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    • 专利摘要:
    本实用新型公开了一种自动化种子水分检测系统，包括：第一水分检测装置包括水分检测器、温度传感器，第二水分检测装置包括微波发射器、微波接收器；第一水分检测装置将采集到的种子水分信号、环境温度信号上传至处理器，处理器根据种子水分信号、环境温度信号获取第一种子水分检测结果；第二水分检测装置将采集的微波发射器发射的第一微波信号和微波接收器接收到的透射过种子的第二微波信号上传至处理器，处理器根据第一微波信号、第二微波信号获取第二种子水分检测结果；上位机接收第一种子水分检测结果与第二种子水分检测结果并对二者取平均值后显示。采用本实用新型，可以对种子水分进行精准的检测。
    公开号:CN214334724U
    申请号:CN202022584479.1U
    申请日:2020-11-10
    公开日:2021-10-01
    发明作者:杨作运；张杨平；车子云
    申请人:Henan Chuhe Garden Grass Service Co ltd；
    IPC主号:G01N22-04
    专利说明:
    [n0001] 本实用新型涉及水分检测领域，特别是涉及一种自动化种子水分检测系统。
    [n0002] 随着科学技术的发展和生活水平的提高，人们对粮食、种子、医药、化工、食品等物料的需求越来越多。水分含量直接影响这些物料的安全储藏和贸易定级，因此，储藏、贸易过程中的水分检查十分重要。种子干燥是粮食安全储藏的重要环节，因此，对种子中的水分有严格要求，水分过多会导致种子提前长芽，因此对种子中水分含量的检测就显得尤为重要。现有的种子检测装置加热体一般采用电加热结构，其产生温度过高，且种子受热不够均匀，导致种子出现烤糊现象，以及种子水分检测不精准。为了解决上述问题，本实用新型发明人提出了一种自动化种子水分检测系统。
    [n0003] 为了解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种自动化种子水分检测系统，可以对种子水分进行精准的检测。
    [n0004] 基于此，本实用新型提供了一种自动化种子水分检测系统，所述系统包括：
    [n0005] 处理器以及分别与所述处理器相连的第一水分检测装置、第二水分检测装置、无线收发器，上位机；
    [n0006] 所述第一水分检测装置包括水分检测器、温度传感器，所述第二水分检测装置包括微波发射器、微波接收器；
    [n0007] 所述第一水分检测装置将采集到的种子水分信号、环境温度信号上传至所述处理器，所述处理器根据种子水分信号、环境温度信号获取第一种子水分检测结果；
    [n0008] 所述第二水分检测装置将采集的所述微波发射器发射的第一微波信号和所述微波接收器接收到的透射过种子的第二微波信号上传至所述处理器，所述处理器根据所述第一微波信号、第二微波信号获取第二种子水分检测结果；
    [n0009] 所述处理器将所述第一种子水分检测结果与所述第二种子水分检测结果通过所述无线收发器上传至所述上位机，所述上位机对所述第一种子水分检测结果与所述第二种子水分检测结果取平均值后显示。
    [n0010] 其中，所述微波发射器包括信号发生器、定向耦合器、移相器、调制放大器、衰减器以及喇叭天线。
    [n0011] 其中，所述微波发射器的发射信号频率范围为60-600MHZ。
    [n0012] 其中，所述微波接收器包括喇叭天线、隔离器、功率放大器、检波器、滤波器、解调解调器以及处理器。
    [n0013] 其中，所述水分检测器与所述处理器之间还依次连接电容电压转换器、直流放大电路、模数转换器，所述电容电压转换器用于接收水分检测器传送的信号并处理，然后将处理后的信号传送给直流放大电路，所述直流放大电路用于对接收到的信号进行放大并将放大后的信号传送给所述模数转换器。
    [n0014] 其中，所述直流放大电路包括第一三极管VT1、第二三极管VT2、稳压管D1和电源E1，第一三极管VT1的基极作为直流放大电路的输入端，第二三极管VT2的集电极作为直流放大电路的输出端，且第一三极管VT1和第二三极管VT2的发射极接地，第一三极管VT1的基极与电源E1之间连接有第一电阻R1第一三极管VT1的集电极与电源E1之间连接有第二电阻R2，稳压管D1的负极与第一三极管VT1的集电极连接，稳压管D1的正极与第二三极管VT2的基极连接，第二三极管VT2的基极与发射极之间连接有第三电阻R3，第二三极管VT2的发射极与电源E1之间连接有第四电阻R4。
