本發(fā)明涉及谷物水分檢測技術領域，特別涉及一種電阻式水分分析儀。

背景技術：

谷物含水率是特定谷物中包含的水分與重量的比值，是影響谷物品質(zhì)的一個重要因素。實際應用中，谷物含水率可以決定了谷物貯藏的安全性，也同樣谷物加工工藝與流通過程需要用到。例如在谷物的加工過程需要進行干燥，干燥是要達到減少谷物中水分含量的目的，通常是采用同熱風或者直接對谷物進行加熱，以降低谷物的含水率，但是干燥到什么程度可以停止，需要由獲得的谷物含水率進行決定。從而，在對谷物的加工過程中可以不影響谷物營養(yǎng)成分及品質(zhì)。

現(xiàn)有的谷物含水率的測量方法可分為人工取樣離線測量方法和在線自動測量方法。在線自動測量方法能夠自動取樣、測量并顯示，具有省時、省工、操作方便、節(jié)約人力等優(yōu)點。常用的在線測量方法基于電阻測量原理，測量時，取樣器的兩個碾壓式電極向內(nèi)轉(zhuǎn)動，擠壓谷物顆粒使其破碎。由于谷物電阻隨其含水量變化，因此通過測量兩電極之間的電阻，就可以得到谷物水分。

現(xiàn)有的電阻式谷物水分測量裝置和方法采用電壓法測量谷物電阻，但由于谷物電阻很大，特別在谷物含水量較低時，使得測量信號弱、信噪比低、不利于信號傳輸，且谷物所處環(huán)境對谷物含水率的影響并沒有考慮進去，就會導致測量結果不真實、不準確。

可見現(xiàn)有的在線電阻式谷物水分測量裝置不能準確的獲得谷物的含水率。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種電阻式水分分析儀，提取成本較低，以提高水分分析儀獲得待檢測谷物的含水率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下的技術方案：一種電阻式水分分析儀，包括：電機控制模塊、溫度采集模塊、水分采樣模塊、主控模塊；

所述水分采集模塊，用于采集目標區(qū)域待檢測谷物的水分值；

所述溫度采集模塊，用于采集所述待檢測谷物所在環(huán)境的溫度值；

所述電機控制模塊，用于控制電機的運行、以及對流經(jīng)電機的電流值進行采樣；

所述主控模塊，用于根據(jù)所述水分值、所述溫度值和所述電流值進行融合，并獲得所述待檢測谷物的目標含水率。

可選的，所述電機控制模塊，包括：繼電器電路、電機驅(qū)動電路和電流采樣電路；

所述繼電器電路，用于通過所述主控模塊的電機驅(qū)動和停止引腳經(jīng)第一三極管基極輸入后，經(jīng)所述第一三極管的集電極與繼電器相連，以達到控制所述繼電器的開關選擇達到電機的啟動和停止的目的；

所述電機驅(qū)動電路，用于通過所述主控模塊motor_clw引腳與第二三極管的基極相連，并通過所述第二三極管的集電極與繼電器相連，以驅(qū)動電機的啟動

所述電流采樣電路，以所述電機的線圈電流為測試點motor_test，所述motor_test輸入第一反向放大器的正向輸入端，所述第一反向放大器的反向輸入端接地；經(jīng)所述第一反向放大器輸出后與第二反向放大器的正向輸入端相連，所述第二反向放大器的反向輸入端與第一電阻、第二電阻相連并接地，并在所述第二反向放大器的輸出端與所述第一電阻和所述第二電阻的節(jié)點相連；所述第二反向放大器的輸出端與第三反向放大器的正向輸入端相連，所述第三反相放大器的反向輸入端與所述第三反相放大器的輸出端相連，所述第三反相放大器的輸出端與所述主控模塊相連。

可選的，所述水分采樣模塊，包括：水分傳感器、開關模塊和運放模塊；

所述水分傳感器的一端通過場效應管q4與三極管q5的集電極相連，所述三極管q5的基極與所述主控模塊相連，并通過電容與所述水分傳感器的另一端相連，所述水分傳感器的所述另一端通過電阻與所述開關模塊的s1端相連，所述開關模塊的s2端通過電阻與5v電壓相連，其中，所述開關模塊的型號為：dg419dy；

