一种在线电阻式谷物水分测量的装置及方法
【专利摘要】本发明提供一种在线电阻式谷物水分测量的装置，该装置包括：谷物干燥机、取样器以及测量仪。本发明还提供了一种利用该装置进行谷物水分测量的方法，利用该方法和装置，能够实现谷物干燥机智能自动化操作，排除温度和杂物的影响，准确地测量谷物的水分。
【专利说明】一种在线电阻式谷物水分测量的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及农业【技术领域】，具体涉及一种在线电阻式谷物水分测量的装置及方法。
【背景技术】
[0002]谷物水分是影响谷物品质的一个重要因素，谷物含水量多少不但决定了谷物贮藏的安全性，也同样制约着谷物加工工艺与流通过程。谷物水分过高容易引起谷物发热、霉变、生虫等现象。利用谷物干燥机对谷物进行烘干，是目前降低谷物水分最行之有效的方法。干燥过程中，必须对谷物水分进行测量，以避免谷物水分过低，影响谷物营养成分及品质。
[0003]测量方法可分为人工取样离线测量方法和在线自动测量方法。在线自动测量方法能够自动取样、测量并显示，具有省时、省工、操作方便、节约人力等优点。常用的在线测量方法基于电阻测量原理，测量时，取样器的两个碾压式电极向内转动，挤压谷物颗粒使其破碎。由于谷物电阻随其含水量变化，因此通过测量两电极之间的电阻，就可以得到谷物水分。
[0004]现有的电阻式谷物水分测量装置和方法采用电压法测量谷物电阻，但由于谷物电阻很大，特别在谷物含水量较低时，使得测量信号弱、信噪比低、不利于信号传输。且在线测量时，取样器中不仅有谷物，还含有大量的灰尘、杂草等杂物，导致测量结果不真实、不准确，而现有的在线电阻式谷物水分测量装置不能很好地排除灰尘、杂草等杂物的影响。
【发明内容】
[0005](一)解决的技术问题
[0006]针对现有技术的不足，本发明提供了一种在线电阻式谷物水分测量的装置及方法，能够克服现有在线电阻式谷物水分测量装置的缺陷，能够按照设定的测量间隔自动对干燥机内谷物水分进行在线测量，并消除灰尘、杂草等杂物和温度的影响，得到准确的谷物水分。
[0007](二)技术方案
[0008]为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现:
[0009]一种在线电阻式谷物水分测量的装置，该装置包括:谷物干燥机、取样器以及测量仪；
[0010]谷物干燥机，用于吹出热风将谷物进行加热干燥；
[0011]取样器，安装在谷物干燥机的底部，用于对谷物进行取样，产生电阻信号和温度信号并发送给测量仪；
[0012]测量仪，用于接收所述电阻信号并通过阻频转换电路而输出频率信号，并保存频率值；接收所述温度信号，并保存温度值；根据频率信号处理算法，利用保存的频率值得到最终频率信号，并对保存的所有温度值求平均值，得到谷物温度；根据最终频率信号和谷物温度得到谷物水分。
[0013]其中，所述取样器包括:两个电极、温度传感器以及电机；
[0014]所述电极，用于碾压谷物，从而产生电阻信号；
[0015]所述温度传感器，用于产生温度信号；
[0016]电机，用于控制两个电极的转动。
[0017]其中，所述测量仪包括:开关电路、阻频转换电路、主控制器、显示触摸屏、按键以及存储器；
[0018]开关电路，用于选择阻频转换电路；
[0019]阻频转换电路，用于将电阻信号转换为频率信号；
[0020]主控制器，用于根据频率信号处理算法，得到最终频率信号；对采集的所有温度值求平均值，得到谷物温度；根据最终频率信号和谷物温度得到谷物水分；当连续多次测量的谷物水分不高于目标水分时，发出控制信号以关闭干燥机；
[0021]显示触摸屏，用于设置参数、显示谷物水分和显示干燥完成情况；
[0022]按键，用于设置参数；
[0023]存储器，用于存储所设置的参数。
[0024]其中，所述阻频转换电路具体包括:高水分阻频转换电路、中间水分阻频转换电路以及低水分阻频转换电路。
[0025]其中，所述测量仪进一步包括定时器，用于限定水分测量的时间间隔。
[0026]其中，所述阻频转换电路，将电阻信号R转换为频率信号f的公式为:
[0027]f= (ai+a2 X R)
[0028]其中，常数。
[0029]其中，所述测量仪，根据最终频率信号f和谷物温度T得到谷物水分M，其公式为:
[0030]M= Infn2 X In 0?+!? X f_1)} +k X (T0-T)
[0031]其中，Ii1 > n2为常数6,表示谷物种类不同m2=l/a2,表示不同的阻频电路；k为常数，表示温度补偿系数Jtl为常数，表示基准温度。
[0032]一种利用上述装置进行在线电阻式谷物水分测量的方法，该方法包括:
[0033]S1:设定参数后，开始测量:
[0034]S2:主控制器控制电机，使得两个电极向外转动，清除两个电极间积累的谷物；
[0035]S3:主控制器控制电机，使得两个电极向内转动开始碾压谷物，从而产生电阻信号;
[0036]S4:采集所述电阻信号通过中间水分阻频转换电路后输出的频率信号，并保存频率值，并判断开通哪一路阻频转换电路；
[0037]S5:每隔所设定的时间，采集一次温度传感器的信号，并保存温度值；
[0038]S6:每隔所设定的时间，停止电机，进行数据处理；
[0039]S7:主控制器根据频率信号处理算法，得到最终频率信号，并对采集的所有温度值求平均，得到谷物温度；
[0040]S8:主控制器根据最终频率信号和谷物温度得到谷物水分，并将结果显示到显示触摸屏上；
[0041 ] 在步骤S8之后，该方法进一步包括:[0042]开启测量仪内部定时器，当定时器达到设定好的时间间隔，重复步骤S2至步骤S8 ；
[0043]当连续多次测量的谷物水分不高于目标水分时，主控制器发出控制信号，关闭干燥机，并在显示触摸屏上显示干燥完成。
