利用微波在线检验粮食水分含量是否超标的方法和装置

摘要

本发明实施例提供了一种利用微波在线检验粮食水分含量是否超标的方法和装置。该方法主要包括：产生两路同频率、同相位和同幅度的微波信号，一路微波信号经参考通道传输；另一路微波信号经当前通道传输，接收参考通道和当前通道中输出的两路微波信号，通过分析比较得到参考通道和当前通道输出的两路微波信号之间的幅度比与相位差；根据两路微波信号之间的幅度比与相位差，判断当前通道中的粮食的水分含量是否超标。本发明实施例保证两通道中发射电路相同的部分有相同的相移与衰减。两路接收信号通过粮食过程中所产生的能量损耗与相移量的大小更易于检测，从而可以方便、有效、直观地利用微波在线检验出粮食水分含量是否超标。

说明书

技术领域

本发明涉及粮食水分测量技术领域，尤其涉及一种利用微波在线检验粮食水分含量是否超标的方法和装置。

背景技术

在粮食入仓过程中，水分含量检测具有十分重要的意义，若不及时把水分含量较高的粮食剔除，入仓后则存在霉变的可能。现行的粮食水分检测方式为人工抽样检测，由于抽样检测方法效率较低，只能对样本进行较可靠的检测，缺乏普遍性，使粮堆内混入高水分含量的粮食成为可能。

除了人工抽样检测方法，当前也有不少基于其他技术的水分检测方法，例如电容法、电阻法、射线法、微波法等。目前，电容法、电阻法不适用于在线检测；射线法成本较高，且对周围环境造成辐射污染；典型的微波水分检测方法受制于环境因素，为了免除环境因素的影响，往往电路复杂，数据处理难度大，成本及精度受到牵制。

因此，针对粮食入仓环境，开发一种结构简单、有效、利用微波在线测量粮食中的水分含量的方法是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的实施例提供了一种利用微波在线检验粮食水分含量是否超标的方法和装置，以方便、有效地利用微波在线检验粮食水分含量是否超标。

本发明提供了如下方案：

一种利用微波在线检验粮食水分含量是否超标的方法，包括：

产生两路同频率、同相位和同幅度的微波信号，一路微波信号经参考通道传输；另一路微波信号经当前通道传输，所述参考通道和所述当前通道的结构相同，所述当前通道中的物料为待入仓的粮食，所述参考通道中的物料为适合入仓的最高水分含量的粮食；

接收所述参考通道和当前通道中输出的两路微波信号，通过分析比较得到所述参考通道和当前通道输出的两路微波信号之间的幅度比与相位差；

根据所述两路微波信号之间的幅度比与相位差，判断所述当前通道中的粮食的水分含量是否超标。

所述的产生两路同频率、同相位和同幅度的微波信号，包括：

通过微波信号产生单元产生一定频率的微波信号，将所述微波信号传输给功率放大器，所述功率放大器对接收到的微波信号的功率进行放大处理，将放大处理后的微波信号传输给功率分配器，所述功率分配器把放大后的微波信号均分为二，产生两路同频率、同相位和同幅度的微波信号，在所述功分器的输出端输出所述两路微波信号。

所述的一路微波信号经参考通道传输；另一路微波信号经当前通道传输，所述参考通道和所述当前通道的结构相同，所述当前通道中的物料为待入仓的粮食，所述参考通道中的物料为适合入仓的最高水分含量的粮食，包括：

设置两路结构完全一致的通道：参考通道与当前通道，参考通道和当前通道中分别包括发射天线、物料、接收天线及同轴线，其中所述发射天线通过同轴线与所述功分器的输出端相接，接收所述功分器的输出端输出的微波信号，所述发射天线将接收到的微波信号发送出去，所述微波信号在参考通道和当前通道内部穿过物料，被所述接收天线接收，所述接收天线将接收到的微波信号通过同轴线输出。