    [n0015] 其中，所述水分检测器的型号为欧姆龙E2K-C25MF1。
    [n0016] 采用本实用新型，首先通过水分检测器可以直接获取种子水分检测结果，并通过温度传感器获取的环境温度信号对所述种子水分检测结果进行修正，获取第一种子水分检测结果；通过对微波发射器发射的微波信号和微波接收器接收的透射过粮食的微波信号进行幅值和相位的检测和分析，可以获取第二种子水分检测结果，所述上位机对所述第一种子水分检测结果与所述第二种子水分检测结果取平均值后显示最终获取的种子水分检测结果，采用两种水分检测的方法并取平均值，可以使得种子水分检测结果更加准确。通过设置直流放大电路和设置于直流放大电路中的稳压管，可以将微弱信号不失真地放大，使得测量结果更加准确。采用本实用新型，可以对种子水分进行精准的检测，一定程度上避免种子水分检测误差。
    [n0017] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
    [n0018] 图1是本实用新型实施例提供的自动化种子水分检测系统的示意图；
    [n0019] 图2是本实用新型实施例提供的直流放大电路的电路图。
    [n0020] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
    [n0021] 图1是本实用新型实施例提供的自动化种子水分检测系统的示意图，所述系统包括：
    [n0022] 处理器102以及分别与所述处理器102相连的第一水分检测装置101、第二水分检测装置104、无线收发器103，上位机105；
    [n0023] 所述第一水分检测装置101包括水分检测器、温度传感器，所述第二水分检测装置104包括微波发射器、微波接收器；
    [n0024] 所述第一水分检测装置101将采集到的种子水分信号、环境温度信号上传至所述处理器102，所述处理器根据种子水分信号、环境温度信号获取第一种子水分检测结果；
    [n0025] 所述第二水分检测装置104将采集的所述微波发射器发射的第一微波信号和所述微波接收器接收到的透射过种子的第二微波信号上传至所述处理器102，所述处理器102根据所述第一微波信号、第二微波信号获取第二种子水分检测结果；
    [n0026] 所述处理器102将所述第一种子水分检测结果与所述第二种子水分检测结果通过所述无线收发器103上传至所述上位机105，所述上位机105对所述第一种子水分检测结果与所述第二种子水分检测结果取平均值后显示。
    [n0027] 其中，所述微波发射器包括信号发生器、定向耦合器、移相器、调制放大器、衰减器以及喇叭天线。
    [n0028] 处理器102用于将微波发射器发射的微波信号和微波接收器接收的透射过种子的微波信号进行幅值和相位的检测和分析，获取种子水分检测结果。处理器预先存入一般种子湿度情况定标定量的数值或曲线、引起种子发热、霉变等情况参数，将输入值进行比较，继而运算得到种子湿度值，来处理种子。当微波发射器的发射功率变化或者空气湿度等的变化影响微波接收器接收信号的信号参数分析时，利用仪表对采样微波接收器微波信号实时修正水分运算的数据，这样可以提高本实用新型对检测水分精度的影响。
    [n0029] 进一步的，微波发射器包括信号发生器、定向耦合器、移相器、调制放大器、衰减器以及喇叭天线。微波接收器包括喇叭天线、隔离器、功率放大器、检波器、滤波器、解调解调器以及处理器。
    [n0030] 信号发生器为合成信号发生器。普通的信号发生器频率准确度与稳定度都不够高，频率覆盖范围也不够宽，正弦信号发生器提供的正弦信号频率即使非常精确，但还远远不能适应要求。但对于合成信号发生器(频率合成器或者频率综合器)，其输出电平、工作频率范围均可调节，而且可调制输出频率较密，因此可以作为准确度、稳定度高的频率源。
    [n0031] 所需要的信号频率范围在60-600MHz，信号频率可以通过直接合成法将晶体管振荡器产生的标准频率信号，通过一系列的倍频器、分频器、混频器和滤波器等进行运算，合成输出系统所需信号频率；也可通过间接合成法即锁相合成法，利用锁相环的相位比较器、环路滤波器、压控振荡器得到所需的频率。同时，合成信号发生器具有内调制振荡器、调制放大器、监测器、衰减器、输出器件等部件。
    [n0032] 天线选用小口径喇叭天线，进行电磁波的发射和接收。
