基于电容法的活立木树干边材质量含水率检测仪研究
发布时间：2021-08-26 16:46
传统的含水率测定仪只能测木质材料纤维饱和点（约30%）以下含水率,活立木（高含水率介质）含水率测量一直是国内外的研究难点。针对这一难题,提出了电容法含水率检测理论。该理论参考平行板电容器,设计了插入式测量探头,将活立木树干介电常数的变化转变为含水率传感器的电路元件C1的实际电容值变化。含水率传感器输出周期信号,输出信号周期随插入深度和介质的质量含水率而变化,而波形不变（方波）,具有较好的可测量性。但此时的输出方波为模拟信号,需要下位机将其转化为数字信号,进而代入预置的公式,在显示屏上显示活立木边材质量含水率具体数值。本文设计了活立木树干边材质量含水率检测仪总体方案,分别介绍了传感器、下位机硬件、下位机软件、供电模块及外壳的具体设计和制作流程,之后进行了整机调试,给出了活立木树干边材质量含水率检测仪尺寸规格、技术参数以及使用方法;模拟仿真了探头电容值,实际测量了探头电容值和输出方波周期;对DMC-1型活立木树干边材质量含水率检测仪进行了标定试验,得到活立木树干边材质量含水率和输出信号周期的关系,选择了针、阔叶树最优标定方程,进行了仪器零点标定,并给出了推荐插入深度;最后使用DMC-1型活...
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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到示数为０，接入待测探头，让其逐渐浸没在高纯水中，读出示数，??电容值在０．１到８ＰＦ之间连续变化，和探头电容的近似计算、仿真具有相似结果。??２．５．３输出方波周期的实际测量??由于探头电容值不能脱离后续的检测电路，故需要接含水率传感器后验证。接通??ＤＳ１０５２Ｅ示波器，调节探头至合适档位，将示波器自检，将测量探头的红绿两根导线分??别接锂电池模块的电源和地线，将黄色线接示波器探头输入端，接地夹接锂电池模块的??地线，调节示波器的耦合方式和触发电平，按下自动运行按钮。示波器显示如图２－５的??方波，幅值为５Ｖ，占空比为５０％，周期为９．８Ｍｓ，将探头插入不同介质或在同一介质中??逐渐增加插入深度，输出波形不变，只是信号周期发生改变。??■麵?＾．．．：＇??＿晒＿國，??…勢，１??图２－５用示波器实际测量输出方波周期??综上所述，探头的电容值或者输出波形周期随介电常数和插入深度呈现规律性变??化，具有一一对应关系，可以作为一种检测活立木树干边材质量含水率的有效手段。??２．６本章小结??本章介绍了活立木树干的构造及水分情况、选择测量边材质量含水率的原因、介电??常数法含水率检测理论、引出了活立木树干边材质量含水率与介电常数的关系，引出了??电容法含水率检测理论，并通过仿真和实际测量验证了理论的可行性，构建起基于电容??法的活立木树干边材质量含水率检测理论。??－１２－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双线性理论的土壤介电测量研究[J]. 许景辉,赵钟声,王一琛,王雷,邵明烨. 农业机械学报. 2019(12)
[2]基于圆筒形电容器的粮食含水率测定研究[J]. 李靖轩,冷文秀. 物理与工程. 2019(02)
[3]基于LabVIEW的相对介电常数测量系统[J]. 林子明,汪国瑞,唐艺璠,庞宗强,王勇. 国外电子测量技术. 2018(12)
[4]平行板和圆柱形电容器电容表达式推导及应用[J]. 陈乐坤. 电子世界. 2018(17)
[5]基于电容法原油高含水测量系统设计[J]. 韩建,刘鹤,黄颖,牟海维,马跃. 电子设计工程. 2018(17)
[6]谷物含水率检测方法综述[J]. 赵晶,黄操军,李博识. 农业科技与信息. 2018(16)
[7]土壤含水率测量方法分析及比较[J]. 李玥,汪雅婷,黄致绮. 仪表技术. 2017(08)
[8]基于555定时器典型应用电路的分析[J]. 臧殿红. 电子世界. 2017(06)
[9]固体相对介电常数测量装置的改进[J]. 金旭,尹滕,陈杨阳,曹斌涛,刘朝宇,孙鑫,贾志鹏,姜鹏远. 辽宁科技大学学报. 2016(05)
[10]针刺式谷物含水率检测仪设计[J]. 汪安,吴扬,刘权. 食品与机械. 2016(09)
博士论文
[1]基于介电特性的流体组分检测方法与技术研究[D]. 席新明.西北农林科技大学 2012
[2]乔木体水分的测试技术及其监测系统的研究[D]. 王海兰.北京林业大学 2011
硕士论文
[1]基于时域反射原理的东北典型树种含水率监测技术研究[D]. 徐群.东北林业大学 2019
[2]基于STM32便携式心电监护系统的设计[D]. 朱检兵.南昌大学 2019
[3]一种基于单片机STM32的加油机系统设计[D]. 孙浩.安徽理工大学 2018
[4]微波测量介电常数方法研究及应用[D]. 杨茗惠.沈阳工业大学 2018
[5]粮食水分测量仪的设计与实现[D]. 史晏泽.吉林大学 2018
[6]电容式煤油泄漏检测系统设计[D]. 柴大林.哈尔滨理工大学 2017
[7]环境温度对活立木树干内含水率和含冰率的影响规律研究[D]. 王玉婷.东北林业大学 2017
[8]电容式油位检测系统的设计与实验研究[D]. 侯亚宾.南京理工大学 2016
[9]土壤含水率红外测量方法的研究[D]. 刘斐.西北农林科技大学 2013
[10]基于微电容测量的木材含水率检测系统研究[D]. 李芳.哈尔滨工程大学 2012
本文编号：3364602
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２平行板电容器??－８－??
?２基于电容法的活立木树干边材质量含水率检测理论???ｗ?－ｉｃｅ?ｏ?１００??＇；??＾?＼??—??—ｉ??＇?：?＇Ｂ１??■?Ｗ??图２－３测量探头三维模型三视图??做好测量探头的三维模型后，点击运行，可得到在探头插入不同深度情况下，得到??探头电容值随相对介电常数的变化情况，如图２－４，从图中读出，测量探头电容值介于??１？８ｐＦ之间，相比上一节的近似计算更精确；控制探头插入深度为定值，随着相对介电??常数从１均匀变化到８１，探头结构电容值的变化率逐渐减小，即该探头结构对于中低含??水率反应更灵敏，测量范围可覆盖整个含水率变化区间，线型为缓慢爬坡型；控制介质??相对介电常数（即含水率）为定值，可以看出探头结构电容值随探头插入深度的均匀增??加也均匀增加，两者具有线性关系；探头静置在空气中的电容约为１．２ＰＦ。??７．５－?＇?＇?＾?＊?＊?＊?＇＊?＊??－?二＾＾??Ｓ．Ｓ：??－?５＿??〇．?４．５?－?一十—??ｕ?４－?－?．Ｄｅｐｔｈ＝０ｃｍ??３?５?－?Ｂ－?？－?－?＊?？－－＊一?＊＇?－?＋?Ｄｅｐｔｈ＝０．５?ｃｍ??Ｊａ?＾?＊?＿ｅ—?Ｄｅｐｔｈ＝１．０?ｃｍ??３?〇?０?０?〇?〇?？－乂?Ｄｅｐｔｈ＝１．５?ｃｍ??９－／＾．?Ｄｅｐｔｈ＝２．０?ｃｍ??２?ｆｗｅ?－ｅ?ｅ－?ｏ?－ｅ－ｃ?Ｄｅｐｔｈ＝２．５?ｃｍ??１?５?－／／（０?Ｏ—０－?－?＾??＾?＿Ｘ■关?＊?？令?Ｄ印ｔｈ＝３．０?ｃｍ??１?２０?４０?６０?８０?Ｄｅｐｔｈ＝３．５?ｃｍ??相对
到示数为０，接入待测探头，让其逐渐浸没在高纯水中，读出示数，??电容值在０．１到８ＰＦ之间连续变化，和探头电容的近似计算、仿真具有相似结果。??２．５．３输出方波周期的实际测量??由于探头电容值不能脱离后续的检测电路，故需要接含水率传感器后验证。接通??ＤＳ１０５２Ｅ示波器，调节探头至合适档位，将示波器自检，将测量探头的红绿两根导线分??别接锂电池模块的电源和地线，将黄色线接示波器探头输入端，接地夹接锂电池模块的??地线，调节示波器的耦合方式和触发电平，按下自动运行按钮。示波器显示如图２－５的??方波，幅值为５Ｖ，占空比为５０％，周期为９．８Ｍｓ，将探头插入不同介质或在同一介质中??逐渐增加插入深度，输出波形不变，只是信号周期发生改变。??■麵?＾．．．：＇??＿晒＿國，??…勢，１??图２－５用示波器实际测量输出方波周期??综上所述，探头的电容值或者输出波形周期随介电常数和插入深度呈现规律性变??化，具有一一对应关系，可以作为一种检测活立木树干边材质量含水率的有效手段。??２．６本章小结??本章介绍了活立木树干的构造及水分情况、选择测量边材质量含水率的原因、介电??常数法含水率检测理论、引出了活立木树干边材质量含水率与介电常数的关系，引出了??电容法含水率检测理论，并通过仿真和实际测量验证了理论的可行性，构建起基于电容??法的活立木树干边材质量含水率检测理论。??－１２－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双线性理论的土壤介电测量研究[J]. 许景辉,赵钟声,王一琛,王雷,邵明烨. 农业机械学报. 2019(12)
[2]基于圆筒形电容器的粮食含水率测定研究[J]. 李靖轩,冷文秀. 物理与工程. 2019(02)
[3]基于LabVIEW的相对介电常数测量系统[J]. 林子明,汪国瑞,唐艺璠,庞宗强,王勇. 国外电子测量技术. 2018(12)
[4]平行板和圆柱形电容器电容表达式推导及应用[J]. 陈乐坤. 电子世界. 2018(17)
[5]基于电容法原油高含水测量系统设计[J]. 韩建,刘鹤,黄颖,牟海维,马跃. 电子设计工程. 2018(17)
[6]谷物含水率检测方法综述[J]. 赵晶,黄操军,李博识. 农业科技与信息. 2018(16)
[7]土壤含水率测量方法分析及比较[J]. 李玥,汪雅婷,黄致绮. 仪表技术. 2017(08)
[8]基于555定时器典型应用电路的分析[J]. 臧殿红. 电子世界. 2017(06)
[9]固体相对介电常数测量装置的改进[J]. 金旭,尹滕,陈杨阳,曹斌涛,刘朝宇,孙鑫,贾志鹏,姜鹏远. 辽宁科技大学学报. 2016(05)
[10]针刺式谷物含水率检测仪设计[J]. 汪安,吴扬,刘权. 食品与机械. 2016(09)
博士论文
[1]基于介电特性的流体组分检测方法与技术研究[D]. 席新明.西北农林科技大学 2012
[2]乔木体水分的测试技术及其监测系统的研究[D]. 王海兰.北京林业大学 2011
硕士论文
[1]基于时域反射原理的东北典型树种含水率监测技术研究[D]. 徐群.东北林业大学 2019
[2]基于STM32便携式心电监护系统的设计[D]. 朱检兵.南昌大学 2019
[3]一种基于单片机STM32的加油机系统设计[D]. 孙浩.安徽理工大学 2018
[4]微波测量介电常数方法研究及应用[D]. 杨茗惠.沈阳工业大学 2018
[5]粮食水分测量仪的设计与实现[D]. 史晏泽.吉林大学 2018
[6]电容式煤油泄漏检测系统设计[D]. 柴大林.哈尔滨理工大学 2017
[7]环境温度对活立木树干内含水率和含冰率的影响规律研究[D]. 王玉婷.东北林业大学 2017
[8]电容式油位检测系统的设计与实验研究[D]. 侯亚宾.南京理工大学 2016
[9]土壤含水率红外测量方法的研究[D]. 刘斐.西北农林科技大学 2013
[10]基于微电容测量的木材含水率检测系统研究[D]. 李芳.哈尔滨工程大学 2012
本文编号：3364602
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