基于微波的粮食水分检测系统设计
1 微波水分检测
微波水分检测是近几年发展起来的一项无损检测新技术，它具有检测精度高、测量范围广、稳定性好、便于动态检测、对环境的敏感性小、可以在相对恶劣环境条件下进行等优点。微波作为一种频率非常高的电磁波具有很强的穿透性，它所检测的不仅仅是粮食表面的水分，还能够在无损的情况下检测到粮食内部的水分含量。粮食中水的介电常数和衰减因子比其中干物质的介电特性值高很多，且作为极性分子的水在微波场作用下极化，表现出对微波的特殊敏感性。微波粮食水分检测正是利用水对微波能量的吸收、反射等作用，引起微波信号相位、幅值等参数变化的原理进行水分含量检测的。微波水分检测正在逐步取代精度低、取样要求高、适应性差的电容法、电阻法等传统水分检测方法，成为一种理想的粮食水分检测技术。微波水分检测可以采用透射式和反射式检测方法，其微波传感器布置如图1所示。
一般物料厚度比较薄时，采用透射式检测方法；物料厚度比较厚，密度比较大时采用反射式检测方法。微波检测是一种深度测量技术，所测结果为体积总体水分而具有代表性，这比之表面测量技术要优越得多。
2 系统设计
2．1 系统结构设计
在理论分析和大量实验基础上，设计了基于微波的粮食水分检测系统，如图2所示。该系统主要由微波发生器器、微波传感器天线、温度传感器、检测控制器及分析处理等部分组成。
微波发生器工作频率为10．5 GHz，微波传感器采取透射式检测方法布置。隔离器使正向传输的微波无衰减或衰减很小的通过，而对于反向传输的微波则有较大的衰减。使用隔离器，可把负载不匹配所引起的反射通过隔离器吸收掉，不能返回到信号源，使信号源能稳定地工作。检波器把微波信号转换为电信号，经检测控制器放大、滤波及A／D转换后，检测控制器通过串行总线与计算机进行数据通讯。计算机可完成对数据分析与实时显示。检测控制器可进行系统参数的设置、水分标定、检测结果显示等操作。通过温度传感器信号进行温度补偿，以获得微波检测信号与粮食水分含量的理想线性关系，提高系统检测精度。
2．2 硬件设计
粮食水分检测控制器是硬件设计的核心部分，它由放大滤波电路、A／D转换、微控制器、键盘、LCD显示和串行总线接口组成，如图3所示。微波传感器探头拾取的微波电信号，经过放大、滤波处理后，再进行A／D转换，粮食水分推算结果在LCD上进行实时显示。键盘接口可以进行控制器参数设置、水分标定等操作。通过串口与计算机进行数据通讯，CAN总线为多个控制器的级联接口。
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