    [n0033] 一个检测周期内，根据所设置的控制程序顺序启动关闭微波发射器和微波接收器，其余的微波接收器关闭。微波发射喇叭口正对微波接收喇叭口且小于微波接收喇叭口，以保证接收检测效果。微波源内含能吸收不匹配反射信号的隔离器，目的是确保信号源稳定工作，微波信号源开始产生微波信号依次经过第一信号处理单元：隔离器、定向耦合器、移相器、衰减器，传到微波发射器喇叭进行发射。
    [n0034] 微波接收器接收微波发射器12所发射的衰减微波信号，经喇叭天线接收，依次经过第二信号处理单元：隔离器、功率放大器调整输出的微波功率进行放大，经检波器检出信号，再经滤波器、解调器传到信号处理器，进行处理A/D转换，得到接收信号的相应电流、电压信号，再通过数据采集，利用通信模块传入处理器，微波发射器和微波接收器通过通信模块进行无线通信，分析获得粮食湿度，进行实时监测。
    [n0035] 微波检测水分含量的具体原理是：在微波电场中，因为水是强极性分子，在同种频率同样强度的电场作用下，极化程度远大于其他物质，所以在微波电场时，一方面水分子可以从电场中吸收能量而转换为水分子的势能存储，此种特征表现为微波信号的相移，另一方面因为弛豫，弛豫原理是因为水分子具有惰性，取向极化运动相对于外电场的变化存在一个时间上的滞后，此种效果使水分子产生损耗，表现为微波信号的衰减。如(1)公式所示：
    [n0036] ε＝ε'-iε″ (1)
    [n0037] 式中ε表征为水的介电常数，ε'表征水分子的存储能量，ε″表征水分子由于弛豫损耗的能量。在微波频段内水的损耗因子ε″约等于40，而一般物质小于1；对于水的介电常数实部ε'也非常大，ε'约等于64，一般介质小于10。正是由于水的这种微波特性，所以在检测粮食的含水量时，通过介电常数相关物理量的变化，如功率衰减、相位变化、谐振频率等。运用Kraszewski的研究公式可得湿度：
    [n0038] A＝(dt)＝aM+b (2)
    [n0039] H/(dt)＝cM+d (3)
    [n0040] 式中，a,b,c,d为特定粮食的回归系数。将(2)、(3)方程联系起来，可得种子含水量即湿度方程：
    [n0041] M＝(dA-bH)/(aH-cA) (4)
    [n0042] 由(4)式表明，湿度M是所测微波的衰减与相位移的函数，与密度无关。
    [n0043] 运用H/A的标准误差为0.22％
    [n0044] 其中，所述水分检测器与所述处理器之间还依次连接电容电压转换器、直流放大电路、模数转换器，所述电容电压转换器用于接收水分检测器传送的信号并处理，然后将处理后的信号传送给直流放大电路，所述直流放大电路用于对接收到的信号进行放大并将放大后的信号传送给所述模数转换器。
    [n0045] 所述水分检测器为电容式传感器，测量种子水分时将待测种子放入电容传感器两极板之间，由于种子的含水量不同，从而使电容传感器的相对介电常数发生变化，从而引起电容值的变化，为了得到电容值更加可靠，在电容传感器的一端通过信号发生器施加一个正弦高频激励信号，则在电容传感器的另一端将会产生一个衰减响应，而且，施加的激励与产生的响应是同频的，只是相位发生了平移，从而得到更加平稳的电容值。实施本实施例时，一方面，由水分检测器在线检测种子颗粒的水分，并将检测到的水分信号传送给以电容的形式提取后传递给电容电压转换器，电容电压转换器将电容信号转换成电压信号后传送给模数转换器，经转换，最终以数字信号的形式送入处理器，处理器对数字信号加以处理后还可以再经过数模转换器处理输出，最终将测得的水分值显示在显示器上；另一方面，由于种子水分会受到环境温度的影响，本实施例利用温度传感器检测环境温度，用户可以根据检测到的温度值，来修正相应的参数值，并将修正后的参数值输入处理器，从而实现对被测种子水分的精确测量。
    [n0046] 其中，所述水分检测器的型号为欧姆龙E2K-C25MF1。
    [n0047] 图2是本实用新型实施例提供的直流放大电路的电路图，所述直流放大电路包括第一三极管VT1、第二三极管VT2、稳压管D1和电源E1，第一三极管VT1的基极作为直流放大电路的输入端，第二三极管VT2的集电极作为直流放大电路的输出端，且第一三极管VT1和第二三极管VT2的发射极接地，第一三极管VT1的基极与电源E1之间连接有第一电阻R1第一三极管VT1的集电极与电源E1之间连接有第二电阻R2，稳压管D1的负极与第一三极管VT1的集电极连接，稳压管D1的正极与第二三极管VT2的基极连接，第二三极管VT2的基极与发射极之间连接有第三电阻R3，第二三极管VT2的发射极与电源E1之间连接有第四电阻R4。
