22314字硕士毕业论文大型工厂仓库粮水分布的电磁波感应理论与方法研究

介绍

1.1主题来源

本课题来源于“十一五”国家科技支撑项目“网络化多功能粮情监测集成技术与系统的研发”，项目编号:2006BAD08B01-0。

1.2研究的目的和意义

中国人口众多，也是一个粮食生产和消费大国。中国需要世界7%的可耕地来养活世界22%的人口。因此，保持粮食产量和粮食储备量的一定增长，不仅关系到中国的经济发展和社会稳定，而且对世界产生重大影响。由于中国的粮食供应长期处于紧张的平衡状态，保持一定的粮食储备是中国需要长期坚持的一项基本国策。与国外相比，我国粮食储藏具有储量大、储藏期长的特点，粮食储藏安全问题突出。为了保证粮食储存的安全，需要实时有效地监测粮食的储存状态(简称粮食状况)，而对储存粮食中水分的监测尤为重要[1]。及时准确的水分监测可以使管理者及时采取通风措施，将粮食水分保持在合理水平，防止粮食虫害和霉变。目前，我国储粮水分监测仍大多采用抽样方法，不能正确反映整堆粮食的水分分布，往往导致储粮[2号损失巨大。

储粮水分检测技术一直是储粮技术的研究热点。在[3-15之前，许多研究人员已经做了许多有价值的工作，但大多数研究是基于谷物取样或设置湿度传感器来收集数据。粮食抽样的缺点是样本有限，代表性不足，检测时间长。传感器布置的缺点是电路复杂、容易老化或损坏、测量精度漂移等。为了实现方便、无损、准确的实时监测，需要提出新的解决方案。上述水质监测问题严重影响了我国粮食仓储的安全，也不利于甚至阻碍了粮食仓储的信息化建设。为了解决这一问题，综合考虑现有技术水平、我国粮库的实际管理等因素，提出了一种基于甚高频电磁波(30兆赫~ 300兆赫)检测技术的粮堆水分检测方案。

该方案能够满足传统方法无法满足的对储粮水分检测最重要指标的要求。大量文献研究[16-21]和本项目前期的实验工作证明，利用电磁波检测技术检测储粮水分不仅可行，而且可以解决目前检测技术存在的各种问题，实际应用效果明显优于传统方法。电磁波探测粮堆含水量面临的主要问题是缺乏相关的理论和应用研究，主要是理论研究。

通过电磁波检测粮堆实现水分检测是一件新事物。例如，电磁波在不同结构粮堆中的传播特性、不同种类粮的介电特性以及粮堆的介电-水分模型都面临着新的问题。解决这些问题需要大量深入的理论研究。本项目提出的基于电磁波检测的储粮水分检测技术，不仅融合了电磁波传播理论、雷达技术、信号信息处理技术和图像处理技术，还考虑了现有粮堆水分检测的具体应用要求和取得的成果。很好地解决了粮堆水分检测平台的方便、灵活、低成本、高效率和高可靠性等关键问题，为粮堆水分检测的自动化、网络化和信息化开辟了一条新的途径。以下从储粮水分检测技术和电磁波水分检测技术两个方面分析了当前该领域的研究进展，以明确研究内容和方案。

1.3国内外研究综述

1.3.1国内研究综述

由于建立战略粮食储备是我国的一项基本国策，粮堆含水量是粮食储藏的重要指标，我国[10、12、13、15、17-21对粮食水分检测技术进行了深入研究。然而，最广泛使用的储粮水分检测方法仍然是取样法。一些粮库使用湿度传感器获取仓库中的数据，通过工业总线(如485总线、单线总线等)传输数据。)，通过上位机数据处理，获取粮堆内部不同区域的水分信息。然而，湿度传感器的使用存在两个主要问题:一是需要多点布局和高成本。由于粮仓装载粮食的来源和方法不同，粮堆各处的密度和含水量也不同，粮堆为空气密空无空气循环。设置在粮堆中的水分传感器只能检测传感器附近粮堆的水分含量，不能反映整个粮堆的水分含量分布。为了准确反映粮堆中水含量的分布，有必要增加水传感器的数量。

以21m×60m×6m(注:6m为国家标准粮面高度)高仓库为例，根据2002年国家粮食行业标准(LS/T 1203-2002)，湿度传感器间隔5m×5m布置，垂直方向布置4个传感器，所需传感器为6×13×4=312。这导致大量电缆布置在粮仓中，导致传感器安装和电缆布置困难，并且增加了粮仓中水分检测的成本。第二是校准。由于粮堆中需要安装大量的水分传感器，并且水分传感器的参数具有一定的分散性，因此进口和国产传感器都需要逐一调试和校准。大多数传感器在更换湿度传感器后需要再次调试和校准，这对测量精度高的湿度传感器尤为重要。因此，安装和维护粮堆中使用的水分传感器将消耗大量的人力和物力。

第二章电磁波在粮堆中传播特性的研究...................12

2.1仓库探测雷达及其基本参数..............................12

2.2仓库探测雷达的粮仓探测方法..............................22

2.3高频电磁波在粮堆中的传播特性...................26

第三章倒置...................48通过颗粒堆介电常数的三维分布空

3.1介电常数的雷达检测……48

3.2粮堆介电常数分布的逐层反演算法……50

3.3获得准确的初始反演参数……52通过相位比较方法

3.4具体实施步骤……55

第四章粮食电磁特性及介电水分模型研究……64

4.1晶粒的介电特性……64

4.2谷物介电性能的实验室测量……67

4.3影响晶粒介电性能的因素分析……70

摘要

本文结合粮食出库后对水分检测的突出需求，开展了大型粮食入库快速准确水分检测新技术的基础理论研究和技术研究，为建立快速、无损、准确的水分检测新方法提供科学可靠的依据，为减少我国粮食出库后的损失，确保粮食储备量和质量安全提供技术支持。本文的主要工作和创新研究成果总结如下:

(1)提出了一种适用于粮仓介质体系结构的电磁波传播正演模型及模型构建方法。研究了雷达杂波在小波域的滤波问题，提出了一种利用小波域融合阈值算法对雷达回波杂波进行滤波的方法。实验表明，与传统的小波滤波方法相比，本文提出的方法可以达到更好的滤波效果。

(2)提出了一种基于逐层反演和相位比较法获得精确校正因子的介电常数逐层反演模型，解决了粮食储藏中介电常数空分布的大规模测量问题。粮库现场测试结果表明，该方法不仅能满足要求的测量精度，而且扩大了测量范围，提高了测量效率，更适合内部深度检测。

参考

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