湿度的检测方法及装置与流程

1.本发明涉及一种湿度的检测方法及装置，属于湿度检测领域。具体地说，是一种用于生物质新能源、机械设备产品生产线、食品生产线、电子产品生产线、冶金矿山、港口码头、煤矿、仓储物流、纺织、烟草、印刷等行业的原材料和成品湿度的检测方法及装置。这些物质包括：生物质（如秸秆、木屑、板皮等林业农业的固体废物）、食品材料、冶金材料、煤炭、仓储物、港口码头物料、船舶货物、物流物品、电子产品和原材料、印刷材料、纺织材料、木材、纸张等等物品。


背景技术：

2.湿度是一个重要的物理量，与人类的生产和生活息息相关，随着科学技术的发展，自动化生产已经是大势所趋，企业在加工和处理物料的过程当中，由于物料的水分会对生产的产品的质量和品质产生很重要的影响，且水分对产品的存储也有非常明显的影响，因此对物料的水分进行实时在线测量也是重中之重。在工业生产、农业生产、能源利用等许多高科技领域，对湿度测量的要求越来越高。而传统的测量湿度方法为干湿表法、露点法、吸附元件法、吸收光谱法等，如用于砂石含水量检测手段的抽样干燥法，属于“离线”式检测，这种方法检测出来的含水率与混凝土实际生产状态存在着时间滞后现象（一般为 6 小时），用此种检测手段不仅不能及时反映生产的瞬间状态值，还使得生产操作工要通过人工估计调节给水量，不能保障混凝土的生产质量和效率。虽然湿度测量技术不断完善、成熟，但因现有技术手段测量时间长、测量误差大、重复性差，易受温度、压力等因素影响，且多为空气湿度的检测没有固体检测，相对湿度的测量误差只能达到
±
3%rh～8%rh等缺点，已经远远不能满足人们生活和生产对湿度的动态和准确测量的需求。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种湿度的检测方法及装置，以球扇形检测板为测量部件，通过识别被测物表面的图像、亮度、色度等数据并进行处理后，与数据库预存的图像和色度做对比，将若干个感光元件的对比结果做加权平均计算，得出该被测物的湿度值；采用球扇形检测板就是为了使被测物的反射光和折射光全部或尽可能多的被检测到，以提高检测准确度，并且对检测装置与被测物之间的粉尘做物理结构上的遮挡，以减少粉尘进入测量部件，解决已有技术存在的上述技术问题。
4.本发明的技术方案是：湿度的检测装置，以球扇形检测板为测量部件，球扇形检测板均分为多个弧形单元，球扇形检测板中心焦点直线处的弧形单元内安置激光发射器，其余弧形单元内布置感光元件，激光发射器作为激光光源，发射不易产生散斑的半导体激光照射被测物，被测物的反射光通过自然聚焦后，被感光元件接收，增强测量信号的强度，抵制干扰光线；在球扇形检测板上方或下方或侧面设置温度传感器（视现场允许空间定），检测实时温度，以温度值为检索依据在数据库中查找，对比此时温度下对应的图像；感光元件为平面式，以鳞片状安
装于球扇形检测板上，感光元件和激光发射器分别与相应的电子控制器连接，构成湿度检测装置。
5.所述球扇形检测板的形状为球体的扇形表面，是球体表面的一部分，整体呈扇形。
6.所述球扇形检测板上的每个弧形单元就是一个安装支架，激光发射器和感光元件镶嵌在安装支架上，在球扇形检测板上方或下方或侧面设置温度传感器（视现场允许空间定）。
7.所述感光元件由ccd元件（包括线性ccd和矩阵性ccd）或cmos元件构成。
8.所述球扇形检测板可根据被测物的形状、大小和粒度等尺寸，确定球扇形检测板的弧度和扇形的尺寸；球扇形检测板的内环弧长尺寸为被测物粒径的6.18倍为宜。球扇形检测板与被测物距离以被测物移动或翻动而不触碰到球扇形检测板且球扇形检测板能接收足够反射光为宜。也可根据被测物尺寸度身定制球扇形检测板的扇形和弧形尺寸，以使本项发明具有广泛的普适性和高精度检测。
9.球扇形检测板经信号线和电源线与电子控制器连接；电子控制器设有显示和设置面板。
10.所述感光元件和激光发射器以电子器件所能承受的最小尺寸配置，以满足小型被测物的需求。
11.湿度的检测方法，采用上述检测装置，针对每种被测物，考虑实际温度对固体物表面的湿度的影响，在累积湿度图像数据库的数据时，以温度值（误差在2～3℃）为限定条件标定物体湿度与其图像的对应关系，将其温度、湿度与图像色度的对应关系储存于电子控制器的数据库中；进行湿度测试时，现场实测的温度及物体的图像和色度再与数据库内的图像和色度信息，先按温度值为检索依据，再按红绿蓝色系分域搜索、再细分比对，计算得出被测物的实际湿度值；为非接触式湿度检测，连续在线检测。本发明只做比对运算，减少了电子控制器的运算量，提高了检测速度。
12.本发明只对被测物表面的湿度做检测；通过识别被测物表面的图像和色度等数据并进行处理后，与数据库预存的图像和色度做对比，将若干个感光元件的对比结果做加权平均计算，得出该被测物的湿度值，该被测物也可能为粒状的物料堆。融合比例参数可得出适合用户的绝对湿度、相对湿度、比较湿度等参量值。
13.本发明采用激光照射被测物，由球扇形检测板接收被测物的反射光和折射光，可忽略周围环境的干扰光线，即无论室外和室内、无论白天和黑夜，都可以采用本发明检测方法及装置检测固体物的湿度。
14.本发明检测的湿度是球扇形检测板中心线上、激光照射部分的被测物的湿度值，这个被测物可以是大型的、整体的固体物的中心线斑上的湿度值，也可以是粒型的散状物体的中心线斑上的湿度值，中心线斑的范围与激光发射器照射面积相等；采用球扇形检测板就是为了使被测物的反射光和折射光全部或尽可能多的被检测到，以提高检测准确度。
15.无论被测物（即使是大型的、整体的被测物，其表面也是凹凸状，也可视为多粒度组成）的表面粗糙度如何，其表面都可以视为若干个反射面，球扇形检测板上面的感光元件接收到被测物的反射光并进行检测、识别和比对。
16.本发明采用球扇形检测板作为测量部件的方式，是对检测装置与被测物之间的粉尘做物理结构上的遮挡，以减少粉尘进入测量部件（由于在测量现场，特别是散状、粒状的
被测物，灰尘较大），并减少清洁次数，保护检测器件。如果粉尘浓度过大，会对检测装置发出的激光产生遮挡和散射，对被测物的反射光产生折射和散射，影响测试准确度，此时需定时对球扇形检测板进行擦拭，以保证测试精度。
17.当激光发射到粒状被测物表面时，由于被测物接收面不确定或被测物为粒状、物多且分布不均，发射光将呈发散状被球扇形检测板上面的诸多感光元件接收，保障了检测数据的完整。
18.由于光速极大，只要球扇形检测板上面的感光元件检测速度及后台的数据算力足够，就可以忽略被测物的移动速度，即无论被测物是固定还是移动，都可应用本发明方法进行检测。
19.同一被测物（被测物可能为粒度较小的散状物料，也可能为较大形物体的各凹凸的曲面状表面）的反射光可能被不同感光元件接收，随着被测物的抖动或移动，接收到该被测物的反射光角度等仍可能有变化，仍然可能被不同的感光元件接收到，即在检测过程中，球扇形检测板上面的感光元件接收到的反射光不确定是哪一个被测物的反射光，故依据被测物的移动速度定时做加权平均计算输出，即为此时被测物的湿度值。
20.本发明检测方法直接测量物体表面的湿度，只对固体被测物进行湿度检测。