所述開關模塊的輸出端與所述運放模塊相連，所述運放模塊的輸出端輸入至第四反相放大器的正向輸入端；所述第四反相放大器的反向輸入端與所述第四反相放大器的正向輸出端相連，所述第四反相放大器的輸出端與所述主控模塊相連。

可選的，所述溫度采集模塊，包括：溫度傳感器、放大器；

所述溫度傳感器用于采集所述待檢測谷物所在環(huán)境的溫度，并將所檢測到的溫度發(fā)送至所述放大器進行放大器，并發(fā)送至所述主控模塊。

可選的，所述主控模塊，包括：

根據(jù)預先設定的計算規(guī)則，用于根據(jù)所述水分值、所述溫度值和所述電流值進行融合，并獲得所述待檢測谷物的目標含水率。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的一種電阻式水分分析儀具有以下有益效果：

(1)、本發(fā)明的電阻式水分分析儀，可以提高谷物含水率的檢測準確度；

(2)、本發(fā)明的提供的電阻式水分分析儀，主控模塊融合待檢測谷物所在環(huán)境的溫度，進一步提高待檢測谷物的含水率；

(3)、本發(fā)明的提供的電阻式水分分析儀，主控模塊融合待檢測谷物所在環(huán)境的溫度，進一步提高待檢測谷物的含水率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的第一種電路圖；

圖2是本發(fā)明的第二種電路圖；

圖3是本發(fā)明的第三種電路圖；

圖4是本發(fā)明的第四種電路圖。

具體實施方式

為使發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明了，下面通過附圖中及實施例，對本發(fā)明技術方案進行進一步詳細說明。但是應該理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明技術方案，并不用于限制本發(fā)明技術方案的范圍。

本發(fā)明的一種電阻式水分分析儀的結構示意圖，包括：水分采樣模塊、溫度采集模塊、電機控制模塊、主控模塊；

所述水分采集模塊，用于采集目標區(qū)域待檢測谷物的水分值；

所述溫度采集模塊，用于采集所述待檢測谷物所在環(huán)境的溫度值；

所述電機控制模塊，用于控制電機的運行、以及對流經(jīng)電機的電流值進行采樣；

所述主控模塊，用于根據(jù)所述水分值、所述溫度值和所述電流值進行融合，并獲得所述待檢測谷物的目標含水率。

需要說明的是，水分采集模塊1具體的可以通過水分傳感器直接測量谷物的水分值，可以理解的是，通過直接獲得的方式獲得谷物水分值比較片面，因為獲得的是局部的水分值，且獲得的方式不夠準確，所以本發(fā)明實施例中，將獲得水分值發(fā)送至主控模塊4，以備進行數(shù)值處理；同樣，還可以通過溫度傳感器獲得谷物周圍的溫度值。本發(fā)發(fā)明實施例中，可以將溫度傳感器和/或水分傳感器安裝在水分儀的兩個碾壓輪之間，以用來碾壓待測谷物，并通過該碾壓輪在碾壓過程中獲得的數(shù)值，實時對溫度和水分的采集，獲得采集數(shù)據(jù)。通過碾壓輪的轉(zhuǎn)動，獲得不同位置的谷物的水分和溫度值，具體的，可以獲得多次的平均值，以提高數(shù)據(jù)的準確性。

可以理解的是，電機的碾壓輪在碾壓的過程中能夠獲得實時變化的電流值，另外由物理學知識可以得到，當谷物的電阻值為已知時，即可得到流經(jīng)谷物的電壓值(電壓值為電阻值與電流值的乘積)。然后根據(jù)主控模塊4中電壓值和水分值的對應關系，既可以得到對應的水分值。需要說明的是，谷物的含水率與導電率的具有一定的計算關系，而導電率與電阻具有一定的計算關系、電阻與電流可以得到電壓值、而電壓值與水分值又存在預設的計算公式關系，所以可以得到水分值。具體的數(shù)學計算本發(fā)明實施例在此不對其進行贅述。

本發(fā)明基于谷物水分與電阻的關系研究，發(fā)現(xiàn)不同的谷物含水量，其電阻也不相同，谷物含水量越大，其電阻值越小，反之，谷物含水量越小，其電阻值越大，因此，本發(fā)明通過測量谷物的電阻值來確定谷物的水分值。

