說到微波， 大家第一個想到的一定是微波爐。 要知道， 微波不止能加熱食物， 還能測量糧食水分！
微波是無線電波中波長最短的波段， 波長為30MHz～300GHz， 其主要物理特性是似光性和近聲性。 微波檢測機理簡而言之就是利用微波作用於物料生產的功率變化、幅度變化、相位變化或頻率改變資訊來推算物料的水分含量。
談及微波檢測機理， 不得不說一下糧食中水的介電特性。 糧食中水的介電特性——介電常數和損耗因數比其中幹物質的介電特性值高很多， 且作為極性分子的水在微波場作用下極化， 表現出對微波的特殊敏感性。
微波用於水分檢測的主要有：透射法、反射法、腔體微擾法。
微波透射法基於水分子在微波場中的極化損耗而使微波電場強度按與物料的介電常數相關的冪率規律衰減原理,利用水分子在某個諧振頻率的激發下將比含水的幹物料明顯地吸收更多的能量,既可以檢測系統發射出去的能量的變化,也可以檢測相應的微波參數(幅值、相位、頻率)所發生的變化,由之再通過測量的數學模型得出物料內部的水分。
微波反射法是基於微波能量對被測物料的作用,記錄被物料反射的電磁波能量大小,將所檢測得到的反射信號通過電路處理和轉換成為物料含水量大小。
諧振腔微擾法是通過記錄微波諧振腔內有、無物料兩種情況下的頻率偏移ΔF和傳輸係數變化ΔT,通過頻率偏移ΔF和傳輸係數變化ΔT與顆粒介電特性的關係匯出穀物顆粒含水量。
糧食在乾燥狀態下的相對介電常數為2～5,而水的相對介電常數接近80,水在超高頻範圍記憶體在介電損耗的最大值。 微波糧食水分測量正是利用水對微波能量的吸收、反射或微波諧振腔諧振頻率等參數隨水分變化的原理進行測量的。 對於散體糧食綜合水分測量應採用微波反射式和微波透射式,對於單粒糧食水分測量應採用微波諧振腔微擾法。 依據檢測信號的強度要求,低濃度水分用微波透射技術,高濃度水分用微波反射技術。
技術優勢
微波方法靈敏度高,速度快,便於動態檢測和即時處理控制。
測量可以是非介入式的、非物理接觸的、無損的,可線上連續測量且線上測量的取樣器裝料要求低。
在傳播中的微波有關幅度和相位的資訊容易獲得,且測量信號可方便地調製在載頻信號上進行發射與接收,便於遙測、遙控,也易於連線數位化、視覺化。
對環境的敏感性較小,可在相對惡劣環境條件下實施檢測。
微波水分檢測的被測參量是多選的,可以用單參數測量,也可以用比對參量方法消除某些影響測量精度的物性參數的作用,從而實現如“與密度不相關”或“與形狀不相關”的測量等。
完整的微波系統可以用固態器件組成,故檢測裝置小巧、堅固和可靠。
因為是一種深度測量技術,所測結果為體積總體水而具有代表性,這比表面測量技術(如紅外法)要優越得多。
完整的微波水分檢測系統除微波水分感測器外,還包括檢測信號的轉換、調理、放大、濾波電路,溫度補償電路,密度修正電路以及數位控制,結果輸出等部分。
理論上,微波水分檢測範圍可以為全量程檢測,應用中較理想的情況應該是:1～ 70%水,檢測下限約0.3～ 0.5%水。 測量準確度可達到± 0.3%以內。
糧油科技（微號Grain-Tech）是一個具有科技范兒的社群媒體。 歡迎新老朋友訂閱、分享、爆料、投稿。 專注糧油事業， 關注科技前沿！