[0044]其中，所述频率信号处理算法包括:
[0045]共采集N次频率信号，且每次频率值为fi (I ^ i ^ N)；
[0046]判断fi是由哪路阻频转换电路输出的，若是高水分阻频转换电路或低水分阻频转换电路输出的频率值，将这些频率值转换成原频率大小；
[0047]滤掉其中突变的频率值，剩下M个频率值，每个频率值记为f j ( I ^ j ^ Μ)；
[0048]将M个频率值从小到大一次排序,每个频率值记为fm (I ^ m ^ M)；
[0049]滤去一部分较小值和一部分较大值，剩下K个频率值，每个频率值记为fk(I ^ k ^ K)；
[0050]求K个频率的平均值，则最终频率信号为
【权利要求】
1.一种在线电阻式谷物水分测量的装置，其特征在于，该装置包括:谷物干燥机、取样器以及测量仪； 谷物干燥机，用于吹出热风将谷物进行加热干燥； 取样器，安装在谷物干燥机的底部，用于对谷物进行取样，产生电阻信号和温度信号并发送给测量仪； 测量仪，用于接收所述电阻信号并通过阻频转换电路而输出频率信号，并保存频率值；接收所述温度信号，并保存温度值；根据频率信号处理算法，利用保存的频率值得到最终频率信号，并对保存的所有温度值求平均值，得到谷物温度；根据最终频率信号和谷物温度得到谷物水分。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述取样器包括:两个电极、温度传感器以及电机； 所述电极，用于碾压谷物，从而产生电阻信号； 所述温度传感器，用于产生温度信号； 电机，用于控制两个电极的转动。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量仪包括:开关电路、阻频转换电路、主控制器、显示触摸屏、按键以及存储器； 开关电路，用于选择阻频转换电路； 阻频转换电路，用于将电阻信号转换为频率信号； 主控制器，用于根据频率信号处理算法，利用保存的频率信号得到最终频率信号；对保存的所有温度值求平均值，得到谷物温度；根据最终频率信号和谷物温度得到谷物水分；当连续多次测量的谷物水分不高于目标水分时，发出控制信号以关闭干燥机； 显示触摸屏，用于设置参数、显示谷物水分和显示干燥完成情况； 按键，用于设置参数； 存储器，用于存储所设置的参数。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述阻频转换电路具体包括:高水分阻频转换电路、中间水分阻频转换电路以及低水分阻频转换电路。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述测量仪进一步包括定时器，用于限定谷物水分测量的时间间隔。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阻频转换电路，将电阻信号R转换为频率信号f的公式为:
f= (ai+a2XR) 其中，B1^a2为常数。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述测量仪，根据最终频率信号f和谷物温度T得到谷物水分M，其公式为:
M= InJn2 X In (In1+m2 X f_1)} +k X (T0-T) 其中，I^n2为常数，表示谷物种类不同:1?=-?/?, m2=l/a2，表示不同的阻频电路；k为常数，表示 温度补偿系数Jtl为常数，表示基准温度。
8.一种利用权利要求1-7中任一项所述的装置进行在线电阻式谷物水分测量的方法，其特征在于，该方法包括:Si:设定参数后，开始测量； S2:主控制器控制电机，使得两个电极向外转动，清除两个电极间积累的谷物； S3:主控制器控制电机，使得两个电极向内转动开始碾压谷物，从而产生电阻信号； S4:采集所述电阻信号通过中间水分阻频转换电路后输出的频率信号，并保存频率值，并判断开通哪一路阻频转换电路； S5:每隔所设定的时间，采集一次温度传感器的信号，并保存温度值； S6:每隔所设定的时间，停止电机，进行数据处理； S7:主控制器根据频率信号处理算法，得到最终频率信号，并对采集的所有温度值求平均，得到谷物温度； S8:主控制器根据最终频率信号和谷物温度得到谷物水分，并将结果显示到显示触摸屏上。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤S8之后，该方法进一步包括: 开启测量仪内部定时器，当定时器达到设定好的时间间隔，重复步骤S2至步骤S8 ； 当连续多次测量的谷物水分不高于目标水分时，主控制器发出控制信号，关闭干燥机，并在显示触摸屏上显示干燥完成。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述频率信号处理算法包括: 共采集N次频率信号，且每次频率值为fi (I ^ i ^N)； 判断fi是由哪路阻频转换电路输出的，若是高水分阻频转换电路或低水分阻频转换电路输出的频率值，将这些频率值转换成原频率大小； 滤掉其中突变的频率值，剩下M个频率值，每个频率值记为fj (I ^ j ^ Μ)； 将M个频率值从小到大一次排序，每个频率值记为fm (I ^m^M)； 滤去一部分较小值和一部分较大值，剩下K个频率值，每个频率值记为fk( I < k < K); 求K个频率的平均值，则最终频率信号为:
【文档编号】G01N27/04GK103808766SQ201410053597
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年2月17日 优先权日:2014年2月17日
【发明者】梅鹤波, 孟志军, 王沛东, 付卫强, 武广伟, 董建军, 周长伟, 姚红, 罗长海, 丛岳 申请人:北京农业智能装备技术研究中心