專利名稱：一種糧食密度與水分的多頻率電磁波測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量糧庫中糧食密度與水分的方法，尤其涉及一種利用介電常數(shù)受糧食的密度和水分影響的特性，將小型寬帶短波天線平行插入糧堆中，通過收發(fā)多種頻率的電磁波進(jìn)行糧食密度與水分測量的方法。
背景技術(shù)：
糧食密度是計(jì)算糧食重量的重要數(shù)據(jù)。目前密度測量采用的方法是一種取樣測量類比估算法取樣測量糧食密度，如容重器或0. 25至1立方米大容器，小心裝滿糧食稱得凈重，再除以容器容積，得到樣品密度；樣品密度乘以修正系數(shù)計(jì)算糧堆平均密度；其中的修正系數(shù)是以同保存條件、已知體積和重量的標(biāo)準(zhǔn)倉，其糧堆平均密度與糧食容重(或大容器單位體積糧食重量)的比值。由于標(biāo)準(zhǔn)倉必須是相同儲藏條件下儲藏同種糧食，而實(shí)際中只能近似，所以一般是由經(jīng)驗(yàn)選擇類別基準(zhǔn)。這種測量方法精度難以確定，且操作復(fù)雜費(fèi)力。糧食水分含量影響糧食物理、化學(xué)和生物特性，是糧食質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。目前國家標(biāo)準(zhǔn)為是GB/TM97-1985。其中有105°C恒重法、定溫定時(shí)烘干法、隧道式烘箱法和兩次烘干法。玉米含水量測定按照GB/T10362-1995執(zhí)行。烘干測重法，測量時(shí)間長，實(shí)時(shí)性差，多適用于實(shí)驗(yàn)室精確測量場合，不適用于大規(guī)?，F(xiàn)場測量。因此，許多方法被提出來測量密度或者水分，如密度測量的電容法、射線法、聲波法，水分測量的電容法、近紅外法、微波法等。這些方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，并且沒有一種方法可以同時(shí)測量出糧食的密度與水分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是基于多頻率電磁波檢測技術(shù)，提供一種同時(shí)測量糧食密度與水分的方法，實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是一種同時(shí)測量糧食密度與水分的方法，具體包括以下步驟S100.利用電容法測量出糧食樣品在不同密度、水分、溫度、頻率時(shí)的介電常數(shù)，建立介電常數(shù)與密度、水分關(guān)系模型；S200.利用電磁波速法測量的介電常數(shù)和烘干法測量的水分進(jìn)行模型參數(shù)校正， 校正后建立不同糧食品種參數(shù)數(shù)據(jù)庫；S300.利用電磁波速法測量的兩種頻率時(shí)糧食的介電常數(shù)代入模型中，求解出被測糧食的密度與水分。所述步驟SlOO中，從糧堆中取一定重量的糧食樣品，放入一定體積的容器中，通過振動(dòng)容器改變糧食的密度，通過烘干或加濕方法改變糧食的水分，利用阻抗分析儀、水分測量儀、溫度計(jì)進(jìn)行不同密度、水分、溫度下介電常數(shù)與頻率的關(guān)系。所述步驟SlOO中，對測量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)回歸的確定關(guān)系模型式ε' r =[l+(a-bl0g1Qf+CM-dMl0g1Qf) P]3 的參數(shù) a、b、c、d。式中 ε ‘,為介電常數(shù)；f 為測量頻率，單位MHz ； P為糧食密度，單位為g/cm3 ；M為糧食水分單位為％。所述步驟SlOO中，先測量電容傳感器在空氣中的電容值Ctl,再測量電容傳感器在
糧食中的電容值cx，則糧食的介電常數(shù)為而。所述步驟S200中，在糧倉現(xiàn)場進(jìn)行糧堆糧食電磁波法測量，同時(shí)采樣測量出糧食水分，通過采樣測量出糧食水分與模型水分含量作對比，通過迭代計(jì)算、調(diào)整模型參數(shù)，最終使誤差小于0. 3%，得到調(diào)整后的參數(shù)，通過對不同品種糧食進(jìn)行測量，建立各種糧食的參數(shù)數(shù)據(jù)庫，在實(shí)際測量時(shí)查詢調(diào)用。所述步驟S200中，利用多頻率電磁波介電常數(shù)測量系統(tǒng)進(jìn)行不同頻率糧堆介電常數(shù)的測量，利用上述關(guān)系建立二元一次方程組，設(shè)測量頻率分別為f\、f2時(shí)測量得到的介電常數(shù)分別為ε ‘ ρ ε ‘ 2，則方程組為
權(quán)利要求
