專利名稱:松散物質(zhì)水分測定儀的制作方法
本發(fā)明是一種用來測定糧食、油料、茶葉、砂粒等各種松散物質(zhì)水分的儀器、屬于自動檢測技術(shù)領(lǐng)域：
。其組成如主權(quán)項的前序部分所介紹。
松散物質(zhì)水分測定儀就其原理來說可分為電阻法和電容法兩種。本發(fā)明采用電容法測量。
在公知的物質(zhì)水分測定儀中，由于電容傳感器的電容量是隨著被測物質(zhì)含水量的不同而變化，最終導(dǎo)致LC振蕩器輸出信號頻率的變化。如將這個輸出信號頻率記數(shù)、處理并顯示，就得到測量結(jié)果。一般地，公知的這種測定儀其精度較低約為±5%，LSC-3型數(shù)字式糧食水分快速測定儀就是如此精度低的原因是(一)采用LC振蕩器、其頻率穩(wěn)定度低、最高僅能達到10-4/h。(二)不同品種不同產(chǎn)地的被測物質(zhì)在相同含水量下介電系數(shù)也有很大差別，現(xiàn)有技術(shù)對此均未考慮。(三)糧食的介電系數(shù)隨水分變化的關(guān)系是一非線性函數(shù)，不可能用一個簡單的函數(shù)關(guān)系來擬合，也無法作到電路上的全補償。(四)現(xiàn)有技術(shù)一般處理的是模擬量，無法排除電源電壓波動及放大器漂移的影響。
本發(fā)明的基本任務(wù)是設(shè)計一種高精度、高穩(wěn)定度的松散物質(zhì)水分測定儀。
本發(fā)明的實現(xiàn)是本發(fā)明不用公知技術(shù)中的LC振蕩器，而采用了高穩(wěn)定晶體振蕩器。其頻率穩(wěn)定度達到2×10-8/h，以電容傳感器作為晶體振蕩器的微調(diào)電容。雖然晶體振蕩器的頻率可調(diào)范圍比較窄，但利用其穩(wěn)定度高的特性，采用數(shù)字鎖相環(huán)對信號16倍頻，提高了靈敏度。
本發(fā)明的進一步完善是對不同品種不同產(chǎn)地的被測物質(zhì)分特由標(biāo)準(zhǔn)法作出水分-頻率曲線、然后存入微型計算機。利用微機對不同物質(zhì)的測量。分別進行非線性補償，這樣就彌補了由不同產(chǎn)地、不同品種而產(chǎn)生的誤差。此外，用戶在使用本發(fā)明時，可以對計算機內(nèi)存中未列入的被測物質(zhì)用標(biāo)準(zhǔn)法作出水分-頻率曲線、由鍵盤送入微機的EPROM存貯器，本發(fā)明為用戶留有備用的EPROM。用戶也可將自己認(rèn)為無用的EPROM中的曲線沖掉，存入自己新作出的曲線，這樣，用戶就可根據(jù)自己的實際情況來擴展本發(fā)明的使用范圍。
本發(fā)明對頻率信號采用數(shù)字化處理，采用了整形電路，對晶體振蕩器輸出進行整形，然后進行數(shù)字混頻。這樣可很好地抑制干擾，提高儀器的精度。實施的本發(fā)明其技術(shù)指標(biāo)可達測量精度≤±0.15%月穩(wěn)定度≤±0.05%使用溫度范圍0～50℃結(jié)合附圖及本發(fā)明的原理和構(gòu)成來進一步說明本發(fā)明的特征和實施。
圖1 本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)框圖。
圖2 本發(fā)明采用的晶體振蕩器的電路圖。
圖3和圖4是一個整體圖。
如圖1描述的，電容傳感器〔1〕被作為晶體振蕩器〔2〕的微調(diào)電容，這樣，被測物質(zhì)有不同的水分，就使得電容傳感器產(chǎn)生不同的電容量，從而導(dǎo)致晶體振蕩器輸出頻率的不同，由整形與混頻〔3〕對這個頻率信號及晶體振蕩器〔7〕輸出的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號進行整形和混頻。將所得信號經(jīng)數(shù)字鎖相環(huán)〔4〕倍頻后送入計數(shù)器〔5〕計數(shù)，然后送入微型機〔6〕中進行非線性補償并顯示結(jié)果。
晶體振蕩器〔2〕用于調(diào)頻，而晶體振蕩器〔7〕用于產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率信號，兩個振蕩器均采用電容三點式皮爾斯電路。前者選用JA8B 5MHZ、后者選用JA8B 5.5MHZ型的5次泛音晶體，兩個振蕩器均采用單層恒溫槽對晶體恒溫保護。
圖2是晶體振蕩器的電路原理圖，以電容傳感器作為晶體振蕩器的可調(diào)電容。
傳感器電容量C與晶振頻率變化△f的關(guān)系如下式△f≈-f0(Cg)/(2C)式中Cg為晶體的動態(tài)電容，fo為晶體振蕩器的中心頻率，本晶振允許電容變化范圍為0～300P對應(yīng)的頻率變化量約為2KHz。晶振的輸出電壓峰峰值為1.5～2V，頻率穩(wěn)定度為2×10-8/h。
整形電路與數(shù)字混頻器如附圖3、4，附圖3、4是一個整體圖。
為了提高抗干擾能力，本發(fā)明對頻率信號采用數(shù)字化處理，首先將晶振輸出信號通過LM339整形，它將正弦波轉(zhuǎn)換為占空比為1∶1的TTL電平的方波，采用反向器74LS04提高帶負(fù)載能力。
