[发明专利]一种基于微波技术的粮食水分凝结探测系统

说明书

技术领域

本发明涉及粮食仓储检测技术领域，特别涉及一种基于微波技术的粮食水分凝结探测系统。

背景技术

粮食问题关系到社会的发展和人民的生活稳定，因此每个人口大国都把粮食问题摆在重要的位置。粮食具有季产年销的属性，这就决定了必需保证相当数量的粮食仓储以备不时之需。粮食在储存过程中，必须保证一定的储藏条件，比如温度、湿度、水分、无虫等条件。

在诸多条件中，粮食的水分是一个重要的参数。水分含量不仅是与粮食的重量直接相关，过多的水分含量也是导致粮食霉变的重要原因之一。因此入库的粮食一般是相对低水分含量的粮食。尽管如此，粮食霉变仍然经常发生，原因主要是在储藏过程中，由于粮食来源不同，水分含量高低不均，在粮堆中会形成高水分聚集区，称之为水分凝结。水分凝结部分在粮食中会逐渐变大、延展，一定程度后就会导致凝结区的粮食发生霉变。霉变一旦发生就会扩展到无霉变区域，从而导致大面积粮食霉变，造成重大经济损失。因此，及时发现粮食中的水分凝结区、霉变区，开挖粮堆、去除水分凝结区和霉变区是预防霉变发生和避免霉变继续发展的重要措施。

目前实现粮食水分的检测方法主要有电容法、电阻法、微波法、核磁共振法、近红外法、声学法等。但是这些方法都是针对粮食在入库前的检测，多发生在粮食收购阶段，一般是设计用来针对少量样品进行检测，对于粮食储存过程中发生的水分凝结和霉变无能为力。因此，在粮食储存过程中针对水分凝结区和霉变区的探测尤为重要，对保证国家粮食安全有着重要的意义。

对粮食中水分凝结区和霉变区的探测属于表层下目标探测问题。表层下目标探测一般有红外、X光、超声、微波等方法。红外探测法易受环境温度影响，且成本较高。X光探测法辐射危害大，需要专门的屏蔽设备。超声探测法需要耦合剂，且在粮食中探测距离很短。以上三种方法都不理想。

而微波探测是非接触检测，不需要耦合剂；检测信号为电信号无需进行非电量转换；辐射危害较低，屏蔽设备简单；不易受烟雾、粉尘以及温度等环境影响，适应性强。

发明内容

本发明的目的是公开一种基于微波技术的粮食水分凝结探测系统，弥补粮食储存过程中粮食状况检测技术的不足，可对粮食中水分凝结区和霉变区进行探测，对发生粮食储存过程中的粮情进行监测，避免粮食损坏的发生。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种基于微波技术的粮食水分凝结探测系统，包括天线装置(101)、控制电路(102)和上位机处理系统(103)，其天线装置(101)和控制电路(102)通过电源线和信号线连接，双向通讯；控制电路(102)和上位机处理系统(103)通过USB线缆连接，双向通讯；

天线装置(101)包括发射天线、接收天线，发射天线向粮面下发射500MHz微波信号，接收天线将回波信号传给控制电路(102)处理，通过接收到的回波信号探测粮食中的水分凝结区；

控制电路(102)提供信号驱动天线工作，对回波信号数字化处理，并将数字化后的回波信息通过USB线缆传输给上位机处理系统(103)；

上位机处理系统(103)接收来自控制电路(102)的数字化后的回波信息，对数据进行采集、处理和实时显示探测波形堆积图，并包括对探测数据的反演和解译。

所述的一种基于微波技术的粮食水分凝结探测系统，其所述发射、接收天线，是中国电波传播研究所的GC500MHz天线，中心频率500MHz，200MHz带宽。

所述的一种基于微波技术的粮食水分凝结探测系统，其所述控制电路(102)，包括电源(201)、数字电路(202)、信号调理电路(203)；

数字电路(202)和信号调理电路(203)分别与电源(201)通过电源线相连接，数字电路(202)和信号调理电路(203)之间通过信号线相连接。

电源(201)包括150V，-70V，24V，12V，-12V，5V电压变换模块；

数字电路(202)包括模拟数字转换电路(302)，基于现场可编程逻辑器件(FPGA)的控制部分(303)，数据传输USB部分(304)；

信号调理电路(203)包括延时电路(401)，放大电路(402)，交直流耦合电路(403)，限幅电路(404)，电平移动电路(405)，时变增益放大电路(406)。

所述的一种基于微波技术的粮食水分凝结探测系统，其所述上位机处理系统(103)，包括USB传输控制，数据预处理和探测数据显示三个部分；