基于叉指型电容传感器的木材含水率检测系统研究

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目前国内的木材含水率检测技术相对较弱,大多数的企业对木材含水率的检测还只限于电阻法,这种方法的缺点是准确度较低,抗干扰性性较差。国内市场上的木制品经常会因为含水率检测不准而出现质量问题。根据现阶段国内外发展状况,明确了电磁波式无损检测是未来木材含水率检测的发展方向。电磁波式无损检测中的电容传感器法相对于其他方法具有无空间限制、精确度高、对环境要求低等优点,并且叉指型电容传感器的准确度,信号强度,灵敏度更加优异,因此,基于叉指型电容传感器的木材含水率检测系统的研究对提升国内的木制品企业的竞争力具有重要意义。本文主要进行了以下几个方面的工作:首先,根据麦克斯韦电磁场理论和木材的介电特性,确定了本文中木材含水率检测系统的总体设计方案,包括系统的总体构成和系统的检测原理。其中木材含水率检测系统包括:叉指型电容传感器、数据采集系统和计算机数据处理系统。其次,通过基于有限元法的静电场仿真研究,分析了电容传感器的极板结构对检测性能的影响,完成了叉指型电容传感器的结构设计。在此基础上,根据麦克斯韦电磁场理论建立了叉指型平面电容传感器的数学模型。利用所建立的数学模型计算并拟合出了电容值与木材介电常数之间的多项式。基于电磁场仿真软件ANSOFT MAXWELL进行了虚拟建模,并把仿真计算的结果与利用理论模型计算的结果进行了对比,验证了本文所建立的数学模型的正确性。然后,对木材含水率监测系统中的数据采集系统进行了设计,包括硬件设计和软件设计。硬件设计包括数据采集卡的选型及配置、硬件检测电路的设计。软件设计包括基于VC++开发平台的MFC人机界面的编辑和SQL数据库的建立与通讯。其中硬件检测电路包括:电源电路、激励信号产生电路、C/V转化电路、放大电路和滤波电路。最后,以落叶松为木材样本,进行了木材含水率检测实验。利用MATLAB把系统检测的含水率值与绝干法测得的含水率值进行对比分析。验证了本文设计的木材含水率检测系统的可靠性和实用性。最终完成了基于叉指型平面电容传感器的木材含水率检测系统的研制。
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