為了簡單起見，在根據(jù)水分傳感器計算到電阻值以后，計算谷物的電阻值，由于電流值為已知的測量值，所以可以得到電壓值。再根據(jù)主控模塊中預先存儲的電壓和水分值的計算公式，進而可以得到目標水分值。

示例性的，具體的電壓值和目標水分值的關系如下：

其中，所述f(z)為所述電壓值，pn根據(jù)所述待檢測谷物的檢測環(huán)境設定的變量，z為谷物的目標水分值。那么在知道pn的情況下即可得到水分值。

示例性的，得到的電壓值為0.45v，在預設的pn的情況下，得到目標水分值為12.15％，可以理解的是，本發(fā)明實施例還計算出來了谷物的環(huán)境溫度，還可以根據(jù)溫度值對目標水分值進行修正，已得到目標含水率。

本發(fā)明實施例中，設置溫度對于水分的補償公式，對目標水分值進行補償，從而得到目標含水率。示例性的，電阻與水分的關系受到溫度的影響，在常溫-10～40℃的條件下，溫度每升高1℃對電阻值的影響相當于其水分含量增加0.1％，即0.1％(濕度)/℃，因此本發(fā)明采用溫度補償處理實現(xiàn)水分的精準測量。

具體的，可以設置溫度閾值，δt為溫度與當前溫度值之差，z為目標含水率，q為預設參數(shù)，具體可以為0.1％,公式如下：

z＝z+δt*q

本發(fā)明的一種實施例中，所述電機控制模塊3，包括：繼電器電路、電機驅(qū)動電路和電流采樣電路，如圖1所示；

所述繼電器電路，用于通過所述主控模塊的電機驅(qū)動和停止引腳經(jīng)第一三極管基極輸入后，經(jīng)所述第一三極管的集電極與繼電器相連，以達到控制所述繼電器的開關選擇達到電機的啟動和停止的目的；

所述電機驅(qū)動電路，用于通過所述主控模塊motor_clw引腳與第二三極管的基極相連，并通過所述第二三極管的集電極與繼電器相連，以驅(qū)動電機的啟動；

所述電流采樣電路，以所述電機的線圈電流為測試點motor_test，所述motor_test輸入第一反向放大器的正向輸入端，所述第一反向放大器的反向輸入端接地；經(jīng)所述第一反向放大器輸出后與第二反向放大器的正向輸入端相連，所述第二反向放大器的反向輸入端與第一電阻、第二電阻相連并接地，并在所述第二反向放大器的輸出端與所述第一電阻和所述第二電阻的節(jié)點相連；所述第二反向放大器的輸出端與第三反向放大器的正向輸入端相連，所述第三反相放大器的反向輸入端與所述第三反相放大器的輸出端相連，所述第三反相放大器的輸出端與所述主控模塊相連。

所述繼電器電路，用于通過所述主控模塊的電機驅(qū)動和停止引腳onoff經(jīng)電阻r14后連接第一三極管q1的基極，經(jīng)所述三極管q1的集電極通過二極管d2與24v電壓相連，所述繼電器與d2進行并聯(lián)，通過d2上的壓降以達到控制所述繼電器k1的開關4接通開關5或者開關3，從而達到驅(qū)動電機的目的，j4為電機控制的引腳，本發(fā)明實施例在此不對其進行贅述。

所述電機驅(qū)動電路，用于通過所述主控模塊motor_clw引腳與三極管q3的基極相連，并通過所述三極管q3的集電極連接的二極管d2與繼電器k3相連，以驅(qū)動電機的的開關3和4連同或者開關5和6連通。

所述電流采樣電路，如圖3所示，以所述電機的線圈電流為測試點motor_test(電感t1的3腳)，所述motor_test輸入第一反向放大器u1的反向輸入端，u1的正向輸入端接地；u1輸出后與第二反向放大器u2的正向輸入端相連，所述第二反向放大器u2的反向輸入端與第一電阻r61、第二電阻r61相連并接地，并在所述第二反向放大器的u2輸出端與所述第一電阻r61、第二電阻r61連接節(jié)點相連；所述第二反向放大器u2的輸出端與第三反向放大器u3的正向輸入端相連，所述第三反相放大器u3的反向輸入端與所述第三反相放大器u3的輸出端相連，所述第三反相放大器的輸出端與所述主控模塊的引腳相連。