所述的接收所述参考通道和当前通道中输出的两路微波信号，通过分析比较得到所述参考通道和当前通道输出的两路微波信号之间的幅度比与相位差，包括：

通过微波信号处理单元接收所述参考通道和当前通道输出的两路微波信号，该单元接收到两路微波信号后，通过所述微波信号处理单元内部的幅度检测及鉴相电路分别获取所述两路微波信号的幅度及相位数据，通过比较器，对比两路微波信号的幅度及相位数据，分析出两路微波信号之间的幅度比与相位差，将所述幅度比与相位差进行A/D转换，将A/D转换后的幅度比与相位差输出；

设通过当前通道的微波信号的A/D转换后的幅度为F₁，相位值为δ₁，通过参考通道的A/D转换后的微波信号的幅度为F₂，相位值为δ₂。则通过当前通道的微波信号与通过参考通道的微波信号之间的A/D转换后的幅度比为：lg(F1/F2)，相位差为δ₁-δ₂。

所述的根据所述两路微波信号之间的幅度比与相位差，判断所述当前通道中的粮食的水分含量是否超标，包括：

将所述微波信号处理单元输出的经过A/D转换的两路微波信号之间的幅度比与相位差上传至上位机，上位机根据A/D转换处理后的幅度比及相位差判断当前通道粮食水分含量是否超标；

如果：lg(F1/F2)<0，并且，δ₁-δ₂>0，则判断所述当前通道中的粮食的水分含量超标；

如果：lg(F1/F2)>0，且δ₁-δ₂<0，则判断当前通道中的粮食的水分含量不超标。

一种利用微波在线检验粮食水分含量是否超标的装置，包括：

微波信号产生单元，用于产生两路同频率、同相位和同幅度的微波信号；

微波信号传输单元，用于将一路微波信号经参考通道传输，将另一路微波信号经当前通道传输，所述参考通道和所述当前通道的结构相同，所述当前通道中的物料为待入仓的粮食，所述参考通道中的物料为适合入仓的最高水分含量的粮食；

微波信号处理单元，用于接收所述参考通道和当前通道中输出的两路微波信号，通过分析比较得到所述参考通道和当前通道输出的两路微波信号之间的幅度比与相位差；

水分含量判断单元，用于根据所述幅度比与相位差分析模块得到的两路微波信号之间的幅度比与相位差，判断所述当前通道中的粮食的水分含量是否超标。

所述的微波信号产生单元，用于产生一定频率的微波信号，将所述微波信号传输给功率放大器，所述功率放大器对接收到的微波信号的功率进行放大处理，将放大处理后的微波信号传输给功率分配器，所述功率分配器把放大后的微波信号均分为二，产生两路同频率、同相位和同幅度的微波信号，在所述功分器的输出端输出所述两路微波信号。

所述的微波信号传输单元，用于设置两路结构完全一致的通道：参考通道与当前通道，参考通道和当前通道中分别包括发射天线、物料、接收天线及同轴线，其中所述发射天线通过同轴线与所述功分器的输出端相接，接收所述功分器的输出端输出的微波信号，所述发射天线将接收到的微波信号发送出去，所述微波信号在参考通道和当前通道内部穿过物料，被所述接收天线接收，所述接收天线将接收到的微波信号通过同轴线输出。

所述的微波信号处理单元，用于接收所述参考通道和当前通道输出的两路微波信号，通过幅度检测及鉴相电路分别获取所述两路微波信号的幅度及相位数据，通过比较器，对比两路微波信号的幅度及相位数据，分析出两路微波信号之间的幅度比与相位差，将所述幅度比与相位差进行A/D转换，将A/D转换后的幅度比与相位差输出；

设通过当前通道的微波信号的A/D转换后的幅度为F₁，相位值为δ₁，通过参考通道的微波信号的A/D转换后的幅度为F₂，相位值为δ₂。则通过当前通道的微波信号与通过参考通道的微波信号之间的A/D转换后的幅度比为：lg(F1/F2)，相位差为δ₁-δ₂。

