[发明专利]一种测量粮食含水率的双重入式谐振腔在线测量装置

说明书

本发明公开了一种测量粮食含水率的双重入式谐振腔在线测量装置，属于微波应用技术领域。该测试装置包括两个互耦对接的重入式样品腔和测试腔，其中样品腔中心位置设置有一样品桶，测试腔外侧对称设置有两个耦合结构，所述耦合结构通过探针伸入测试腔内，实现测试腔与测量仪器之间的耦合。该测量装置既可以提高测试效率与测试精度，并且可以消除样品堆积密度对测试结果的影响，提高了测量装置的实用性。

技术领域

本发明属于微波应用技术领域，具体涉及一种由高Q值、双重入式谐振腔组成的基于复介电常数测试的高精度粮食含水率检测装置。

背景技术

粮食含水率是粮食品质评价的重要指标之一，它的检测对粮食的存储、收购、运输、加工等环节都具有十分重要的意义。粮食过高的含水率，容易导致粮食的发芽、霉变等，不利于其存储与运输。而粮食过低的含水率则会影响它的营养价值，降低种子的发芽率。因此，高精度粮食含水率的检测对提高粮食品质，提高经济收益起着至关重要的作用。

粮食含水率的检测通常采用烘箱法，即计算粮食干燥前后重量的比值。这种方法检测精度高，但是耗时较多，且操作条件要求较复杂，因此在实际应用中很少采用。国内外粮食含水率的检测通常还采用间接法，即通过检测与水含量有关的物理量(介电常数、反射系数等)来测定粮食的含水率。间接法中按照其工作机理不同又可以分电阻法、电容法、中子法、微波法或红外法等，其测量耗时、精度和操作复杂程度等各不相同。

采用微波检测技术检测粮食含水率，是利用粮食介质对微波的反射、透射、谐振等物理特性，通过微波空间辐射与介质发生相互作用，能够在线、无损、高精度检测，且操作简单。当微波检测的粮食电介质为低损耗物料，通常采用谐振腔法检测。

2003年期刊“Analysis and design of a re-entrant microwave cavity forthe characterisation of single wheat grain kernels.IEE PROCEEDINGS-SCIENCEMEASUREMENT AND TECHNOLOGY，2003，p113-117”中利用单重入式谐振腔对单粒粮食进行含水率检测。此方法谐振腔仅对单粒粮食含水率进行检测，一次检测的样本数量过少，对整个粮食含水率预估的等价模型存在明显缺陷。

本发明采用的双重入式谐振腔结构对粮食水含量进行在线检测，不仅解决了上述方法中单粒检测效率过低和模型缺陷等问题，同时该测量方法的Q值更高，检测精度更准确。

发明内容

本发明提供了一种测量粮食含水率的双重入式谐振腔在线测量装置，该测量装置既可以提高测试效率与测试精度，并且可以消除样品堆积密度对测试结果的影响。

一种测量粮食含水率的双重入式谐振腔在线测量装置，包括两个互耦对接的重入式样品腔和测试腔，其中样品腔中心位置设置有一样品桶，测试腔外侧对称设置有两个耦合结构，所述耦合结构通过探针伸入测试腔内，实现测试腔与测量仪器之间的耦合。

进一步地，所述样品腔与测试腔外侧为金属外壳。

进一步地，所述样品桶与样品腔的金属外壳之间紧密贴合。

本发明装置采用微波法测水含量，依靠测量微波频率下样品的介电特性及其与材料含水量的相关性求得其含水率。该技术基于样品的复介电常数ε(ε＝ε′-jε″)，可以用谐振技术来测量。其中谐振腔中心频率的偏移与其复介电常数的实部ε'有关，而振幅变化与复介电常数的虚部jε”有关。因此可以通过测量谐振腔谐振频率f与-3dB频率宽度BW数值的变化以此来推测样品的含水率。

当本发明装置测量大量的样品时，必须要考虑样品堆积密度对测量结果的影响。假设定义与含水率关联函数