棉纤维水分智能检测系统技术方案

本发明专利技术涉及棉纤维水分智能检测系统，包括信号发生器模块，数字式温度传感器，容抗式传感器，数据调理电路模块，其特点是：还有数据采集卡、及上位计算机；信号发生器输出线连接并作用于电容传感器，同时将电容、温度、极板间距离测量三者输出信号接到数据调理电路模块的输入端，再将经数据调理电路模块放大处理的信号接到并输入数据采集卡，由数据采集卡采集数据调理后的信号，并传送到上位计算机中，由上位计算机软件平台进行数据处理，并实时地计算与显示出棉纤维的含水率。计算机为外接上位计算机，同时安装了ＬＡＢＶＩＥＷ虚拟仪器软件。它提高计算棉纤维含水率的精度，同时利用虚拟仪器平台提高了实时处理性能，并可以进一步使得棉纤维水分检测实现远程在线控制和数据共享。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于棉纤维水分测定仪，具体说是涉及到基于数据融合和虚拟仪器的容抗式智能棉纤维水分测定系统。
技术介绍
棉纤维的含水率是影响棉花加工质量的一个关键参数，也是棉花加工质量监控系统中的一项重要控制参考量。棉花水分的测定方法可以分为直接法和间接法两大类。由于间接法具有快速及可连续测定的特点，因此多年来得到了不断的发展，是国内外棉花水分测量仪主流。典型的棉花水分间接测量仪有微波式、红外线式、CCD(黑白摄像)式、电容式和电阻式。在我国棉检仪器领域，早期有565，575，583，SD-M，Y412等型号的水分电测仪，和Y801A、Y802A型电烘箱；最近二十年来，随着电子技术的飞速发展和普及应用，特别是新型传感器及元器件不断涌现，计算机应用和专用微处理器日益普及，又研制出一批新型的棉花水分测量仪，包括Y412A、Y412B、BD-M、MS-1等型号。而在国外，1999年3月，澳大利亚研究人员Richard Kingswood Kelly和Krzysztof Marian Kucha研制出一种测量打包后棉花的微波式棉花水分测量仪，是目前为止微波式棉花水分测量中的最先进的仪器。此外，国际上在红外测量和电阻法测量已颇有研究，并有纵深发展趋势。在水分检测方面，中国专利93237320.8《纤维水分测定仪》、00209908.X《新型快速水分测定仪》、03235285.9《电容式物料水分测定仪》、200420053196.2《微量水分测定仪》、2419596Y《智能型水分测试装置》、2098685U《狭槽式棉纤维水分电测探头》、2205554Y《多功能射频电容式水分测定仪》、93212522《电容式物质水分测定仪》、93235926.4《宽温低功耗粮食水分测量仪》、95201164.6《分体式电脑水分速测仪》、96206503.X《粮食在线水分测定仪》、96246614.X《粮食水分多点在线检测仪》等已从纤维、粮食、固体物料等方面，利用电容法或射频电容法进行了研究，但普遍都把重点放在硬件层次，且水分测量的范围、精度、实时测量都有限制，无法达到智能化的测试要求。其中专利93237320.8《纤维水分测定仪》中，采用的是电容法测量，利用单片机进行数据处理，而后进行温度修正；而专利2098685U《狭槽式棉纤维水分电测探头》则主要是对传感器的探头作了进一步研究；对其他电容式测量含水率，则主要是针对粮食、烟叶、茶叶、石油、颗粒物等的水分检测，且数据处理大都采用单片机进行，即使考虑到温度，也只属于修正的范畴。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术中的不足之处而提供一种利用容抗法测量含水率时，不但测量介电常数、环境温度，而且考虑到棉纤维质量，并利用这三个参数的数据融合，基于LABVIEW虚拟软件平台，构建棉纤维的水分检测系统。就实现上述目的本专利技术的技术方案为棉纤维水分智能检测系统，包括信号发生器模块，数字式温度传感器，容抗式传感器，数据调理电路模块，其特征是还有数据采集卡、及上位计算机；信号发生器输出线连接并作用于电容传感器，同时将电容、温度、极板间距离测量三者输出信号接到数据调理电路模块的输入端，再将经数据调理电路模块放大处理的信号接到并输入数据采集卡，由数据采集卡采集数据调理后的信号，并传送到上位计算机中；由上位计算机软件平台进行数据处理，并实时地计算与显示出棉纤维的含水率。所述计算机为外接上位计算机，同时安装了LABVIEW虚拟仪器软件。所述数据调理电路模块是为了将三维的数据进行滤波放大调理，并满足数据采集卡的输入要求。