利用微波信号检测粮食中的水分含量的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及粮食水分测量技术领域，尤其涉及一种利用微波信号检测粮食中的水 分含量的方法和装置。
【背景技术】
[0002] 在粮食入仓过程中，水分含量检测具有十分重要的意义，若不及时把水分含量较 高的粮食剔除，入仓后则存在霉变的可能。现行的粮食水分检测方式为人工抽样检测，由于 抽样检测方法效率较低，只能对样本进行较可靠的检测，缺乏普遍性，使粮堆内混入高水分 含量的粮食成为可能。
[0003] 在微波频段，水的介电常数远远大于一般材料，材料中的水分成为决定整个材料 介电常数的主要部分，尤其是在X波段，水的损耗因子较高。由于水的介电常数远远大于一 般物质，因此被测物中的水分含量越高，被测物的介电常数就越大。另一方面，穿透被测物 的微波的幅度衰减和相移与被测物的介电常数有关。因此，通过检测穿透粮食的微波和未 穿透粮食的微波的幅度和相位差异，检测粮食对微波信号造成的幅度和相位的变化，结合 粮食其他参量，如粮食厚度，温度等，可以计算出粮食中的水分含量。
[0004] 现有技术中的一种利用微波测量粮食中的水分含量的方法为：通过电路向粮食发 射微波信号，接收上述微波信号穿过粮食后的穿透微波信号，将上述微波信号和穿透微波 信号进行比较，检测出上述微波信号的能量损耗与相移，根据该能量损耗与相移计算出粮 食中的水分含量。
[0005] 上述现有技术中的一种利用微波测量粮食中的水分含量的方法的缺点为：该方法 会将微波信号的传输通路中除粮食产生的损耗之外的损耗引入测量结果，其次，由于该方 法所使用的微波信号的频率较高，对进行能量损耗与相移检测的电路要求较高，电路较难 实现。
【发明内容】
[0006] 本发明的实施例提供了一种利用微波信号检测粮食中的水分含量的方法和装置， 以提高粮食中的水分的检测精度。
[0007] 本发明提供了如下方案：
[0008] -种利用微波信号检测粮食中的水分含量的方法，包括：
[0009] 产生两路同频率、同相位和同幅度的微波信号，一路微波信号经同轴线传输；另一 路微波信号经发射天线发射出去，所述另一路微波信号穿过待测量水分的粮食；
[0010] 将所述经同轴线传输的一路微波信号经过下变频处理后得到对比信号，将所述穿 过粮食的另一路微波信号经过下变频处理后得到测试信号，测量出所述对比信号、测试信 号之间的幅度衰减A与相移差异
[0011] 利用所述幅度衰减A、相移差异-通过密度无关算法计算出所述粮食相关的密度 无关数ξ，再根据所述密度无关数ξ和所述粮食所处的温度T计算出所述粮食中的水分含 量。
[0012] 所述的产生两路同频率、同相位和同幅度的微波信号，包括：
[0013] 利用石英晶体振荡器产生原始信号，将所述原始信号传输给频率综合器，所述频 率综合器对所述原始信号进行分频处理后，得到鉴相频率。所述频率综合器根据鉴相频率 产生微波信号；
[0014] 将所述微波信号传输给可变增益放大器，所述可变增益放大器对所述微波信号进 行放大，将放大后的微波信号传输给功分器，所述功分器对接收到的微波信号进行功分处 理，产生两路同频率、同相位和同幅度的微波信号。
[0015] 所述的将所述经同轴线传输的一路微波信号经过下变频处理后得到对比信号，将 所述穿过粮食的另一路微波信号经过下变频处理后得到测试信号，包括：
[0016] 设置两路结构完全一致的电路：测试通路与对比通路，所述对比通路中包括带通 滤波器1、低噪放大器1、混频器1、本振1和低通滤波器1，所述测试通路中包括带通滤波器 2、低噪放大器2、混频器2、本振2和低通滤波器2 ;
[0017] 所述对比通路接收所述经同轴线传输的一路微波信号，所述测试通路接收所述穿 过粮食的另一路微波信号；所述本振1产生本振信号，将该本振信号传输给混频器1，所述 本振2产生本振信号，将该本振信号传输给混频器2 ;
