專利名稱：一種糧食密度與水分的多頻率電磁波測量方法
技術領域：
本發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，通過收發多種頻率的電磁波進行糧食密度與水分測量的方法。
背景技術：
糧食密度是計算糧食重量的重要數據。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計算糧堆平均密度；其中的修正系數是以同保存條件、已知體積和重量的標準倉，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。由于標準倉必須是相同儲藏條件下儲藏同種糧食，而實際中只能近似，所以一般是由經驗選擇類別基準。這種測量方法精度難以確定，且操作復雜費力。糧食水分含量影響糧食物理、化學和生物特性，是糧食質量的關鍵指標。目前國家標準為是GB/TM97-1985。其中有105°C恒重法、定溫定時烘干法、隧道式烘箱法和兩次烘干法。玉米含水量測定按照GB/T10362-1995執行。烘干測重法，測量時間長，實時性差，多適用于實驗室精確測量場合，不適用于大規模現場測量。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。這些方法各有其優缺點，并且沒有一種方法可以同時測量出糧食的密度與水分。
發明內容
本發明的目的是基于多頻率電磁波檢測技術，提供一種同時測量糧食密度與水分的方法，實現上述目的的技術方案是一種同時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、頻率時的介電常數，建立介電常數與密度、水分關系模型；S200.利用電磁波速法測量的介電常數和烘干法測量的水分進行模型參數校正， 校正后建立不同糧食品種參數數據庫；S300.利用電磁波速法測量的兩種頻率時糧食的介電常數代入模型中，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、溫度計進行不同密度、水分、溫度下介電常數與頻率的關系。所述步驟SlOO中，對測量得到的數據進行多元統計回歸的確定關系模型式ε' r =[l+(a-bl0g1Qf+CM-dMl0g1Qf) P]3 的參數 a、b、c、d。式中 ε ‘,為介電常數；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，則糧食的介電常數為而。所述步驟S200中，在糧倉現場進行糧堆糧食電磁波法測量，同時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，通過迭代計算、調整模型參數，最終使誤差小于0. 3%，得到調整后的參數，通過對不同品種糧食進行測量，建立各種糧食的參數數據庫，在實際測量時查詢調用。所述步驟S200中，利用多頻率電磁波介電常數測量系統進行不同頻率糧堆介電常數的測量，利用上述關系建立二元一次方程組，設測量頻率分別為f\、f2時測量得到的介電常數分別為ε ‘ ρ ε ‘ 2，則方程組為
權利要求
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、頻率時的介電常數，建立介電常數與密度、水分關系模型；S200.利用電磁波速法測量的介電常數和烘干法測量的水分進行模型參數校正，校正后建立不同糧食品種參數數據庫；S300.利用電磁波速法測量的兩種頻率時糧食的介電常數代入模型中，求解出被測糧食的密度與水分。
2.根據權利要求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、溫度計進行不同密度、水分、溫度下介電常數與頻率的關系。
3.根據權利要求1或2所述方法，其特征在于所述步驟SlOO中，對測量得到的數據進行多元統計回歸的確定關系模型式ε' ^ = [l+(a-bl0g1Qf+CM-dMl0g1Qf) P]3的參數a、b、c、d。式中ε ‘ ^為介電常數；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.根據權利要求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，則糧食的介電常數為夂。
5.根據權利要求1所述方法，其特征在于所述步驟S200中，在糧倉現場進行電磁波法測量，同時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，通過迭代計算、調整模型參數，最終使誤差小于 0.3%,得到調整后的參數，通過對不同品種糧食進行測量，建立各種糧食的參數數據庫，在實際測量時查詢調用。
6.根據權利要求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測量系統進行不同頻率時糧堆介電常數的測量，利用上述關系建立二元一次方程組，設測量頻率分別為f\、f2時測量得到的介電常數分別為ε ‘ ‘ 2，則方程組為
7.根據權利要求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，則糧食的介電常數為，式中，c為電磁波在真空中的傳播速度。
8.根據權利要求1所述方法，其特征在于所述步驟S300中，測量出糧食在兩個頻率f\、f2時的介電常數ε ‘ ρ ε ‘ 2；在參數數據庫查詢相應糧食品種及溫度時參數a、b、c、d的值；按照式
全文摘要
本發明公開了一種基于多頻率電磁波檢測技術同時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、頻率時的介電常數，建立介電常數與密度、水分關系模型；接著利用電磁波速法測量的介電常數和烘干法測量的水分進行模型參數校正，建立不同糧食品種參數數據庫；最后利用電磁波速法測量的兩種頻率時糧堆糧食的介電常數代入模型中，求解出被測糧食的密度與水分。根據本發明提出的測量方法，能夠提高糧食數量與質量檢測的效率，減小人力、物力、財力的投入，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 優先權日2011年4月15日
發明者吳方明, 吳炳方, 楊雷東 申請人:中國科學院遙感應用研究所