應用本發(fā)明圖1、圖2和圖3能夠?qū)崿F(xiàn)對電機電流的采樣以及實現(xiàn)電機的自動控制。

具體的，本發(fā)明實施例中的水分采集模塊，可以包括：水分傳感器、開關模塊和運放模塊，如圖4所示；

所述水分傳感器j6(傳感器通過j6的connector引腳接入電路)的一端通過場效應管q4與三極管q5的集電極相連，所述三極管q5的基極與所述主控模塊相連，并通過電容與所述水分傳感器的另一端相連，所述水分傳感器的所述另一端通過電阻與所述開關模塊中芯片u11的s1端相連，所述開關模塊的u11的s2端通過電阻與5v電壓相連，其中，所述開關模塊的型號為：dg419dy。

經(jīng)u11的輸出為具有一定頻率的波形，經(jīng)過運算放大器u12進行進一步放大后可以在輸入反向放大器進行進一步放大處理，以提高獲得的波形效果。

另外，所述開關模塊的輸出端與所述運放模塊相連，所述運放模塊的輸出端輸入至第四反相放大器的正向輸入端；所述第四反相放大器的反向輸入端與所述第四反相放大器的正向輸出端相連，所述第四反相放大器的輸出端與所述主控模塊相連，此部分的電路結果為現(xiàn)有技術，本發(fā)明實施例在此不對其進行贅述。

本發(fā)明的另一個實施例中，所述水分采樣模塊，包括：水分傳感器、開關模塊和運放模塊；

所述水分傳感器的一端通過場效應管q4與三極管q5的集電極相連，所述三極管q5的基極與所述主控模塊相連，并通過電容與所述水分傳感器的另一端相連，所述水分傳感器的所述另一端通過電阻與所述開關模塊的s1端相連，所述開關模塊的s2端通過電阻與5v電壓相連，其中，所述開關模塊的型號為：dg419dy；

所述開關模塊的輸出端與所述運放模塊相連，所述運放模塊的輸出端輸入至第四反相放大器的正向輸入端；所述第四反相放大器的反向輸入端與所述第四反相放大器的正向輸出端相連，所述第四反相放大器的輸出端與所述主控模塊相連。

在本發(fā)明的一種實現(xiàn)方式中，所述溫度采集模塊2，包括：溫度傳感器、放大器；

所述溫度傳感器用于采集所述待檢測谷物所在環(huán)境的溫度，并將所檢測到的溫度發(fā)送至所述放大器進行放大器，并發(fā)送至所述主控模塊的pa0、pa2引腳。

在本發(fā)明的另一種實現(xiàn)方式中，所述主控模塊4，包括：

根據(jù)預先設定的計算規(guī)則，用于根據(jù)所述水分值、所述溫度值和所述電流值進行融合，并獲得所述待檢測谷物的目標含水率。

為了簡單起見，在根據(jù)水分傳感器計算到電阻值以后，計算谷物的電阻值，由于電流值為已知的測量值，所以可以得到電壓值。再根據(jù)主控模塊中預先存儲的的電壓和水分值的計算公式，進而可以得到目標水分值。

示例性的，具體的電壓值和目標水分值的關系如下：

其中，所述f(z)為所述電壓值，pn根據(jù)所述待檢測谷物的檢測環(huán)境設定的變量，z為谷物的目標水分值。那么在知道pn的情況下即可得到水分值。

示例性的，得得到的電壓值為0.45v，在預設的pn的情況下，得到水分值為12.15％，可以理解的是，本發(fā)明實施例還計算出來了谷物的環(huán)境溫度，還可以根據(jù)溫度值對目標水分值進行修正，已得到目標含水率。

通過試驗研究，電阻與水分的關系受到溫度的影響，在常溫-10～40℃的條件下，溫度每升高1℃對電阻值的影響相當于其水分含量增加0.1％，即0.1％(濕度)/℃，因此本發(fā)明采用溫度補償處理實現(xiàn)水分的精準測量。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。