本专利技术棉纤维水分智能检测系统，突出的实质性特点在于它利用容抗法测量含水率，不但可测量其介电常数，还要测量环境温度、极板间的距离计算质量，并以三者进行数据融合，提高计算棉纤维含水率的精度，同时利用虚拟仪器平台提高了实时处理性能。另外，可以进一步使得棉纤维水分检测实现远程在线控制和数据共享。本专利技术采用了多个传感器(电容传感器，温度传感器，霍尔线性传感器)，并且由模拟输入前端数据调理电路模块经数据采集卡与PC机相连，实现了同时测量电容电压，温度电压，极板间距离(用于棉纤维质量估计)，测量精度高，能对棉纤维含水率进行准确的计算和实时地显示。显著的有益效果是1、利用计算机强大的软硬件资源，可以进行比较好的数据预处理，同时也可提高测量的分辨率和准确性；2、不仅可以对数据进行实时采集，也可以对采集的数据进行实时保存、回放、处理和显示；3、由于采用了多传感器信息融合技术，使得对棉纤维含水率的计算更加准确和可靠；4、可以进一步通过互联网实现远程检测、控制和监测，从宏观上掌握各地棉纤维含水状况。四附图说明图1为本专利技术棉纤维水分检测系统原理框图；图2为本专利技术棉纤维水分检测系统中的数据调理电路模块总体设计图；图3为本专利技术棉纤维水分检测系统中的软件平台流程图；五具体实施方式本专利技术棉纤维水分检测系统原理框图，如图1所示。信号发生器作用于电容传感器，将电容、温度、霍尔线性传感器三者接到数据调理电路模块，再经数据采集卡，传入到上位计算机。1、信号发生器模块当频率为10KHz～20KHz时，仪器对纤维所含水分变化的反应最灵敏，而当频率为10KHz时，仪器测试结果的再现性和稳定性最好，故选取10kHz频率的信号发生器，为了保证信号发生器的稳定性，保证测试结果的精度，根据尽量采用集成电路的原则，选取MAXIM公司生产的高频波形发生器MAX038。MAX038是高频率、高精度函数信号发生器。配用很少的外部元器件它就可以产生精确、高频率的三角波、锯齿波、正弦波、方波、脉冲波形等信号。利用内部2.5V电压作参考，配以外部的电阻及电容可实现输出频率0.1Hz～20MHz，占空比可调节范围为15％～85％，且占空比和频率的调节可以独立控制；通过设置两个TTL兼容的选择管脚，还可实现不同波形的输出信号，输出具备低阻抗缓冲(0.1Ω)、低失真度(0.75％)和低温度漂移(200ppm/℃}。TTL兼容的SYNC管脚连接一个内部振荡器，输出50％占空比的不同波形信号。MAX038内部有一个TTL/CMOS相位检测器，能构成锁相环PLL电路，这样可用外部信号同步MAX038的输出信号，且性能稳定。2、传感器棉纤维测试采用电极板式传感器，其用于纤维水分测量时稳定性和准确性最佳。详细设计过程如下将一块极板固定在一个小木箱的一面内侧，另一极板为活动极板，检测时将一定重量的纤维置于两极板之间，利用弹簧压力将两极板压紧。由于纤维材料的重量一定且每次压缩弹簧的长度一定，故给予纤维材料的压力可以保持一定，使得每次测试时纤维与极板的真实接触面积基本不变，从而可稳定测试结果的再现性。(1)电容测量将两极板压紧后，从极板引出电路，构成电容检测电路；(2)温度测量测量棉花水分必须消除温度的影响，因此测量棉花温度是其中一个重要环节。测温电路采用的是AD590芯片。AD590是一种可以实现温度电流转换的传感器，它是一个恒流源，电流只随温度变化，由于这种变化是线性的，所以只要知道两点温度和电流值就可以标定出温度，给标定和计算带来很大的方便。根据实验，在0℃～40℃的温度范围内，AD590的电流最低小于0.2mA，最高大于0.3mA，串上一个10k的电阻，就可以得到2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种棉纤维水分智能检测系统，包括信号发生器模块，数字式温度传感器，容抗式传感器，霍尔线性传感器，数据调理电路模块，其特征是：还有数据采集卡与上位计算机；信号发生器输出线连接并作用于电容传感器，同时将电容、温度、极板间距离三者测量输出信号接到数据调理电路模块的输入端，再将经数据调理电路模块放大处理的信号接到并输入数据采集卡，由数据采集卡采集数据调理后的信号，并传送到上位计算机中；由上位计算机软件平台进行数据处理，并实时地计算与显示出棉纤维的含水率。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：牛晋川，胡保全，姚金杰，韩焱，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]