融合微波和声波的粮食水分和温度检测技术研究
发布时间：2021-04-30 09:09
粮食水分和温度是粮食仓储过程中的重要参数,将它们控制在适当范围是保证储粮安全的重要手段,而目前粮食水分检测方法费时费力,无法实现就仓在线检测。虽然有如红外法、谐振腔微扰法、电容法等方法可以实现在线检测,但它们感知区域有限,检测结果对于储粮水分缺乏代表性。微波透射法具有较好的穿透性,可以适用于大范围粮食的水分检测,但是检测结果受粮食体密度和温度影响较大。当前储粮温度检测中大量采用的传感器会严重干扰微波信号,这制约了微波透射法在储粮水分检测领域的应用,因此在粮仓中微波透射法需要与一种非侵入式测温方法配合使用。声波测温法是一种非侵入式的测温方法,因其具有较好的穿透性使它适合与微波透射法结合应用于储粮检测领域。本文为融合微波和声波检测技术实现储粮水分和温度的检测,主要工作和创新成果如下:第一,研究粮食复介电常数测量方法。本文运用仿真方法研究终端开路的同轴复介电常数探头应用于粮食测量领域时的设计约束,研究结果显示探头感知区域半径需达到粮食颗粒长度的2.5倍以上,而且在1～5 GHz频率范围探头感知区域半径近似随着内导体半径的增大而线性增大。在此基础上设计制作了适用于颗粒长度小于10 mm小麦的复...
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 粮食水分检测技术研究现状
1.2.2 粮食温度检测技术研究现状
1.3 课题主要研究内容
1.4 论文结构
第二章 粮食复介电常数测量技术研究
2.1 引言
2.2 复介电常数测量方法概述
2.3 终端开路的同轴探头测量复介电常数原理
2.3.1 同轴线传播TEM模式理论
2.3.2 终端开路的同轴反射法原理
2.4 终端开路的同轴探头设计约束
2.4.1 终端开路的同轴探头结构介绍
2.4.2 TEM波单模传输约束
2.4.3 50欧姆阻抗匹配约束
2.4.4 感知区域半径约束
2.4.5 内外导体半径对感知区域半径的影响
2.4.6 法兰盘半径约束
2.5 探头尺寸参数选取及仿真分析
2.5.1 探头结构尺寸参数选取
2.5.2 探头电磁场仿真分析
2.5.3 考虑样品槽影响的电磁场仿真分析
2.6 同轴端面反射系数模型
2.6.1 同轴端面反射系数解析模型
2.6.2 同轴端面反射系数模型参数选择
2.7 同轴端面反射系数模型求解方法
2.7.1 模型的正问题求解方法及性能
2.7.2 模型的逆问题求解方法及性能
2.8 复介电常数探头性能测试
2.9 本章小结
第三章 粮食复介电常数、水分和体密度模型研究
3.1 引言
3.2 粮食复介电常数测量
3.2.1 小麦样品水分调质
3.2.2 粮食复介电常数变温测量装置及测量步骤
3.2.3 小麦复介电常数测量结果及分析
3.3 粮食复介电常数、水分和体密度建模
3.3.1 粮食中的水分种类概述
3.3.2 根据水分分段的小麦复介电常数模型及性能分析
3.3.3 小麦水分和体密度模型及性能分析
3.4 本章小结
第四章 粮食水分、温度和体密度对声速影响研究
4.1 引言
4.2 粮食中声波传播常数测量方法
4.2.1 声波在粮食中传播理论概述
4.2.2 传统声学阻抗管检测原理
4.2.3 粮食中声波传播常数测量装置
4.2.4 传递函数测量方法
4.2.5 拾音器校准方法
4.2.6 粮食中声波传播常数测量步骤
4.3 小麦中声波传播常数测量及小麦中声速模型建立
4.3.1 小麦中声波传播常数测量过程
4.3.2 频率、水分对小麦中声速和衰减系数的影响
4.3.3 温度对小麦中声速的影响
4.3.4 体密度对小麦中声速的影响
4.4 小麦水分对粮食平均孔隙尺寸的影响
4.4.1 粮食的等效流体JCA模型
4.4.2 基于JCA模型和粒子群算法的粮食平均孔隙尺寸估计方法
4.4.3 仿真分析粒子群算法估计JCA模型参数性能
4.4.4 流阻率测量及小麦水分对流阻率的影响
4.4.5 孔隙率测量及小麦水分对孔隙率的影响
4.4.6 小麦平均孔隙尺寸计算结果及分析
4.5 本章小结
第五章 融合微波和声波的粮食多参数检测方法研究
5.1 引言
5.2 融合微波和声波的粮食多参数检测原理
5.2.1 基于微波和声波透射法的粮食复介电常数和声速测量原理
5.2.2 粮食水分、温度和体密度计算方法