    [n0048] 在本实施例中的直流放大电路加入稳压管D1，一方面是由于稳压管D1两端的直流电压是恒定的，所以经过稳压管D1后的直流电位被固定，达到稳定电压的目的，另一方面，由于稳压管D1的动态电阻小，所以稳压管D1在移动直流电位的同时，能把信号有效地传到下一级而不产生明显的失真，使得测量结果更加准确。
    [n0049] 采用本实用新型，首先通过水分检测器可以直接获取种子水分检测结果，并通过温度传感器获取的环境温度信号对所述种子水分检测结果进行修正，获取第一种子水分检测结果；通过对微波发射器发射的微波信号和微波接收器接收的透射过粮食的微波信号进行幅值和相位的检测和分析，可以获取第二种子水分检测结果，所述上位机对所述第一种子水分检测结果与所述第二种子水分检测结果取平均值后显示最终获取的种子水分检测结果，采用两种水分检测的方法并取平均值，可以使得种子水分检测结果更加准确。通过设置直流放大电路和设置于直流放大电路中的稳压管，可以将微弱信号不失真地放大，使得测量结果更加准确。采用本实用新型，可以对种子水分进行精准的检测，一定程度上避免种子水分检测误差。
    [n0050] 以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。
    权利要求:
    Claims (7)
    [0001] 1.一种自动化种子水分检测系统，其特征在于，包括：
    处理器以及分别与所述处理器相连的第一水分检测装置、第二水分检测装置、无线收发器，上位机；
    所述第一水分检测装置包括水分检测器、温度传感器，所述第二水分检测装置包括微波发射器、微波接收器；
    所述第一水分检测装置将采集到的种子水分信号、环境温度信号上传至所述处理器，所述处理器根据种子水分信号、环境温度信号获取第一种子水分检测结果；
    所述第二水分检测装置将采集的所述微波发射器发射的第一微波信号和所述微波接收器接收到的透射过种子的第二微波信号上传至所述处理器，所述处理器根据所述第一微波信号、第二微波信号获取第二种子水分检测结果；
    所述处理器将所述第一种子水分检测结果与所述第二种子水分检测结果通过所述无线收发器上传至所述上位机，所述上位机对所述第一种子水分检测结果与所述第二种子水分检测结果取平均值后显示。
    [0002] 2.如权利要求1所述的自动化种子水分检测系统，其特征在于，所述微波发射器包括信号发生器、定向耦合器、移相器、调制放大器、衰减器以及喇叭天线。
    [0003] 3.如权利要求2所述的自动化种子水分检测系统，其特征在于，所述微波发射器的发射信号频率范围为60-600MHZ。
    [0004] 4.如权利要求1所述的自动化种子水分检测系统，其特征在于，所述微波接收器包括喇叭天线、隔离器、功率放大器、检波器、滤波器、解调解调器以及处理器。
    [0005] 5.如权利要求1所述的自动化种子水分检测系统，其特征在于，所述水分检测器与所述处理器之间还依次连接电容电压转换器、直流放大电路、模数转换器，所述电容电压转换器用于接收水分检测器传送的信号并处理，然后将处理后的信号传送给直流放大电路，所述直流放大电路用于对接收到的信号进行放大并将放大后的信号传送给所述模数转换器。
    [0006] 6.如权利要求5所述的自动化种子水分检测系统，其特征在于，所述直流放大电路包括第一三极管VT1、第二三极管VT2、稳压管D1和电源E1，第一三极管VT1的基极作为直流放大电路的输入端，第二三极管VT2的集电极作为直流放大电路的输出端，且第一三极管VT1和第二三极管VT2的发射极接地，第一三极管VT1的基极与电源E1之间连接有第一电阻R1第一三极管VT1的集电极与电源E1之间连接有第二电阻R2，稳压管D1的负极与第一三极管VT1的集电极连接，稳压管D1的正极与第二三极管VT2的基极连接，第二三极管VT2的基极与发射极之间连接有第三电阻R3，第二三极管VT2的发射极与电源E1之间连接有第四电阻R4。
    [0007] 7.如权利要求1-6任一项所述的自动化种子水分检测系统，其特征在于，所述水分检测器的型号为欧姆龙E2K-C25MF1。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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