微波水分测量方法、装置、设备及存储介质与流程

本发明涉及水分测量技术领域，特别是涉及一种微波水分测量方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

微波水分测量技术越来越普遍地应用到各个行业，其可以监控生产过程中物料的水分含量，以便提高产品质量、有效控制生产过程，据此节约成本，提高生产效率和生产效益。

微波水分测量的基本原理为：发射天线发射的微波穿透被测物料，到达接收天线，接收天线接收到的微波反馈给评估仪，由评估仪分析出被测物料的水分含量。当微波穿透物料时，由于物料中的水分子是极性分子，会吸收微波，产生键脚振动，将电磁能转化为热能，从而产生了微波相位的差别和振幅的衰减，依靠这两个量可以计算物料中水分的含量。

目前的微波测量方式，不可避免地会受物料密度变化的影响，当一定体积中的被测物料的密度发生变化时，微波水分测量仪无法精确地反应被测物料的真实含水量。如：当一定体积的6公斤含水6％的棉包m经过微波水分测量仪时，微波水分测量仪反应该物料含水6％，当相同体积的12公斤含水6％的棉包m经过时，微波水分测量仪认为棉包m含水12％。这是因为棉包m的重量增加、密度变大，单位体积中的水分含量增加了，但实际上棉包m的真实水分含量还是6％，实际生成中物料的重量和密度是无法保持严格一致，从而据此导致最终测得的含水量不准确。

技术实现要素：

基于此，本发明实施例的目的在于提供一种微波水分测量方法、一种微波水分测量装置、一种设备及存储介质，以提高微波水分测量的准确性。

为达到上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：

一种微波水分测量方法，包括步骤：

获取物料类型信息；

根据所述物料类型信息，从与所述物料类型信息对应的频率区间中提取预定数目的频率信息；

控制微波发射天线依次发射与预定数目的频率信息对应的频率的微波信号；

获取微波接收天线接收到的微波信号；

确定微波接收天线接收到的各频率的微波信号相对于微波发射天线发射的各频率的微波信号的相位差和阻尼衰减量；

以各频率的微波信号的相位差为第一向量、阻尼衰减量为第二向量，对第一向量和第二向量叠加分别获得各频率的微波信号的微波信号向量；

根据各频率的微波信号的微波信号向量确定所述待测物料的含水量。

一种微波水分测量装置，包括：

类型确定模块，用于获取物料类型信息；频率信息确定模块，用于根据所述物料类型信息，从与所述物料类型信息对应的频率区间中提取预定数目的频率信息；

微波照射控制模块，用于控制微波发射天线依次发射与预定数目的频率信息对应的频率的微波信号，并获取微波接收天线接收到的微波信号；

向量确定模块，用于确定微波接收天线接收到的各频率的微波信号相对于微波发射天线发射的各频率的微波信号的相位差和阻尼衰减量；并以各频率的微波信号的相位差为第一向量、阻尼衰减量为第二向量，对第一向量和第二向量叠加分别获得各频率的微波信号的微波信号向量；

含水量确定模块，用于根据各频率的微波信号的微波信号向量确定所述待测物料的含水量。

一种设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法。

一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

根据如上所述的实施例的方案，其在进行微波水分测量时，基于接收到的物料类型选择指令，从物料类型选择指令中的物料类型信息对应的频率区间中提取出频率信息，且提取的是预定数目的频率信息，进而控制微波发射天线发射提取到的预定数目的频率信息对应频率的微波信号，从而基于预定数目的接收到的微波信号和对应的发射的微波信号来实现含水量的测量，且在确定含水量时，基于接收的微波信号和发送的微波信号确定的微波信号向量来确定含水量，从而其基于与被测物料的类型对应的频率区间内的多个频率发送微波，且根据基于微波信号确定的由相位差和阻尼衰减量确定的微波信号向量实现含水量的确定，从而提高了微波水分测量的准确性。

附图说明

图1是一个应用示例中的微波水分测量的结构原理示意图；

图2是一个实施例中的微波水分测量方法的流程示意图；

图3是一个实施例中的微波水分测量装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1示出了一个应用示例中的微波水分测量的结构原理示意图，如图1所示，进行微波水分测量的微波水分测量仪包括评估仪100、发射天线200及接收天线300。发射天线200及接收天线300可通过高频传输线等方式与评估仪100通讯连接。评估仪100包括频率控制器及处理器，该频率控制器具体可以包括石英晶振、低噪声锁相环频率器、混频器、衰减器、调制器、射频放大器、差分放大器、滤波器、对数放大器以及相位差比较器。

