一种频率测量法测粮食水分含量的方法
【专利摘要】本发明公开了粮食水分含量测量领域的一种频率测量法测粮食水分含量的装置，用以解决目前测量粮食水分含量技术研究存在的问题。该方法具体包括：首先，由杯体电容中的待测粮食充当介质，和杯体容器共同组成杯体电容Cx，且其介电常数εx与粮食水分含量之间存在非线性函数关系；其次，将杯体电容和LC振荡电路组成振荡电路模块，产生高频振荡信号，且信号频率与杯体电容介电常数之间存在非线性函数关系；最后，根据信号频率和粮食水分含量之间存在的非线性函数关系，通过测量得到的信号频率计算得出待测粮食的水分含量。本发明有效实现了一种频率测量法测粮食水分含量的方法，其的有益效果为测量操作简单、快速、便携，测量结果稳定、灵敏度高。
【专利说明】一种频率测量法测粮食水分含量的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及粮食水分含量测量领域，特别涉及一种频率测量法测粮食水分含量的 方法。
【背景技术】
[0002] 粮食水分检测对粮食的收购、运输、储存、加工、贸易都具有十分重要的意义。水分 过高浪费运力和仓容，促使粮油生命活动旺盛，容易引起粮食发热、霉变、生虫及其他生化 变化。在我国，由于水分检测的技术不完善，每年有数百亿斤的粮食因水分含量过高在运输 和存储过程中出现霉烂变质，造成了巨大的损失。而粮食水分含量过低，减少了粮食重量， 影响了粮食品质。因此，水分一直是粮食收购、运输、储存和加工过程中的一项重要质量指 标。采用快速的水分检测方法，对粮食水分做出准确的度量是十分必要的。
[0003] 粮食水分含量影响粮食物理、化学和生物特性，是粮食质量的关键指标。目前国家 标准为是：GB/T5497-1985。其中有105°C恒重法、定温定时烘干法、隧道式烘箱法和两次烘 干法。玉米含水量测定按照GB/T10362-1995执行。烘干测重法，测量时间长，实时性差，多 适用于实验室精确测量场合，不适用于大规模现场测量。
[0004] 因此，许多方法被提出来测量粮食水分，比如电阻法、电容法、平衡相对湿度法、核 磁共振法、微波法、红外法、中子法和卡尔菲休法等，其中常用的测量方法是电阻法和电容 法，这些方法各有其优缺点，但是它们一般代价都比较昂贵，且实时性差。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于，提出一种频率测量法测粮食水分含量的方法，用以解决目前 测量粮食水分含量技术研究存在的问题。
[0006] 为实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种频率测量法测粮食水分含量的 方法，其特征是所述方法包括：
[0007] 步骤1 :在测试之前，对部分常见粮食做过仪器使用的标定实验，并已确定其拟合 公式及系数常量，对于待测粮食，若其为已进行过标定实验的部分常见粮食中的一种，则进 入步骤7 ;否则，准备好多组不同水分含量梯度的粮食样本；
[0008] 步骤2 :将杯体电容中充满粮食，打开电源；
[0009] 步骤3 :杯体电容中的粮食充当电容介质，和杯体容器共同组成杯体电容Cx，且其 介电常数εχ随粮食水分含量的不同而变化；
[0010] 步骤4 :杯体电容Cx、振荡电路中的电感L，电容Q共同构成LC振荡电路模块的主 要部分，其中电感L，电容Q为固定常数，LC振荡电路模块产生振荡信号s (t)，其中，t表示 时间；
[0011] 步骤5 :通过分频电路模块和计数电路模块测量出振荡信号s(t)的频率f，先测量 第一次信号频率Π ，然后关闭电源，重新启动，分别测重启之后30秒的频率f2,重启之后1 分钟的频率f3,重启后10分钟的频率f4,最后求得频率平均值f ;
[0012] 步骤6 :根据得到的多组频率平均值f和含水量y的数据，得到拟合公式y = Ax3+Bx2+Cx+D，并确定其中的系数常量A、B、C和D，其中X代表频率f ;
[0013] 步骤7 :准备好待测粮食，执行步骤2到步骤5,获得频率平均值f，令X = f，并将 其代入拟合公式y = Ax3+Bx2+Cx+D中，求得粮食水分含量y。
[0014] 所述粮食为颗粒状或粉状粮食。
[0015] 所述频率测量法测粮食水分含量的装置由杯体电容、LC振荡电路、分频电路、计数 电路、频率水分含量转换模块、显示电路组成；
[0016] 其中，所述杯体电容、LC振荡电路相连，构成振荡电路模块，用于产生振荡信号；
[0017] 所述振荡电路模块、分频电路、计数电路、频率水分含量转换模块、显示电路依次 串联，用于测量高频正弦信号的频率，并将其转换为粮食水分含量。
[0018] 所述杯体电容采用杯体容器式结构，为圆柱体，包括圆柱侧面、底面和盖板，且容 器中有中心圆柱棒、第一圆柱棒、第二圆柱棒、第三圆柱棒、第四圆柱棒，用于构成杯体电容 Cx;