1.一種糧食密度與水分的多頻率電磁波測量方法，其特征在于S100.利用電容法測量出糧食樣品在不同密度、水分、溫度、頻率時(shí)的介電常數(shù)，建立介電常數(shù)與密度、水分關(guān)系模型；S200.利用電磁波速法測量的介電常數(shù)和烘干法測量的水分進(jìn)行模型參數(shù)校正，校正后建立不同糧食品種參數(shù)數(shù)據(jù)庫；S300.利用電磁波速法測量的兩種頻率時(shí)糧食的介電常數(shù)代入模型中，求解出被測糧食的密度與水分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述步驟SlOO中，從糧堆中取一定重量的糧食樣品，放入一定體積的容器中，通過振動(dòng)容器改變糧食的密度，通過烘干或加濕方法改變糧食的水分，利用阻抗分析儀、水分測量儀、溫度計(jì)進(jìn)行不同密度、水分、溫度下介電常數(shù)與頻率的關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述方法，其特征在于所述步驟SlOO中，對測量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)回歸的確定關(guān)系模型式ε' ^ = [l+(a-bl0g1Qf+CM-dMl0g1Qf) P]3的參數(shù)a、b、c、d。式中ε ‘ ^為介電常數(shù)；f為測量頻率， 單位MHz ； P為糧食密度，單位為g/cm3 ；M為糧食水分單位為％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述方法，其特征在于所述步驟SlOO中，先測量電容傳感器在空氣中的電容值Ctl，再測量電容傳感器在糧食中的電容值Cx，則糧食的介電常數(shù)為夂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述步驟S200中，在糧倉現(xiàn)場進(jìn)行電磁波法測量，同時(shí)采樣測量出糧食水分，通過采樣測量出糧食水分與模型水分含量作對比，通過迭代計(jì)算、調(diào)整模型參數(shù)，最終使誤差小于 0.3%,得到調(diào)整后的參數(shù)，通過對不同品種糧食進(jìn)行測量，建立各種糧食的參數(shù)數(shù)據(jù)庫，在實(shí)際測量時(shí)查詢調(diào)用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述方法，其特征在于所述步驟S200中，利用多頻率電磁波介電常數(shù)測量系統(tǒng)進(jìn)行不同頻率時(shí)糧堆介電常數(shù)的測量，利用上述關(guān)系建立二元一次方程組，設(shè)測量頻率分別為f\、f2時(shí)測量得到的介電常數(shù)分別為ε ‘ ‘ 2，則方程組為
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述方法，其特征在于所述步驟S200中，測量出電磁波在糧食中傳播速度v，則糧食的介電常數(shù)為，式中，c為電磁波在真空中的傳播速度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述步驟S300中，測量出糧食在兩個(gè)頻率f\、f2時(shí)的介電常數(shù)ε ‘ ρ ε ‘ 2；在參數(shù)數(shù)據(jù)庫查詢相應(yīng)糧食品種及溫度時(shí)參數(shù)a、b、c、d的值；按照式
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于多頻率電磁波檢測技術(shù)同時(shí)測量糧食密度與水分的方法，該方法首先利用電容法測量出糧食樣品在不同密度、水分、溫度、頻率時(shí)的介電常數(shù)，建立介電常數(shù)與密度、水分關(guān)系模型；接著利用電磁波速法測量的介電常數(shù)和烘干法測量的水分進(jìn)行模型參數(shù)校正，建立不同糧食品種參數(shù)數(shù)據(jù)庫；最后利用電磁波速法測量的兩種頻率時(shí)糧堆糧食的介電常數(shù)代入模型中，求解出被測糧食的密度與水分。根據(jù)本發(fā)明提出的測量方法，能夠提高糧食數(shù)量與質(zhì)量檢測的效率，減小人力、物力、財(cái)力的投入，確保糧食安全。
文檔編號G01N9/36GK102243161SQ20111009459
公開日2011年11月16日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者吳方明, 吳炳方, 楊雷東 申請人:中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所