[0018] 所述对比通路中的微波信号分别经带通滤波器1、低噪放大器1处理后，传输到混 频器1，所述混频器1将接收到的微波信号、本振信号进行混频处理，得到混频信号1，将该 混频信号1输出给低通滤波器1，所述低通滤波器1对所述混频信号1进行低通滤波处理， 产生对比信号；
[0019] 所述测试通路中的微波信号分别经带通滤波器2、低噪放大器2处理后，传输到混 频器2,所述混频器2将接收到的微波信号、本振信号进行混频处理，得到混频信号2,将混 频信号2输出给低通滤波器2,所述低通滤波器2对接收到的混频信号2进行低通滤波处 理，产生测试信号。
[0020] 所述的利用所述幅度衰减Α、相移差异炉通过密度无关算法计算出所述粮食相关 的密度无关数ξ，再根据所述密度无关数ξ和所述粮食所处的温度Τ计算出所述粮食中的 水分含量，包括：
[0021] 采样多个不同温度、不同水分含量下的粮食样本，利用所述测试通路与对比通路 得到每个粮食样本对应的对比信号、测试信号，并通过能量损耗与相移检测电路利用对比 信号、测试信号测量得出每个粮食样本的幅度衰减Α与相移差异0 ,利用每个粮食样本的 幅度衰减A与相移差异於计算出参数k、af、a、b、c ;
[0022] 根据所确定的参数k、af、a、b、c，以及所述粮食的厚度d、能量衰减A及相移Φ，由 下面的公式5、公式6计算出所述粮食相关的密度无关数ξ ;
[0023]
[0024]
[0026] 由下面的公式8计算出所述粮食的水分含量Μ
[0025]
[0027]
[0028] 所述的采样多个不同温度、不同水分含量下的粮食样本，利用所述测试通路与对 比通路得到每个粮食样本对应的对比信号、测试信号，并通过能量损耗与相移检测电路利 用对比信号、测试信号测量得出每个粮食样本的幅度衰减Α与相移差异Ρ ,利用每个粮食 样本的幅度衰减A与相移差异，计算出参数k、af、a、b、c，包括：
[0029] 1、离线采样N份粮食样品；
[0030] 2、从N中取&份粮食样品，将&份粮食样品配置成不同温度、不同水分含量下的 粮食样本，利用所述测试通路与对比通路得到每个粮食样本对应的对比信号、测试信号，并 通过能量损耗与相移检测电路利用对比信号、测试信号测量得出每个粮食样本的幅度衰减 Aj与相移差异Φ j，以及每个粮食样品的密度P j，j = 1，2,;
[0031] 3、计算 ε』=ε ' .厂i ε " j()
if τ
[0032]
[0033]
[0034] 上述公式1和公式2中的d为粮食的密度，λ。为微波信号的波长，taiu$= : ε
[0035] 根据上述公式1和公式2计算出ε，结合公￥使用最小二乘法计 算截距k与斜率af ;
[0036] 4、从N中取N2份待测样品，将N2份粮食样品配置成不同温度、不同水分含量下的 粮食样本，分别测量出每个粮食样品的参数：温度T p，衰减Ap与相移Φρ，p = 1，2,…，N2。
[0037] 计算 ε ρ = ε，p-i ε " p。
[0038] 计算
[0039] 结合式
[0040] 根据所述公式3和公式4使用最小二乘法求解出参数a、b、c。
[0041] 一种利用微波信号检测粮食中的水分含量的装置，包括：
[0042] 微波信号产生电路，用于产生两路同频率、同相位和同幅度的微波信号；
[0043] 微波信号传输模块，用于将一路微波信号经同轴线传输，将另一路微波信号经发 射天线发射出去，所述另一路微波信号穿过待测量水分的粮食；
[0044] 接收信号处理电路，用于将所述经同轴线传输的一路微波信号经过下变频处理后 得到对比信号，将所述穿过粮食的另一路微波信号经过下变频处理后得到测试信号；
[0045] 能量损耗与相移检测电路，用于测量出所述对比信号、测试信号之间的幅度衰减A 与相移差异
[0046] 数据处理与人机接口电路，用于利用所述幅度衰减A、相移差异#通过密度无关算 法计算出所述粮食相关的密度无关数ξ，再根据所述密