基于介电谱的介电常数与木材含水率的相关性

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一种基于介电特性的叶片含水率预测模型及其建立方法[发明专利]

专利名称：一种基于介电特性的叶片含水率预测模型及其建立方法
专利类型：发明专利
发明人：孙俊,莫云南,芦兵,戴春霞,杨宁,田燕,陈勇
申请号：CN201810376244.8
申请日：20180425
公开号：CN108760838A
公开日：
20181106
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种基于介电特性的叶片含水率预测模型及其建立方法。

属于无损检测技术领域。

利用LCR测量仪测定叶片在最佳频率和电压下的介电参数，并将这些介电参数带入预测模型，即可计算出叶片的含水率。

具体为了克服传统叶片含水率检测方法的不足，并为叶片含水率检测仪器开发提供前期探索和理论依据，本发明基于介电特性技术检测叶片含水率，探究外加电激励信号的频率和电压对叶片介电特性的影响，优选出最佳测试频率和电压，并在此基础上建立叶片含水率预测模型。

申请人：江苏大学
地址：212013 江苏省镇江市京口区学府路301号
国籍：CN
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基于变介电常数的植物叶片含水率无损检测装置设计

基于变介电常数的植物叶片含水率无损检测装置设计ZHANG Lianwang;WANG Luyao;YUN Yuliang【摘要】以AT89 C51单片机为核心,结合数字电子技术相关电路,设计了一款基于变介电常数的植物叶片含水率无损检测装置.该装置采用夹持型平行极板电容器与555定时器搭建多谐振荡器,以待测叶片作为电容极间介质,通过待测叶片水分变化影响介电常数,进而改变多谐振荡器频率,再由单片机完成数据读取与处理,以此来检测叶片含水率.并采用鸢尾、望春玉兰、紫荆和海州常山四种植物叶片进行测量试验,试验结果表明,该装置可以实现植物叶片含水率无损检测,具有一定的应用价值.【期刊名称】《青岛农业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(036)003【总页数】5页(P230-234)【关键词】单片机;叶片含水率;变介电常数;无损检测【作者】ZHANG Lianwang;WANG Luyao;YUN Yuliang【作者单位】;;【正文语种】中文【中图分类】S24中国植物种类繁多，不同植物需要的生存环境不同。

水是植物最不可或缺的生存条件之一，但是在各类植物的生长过程中，往往会因为各种自然因素和人为因素造成水量的短缺与减少，不能满足植物最基本的要求，影响其发育生长。

当今中国水资源已经严重短缺，科学有效的管理农作物，使用最适当的水量进行灌溉对农业科学管理发展有重要的意义。

所以能够实时、准确、快速的检测植物叶片含水率可以帮助人类做出最适合植物生长的灌溉方案。

目前叶片含水率检测方法多样，主要包括电阻法、微波法、射线法、干燥法与介电法。

其中介电法测量相较于其他方法更加方便、快速和准确。

由于不同植物叶片内部结构是不同的，所以每一种植物都有其特有的介电特性常数，利用该介电特性常数可以进行不同植物叶片含水率的检测[1]。

本文分别对鸢尾、望春玉兰、紫荆和海州常山四种植物叶片进行测量试验，研究并构建叶片含水率与其生理电容值之间的线性关系，进而设计实现了一种基于变介电常数的植物叶片含水率无损检测装置。

基于介电常数法的高精度油品含水率检测仪

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟基于介电常数法的高精度油品含水率检测仪油品含水率影响潜艇和飞机等装备的液压系统、燃油系统、滑油系统的可靠性和安全性，要求含水率小于0.01%。

基于介电常数法建立了采集油水混合乳液介电常数变化的电容传感器的数学模型，并经过温度补偿修正。

采用S3C2410ARM9 作为控制核心，以WinCE 作为操作系统管理多个任务，通过AD7745 实现介电常数与电容量的数字转换，设计实现了0.01 级精度的油品含水率检测仪。

实验表明：在-5℃～60℃温度条件下和0～0.35%含水率范围内，润滑油和轻质成品油的含水率精度达到了0.01，且具有重复性好、可靠性高、设备简单等优点。

可应用在舰艇、电力、航空航天等对油品含水率要求严格的领域，以保证装备的可靠性和安全性。

油品中的水分对潜艇、飞机等装备中的高性能液压系统、燃油系统、滑油系统可靠性和安全性等有着重要影响，这些系统通常要求含水率小于0.01%，即达到0.01 级的品质。

目前，国内对0.01 级油品含水率检测装置主要是进口国外产品。

用于油品含水率检测的方法主要有：短波吸收法、射频法。

短波法是对油管内二相流体进行点线式的采样，不能有效表达混合两相流的情况，尤其是工况条件下，油水的混合不可能是完全均匀的，因此工况条件下存在较大的测量误差。

射频法是基于射频阻抗理论，具有重复性好、体积小、响应快等特点。

是，该方法电路复杂、成本高，而且工况条件下高频电路随着工作时间的延长而产生显著漂移，难以得到0.01 级精度的检测。

真空技术网(chvacuum/)考虑到水和油介电常数相差较大，且油品含水量是影响油品介电常数的主要因素，其微小变化就可引起油品介电常数的较大变化，当建立与介电常数变化相对应的电容值变化的数学模型后，通过测量电容值就可得到含水。

基于介电响应技术的变压器油纸绝缘含水率数值评估方法

基于介电响应技术的变压器油纸绝缘含水率数值评估方法张明泽;刘骥;齐朋帅;陈庆国;廖俐琳;陈昕【摘要】变压器绝缘纸板中的含水率是评估变压器内部绝缘老化的重要指标,为了运用介电响应技术测量变压器绝缘纸板含水率,首先对变压器XY等效模型及复合介质介电常数算法进行理论推导,得到绝缘纸板中含水率与XY等效模型介质损耗因数之间的关系,同时结合实验测试数据与频温叠加的基本思想,得出关于纯新油浸纸板复介电常数实部、虚部的具体表达式,将其代入绝缘纸板含水率与损耗因数的关系式中,得到迭代拟合算法.为进一步验证上述含水率拟合算法有效性,现阶段本文在实验室条件下制备了三种不同比例的XY等效模型,在不同温度条件下进行模型损耗因数测试,应用IDAX?300绝缘纸板含水率测试软件与本文迭代算法对测试结果分别进行拟合计算,发现试验中本文迭代拟合算法计算含水率平均误差为4.83％.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)018【总页数】11页(P4397-4407)【关键词】油纸绝缘;含水率;XY等效模型;介电响应;定量评估【作者】张明泽;刘骥;齐朋帅;陈庆国;廖俐琳;陈昕【作者单位】哈尔滨理工大学工程电介质及其应用教育部重点实验室,哈尔滨150080;哈尔滨理工大学工程电介质及其应用教育部重点实验室,哈尔滨 150080;哈尔滨理工大学工程电介质及其应用教育部重点实验室,哈尔滨 150080;哈尔滨理工大学工程电介质及其应用教育部重点实验室,哈尔滨 150080;哈尔滨理工大学电介质工程国家重点实验室培育基地,哈尔滨 150080;黑龙江电力科学研究院,哈尔滨150090【正文语种】中文【中图分类】TM85变压器是电网运行中的重要设备之一，其出现严重事故不仅会导致自身损坏，还会中断电力供应，故变压器的安全稳定运行是供电安全可靠的重要保障[1,2]。

变压器处于工作状态时，外部潮气的进入会使内部含水率大大升高，加速内绝缘老化，绝缘纸板聚合度进一步下降，绝缘性能削弱。

脱绒棉种介电常数与含水率的关系

ｔａｔｒ．ＰＳＳｕｅＯａａｙｅｔｅＡＮＯＶＡｎｅｉｕｌ，ｈｅａｉｎｈｐｂｔｅｈｉｔｒｎｗｏｆｃｏｓＳＳｉｓｄｔｎｌｚｈａｄｒｓｄａｓｔｅｒｌｔｏｓｉｅｗｅｎｔｅｍｏｓｕｅａｄ
中图分类号：２３１￥２．２文献标识码：Ａ
ＲｅａｉｎｓｉｓｂｔｅｏｓｕｅａｄＤｉｌｃｒｃＣｏｓａｔｏＩｔＯｈｐｅｗｅｎＭｉｔｒｎｅｅｔｉｎｔｎｆ
ｔｅＣｏｔｎｓｅｅａａｏｈｔｏｅｄＳｐｒｔｒ
ＧＵＣｈｅｈｎＫＡＮ，ＡＮＧｈｏｇＬＩＦｅｎｃｅ，ＺａＷＬｉｎ，Ｕｉ
（ｏｌｇｆＭｅｈｎｃｌｎｅｔｉｌｇｎｅｉｇ，ｈｈｚＵｎｖｒｉ／ｒｕｔｒｌａｈｎｒｙＬａｏａｏｙｏｈ１ＣｌｅｏｃａｉａｄＥｌｃｒｃｅａａＥｎｉｅｒｎＳｉｅｉｉｅｓｔＡｇｉｌｕａｃｉｅｙＫｅｂｒｔｒｆｔｅｙｃＭ
ｄｅｅｔｉｃｎｔｎｆｔｅｃｔｏｓｅｅａａｏ，ｎｈｅｉｎｆｔｅｅｔａｉｎａｄｐｅｉｔｏ．ｅｒｓｌｉｌｃｒｃｏｓａｔｏｈｏｔｎｅｄｓｐｒｔｒａｄｔｅｒｇｏｓｏｈｓｉｔｎｒｄｃｉｎＴｈｅｕｔｍｏ
第２８卷
第５期
２）Ｏ年ｌ（１Ｏ月
石河子大学学报（自然科学版）ＪｕｎｌｆＮｈｉｒｉ（ａｕａＳｉｃ）ｏｒａｏ￣ｉｖｓｙＮｔｒｌｃｎｅＳＵｎｅｔｅ

电容法粮食物料含水率与介电常数关系研究

电容法粮食物料含水率与介电常数关系研究罗承铭;师帅兵【摘要】粮食物料含水率是影响其介电特性的主要因素,电容法是通过粮食的介电特性来测定含水率的间接方法.试验采用圆筒式电容传感器,研究了3种粮食物料含水率与其相对介电常数的关系.试验表明,含水率与相对介电常数之间有较好的线性相关性,可以建立两者之间的数学模型.同时,不M种粮食物料的关系模型不同,相关性程度也有差异.需要建立含水率与介电常数、容积密度及环境因素等多参数之间的关系模型,才能提高电容法检测的精确度.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2011(033)004【总页数】3页(P149-151)【关键词】电容法;含水率;介电常数【作者】罗承铭;师帅兵【作者单位】西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西杨凌712100;西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西杨凌712100【正文语种】中文【中图分类】S1260 引言粮食含水率是其在贮藏、收购、加工和运输过程中必须测量的重要质量指标。

目前,用于粮食含水率检测的方法可分为直接法与间接法：直接法包括烘干法和化学法；间接法包括电测法(电容法与电阻法)、红外射线法、微波法、中子法、核磁共振法和色谱法等[1-2]。

研究表明,粮食的含水率与其介电常数、电导率等有密切的关系,通过测定粮食的介电常数可间接地反映出粮食的含水率[3]。

电容法在诸多的水分测量方法中具有简便经济、可靠性高、易维护和适宜在线测量等优点,具有很好的重复性和检测性[4]。

基于电容法开发的便携式粮食水分仪以及粮食干燥水分在线检测设备在我国应用广泛。

本文以电容法为基础,选取了3种常见粮食作物,研究了其水分含量和介电特性的关系,为通过电容法实现粮食含水率的间接测量提供了理论参考。

1 电容法基本原理1.1 粮食物料的等效电路模型粮食物料完全干燥时等效为绝缘体,其阻抗趋近于无穷大。

含水率在正常范围内的各种粮食,其阻抗不能忽略[5]。

粮食物料的等效电路模型见图1所示[6]。

木材无损检测的主要方法

木材无损检测的主要方法作者：吴书功来源：《智富时代》2018年第07期【摘要】木材是我们生活中的宝贵资源，属天然生长的植物材料，尽管是可再生资源，但生长周期太长，实属重点保护对象。

木材具有形状不规则性及变异性和各向异性的特点，因而对木材及其制品的检测一直是需攻克的难题。

无损检测技术经过40多年的发展，作用显现，在木材分等、木材水分测定、干燥控制、温湿度测定、强度与弹性模量、木材缺陷的检测等方面得到了广泛的应用，值得推广与借鉴。

【关键词】木材检测；无损检测；技术应用木材无损检测技术是一门新兴的、综合性的木材非破坏性检测技术，传统的木材物理、力学性质检测大都是采用检测仪器或力学试验机对规定尺寸、规格、表面形状或所能承受的最大载荷。

这种方法检测时间长、条件苛刻、稳定性和重现性差，且不适于非破坏、在线生快速检测。

无损检测木材或木质材料的物理力学性质，可在不破坏木材及木质材料的本身形状、原有结构和原有动力状态的前提下，利用当今的物理方法和手段快速测量出木材及木质材料的尺寸、规格、表面形状和基本物理力学性。