[0019] 所述中心圆柱棒作为杯体电容的一极，固定于所述杯体电容轴心，与所述LC振荡 电路相连；
[0020] 所述第一圆柱棒、第二圆柱棒、第三圆柱棒、第四圆柱棒分别平均分布，固定在所 述中心圆柱棒四周。
[0021] 本发明实现了一种频率测量法测粮食水分含量的方法，其有益点如下：
[0022] 1适合散装粮食的快速测量，测量操作简单、快速、便携。
[0023] 2本发明采取温度补偿措施，且LC振荡回路采用温度系数低的材料制成，因此测 量结果稳定。
[0024] 3本发明测量精度高，由于采用测量频率的方法，电容值的变化与频率的变化非常 灵敏，所以微小的水分变化都可以测出来。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1是一种频率测量法测粮食水分含量的结构框架图。
[0026] 图2是振荡电路模块电路图。图中，（a)是三点式晶体振荡电路；(b)是杯体电容 和振荡电路构成的电路图。
[0027] 图3是杯体电容的正视机械图。
[0028] 图4是杯体电容的俯视机械图。
[0029] 图中，I-第一圆柱棒；2_第二圆柱棒；3_第二圆柱棒；4_第四圆柱棒；5_中心圆柱 棒。
[0030] 图5是以大米为试验粮食，采用频率测量法测粮食水分含量的方法得到的频率和 水分含量的拟合曲线。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性 的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0032] 本发明解决问题的思路是：由于振荡电路模块中杯体电容介电常数和频率之间具 有确定的非线性的函数关系，并且待测粮食充当杯体电容介质，则杯体电容介电常数和粮 食水分含量之间也存在确定的非线性的函数关系，因此可以通过频率测量法测粮食水分含 量。
[0033] 根据LC振荡电路工作原理
【权利要求】
1. 一种频率测量法测粮食水分含量的方法，其特征在于，所述方法具体包括： 步骤1 :在测试之前，对部分常见粮食做过仪器使用的标定实验，并已确定其拟合公式 及系数常量，对于待测粮食，若其为已进行过标定实验的部分常见粮食中的一种，则进入步 骤7 ;否则，准备好多组不同水分含量梯度的粮食样本； 步骤2 :将杯体电容中充满粮食，打开电源； 步骤3 :杯体电容中的粮食充当电容介质，和杯体容器共同组成杯体电容Cx，且其介电 常数εχ随粮食水分含量的不同而变化； 步骤4 :杯体电容Cx、振荡电路中的电感L，电容Q共同构成LC振荡电路模块的主要部 分，其中电感L，电容Q为固定常数，LC振荡电路模块产生振荡信号s(t)，其中，t表示时 间； 步骤5 :通过分频电路模块和计数电路模块测量出振荡信号s(t)的频率f，先测量第一 次信号频率Π ，然后关闭电源，重新启动，分别测重启之后30秒的频率f2,重启之后1分钟 的频率f3,重启后10分钟的频率f4,最后求得频率平均值f ; 步骤6 :根据得到的多组频率平均值f和含水量y的数据，得到拟合公式y = Ax3+Bx2+Cx+D，并确定其中的系数常量A、B、C和D，其中X代表频率f ; 步骤7 :准备好待测粮食，执行步骤2到步骤5,获得频率平均值f，令X = f，并将其代 入拟合公式y = Ax3+Bx2+Cx+D中，求得粮食水分含量y。
2. 根据权利要求1所述的一种频率测量法测粮食水分含量的方法，其特征在于，所述 粮食为颗粒状或粉状粮食。
3. 根据权利要求1所述的一种频率测量法测粮食水分含量的方法，其特征在于，所述 频率测量法测粮食水分含量的装置由杯体电容、LC振荡电路、分频电路、计数电路、频率水 分含量转换模块、显示电路组成； 所述杯体电容、LC振荡电路相连，构成振荡电路模块，用于产生振荡信号； 所述振荡电路模块、分频电路、计数电路、频率水分含量转换模块、显示电路依次串联， 用于测量高频正弦信号的频率，并将其转换为粮食水分含量。
4. 根据权利要求1或3所述的一种频率测量法测粮食水分含量的方法，其特征在于，所 述杯体电容采用杯体容器式结构，为圆柱体，包括圆柱侧面、底面和盖板，且容器中有中心 圆柱棒、第一圆柱棒、第二圆柱棒、第三圆柱棒、第四圆柱棒，用于构成杯体电容C x ; 所述中心圆柱棒作为杯体电容的一极，固定于所述杯体电容轴心，与所述LC振荡电路 相连； 所述第一圆柱棒、第二圆柱棒、第三圆柱棒、第四圆柱棒分别平均分布，固定在所述中 心圆柱棒四周。
【文档编号】G01N27/22GK104155350SQ201410357265
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】石庆兰, 高万林, 徐云, 董乔雪, 孙明, 冯磊, 杨丽丽, 刘云玲 申请人:中国农业大学