5.3 实验验证
5.3.1 实验装置
5.3.2 声波时延估计
5.3.3 微波衰减及时延测量
5.3.4 实验设备校准
5.3.5 实验样品及模型标定
5.3.6 实验结果及误差分析
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 论文研究工作总结
6.2 后续工作展望
参考文献
附录A
附录B
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录
本文编号：3169243
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 粮食水分检测技术研究现状
1.2.2 粮食温度检测技术研究现状
1.3 课题主要研究内容
1.4 论文结构
第二章 粮食复介电常数测量技术研究
2.1 引言
2.2 复介电常数测量方法概述
2.3 终端开路的同轴探头测量复介电常数原理
2.3.1 同轴线传播TEM模式理论
2.3.2 终端开路的同轴反射法原理
2.4 终端开路的同轴探头设计约束
2.4.1 终端开路的同轴探头结构介绍
2.4.2 TEM波单模传输约束
2.4.3 50欧姆阻抗匹配约束
2.4.4 感知区域半径约束
2.4.5 内外导体半径对感知区域半径的影响
2.4.6 法兰盘半径约束
2.5 探头尺寸参数选取及仿真分析
2.5.1 探头结构尺寸参数选取
2.5.2 探头电磁场仿真分析
2.5.3 考虑样品槽影响的电磁场仿真分析
2.6 同轴端面反射系数模型
2.6.1 同轴端面反射系数解析模型
2.6.2 同轴端面反射系数模型参数选择
2.7 同轴端面反射系数模型求解方法
2.7.1 模型的正问题求解方法及性能
2.7.2 模型的逆问题求解方法及性能
2.8 复介电常数探头性能测试
2.9 本章小结
第三章 粮食复介电常数、水分和体密度模型研究
3.1 引言
3.2 粮食复介电常数测量
3.2.1 小麦样品水分调质
3.2.2 粮食复介电常数变温测量装置及测量步骤
3.2.3 小麦复介电常数测量结果及分析
3.3 粮食复介电常数、水分和体密度建模
3.3.1 粮食中的水分种类概述
3.3.2 根据水分分段的小麦复介电常数模型及性能分析
3.3.3 小麦水分和体密度模型及性能分析
3.4 本章小结
第四章 粮食水分、温度和体密度对声速影响研究
4.1 引言
4.2 粮食中声波传播常数测量方法
4.2.1 声波在粮食中传播理论概述
4.2.2 传统声学阻抗管检测原理
4.2.3 粮食中声波传播常数测量装置
4.2.4 传递函数测量方法
4.2.5 拾音器校准方法
4.2.6 粮食中声波传播常数测量步骤
4.3 小麦中声波传播常数测量及小麦中声速模型建立
4.3.1 小麦中声波传播常数测量过程
4.3.2 频率、水分对小麦中声速和衰减系数的影响
4.3.3 温度对小麦中声速的影响
4.3.4 体密度对小麦中声速的影响
4.4 小麦水分对粮食平均孔隙尺寸的影响
4.4.1 粮食的等效流体JCA模型
4.4.2 基于JCA模型和粒子群算法的粮食平均孔隙尺寸估计方法
4.4.3 仿真分析粒子群算法估计JCA模型参数性能
4.4.4 流阻率测量及小麦水分对流阻率的影响
4.4.5 孔隙率测量及小麦水分对孔隙率的影响
4.4.6 小麦平均孔隙尺寸计算结果及分析
4.5 本章小结
第五章 融合微波和声波的粮食多参数检测方法研究
5.1 引言
5.2 融合微波和声波的粮食多参数检测原理
5.2.1 基于微波和声波透射法的粮食复介电常数和声速测量原理
5.2.2 粮食水分、温度和体密度计算方法
5.3 实验验证
5.3.1 实验装置
5.3.2 声波时延估计
5.3.3 微波衰减及时延测量
5.3.4 实验设备校准
5.3.5 实验样品及模型标定
5.3.6 实验结果及误差分析
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 论文研究工作总结
6.2 后续工作展望
参考文献
附录A
附录B
致谢
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本文编号：3169243
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