對兩個晶振的輸出信號整形后進行混頻，以D觸發(fā)器74LS74(a)作為數(shù)字混頻器，它具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、無副波干擾等優(yōu)點，它的輸出頻率為兩個輸入頻率之差。
數(shù)字鎖相環(huán)如圖3、4。
在本發(fā)明中，由T→E電平轉(zhuǎn)換器MC10124、鑒頻鑒相器E12040、電荷泵ER4807、壓控振蕩器74LS324、二進制計數(shù)器74LS161D觸發(fā)器74LS74(a)電壓比較器LM339共同組成數(shù)字鎖相環(huán)，原理如附圖5。
鎖相環(huán)的功能是將輸入頻率16倍頻，展寬頻率可調(diào)范圍，濾掉干擾信號，鎖相環(huán)的頻率穩(wěn)定度為2×10-8/h。頻率跟蹤范圍為7.5～8.5MHz。
計數(shù)器見附圖3、4三只二進制可予置加/減計數(shù)器74LS193和一只二進制可予置加計數(shù)器74LS191共同構(gòu)成計數(shù)器，它的字長為16位。最大范圍為65536。二只D觸發(fā)器74LS74(b)和74LS74(c)計算機中CTC的0、1通道構(gòu)成它的時基控制電路，計算機數(shù)據(jù)線D0位用作計數(shù)器清零信號。當(dāng)D0＝0時，計數(shù)器清零，數(shù)據(jù)線D1位用作計數(shù)器啟動信號。當(dāng)D1＝1時，計數(shù)開始。這兩個信號可通過計算機的94口發(fā)出，PA0～PA7和PB0～PB7是送給計算機PIO的數(shù)據(jù)線，由PIO的A口和B口讀入微型機。
微型計算機本發(fā)明采用TP801單板機，具有結(jié)果顯示。外部測量線路控制，EPROM寫入，鍵盤輸入，標(biāo)準(zhǔn)測量曲線整理，測試數(shù)據(jù)處理，單步調(diào)試，微型打印機控制等功能。其內(nèi)存容量為4KROM、4KRAM，并有錄音機接口。
由于松散物質(zhì)的水分-頻率特性隨地區(qū)品種而異，本儀器允許用戶自己建立與本地區(qū)相適應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)測試曲線。其曲線既可由測量線路讀入微機，也可從鍵盤輸入。
測量數(shù)據(jù)的處理首先，從計數(shù)器連續(xù)讀入三次被測樣品頻率值，若某一次的頻率與其它兩次之差超過15HZ，即認(rèn)為該次數(shù)據(jù)無效，重新讀一次。當(dāng)三次數(shù)據(jù)全部有效后，取其平均值作為實測頻率值。
然后，將實測頻率值與標(biāo)準(zhǔn)曲線的頻率數(shù)據(jù)比較，找出該數(shù)值所對應(yīng)的含水量。由于標(biāo)準(zhǔn)曲線的數(shù)值是離散的，本發(fā)明采用線性插補的方法補充其中間值。其計算公式是W＝ (Wn+1-Wn)/(fn+1-fn) (f-fn)其中fn+1，fn是標(biāo)準(zhǔn)曲線上，實測頻率值f相鄰的兩個頻率值，Wn+1和Wn是fn+1和fn所對應(yīng)的水分值，W即是被測樣品的含水量。
權(quán)利要求
1.一種松散物質(zhì)水分測定儀，帶有傳感器、振蕩器、頻率信號處理裝置及結(jié)果顯示裝置。其特征在于所說的振蕩器采用了晶體振蕩器[2]，與電容傳感器[1]相結(jié)合進行調(diào)頻，對頻率信號進行整形并采用數(shù)字混頻器進行混頻。
2.如權(quán)利要求
1所說的松散物質(zhì)水分測定儀，其特征在于采用數(shù)字鎖相環(huán)〔4〕對混頻器輸出信號倍頻。
3.如權(quán)利要求
1和2所說的松散物質(zhì)水分測定儀，其特征在于采用微型計算機〔6〕處理頻率信號，將不同產(chǎn)地不同品種的水分-頻率特性曲線存入微型計算機〔6〕，由微型計算機〔6〕對其進行非線性補償。
專利摘要
本發(fā)明是測定糧食、油料、茶葉、砂粒等松散物質(zhì)水分的儀器。采用了高穩(wěn)定晶體振蕩器。以電容傳感器作為振蕩器的微調(diào)電容，對晶振輸出信號整形、混頻后經(jīng)數(shù)字鎖相環(huán)倍頻、最后用微型機對不同產(chǎn)地不同品種的被測物質(zhì)分別進行非線性補償并顯示測量結(jié)果，本發(fā)明特點是高精度、高穩(wěn)定度，取樣檢測，使用方便、速度快，技術(shù)指標(biāo)為測量精度≤±0.15％，月穩(wěn)定度≤±0.15％，使用溫度范圍0～50℃。
文檔編號G01N27/22GK86101309SQ86101309
公開日1987年9月9日 申請日期1986年2月28日
發(fā)明者常健生, 石躍武, 吳鳳貞, 孟祥杰 申請人:吉林工業(yè)大學(xué), 吉林省東豐縣科委導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan