谷物湿度传感器设计及实验研究

发布时间：2023-03-07 10:00

　　粮食是国民生存和国家发展的主要资源,在国民经济发展中占据着十分重要的位置。谷物作物是粮食中的一大类,含水量是衡量其质量的重要指标。谷物的湿度过高,容易引起其霉变、生虫等问题;湿度过低则会影响其食用品质。因此,在谷物的运输、存储、交易、加工等环节控制湿度、实现快速无损的湿度检测十分重要。目前,基于介电特性原理的谷物湿度仪在生产中获得广泛应用,但介电参数不仅与湿度密切相关,激励信号的频率、谷物填充密度及外界温度均会对其产生影响,因此如何消除各类因素对测量精度与重复性的影响,是进行快速无损的谷物湿度检测必须解决的重点问题。本论文基于介电特性测量原理,研制出一款带有扫频阻抗测量功能的谷物湿度快速测量仪,并在此基础上提出一种双通道一维卷积神经网络模型对谷物湿度进行回归建模,以减小因填充密度不均造成的测量误差。首先,为了减小系统误差对测量精度的影响,对同轴探头进行结构优化设计,并基于高精度阻抗转换芯片AD5933实现阻抗的扫频测量,制作出手持式谷物湿度传感器。在实验室环境下,进行了谷物填充密度对湿度测量影响的实验研究,搭建双通道一维卷积神经网络对谷物湿度进行回归建模,通过对介电频谱数据进行的分析,...

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 课题主要研究内容
第2章 谷物湿度的复介电频谱测量原理
    2.1 谷物介电特性等效模型与复介电常数计算
    2.2 阻抗扫频测量原理
        2.2.1 比例测量法
        2.2.2 DFT解调
    2.3 阻抗的频谱校准
        2.3.1 幅值校准
        2.3.2 相位校准
    2.4 本章小结
第3章 谷物湿度传感器的设计与研制
    3.1 传感器结构设计与制作
        3.1.1 同轴传感器的设计原则
        3.1.2 同轴传感器尺寸理论计算与验证
        3.1.3 同轴传感器的建模与制作
    3.2 谷物湿度传感器硬件电路设计
        3.2.1 阻抗测量模块
        3.2.2 控制与显示模块
        3.2.3 PCB与电路实物图
    3.3 谷物湿度传感器软件设计
        3.3.1 主程序设计
        3.3.2 扫频模块子程序
        3.3.3 复介电常数计算程序
        3.3.4 软硬件调试
    3.4 本章小结
第4章 基于双通道一维卷积神经网络的谷物湿度回归模型
    4.1 实验设计与准备
        4.1.1 实验设计
        4.1.2 比例参考电阻与校准电阻的选择
    4.2 谷物湿度的复介电频谱段分析
        4.2.1 介电常数频谱
        4.2.2 介电损耗频谱
    4.3 双通道一维卷积神经网络的回归模型
        4.3.1 双通道一维卷积神经网络的结构
        4.3.2 双通道一维卷积神经网络的参数优化
        4.3.3 网络的训练方法
    4.4 谷物湿度传感器的性能测试
        4.4.1 实验结果
        4.4.2 对比试验结果
    4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的学术论文
致谢



本文编号：3757408