21.本发明的有益效果：以球扇形检测板为测量部件，根据实时温度通过识别被测物表面的图像、亮度、色度等数据并进行处理后，与数据库该温度下预存的图像和色度做对比，将若干个感光元件的对比结果做加权平均计算，得出该被测物的湿度值；采用球扇形检测板就是为了使被测物的反射光和折射光全部或尽可能多的被检测到，以提高检测准确度，并且对检测装置与被测物之间的粉尘做物理结构上的遮挡，以减少粉尘进入测量部件。
22.本发明可以用于生物质新能源、机械设备产品生产线、食品生产线、电子产品生产线、冶金矿山、港口码头、煤矿、仓储物流、纺织、烟草、印刷等行业的原材料和成品湿度的检测。检测物包括：生物质（如秸秆、木屑、板皮等林业农业的固体废物）、食品材料、冶金行业的材料、煤炭、仓储储物、港口码头物料、船舶货物、物流物品、电子产品和原材料、印刷材料、纺织材料、木材、纸张等等物品。
附图说明
23.图1是本发明实施例结构示意图；图2是本发明实施例球扇形检测板正视图；图中：球扇形检测板1、弧形单元2、激光发射器3、感光元件4、被测物5、温度传感器6。
具体实施方式
24.以下结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。
25.湿度的检测装置，以球扇形检测板1为测量部件，球扇形检测板均分为多个弧形单元2，球扇形检测板中心焦点直线处的弧形单元内安置激光发射器3，其余弧形单元内布置感光元件4，激光发射器3（视被测物的尺寸，可将激光发射器尺寸做大或做小或增强激光能量，占用1个或2个或多个弧形单元，以增强感光元件接收光线的强度）采用发射不易产生散斑的半导体激光作为激光光源照射被测物5，被测物5的反射光通过自然聚焦后，被感光元
件4接收，增强测量信号的强度，抵制干扰光线；在球扇形检测板上方或下方或侧面设置温度传感器6（视现场允许空间定），检测实时温度，以温度值为检索依据在数据库中查找，对比此时温度下对应的图像；感光元件为平面式，以鳞片状安装于球扇形检测板上，感光元件4和激光发射器3分别与相应的电子控制器连接，构成湿度检测装置。
26.所述球扇形检测板上的每个弧形单元2就是一个安装支架，激光发射器3和感光元件4镶嵌在安装支架上，在球扇形检测板上方或下方或侧面设置温度传感器（视现场允许空间定）。
27.所述球扇形检测板的形状为球体的扇形表面，是球体表面的一部分，整体呈扇形。
28.所述感光元件4由ccd元件（包括线性ccd和矩阵性ccd）或cmos元件构成。
29.所述球扇形检测板可根据被测物的形状、大小和粒度等尺寸，确定球扇形检测板的弧度和扇形的尺寸；球扇形检测板的内环弧长尺寸为被测物粒径的6.18倍为宜。球扇形检测板与被测物距离以被测物移动或翻动而不触碰到检测板且检测板能接收足够反射光为宜。也可根据被测物尺寸度身定制球扇形检测板的扇形和弧形尺寸，以使本项发明具有广泛的普适性和高精度检测。
30.球扇形检测板经信号线和电源线与电子控制器连接；电子控制器设有显示和设置面板。
31.所述感光元件和激光发射器以电子器件所能承受的最小尺寸配置，以满足小型被测物的需求。
32.湿度的检测方法，采用上述检测装置，针对每种被测物，考虑实际温度对固体物表面的湿度的影响，在累积湿度图像数据库的数据时，以温度值（误差在2～3℃）为限定条件标定物体湿度与其图像的对应关系，将其温度、湿度与图像色度的对应关系储存于电子控制器的数据库中（数据库中物体的湿度与图像色度的对应关系可采用其它的离线方式标定，如对某一种物体或物料采用称重法标定其湿度值时，可在称重与湿度计量的过程中录入诸多图片数据作为数据库的检索信息）；进行湿度测试时，现场实测的温度及物体的图像和色度再与数据库内的图像和色度信息，先按温度值为检索依据，再按红绿蓝色系分域搜索、再细分比对，计算得出被测物的实际湿度值；本发明为非接触式湿度检测，可连续在线检测。本发明只做比对运算，减少了电子控制器的运算量，提高了检测速度。
