基于电阻抗谱分析的稻谷水分传感器设计

发布时间：2017-12-20 02:30

  本文关键词：基于电阻抗谱分析的稻谷水分传感器设计　出处：《江苏大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：“民以食为天,食以安为先”。粮食安全是关乎国计民生的一件大事。我国水稻种植面积约33千万公顷,是世界水稻种植第一大国,大米是我国的主要口粮。水稻收获后水分含量大,若不及时充分干燥,易霉烂变质。近年来,由于农村劳动力向城市的大范围自发流转及农业机械化的快速推广,传统的人工晾晒方式已无法满足大量高水分稻谷集中干燥的需求,因此造成巨大的稻谷损失,迫切需要推广机械化稻谷干燥模式,以提高水稻的种植效益、保障国民健康,保证国家粮食安全。为了保证稻谷烘干过程经济高效,烘干结果精确可靠,亟需研制一款经济可靠的稻谷水分检测传感器。本文针对机械化稻谷干燥模式中稻谷水分测量成本、在线、连续等问题,进行了稻谷水分传感器的设计,具体研究内容如下:(1)谷物水分检测方法的确定。通过对比不同谷物水分检测技术的基本原理及优缺点,并分析国内外专家学者对谷物水分传感器的研究现状,基于在线式谷物水分测量的设计要求,选择了传感器结构简单、成本低、可靠性高、便于现场维护、适用于对谷物水分进行在线连续测量的电容式谷物水分测量方法。(2)谷物水分传感器结构的确定及优化。通过对比分析不同电容式传感器结构的优缺点,根据谷物水分的检测需求,选择了同轴圆筒型电容传感器,并通过电容传感器结构分析,给出了同轴圆筒型电容传感器的优化设计方案。(3)谷物水分检测影响因素的分析及最佳谷物水分检测激励频率的确定。基于电容式谷物水分测量的影响因素—谷物品种、密实度、温度,设计了稻谷电阻抗谱测量实验,研究在激励频率1Hz~1MHz、温度40~80℃、湿基含水率14%~28%下稻谷的电阻抗谱特性,获得了检测电容值随激励频率、含水率、温度的变化规律,确定了电容式稻谷水分传感器检测稻谷含水率的最佳激励频率为2kHz,为稻谷水分检测模型的确定提供了理论依据和数据支持。(4)谷物水分检测模型的确定。基于多元回归分析方法,使用SPSS对稻谷电阻抗谱实验得到的实验结果进行了多元回归模型的建立,并对其进行拟合程度检验,其中933.02R(28),拟合程序良好,确定了水稻水分检测模型。(5)谷物水分传感器检测电路软硬件设计。基于电容式谷物水分测量原理和稻谷水分检测需求,采用模块化设计思想,完成了由电容检测模块、温度检测模块、控制与显示模块组成的电容式谷物水分传感器检测电路硬件设计和由电容数据采集、温度数据采集、数据处理和显示组成的电容式谷物水分传感器检测电路软件设计。(6)谷物水分传感器性能测试。采用自行设计的稻谷水分传感器对镇稻十号稻谷的含水率进行检测,并采用105℃恒温干燥法对其进行验证,结果证明,研制的稻谷水分传感器及检测电路检测误差绝对值的标准差为1.514%,仍存在较大的检测误差,需要对其进行进一步的优化设计。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S511;TP212

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本文编号：1310443