基于微波无损检测技术的城市生活垃圾分类研究

发布时间：2017-09-02 04:29

  本文关键词：基于微波无损检测技术的城市生活垃圾分类研究

  更多相关文章： 微波无损检测技术 空间平面电磁波 城市生活垃圾分类 微带天线 KNN

【摘要】：城市生活垃圾分类收集处理是对传统的收集及处理方法的革新,是一种有效处理城市生活垃圾的科学管理方法,不仅能够回收利用垃圾资源,并且能够减少城市生活垃圾产量。然而,现有的设计和发明通过一些特殊的机械结构和物理方法只能将部分种类的城市生活垃圾分类,具有很强的针对性;在传统的垃圾分类处理过程中,餐厨湿垃圾与干垃圾混合在一起分类增加了垃圾分类处理的难度,分类效果不佳,分类处理场所环境恶劣。本文以空间平面电磁波的反射与透射叠加原理为理论基础,提出了基于微波无损检测技术对城市生活垃圾分类的研究方法。先将用垃圾袋装的餐厨湿垃圾和混合干垃圾进行干湿整袋地分类,再进一步对垃圾袋内的混合干垃圾进行分类。整个流程达到了将城市生活垃圾按材质分为餐厨、纸质、金属、塑料、玻璃、织物、木质、砖瓦陶瓷等的目的。首先,提出了研究的总体方案:利用与空间波透射法相同形式的实验装置,同时检测微波发射天线端和接收天线端的微波信号,使用衰减器将发射天线端微波功率降至所使用检波器的检测范围内,应用检波器将发射天线端和接收天线端微波信号转变为电压信号,应用采集卡采集该电压信号并进行了分析,最后应用KNN分类算法对垃圾袋装的城市生活垃圾进行干湿分类,在此基础之上进一步研究将干垃圾按照材质分类情况。其次,应用CST电磁仿真软件对城市生活垃圾几种主要成分及空气(无检测样本)按照空间波透射法进行仿真得到它们的S参数,应用分解的双变量变异基尼系数法对仿真结果进行差异度分析,差异度最大点即为最佳检测频率点,并将此频率作为检测装置中天线的工作频率设计了矩形微带贴片天线。再次,使用LABVIEW图形化编程语言开发上位机软件,软件具有的功能为:采集检波器输出的电压信号;与ACCESS通信,以ACCESS作为数据库保存采集到的电压信号;使用MATLAB节点绘制发射天线端和接收天线端的电压值误差棒图;KNN分类,给出分类结果。最后,搭建实验平台,收集相应的实验样本进行实验。测得发射天线端和接收天线端检测电压的误差棒图与仿真结果相符合;用KNN分类器测试将城市生活垃圾干湿整袋地分类,达到了很好的分类效果;再进一步按照袋内干垃圾的材质分类,除橡塑、玻璃、木质几种成分垃圾传输特性相近分类效果不佳外,总体上能够将样本进行准确分类。综合在实验室条件下得到的实验结果,初步验证了应用微波无损检测技术对城市生活垃圾分类是可行的,并说明了此方法应用到实际中可能遇到的复杂情况,提出了相应的建议。
【关键词】：微波无损检测技术 空间平面电磁波 城市生活垃圾分类 微带天线 KNN
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X799.3
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 城市生活垃圾分类方法研究现状11-17
• 1.2.1 国外研究现状11-14
• 1.2.2 国内研究现状14-17
• 1.3 基于微波无损检测技术的城市生活垃圾分类的优点17
• 1.4 本文的主要研究内容及安排17-20
• 2 城市生活垃圾分类的理论基础20-28
• 2.1 微波的概念20-21
• 2.2 微波的基本特点21-22
• 2.3 微波的应用22-23
• 2.4 微波检测的方法23-24
• 2.5 空间平面电磁波的反射与透射叠加原理24-26
• 2.6 本章小结26-28
• 3 城市生活垃圾分类研究系统的总体方案设计28-38
• 3.1 总体方案设计28-29
• 3.2 实验装置元件29-37
• 3.2.1 微波信号源29-31
• 3.2.2 微波检波器31-34
• 3.2.3 衰减器34-35
• 3.2.4 采集卡35-36
• 3.2.5 天线36
• 3.2.6 电源36-37
• 3.2.7 上位机37
• 3.3 本章小结37-38
• 4 检测频率选择和天线设计38-60
• 4.1 检测频率选择38-47
• 4.1.1 CST介绍38
• 4.1.2 不同材质城市生活垃圾电磁仿真38-44
• 4.1.3 根据基尼系数分解法确定检测频率44-47
• 4.2 矩形微带天线的设计47-59
• 4.2.1 微带天线的优点及其发展与应用47-48
• 4.2.2 微带贴片天线介绍48
• 4.2.3 微带贴片天线的结构和设计要求48-50
• 4.2.4 矩形微带贴片天线的辐射原理50-52
• 4.2.5 矩形微带贴片天线的设计52-55
• 4.2.6 天线的仿真55-59
• 4.3 本章小结59-60
• 5 城市生活垃圾分类研究系统的软件开发60-68
• 5.1 软件的功能目标60
• 5.2 软件的模块划分60-61
• 5.3 软件的具体实现61-67
• 5.3.1 主控界面61-62
• 5.3.2 主线程62-63
• 5.3.3 数据采集线程63
• 5.3.4 数据库操作63-64
• 5.3.5 误差棒图绘制64-65
• 5.3.6 KNN分类65-67
• 5.4 本章小结67-68
• 6 实验与分析68-76
• 6.1 试验平台68-69
• 6.2 实验样本69-70
• 6.3 实验步骤70
• 6.4 实验结果及分析70-74
• 6.4.1 天线实际效果测试70
• 6.4.2 检测结果及分析70-73
• 6.4.3 分类实验结果及分析73-74
• 6.5 本章小结74-76
• 7 总结与展望76-78
• 7.1 总结76-77
• 7.2 展望77-78
• 致谢78-80
• 参考文献80-84
• 附录84
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录84

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