谷物品質(zhì)的一個(gè)重要因素，谷物含水量多少不但決定了谷物貯藏的安全性，也同樣制約著谷物加工工藝與流通過程。谷物水分過高容易引起谷物發(fā)熱、霉變、生蟲等現(xiàn)象。利用谷物干燥機(jī)對谷物進(jìn)行烘干，是目前降低谷物水分最行之有效的方法。干燥過程中，必須對谷物水分進(jìn)行測量，以避免谷物水分過低，影響谷物營養(yǎng)成分及品質(zhì)。
[0003]測量方法可分為人工取樣離線測量方法和在線自動(dòng)測量方法。在線自動(dòng)測量方法能夠自動(dòng)取樣、測量并顯示，具有省時(shí)、省工、操作方便、節(jié)約人力等優(yōu)點(diǎn)。常用的在線測量方法基于電阻測量原理，測量時(shí)，取樣器的兩個(gè)碾壓式電極向內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，擠壓谷物顆粒使其破碎。由于谷物電阻隨其含水量變化，因此通過測量兩電極之間的電阻，就可以得到谷物水分。
[0004]現(xiàn)有的電阻式谷物水分測量裝置和方法采用電壓法測量谷物電阻，但由于谷物電阻很大，特別在谷物含水量較低時(shí)，使得測量信號弱、信噪比低、不利于信號傳輸。且在線測量時(shí)，取樣器中不僅有谷物，還含有大量的灰塵、雜草等雜物，導(dǎo)致測量結(jié)果不真實(shí)、不準(zhǔn)確，而現(xiàn)有的在線電阻式谷物水分測量裝置不能很好地排除灰塵、雜草等雜物的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一)解決的技術(shù)問題
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種在線電阻式谷物水分測量的裝置及方法，能夠克服現(xiàn)有在線電阻式谷物水分測量裝置的缺陷，能夠按照設(shè)定的測量間隔自動(dòng)對干燥機(jī)內(nèi)谷物水分進(jìn)行在線測量，并消除灰塵、雜草等雜物和溫度的影響，得到準(zhǔn)確的谷物水分。
[0007](二)技術(shù)方案
[0008]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0009]一種在線電阻式谷物水分測量的裝置，該裝置包括:谷物干燥機(jī)、取樣器以及測量儀；
[0010]谷物干燥機(jī)，用于吹出熱風(fēng)將谷物進(jìn)行加熱干燥；
[0011]取樣器，安裝在谷物干燥機(jī)的底部，用于對谷物進(jìn)行取樣，產(chǎn)生電阻信號和溫度信號并發(fā)送給測量儀；
[0012]測量儀，用于接收所述電阻信號并通過阻頻轉(zhuǎn)換電路而輸出頻率信號，并保存頻率值；接收所述溫度信號，并保存溫度值；根據(jù)頻率信號處理算法，利用保存的頻率值得到最終頻率信號，并對保存的所有溫度值求平均值，得到谷物溫度；根據(jù)最終頻率信號和谷物溫度得到谷物水分。
[0013]其中，所述取樣器包括:兩個(gè)電極、溫度傳感器以及電機(jī)；
[0014]所述電極，用于碾壓谷物，從而產(chǎn)生電阻信號；
[0015]所述溫度傳感器，用于產(chǎn)生溫度信號；
[0016]電機(jī)，用于控制兩個(gè)電極的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0017]其中，所述測量儀包括:開關(guān)電路、阻頻轉(zhuǎn)換電路、主控制器、顯示觸摸屏、按鍵以及存儲器；
[0018]開關(guān)電路，用于選擇阻頻轉(zhuǎn)換電路；
[0019]阻頻轉(zhuǎn)換電路，用于將電阻信號轉(zhuǎn)換為頻率信號；
[0020]主控制器，用于根據(jù)頻率信號處理算法，得到最終頻率信號；對采集的所有溫度值求平均值，得到谷物溫度；根據(jù)最終頻率信號和谷物溫度得到谷物水分；當(dāng)連續(xù)多次測量的谷物水分不高于目標(biāo)水分時(shí)，發(fā)出控制信號以關(guān)閉干燥機(jī)；
[0021]顯示觸摸屏，用于設(shè)置參數(shù)、顯示谷物水分和顯示干燥完成情況；
[0022]按鍵，用于設(shè)置參數(shù)；
[0023]存儲器，用于存儲所設(shè)置的參數(shù)。
[0024]其中，所述阻頻轉(zhuǎn)換電路具體包括:高水分阻頻轉(zhuǎn)換電路、中間水分阻頻轉(zhuǎn)換電路以及低水分阻頻轉(zhuǎn)換電路。
[0025]其中，所述測量儀進(jìn)一步包括定時(shí)器，用于限定水分測量的時(shí)間間隔。
[0026]其中，所述阻頻轉(zhuǎn)換電路，將電阻信號R轉(zhuǎn)換為頻率信號f的公式為:
[0027]f= (ai+a2 X R)
[0028]其中，常數(shù)。