所述的水分含量判断单元，用于根据所述微波信号处理单元输出的A/D转换处理后的幅度比及相位差判断当前通道粮食水分含量是否超标；

如果：lg(F1/F2)>0，并且，δ₁-δ₂>0，则判断所述当前通道中的粮食的水分含量超标；

如果：lg(F1/F2)<0，并且，δ₁-δ₂<0，则判断当前通道中的粮食的水分含量不超标。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过使用与检测通道完全一致的对比通道，保证两通道中发射电路相同的部分有相同的相移与衰减。两路接收信号通过粮食过程中所产生的能量损耗与相移量的大小更易于检测，从而可以方便、有效、直观地利用微波在线检验出粮食水分含量是否超标。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种利用微波在线检验粮食水分含量是否超标的方法的原理示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种利用微波在线检验粮食水分含量是否超标的方法的处理流程图；

图3为本发明实施例二提供的一种利用微波在线检验粮食水分含量是否超标的装置的具体实现结构图，图中，微波信号产生单元31，微波信号传输单元32，微波信号处理单元33，水分含量判断单元34。

具体实施方式

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

实施例一

该实施例提供了一种利用微波在线检验粮食水分含量是否超标的方法的原理示意图如图1所示，具体处理流程如图2所示，包括如下的处理步骤：

步骤S210、通过微波信号产生单元产生微波信号。

微波信号产生单元产生一定频率的微波信号，该微波信号对水分比较敏感，水分含量的微量变化都可引起微波信号的幅度及相位的可观变化。上述一定频率可以为2.45GHz、9.3GHz。微波信号产生单元将微波信号传输给功率放大器。

步骤S220、功率放大器对接收到的微波信号的功率进行放大处理，使微波信号满足发射及穿透一定厚度(譬如5厘米)粮食的功率要求。功率放大器将放大处理后的微波信号传输给功率分配器，功率分配器把放大后的微波信号均分为二，产生两路同频率、同相位和同幅度的微波信号。在功分器的输出端输出的两路微波信号的功率、相位相同。

步骤S230、本发明实施例设置两路结构完全一致的通道：参考通道与当前通道，参考通道和当前通道中分别包括发射天线、物料、接收天线及同轴线。其中发射天线通过同轴线与功分器的输出端相接，接收功分器的输出端输出的微波信号，发射天线将接收到的微波信号发送出去，该微波信号在参考通道和当前通道内部穿过物料。

微波信号通过物料后，被接收天线接收。接收天线将接收到的微波信号通过同轴线引出到微波信号处理单元。对于参考通道和当前通道，同轴线的规格和长度相同；发射、接收天线相同；物料承载物(对于粮食入仓过程而言为输送带)规格(包括材料、厚度等)相同；物料厚度相同，包括天线作用区域内物料体积相同；发射天线、物料，以及物料、接收天线间距对应相同。参考通道中的物料为适合入仓的最高水分含量的粮食，而当前通道中的物料为待入仓粮食，并且参考通道中的粮食的品种和当前通道中的待入仓粮食的品种相同。

步骤S240、微波信号处理单元接收参考通道和当前通道中输出的两路微波信号，通过分析比较得到两路微波信号的幅度比与相位差。

微波信号处理单元可以看作是一个模块，该模块2进2出，输入为两路微波信号，该单元接收到两路微波信号后，通过内部的幅度检测及鉴相功能，分别获取两路微波信号的幅度及相位数据，然后通过比较器，对比两路微波信号的幅度及相位数据，分析出两路微波信号之间的幅度比与相位差，将所述幅度比与相位差进行A/D(模/数)转换，将A/D转换后的幅度比与相位差输出。

设通过当前通道的微波信号的A/D转换后的幅度为F₁，相位值为δ₁，通过参考通道的微波信号的A/D转换后的幅度为F₂，相位值为δ₂。则通过当前通道的微波信号与通过参考通道的微波信号之间的A/D转换后的幅度比为：lg(F1/F2)，相位差为δ₁-δ₂。

步骤S250、微波信号处理单元将经A/D转换的两路微波信号之间的幅度比与相位差送入上位机。上位机根据A/D转换处理后的幅度比及相位差判断当前通道粮食水分含量是否超标。