33.本发明只对被测物表面的湿度做检测；通过识别被测物表面的图像和色度数据并进行处理后，与数据库预存的图像和色度做对比，将若干个感光元件的对比结果做加权平均计算，得出该被测物的湿度值，该被测物也可能为粒状的物料堆。融合比例参数可得出适合用户的绝对湿度、相对湿度、比较湿度等参量值。
34.本发明采用激光照射被测物，由球扇形检测板接收被测物的反射光和折射光，可忽略周围环境的干扰光线，即无论室外和室内、无论白天和黑夜，都可以采用本发明检测方法及装置检测固体物的湿度。
35.本发明检测的湿度是球扇形检测板中心线上、激光照射部分的被测物的湿度值，这个被测物可以是大型的、整体的固体物的中心线斑上的湿度值，也可以是粒型的散状物体的中心线斑上的湿度值，中心线斑的范围与激光发射器照射面积相等；采用球扇形检测板就是为了使被测物的反射光和折射光全部或尽可能多的被检测到，以提高检测准确度。
36.无论被测物（即使是大型的、整体的被测物，其表面也是凹凸状，也可视为多粒度
组成）的表面粗糙度如何，其表面都可以视为若干个反射面，球扇形检测板上面的感光元件接收到被测物的反射光并进行检测、识别和比对。
37.本发明采用球扇形检测板作为测量部件的方式，是对检测装置与被测物之间的粉尘做物理结构上的遮挡，以减少粉尘进入测量部件（由于在测量现场，特别是散状、粒状的被测物，灰尘较大），并减少清洁次数，保护检测器件。如果粉尘浓度过大，会对检测装置发出的激光产生遮挡和散射，对被测物的反射光产生折射和散射，影响测试准确度，此时需定时对球扇形检测板进行擦拭，以保证测试精度。
38.当激光发射到粒状被测物表面时，由于被测物接收面不确定或被测物为粒状、物多且分布不均，发射光将呈发散状被球扇形检测板上面的诸多感光元件接收，保障了检测数据的完整。
39.由于光速极大，只要球扇形检测板上面的感光元件检测速度及后台的数据算力足够，就可以忽略被测物的移动速度，即无论被测物是固定还是移动，都可应用本发明方法进行检测。
40.同一被测物（被测物可能为粒度较小的散状物料，也可能为较大形物体的各凹凸的曲面状表面）的反射光可能被不同感光元件接收，随着被测物的抖动或移动，接收到该被测物的反射光角度等仍可能有变化，仍然可能被不同的感光元件接收到，即在检测过程中，球扇形检测板上面的感光元件接收到的反射光不确定是哪一个被测物的反射光，故依据被测物的移动速度定时做加权平均计算输出，即为此时被测物的湿度值。
41.本发明检测方法直接测量物体表面的湿度，只对固体被测物进行湿度检测。
42.在实施例中，按图2方式结合所要检测湿度的物体外形尺寸，设计、制作球扇形检测板1外框，安装支架构成多个弧形单元2，在球扇形检测板1表面中心的安装支架上镶嵌安装激光发射器3（视被测物的尺寸，可将激光发射器尺寸做大或做小或增强激光能量，占用1个或2个或多个弧形单元，以增强感光元件接收光线的强度。）采用发射不易产生散斑的半导体激光作为激光光源，激光发射器3周围的安装支架上镶嵌安装感光元件4，信号线、电源线连接电子控制器和电源。按图1方式将球扇形检测板安置于被测物5的侧方或上方，以不妨碍被测物的移动、搬运为宜。按用户需求通过电子控制器的显示和设置面板，设置绝对湿度、相对湿度、比较湿度等参量值。当有检测物处于球扇形检测板检测范围时，湿度检测开始，电子控制器显示面板上的湿度值不断刷新显示。本方法及装置简单、测试便捷。