在进行微波水分测量时，频率控制器基于处理器的控制生成指定频率的微波信号，该微波信号经由发射天线200发射出去，发射出去的微波信号会穿透非金属传送带上的被测物料，到达接收天线300。接收天线300接收到的微波信号会传输至评估仪100，评估仪100基于接收天线300接收到的微波信号和发射天线200发射的微波信号，计算出被测物料的含水量。

图2示出了一个示例中的微波水分测量方法的流程示意图，该方法可应用于图1所示的评估仪中。如图2所示，该示例中的微波水分测量方法包括：

步骤s201：获取物料类型信息；

步骤s202：根据所述物料类型信息，从与所述物料类型信息对应的频率区间中提取预定数目的频率信息；

步骤s203：控制微波发射天线依次发射与预定数目的频率信息对应的频率的微波信号；

步骤s204：获取微波接收天线接收到的微波信号；

步骤s205：确定微波接收天线接收到的各频率的微波信号相对于微波发射天线发射的各频率的微波信号的相位差和阻尼衰减量；

步骤s206：以各频率的微波信号的相位差为第一向量、阻尼衰减量为第二向量，对第一向量和第二向量叠加分别获得各频率的微波信号的微波信号向量；

步骤s207：根据各频率的微波信号的微波信号向量确定所述待测物料的含水量。

根据如上所述的实施例的方案，其在进行微波水分测量时，基于接收到的物料类型选择指令，从物料类型选择指令中的物料类型信息对应的频率区间中提取出频率信息，且提取的是预定数目的频率信息，进而控制微波发射天线发射提取到的预定数目的频率信息对应频率的微波信号，从而基于预定数目的接收到的微波信号和对应的发射的微波信号来实现含水量的测量，且在确定含水量时，基于接收的微波信号和发送的微波信号确定的微波信号向量来确定含水量，从而其基于与被测物料的类型对应的频率区间内的多个频率发送微波，且根据基于微波信号确定的由相位差和阻尼衰减量确定的微波信号向量实现含水量的确定，从而提高了微波水分测量的准确性。

在一个示例中，上述根据各频率的微波信号的微波信号向量确定所述待测物料的含水量时，一个具体示例中的方式可以包括：

确定各频率的微波信号的微波信号向量的夹角；

构建包含各微波信号向量的夹角的向量矩阵；

根据所述向量矩阵确定所述待测物料的含水量。

在具体的应用示例中，可以根据所述向量矩阵以及预设确定的回归系数矩阵确定所述待测物料的含水量。

基于本示例中的方案，以下结合一个应用示例中的采用微波测量的方式测量水分的过程进行详细举例说明。

如上所述，在微波测量水分时，是基于接收天线接收到的微波信号和发射天线发射的微波信号，计算出被测物料的含水量。微波测量水分时，主要是利用水分的介电性质，介电常数可以表示为：

εr＝ε′r-j(ε″r+o’/ωε0)

其中，ε″r为介电损耗，o’/ωε0为导电损耗，ω和微波频率成正比关系。

当处于低频时，导电损耗占主导地位，微波衰减和含水量之间的关系并不明显；而处于高频时，介电损耗占优势，微波衰减和含水量之间成明显的线性关系。因此，为了确定测得的被测物料的含水量的准确性，在本实施例中，选取与被测物料合适的频段(即微波衰减和含水量之间成明显线性关系的频段)进行测量。

在实施例方案中，首先确定被测试的待测物料的类型，即确定物料类型信息，可以采用任何可能的方式确定物料类型信息。一个实施例中的方式，可以是用户通过设置的选择开关、触摸屏等类似的设备发出物料类型选择指令，该物料类型选择指令包括有待测物料的物料类型信息，本实施例方案通过接收该物料类型选择指令获得该物料类型信息。在一些实施例中，也可以是自动对被测物料的类型进行识别，以获得上述物料类型信息。

本发明实施例方案在获得物料类型信息后，从与所述物料类型信息对应的频率区间中提取预定数目的频率信息。这里的预定数目可以结合实际需要进行设定，例如可以设定为100。微波信号的频率范围一般是较宽的频率范围。本示例中的频率范围可以设置为500mhz至10ghz，对于不同类型的物料，各物料(即物料类型信息)对应的在该频率范围中的频率区间可能相同，也可能不相同。

随后，控制微波发射天线依次发射与预定数目的频率信息对应的频率的微波信号，即控制发射100个不同频率的微波信号，这100个不同频率的微波信号可以在预定时间期限内依次发射。该预定时间期限可以结合实际需要进行设置，一个示例中可以设置为10毫秒。

