對基于微波的糧食水分檢測系統的分析與設計

　　糧食水分含量是糧食質量的關鍵指標，直接影響糧食的收購、運輸、儲藏、加工、貿易等過程。目前在國內糧食收購時，憑手摸牙咬或者傳統檢測方法來判斷糧食的水分，存在測定結果極不可靠、檢測時間長、浪費人力物力等問題。為了快速、準確檢測糧食水分，設計了基于微波的糧食水分檢測系統，通過檢測微波信號與被測糧食相互作用前后微波幅值、相位等變化，推算出糧食水分含量。

　　1 微波水分檢測

　　微波水分檢測是近幾年發展起來的一項無損檢測新技術，它具有檢測精度高、測量范圍廣、穩定性好、便于動態檢測、對環境的敏感性小、可以在相對惡劣環境條件下進行等優點。微波作為一種頻率非常高的電磁波具有很強的穿透性，它所檢測的不僅僅是糧食表面的水分，還能夠在無損的情況下檢測到糧食內部的水分含量。糧食中水的介電常數和衰減因子比其中干物質的介電特性值高很多，且作為極性分子的水在微波場作用下極化，表現出對微波的特殊敏感性。微波糧食水分檢測正是利用水對微波能量的吸收、反射等作用，引起微波信號相位、幅值等參數變化的原理進行水分含量檢測的。微波水分檢測正在逐步取代精度低、取樣要求高、適應性差的電容法、電阻法等傳統水分檢測方法，成為一種理想的糧食水分檢測技術。微波水分檢測可以采用透射式和反射式檢測方法，其微波傳感器布置如圖1所示。

　　一般物料厚度比較薄時，采用透射式檢測方法；物料厚度比較厚，密度比較大時采用反射式檢測方法。微波檢測是一種深度測量技術，所測結果為體積總體水分而具有代表性，這比之表面測量技術要優越得多。

　　2 系統設計

　　2．1 系統結構設計

　　在理論分析和大量實驗基礎上，設計了基于微波的糧食水分檢測系統，如圖2所示。該系統主要由微波發生器器、微波傳感器天線、溫度傳感器、檢測控制器及分析處理等部分組成。

　　微波發生器工作頻率為10．5 GHz，微波傳感器采取透射式檢測方法布置。隔離器使正向傳輸的微波無衰減或衰減很小的通過，而對于反向傳輸的微波則有較大的衰減。使用隔離器，可把負載不匹配所引起的反射通過隔離器吸收掉，不能返回到信號源，使信號源能穩定地工作。檢波器把微波信號轉換為電信號，經檢測控制器放大、濾波及A／D轉換后，檢測控制器通過串行總線與計算機進行數據通訊。計算機可完成對數據分析與實時顯示。檢測控制器可進行系統參數的設置、水分標定、檢測結果顯示等操作。通過溫度傳感器信號進行溫度補償，以獲得微波檢測信號與糧食水分含量的理想線性關系，提高系統檢測精度。