對基于微波的糧食水分檢測系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)

　　糧食水分含量是糧食質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，直接影響糧食的收購、運(yùn)輸、儲藏、加工、貿(mào)易等過程。目前在國內(nèi)糧食收購時(shí)，憑手摸牙咬或者傳統(tǒng)檢測方法來判斷糧食的水分，存在測定結(jié)果極不可靠、檢測時(shí)間長、浪費(fèi)人力物力等問題。為了快速、準(zhǔn)確檢測糧食水分，設(shè)計(jì)了基于微波的糧食水分檢測系統(tǒng)，通過檢測微波信號與被測糧食相互作用前后微波幅值、相位等變化，推算出糧食水分含量。

　　1 微波水分檢測

　　微波水分檢測是近幾年發(fā)展起來的一項(xiàng)無損檢測新技術(shù)，它具有檢測精度高、測量范圍廣、穩(wěn)定性好、便于動態(tài)檢測、對環(huán)境的敏感性小、可以在相對惡劣環(huán)境條件下進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn)。微波作為一種頻率非常高的電磁波具有很強(qiáng)的穿透性，它所檢測的不僅僅是糧食表面的水分，還能夠在無損的情況下檢測到糧食內(nèi)部的水分含量。糧食中水的介電常數(shù)和衰減因子比其中干物質(zhì)的介電特性值高很多，且作為極性分子的水在微波場作用下極化，表現(xiàn)出對微波的特殊敏感性。微波糧食水分檢測正是利用水對微波能量的吸收、反射等作用，引起微波信號相位、幅值等參數(shù)變化的原理進(jìn)行水分含量檢測的。微波水分檢測正在逐步取代精度低、取樣要求高、適應(yīng)性差的電容法、電阻法等傳統(tǒng)水分檢測方法，成為一種理想的糧食水分檢測技術(shù)。微波水分檢測可以采用透射式和反射式檢測方法，其微波傳感器布置如圖1所示。

　　一般物料厚度比較薄時(shí)，采用透射式檢測方法；物料厚度比較厚，密度比較大時(shí)采用反射式檢測方法。微波檢測是一種深度測量技術(shù)，所測結(jié)果為體積總體水分而具有代表性，這比之表面測量技術(shù)要優(yōu)越得多。

　　2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　在理論分析和大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于微波的糧食水分檢測系統(tǒng)，如圖2所示。該系統(tǒng)主要由微波發(fā)生器器、微波傳感器天線、溫度傳感器、檢測控制器及分析處理等部分組成。

　　微波發(fā)生器工作頻率為10．5 GHz，微波傳感器采取透射式檢測方法布置。隔離器使正向傳輸?shù)奈⒉o衰減或衰減很小的通過，而對于反向傳輸?shù)奈⒉▌t有較大的衰減。使用隔離器，可把負(fù)載不匹配所引起的反射通過隔離器吸收掉，不能返回到信號源，使信號源能穩(wěn)定地工作。檢波器把微波信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)檢測控制器放大、濾波及A／D轉(zhuǎn)換后，檢測控制器通過串行總線與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。計(jì)算機(jī)可完成對數(shù)據(jù)分析與實(shí)時(shí)顯示。檢測控制器可進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置、水分標(biāo)定、檢測結(jié)果顯示等操作。通過溫度傳感器信號進(jìn)行溫度補(bǔ)償，以獲得微波檢測信號與糧食水分含量的理想線性關(guān)系，提高系統(tǒng)檢測精度。