[0029]其中，所述測量儀，根據(jù)最終頻率信號f和谷物溫度T得到谷物水分M，其公式為:
[0030]M= Infn2 X In 0?+!? X f_1)} +k X (T0-T)
[0031]其中，Ii1 > n2為常數(shù)6,表示谷物種類不同m2=l/a2,表示不同的阻頻電路；k為常數(shù)，表示溫度補(bǔ)償系數(shù)Jtl為常數(shù)，表示基準(zhǔn)溫度。
[0032]一種利用上述裝置進(jìn)行在線電阻式谷物水分測量的方法，該方法包括:
[0033]S1:設(shè)定參數(shù)后，開始測量:
[0034]S2:主控制器控制電機(jī)，使得兩個(gè)電極向外轉(zhuǎn)動(dòng)，清除兩個(gè)電極間積累的谷物；
[0035]S3:主控制器控制電機(jī)，使得兩個(gè)電極向內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)開始碾壓谷物，從而產(chǎn)生電阻信號;
[0036]S4:采集所述電阻信號通過中間水分阻頻轉(zhuǎn)換電路后輸出的頻率信號，并保存頻率值，并判斷開通哪一路阻頻轉(zhuǎn)換電路；
[0037]S5:每隔所設(shè)定的時(shí)間，采集一次溫度傳感器的信號，并保存溫度值；
[0038]S6:每隔所設(shè)定的時(shí)間，停止電機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；
[0039]S7:主控制器根據(jù)頻率信號處理算法，得到最終頻率信號，并對采集的所有溫度值求平均，得到谷物溫度；
[0040]S8:主控制器根據(jù)最終頻率信號和谷物溫度得到谷物水分，并將結(jié)果顯示到顯示觸摸屏上；
[0041 ] 在步驟S8之后，該方法進(jìn)一步包括:[0042]開啟測量儀內(nèi)部定時(shí)器，當(dāng)定時(shí)器達(dá)到設(shè)定好的時(shí)間間隔，重復(fù)步驟S2至步驟S8 ；
[0043]當(dāng)連續(xù)多次測量的谷物水分不高于目標(biāo)水分時(shí)，主控制器發(fā)出控制信號，關(guān)閉干燥機(jī)，并在顯示觸摸屏上顯示干燥完成。
[0044]其中，所述頻率信號處理算法包括:
[0045]共采集N次頻率信號，且每次頻率值為fi (I ^ i ^ N)；
[0046]判斷fi是由哪路阻頻轉(zhuǎn)換電路輸出的，若是高水分阻頻轉(zhuǎn)換電路或低水分阻頻轉(zhuǎn)換電路輸出的頻率值，將這些頻率值轉(zhuǎn)換成原頻率大??；
[0047]濾掉其中突變的頻率值，剩下M個(gè)頻率值，每個(gè)頻率值記為f j ( I ^ j ^ Μ)；
[0048]將M個(gè)頻率值從小到大一次排序,每個(gè)頻率值記為fm (I ^ m ^ M)；
[0049]濾去一部分較小值和一部分較大值，剩下K個(gè)頻率值，每個(gè)頻率值記為fk(I ^ k ^ K)；
[0050]求K個(gè)頻率的平均值，則最終頻率信號為
【權(quán)利要求】
1.一種在線電阻式谷物水分測量的裝置，其特征在于，該裝置包括:谷物干燥機(jī)、取樣器以及測量儀； 谷物干燥機(jī)，用于吹出熱風(fēng)將谷物進(jìn)行加熱干燥； 取樣器，安裝在谷物干燥機(jī)的底部，用于對谷物進(jìn)行取樣，產(chǎn)生電阻信號和溫度信號并發(fā)送給測量儀； 測量儀，用于接收所述電阻信號并通過阻頻轉(zhuǎn)換電路而輸出頻率信號，并保存頻率值；接收所述溫度信號，并保存溫度值；根據(jù)頻率信號處理算法，利用保存的頻率值得到最終頻率信號，并對保存的所有溫度值求平均值，得到谷物溫度；根據(jù)最終頻率信號和谷物溫度得到谷物水分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述取樣器包括:兩個(gè)電極、溫度傳感器以及電機(jī)； 所述電極，用于碾壓谷物，從而產(chǎn)生電阻信號； 所述溫度傳感器，用于產(chǎn)生溫度信號； 電機(jī)，用于控制兩個(gè)電極的轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述測量儀包括:開關(guān)電路、阻頻轉(zhuǎn)換電路、主控制器、顯示觸摸屏、按鍵以及存儲器； 開關(guān)電路，用于選擇阻頻轉(zhuǎn)換電路； 阻頻轉(zhuǎn)換電路，用于將電阻信號轉(zhuǎn)換為頻率信號； 主控制器，用于根據(jù)頻率信號處理算法，利用保存的頻率信號得到最終頻率信號；對保存的所有溫度值求平均值，得到谷物溫度；根據(jù)最終頻率信號和谷物溫度得到谷物水分；當(dāng)連續(xù)多次測量的谷物水分不高于目標(biāo)水分時(shí)，發(fā)出控制信號以關(guān)閉干燥機(jī)； 顯示觸摸屏，用于設(shè)置參數(shù)、顯示谷物水分和顯示干燥完成情況； 按鍵，用于設(shè)置參數(shù)； 存儲器，用于存儲所設(shè)置的參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述阻頻轉(zhuǎn)換電路具體包括:高水分阻頻轉(zhuǎn)換電路、中間水分阻頻轉(zhuǎn)換電路以及低水分阻頻轉(zhuǎn)換電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述測量儀進(jìn)一步包括定時(shí)器，用于限定谷物水分測量的時(shí)間間隔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述阻頻轉(zhuǎn)換電路，將電阻信號R轉(zhuǎn)換為頻率信號f的公式為:
f= (ai+a2XR) 其中，B1^a2為常數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述測量儀，根據(jù)最終頻率信號f和谷物溫度T得到谷物水分M，其公式為:
M= InJn2 X In (In1+m2 X f_1)} +k X (T0-T) 其中，I^n2為常數(shù)，表示谷物種類不同:1?=-?/?, m2=l/a2，表示不同的阻頻電路；k為常數(shù)，表示 溫度補(bǔ)償系數(shù)Jtl為常數(shù)，表示基準(zhǔn)溫度。
8.一種利用權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的裝置進(jìn)行在線電阻式谷物水分測量的方法，其特征在于，該方法包括:Si:設(shè)定參數(shù)后，開始測量； S2:主控制器控制電機(jī)，使得兩個(gè)電極向外轉(zhuǎn)動(dòng)，清除兩個(gè)電極間積累的谷物； S3:主控制器控制電機(jī)，使得兩個(gè)電極向內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)開始碾壓谷物，從而產(chǎn)生電阻信號； S4:采集所述電阻信號通過中間水分阻頻轉(zhuǎn)換電路后輸出的頻率信號，并保存頻率值，并判斷開通哪一路阻頻轉(zhuǎn)換電路； S5:每隔所設(shè)定的時(shí)間，采集一次溫度傳感器的信號，并保存溫度值； S6:每隔所設(shè)定的時(shí)間，停止電機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理； S7:主控制器根據(jù)頻率信號處理算法，得到最終頻率信號，并對采集的所有溫度值求平均，得到谷物溫度； S8:主控制器根據(jù)最終頻率信號和谷物溫度得到谷物水分，并將結(jié)果顯示到顯示觸摸屏上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在步驟S8之后，該方法進(jìn)一步包括: 開啟測量儀內(nèi)部定時(shí)器，當(dāng)定時(shí)器達(dá)到設(shè)定好的時(shí)間間隔，重復(fù)步驟S2至步驟S8 ； 當(dāng)連續(xù)多次測量的谷物水分不高于目標(biāo)水分時(shí)，主控制器發(fā)出控制信號，關(guān)閉干燥機(jī)，并在顯示觸摸屏上顯示干燥完成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述頻率信號處理算法包括: 共采集N次頻率信號，且每次頻率值為fi (I ^ i ^N)； 判斷fi是由哪路阻頻轉(zhuǎn)換電路輸出的，若是高水分阻頻轉(zhuǎn)換電路或低水分阻頻轉(zhuǎn)換電路輸出的頻率值，將這些頻率值轉(zhuǎn)換成原頻率大?。? 濾掉其中突變的頻率值，剩下M個(gè)頻率值，每個(gè)頻率值記為fj (I ^ j ^ Μ)； 將M個(gè)頻率值從小到大一次排序，每個(gè)頻率值記為fm (I ^m^M)； 濾去一部分較小值和一部分較大值，剩下K個(gè)頻率值，每個(gè)頻率值記為fk( I < k < K); 求K個(gè)頻率的平均值，則最終頻率信號為:
【文檔編號】G01N27/04GK103808766SQ201410053597
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月17日
【發(fā)明者】梅鶴波, 孟志軍, 王沛東, 付衛(wèi)強(qiáng), 武廣偉, 董建軍, 周長偉, 姚紅, 羅長海, 叢岳 申請人:北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心