一、无损检测技术的内容以下就通过对无损木材检测技术中的详细运作理念进行介绍，无损检测这项木材检测技术又被业界称之为非破坏性的木材检测技术，细化来说就在指使用这项技术在对木材质量进行检测的时候，不会对木材自身的内部构造以及树木的外观造成任何影响，使得树木在经过检测之后还能够继续的生长。

这种检测方式就是在检测的过程中通过对各种检测对象的物理学以及化学性质的反应现象与检测经验进行对比，从而得出准确的结果。

这种检测方式尤其适用于检测物体中所存在的缺陷。

无损检测技术中最大的优势就在于对任何检测对象都不会造成任何的损伤，而且检测的所需的时间非常短暂测结果较为精确、快速实际操作方法也非常简捷，使用无损检测法不仅仅可以更好的方便检测人员进行检测，这样可以很好的提高检测工作人员的工作效率，使得能够进行连续不断的进行树木检测，这样才能够对大面积的树木检测范围进行检测后得出更加准确的数据，进而做好全面的决策。

木材含水率的测定方法

木材含水率的测定方法
木材含水率的测定方法有多种，以下是其中几种常用的方法：
1. 烘干法：将木材样品放入烘干箱内，在恒温下进行烘干，直到木材样品重量不再变化，通过称重法计算出木材的含水率。

2. 电阻法：利用木材的导电性进行检测，干木材具有很大的直流电阻，水的电阻很小。

当木材含水率不同时其直流电阻也会不同，通过测量电阻值可以反映出木材的含水率。

3. 电容法：将湿木材放置于电容极板两极之间，将其视为极板间的电介质。

木材含水率会改变极板间电介质的介电常数，从而改变两级电容大小，通过对电容的测量即可实现含水率的测量。

4. 射线法：采用射线透射木材，受到木材密度和水分的影响，一部分射线被木材吸收，使得能量会发生一定比例的衰减。

通过检测穿透木材的射线强度，并与标定试样进行对比，即可得出被测木材的含水率。

5. 微波法：微波法的检测原理与电容法相似，通过含水木材的介电性质对微波信号的影响进行检测。

当湿木材处于微波场中时，在交变电场的作用下水分子发生极化，从而导致微波信号的能量和相位会发生一定的变化，通过测量这种变化即可反映出含水率。

这些方法各有优缺点，可以根据实际情况选择适合的方法进行测定。

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基于介电谱的介电常数与木材含水率的相关性
秦瑞霞;徐华东;陈能志;甄宗霖;魏解东
【期刊名称】《中南林业科技大学学报》
【年(卷),期】2022(42)3
【摘要】【目的】研究木材含水率与介电常数的关系,构建含水率介电模型,为精准监测活立木的含水率提供基础数据和依据。

【方法】以白桦、椴树、冷杉、水曲柳为研究对象,使用宽频介电谱仪测得不同含水率下木材介电谱,分析频率/含水率变化对木材介电常数的影响规律。

在1 Hz~10 MHz频段内运用多种回归模型分析含水率与介电常数的关系,优选适合用于木材含水率检测的频段和频率点,在优选频率下利用线性、二次多项式与三次多项式函数构建含水率与介电常数的关系模型,评价并验证模型。

研究不同树种含水率预测模型的差异与机理。

【结果】在1
Hz~10 MHz频段内,1.3~10 MHz频段为测量木材介电常数的较理想频段,10 MHz是研究木材介电常数与含水率关系的最佳频率点。

在最佳频率点上(10 MHz)采用二次多项式数据拟合构建的木材含水率介电模型,拟合优度高。

模型验证得到4种木材含水率实测值和拟合值的决定系数R^(2)均高于0.95,均方根误差RMSE 均低于0.14,相对分析误差RPD均高于2.5。

不同树种有不同的介电模型,这主要与木材密度有关。

【结论】介电谱可直观反映不同频率和含水率下木材的介电特性,在特定频率下,木材介电常数随含水率的增大而增大。

木材含水率介电模型具有较高的稳定性和良好的预测能力,在对测量精度要求不高时密度相近的树种可采用相同的含水率介电模型。

【总页数】8页(P162-169)
【作者】秦瑞霞;徐华东;陈能志;甄宗霖;魏解东
【作者单位】东北林业大学工程技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】S781.33
【相关文献】
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