每个频率的微波信号经发射天线发射出去后，穿透非金属传送带上的被测物料，到达接收天线。在获得接收天线接收到的微波信号后，根据接收天线接收到的微波信号和发射天线接收的微波信号，可以确定出该频率的微波信号的相位差和阻尼衰减量。具体的确定相位差和阻尼衰减量的方式，可以采用任何可能的方式进行。

以该频率的接收和发送的微波信号的相位差为一个向量，记为第一向量，将阻尼衰减量也作为一个向量，记为第二向量。将第一向量与第二向量叠加，可获得该频率的微波信号的微波信号向量。

通过对该微波信号向量进行分析，将该微波信号向量表示为坐标系中的向量，可以确定，该微波信号向量是一个和密度变化无关、但是和水分变化有关的量，即便是物料的密度发生改变，只要含水量一定，该微波信号向量在坐标系中的角度就不会发生改变，与含水量无关。

以上述发射了100个频率的微波信号为例，对于上述发射的100个频率的微波信号，从而可以获得100个微波信号向量，确定这100个信号向量在坐标系中的夹角后，用将这100个信号向量表示的夹角构建一个向量矩阵，随后，即可根据该向量矩阵以及预设确定的回归系数矩阵确定被测物料的含水量。

具体应用中，可以基于下式确定被测物料的含水量：

式中，c为含水量(％)，b0为回归截距(预设常数)，bi为回归系数矩阵，ai为上述向量矩阵，n为频率数。如，以上述发射了100个频率的发射信号为例，bi、ai均为1行100列的矩阵，n等于100。

其中，回归系数矩阵可以是预先确定并存储的，在上述确定含水量时可直接使用。一个具体应用示例中，可以通过建立校准模型，并利用偏最小二乘算法确定上述bi。具体的确定该回归系数矩阵的方式，可以基于多个已知样品的含水量采用任何可能的方式进行。

基于与上述方法相同的思想，图3示出了一个示例中的微波水分测量装置的结构示意图，如图3所示，该示例中的微波水分测量装置包括：

类型确定模块301，用于获取物料类型信息；

频率信息确定模块302，用于根据所述物料类型信息，从与所述物料类型信息对应的频率区间中提取预定数目的频率信息；该预定数目可以结合实际需要进行设定，一个示例中可以设置为100；一个示例中的频率区间可以是在500mhz到10ghz的范围内；

微波照射控制模块303，用于控制微波发射天线依次发射与预定数目的频率信息对应的频率的微波信号，并获取微波接收天线接收到的微波信号；一个示例中，微波照射控制模块303可以控制微波发射天线在预定时间期限内依次发射与预定数目的频率信息对应的频率的微波信号，该预定时间期限可以结合实际需要进行设置，例如可以设置为10毫秒；

向量确定模块304，用于确定微波接收天线接收到的各频率的微波信号相对于微波发射天线发射的各频率的微波信号的相位差和阻尼衰减量；并以各频率的微波信号的相位差为第一向量、阻尼衰减量为第二向量，对第一向量和第二向量叠加分别获得各频率的微波信号的微波信号向量；

含水量确定模块305，用于根据各频率的微波信号的微波信号向量确定所述待测物料的含水量。

根据如上所述的实施例的方案，其在进行微波水分测量时，基于接收到的物料类型选择指令，从物料类型选择指令中的物料类型信息对应的频率区间中提取出频率信息，且提取的是预定数目的频率信息，进而控制微波发射天线发射提取到的预定数目的频率信息对应频率的微波信号，从而基于预定数目的接收到的微波信号和对应的发射的微波信号来实现含水量的测量，且在确定含水量时，基于接收的微波信号和发送的微波信号确定的微波信号向量来确定含水量，从而其基于与被测物料的类型对应的频率区间内的多个频率发送微波，且根据基于微波信号确定的由相位差和阻尼衰减量确定的微波信号向量实现含水量的确定，从而提高了微波水分测量的准确性。

一个示例中的含水量确定模块305包括：

夹角确定模块，用于确定各频率的微波信号的微波信号向量的夹角；

矩阵构建模块，用于构建包含各微波信号向量的夹角的向量矩阵；

确定模块，用于根据所述向量矩阵确定所述待测物料的含水量。

在具体的应用示例中，确定模块可以根据所述向量矩阵以及预设确定的回归系数矩阵确定所述待测物料的含水量。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的程序可存储于一非易失性的计算机可读取存储介质中，如本发明实施例中，该程序可存储于计算机系统的存储介质中，并被该计算机系统中的至少一个处理器执行，以实现包括如上述各方法的实施例的流程。其中，的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。

基于如上所述的示例，一个实施例中还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述的微波水分测量方法。

此外，在一个实施例中，还提供一种设备，该设备可以是上述评估仪任何可能的设备形式，其包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如上所述任一示例的微波水分测量方法。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。