如果相对于参考通道，幅度差的对数形式小于0，即：lg(F1/F2)<0

且相位差为正数，即：δ₁-δ₂>0

则说明相同参数的微波信号通过当前通道的幅度衰减大于通过参考通道的幅度衰减，且微波信号通过当前通道的相位值大于微波信号通过参考通道的相位值，则当前通道中的粮食的水分含量超标；

反之，如果：lg(F1/F2)<0，并且δ₁-δ₂<0，则判断当前通道中的粮食的水分含量不超标，当前通道中的粮食的水分满足入仓需求。

实施例二

该实施例提供了一种利用微波在线检验粮食水分含量是否超标的装置，其具体实现结构如图3所示，具体可以包括如下的模块：

微波信号产生单元31，用于产生两路同频率、同相位和同幅度的微波信号；

微波信号传输单元32，用于将一路微波信号经参考通道传输，将另一路微波信号经当前通道传输，所述参考通道和所述当前通道的结构相同，所述当前通道中的物料为待入仓的粮食，所述参考通道中的物料为适合入仓的最高水分含量的粮食；

微波信号处理单元33，用于接收所述参考通道和当前通道中输出的两路微波信号，通过分析比较得到所述参考通道和当前通道输出的两路微波信号之间的幅度比与相位差；

水分含量判断单元34，用于根据所述幅度比与相位差分析模块得到的两路微波信号之间的幅度比与相位差，判断所述当前通道中的粮食的水分含量是否超标。

进一步地，所述的微波信号产生单元31，用于产生一定频率的微波信号，将所述微波信号传输给功率放大器，所述功率放大器对接收到的微波信号的功率进行放大处理，将放大处理后的微波信号传输给功率分配器，所述功率分配器把放大后的微波信号均分为二，产生两路同频率、同相位和同幅度的微波信号，在所述功分器的输出端输出所述两路微波信号。

进一步地，所述的微波信号传输单元32，用于设置两路结构完全一致的通道：参考通道与当前通道，参考通道和当前通道中分别包括发射天线、物料、接收天线及同轴线，其中所述发射天线通过同轴线与所述功分器的输出端相接，接收所述功分器的输出端输出的微波信号，所述发射天线将接收到的微波信号发送出去，所述微波信号在参考通道和当前通道内部穿过物料，被所述接收天线接收，所述接收天线将接收到的微波信号通过同轴线输出。

进一步地，所述的微波信号处理单元33，用于接收所述参考通道和当前通道输出的两路微波信号，通过幅度检测及鉴相电路分别获取所述两路微波信号的幅度及相位数据，通过比较器，对比两路微波信号的幅度及相位数据，分析出两路微波信号之间的幅度比与相位差，将所述幅度比与相位差进行A/D转换，将A/D转换后的幅度比与相位差输出；

设通过当前通道的微波信号的幅度为F₁，相位值为δ₁，通过参考通道的微波信号的幅度为F₂，相位值为δ₂。则通过当前通道的微波信号与通过参考通道的微波信号之间的A/D转换后的幅度比为：lg(F1/F2)，相位差为δ₁-δ₂。

进一步地，所述的水分含量判断单元34，用于根据所述微波信号处理单元输出的A/D转换处理后的幅度比及相位差判断当前通道粮食水分含量是否超标；

如果：lg(F1/F2)<0，并且，δ₁-δ₂>0，则判断所述当前通道中的粮食的水分含量超标；

如果：lg(F1/F2)>0，并且，δ₁-δ₂<0，则判断当前通道中的粮食的水分含量不超标。

用本发明实施例的装置进行利用微波在线检验粮食水分含量是否超标的具体过程与前述方法实施例类似，此处不再赘述。

综上所述，本发明实施例通过使用与检测通道完全一致的对比通道，保证两通道中发射电路相同的部分有相同的相移与衰减。两路接收信号通过粮食过程中所产生的能量损耗与相移量的大小更易于检测，从而可以方便、有效、直观地利用微波在线检验出粮食水分含量是否超标。

本发明实施例检测电路容易实现，检测精度较高，受环境影响大大降低，结构更为简便，检测结果更为可靠有效，成本降低的同时更利于推广应用。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。