[发明专利]一种适用于多类固态物质的含水率检测方法及其设备

说明书

本发明公开了一种适用于多类固态物质的含水率检测方法及其设备，将检测设备用于含水量检测方法中，本适用于多类固态物质的含水率检测设备包括具有微波加热腔的壳体本体及集成设置于壳体本体上的电源模块、微波发生模块、波导系统、红外热像系统、控制系统；本发明将微波加热技术与红外热像技术应用于公路水运工程的固态物料含水率检测，利用相同微波加热条件下，不同含水率的被测物料的温升不同的特性，间接测量含水率，具有检测高效、易于携带等众多优势。

技术领域

本发明涉及含水量检测技术领域，具体涉及一种适用于多类固态物质的含水率检测方法及其设备。

背景技术

在公路水运工程中，试验检测作为工程建设质量的保障依据，是控制材料合格使用的重要防线。其中，物料的含水率作为试验检测的基础参数之一，可直接反应物料的品质。土壤、砂石、水泥等固态物料是公路水运工程中常见的材料，其含水率的大小会对整个工程建设及维护产生影响。

目前，关于含水率检测的研究较多，可分为直接测量法和间接测量法。针对固态物料含水率检测，公路水运工程建设中通常采用传统烘干称重等直接测量方法，测量时间较长，效率较低，设备便携性较差，不利于施工现场实时检测。为克服上述检测缺陷，可引入微波技术来提高检测效率。

微波是一种高频电磁波。在微波穿过固态物料时，物料内极性分子发生极化现象，随外加电磁场交变运动。由于大量极性分子相互摩擦，电磁能转化为热能，使物料各部分在同一时间获得热量而升温。利用相同微波加热条件下，不同含水率的被测物料的温升不同的特性，可间接测量出含水率大小，即相同微波加热条件下，物料含水率越高，温升越低；物料含水率越低，温升越大。

通常情况下，公路水运工程中固态物料为细粒土(如粉质土、粘质土)、特殊土(如黄土、膨胀土)、砂石(如天然砂、机制砂)、砾石、水泥、石灰和粉煤灰等，其含水率受堆积密度影响较大，同一物料的不同堆积部分的含水率存在差异，需进行多次取样，传统方案需对不同堆积部位的样本分别进行试验，极大地影响检测效率。为解决该问题，可利用微波技术对不同堆积部位的样本一次性加热，同时运用红外热像测温技术对被测样本进行温度检测，通过设备的检测和分析而得知检测温度并输出红外图像数据。

本发明以微波加热为基础以此达到更高准确程度的含水率检测，微波对物料加热具有无惰性，通入微波，物料即刻加热，断开通入微波，物料停止加热；另一方面，加热过程无需进行预加热，微波加热为介质加热范畴，单位体积物料吸收微波功率：P＝55.6fE²ε_r’tgδ×10^-12，其中f为微波频率，E为电场强度，ε_r’和tg、δ分别为物料相对介电常数和损耗因子。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种适用于多类固态物质的含水率检测方法及其设备，能够充分利用微波加热与红外成像技术，能有效地提高检测效率，便于施工现场的实时检测。

本发明的一种适用于多类固态物质的含水率检测方法，包括以下步骤：

S1.获取待检测固态物质的样本并分别平整均匀地置于样本盛放格内；

S2.将S1的样本盛放格置于微波加热腔内对待检测固态物质的样本进行微波加热；

S3.通过红外热像系统对经微波加热后的待检测固态物质的样本进行温度检测及数据传递；

S4.控制系统接收来自红外热像系统的温度检测数据并处理分析，得出待检测固态物质的样本含水率值，其中：

a.所述控制系统以ARM微处理器为核心，内置不同初始温度条件下不同固态物料的含水率f与红外热像系统输出电压V参数模型，根据红外热像系统输出电压V与固态物料含水率f的关系，标定样本点，建立V与f的映射关系f(V)，测量含水率时，以V为索引，检索出对应的含水率值f；