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本文在系统分析稻谷干燥系统的基础上,指出现阶段稻谷干燥存在的主要问题是过程控制理论和在线检测技术研究远远落后于干燥理论和工艺技术的研究。论文紧紧围绕控制系统软件的过程实时跟踪性和进粮水分在线检测两大理论和技术难题,在严格受人为控制的环境条件及自然环境条件下进行了广范的物性检测基础试验研究;从理论和试验两个方面对比分析了现有的谷物水分在线测量的方法,确立并详细深入地论证了电阻法检测方案及其在机械硬件设计、测量系统硬件及软件、适配电路等诸多方面需要解决的问题。
研究出了稻谷电阻实时波形解析计算法,设计了采样同步器,开发了适配电路,成功地解决了10-2~10。Q·cm这一极宽比容积电阻域内的非线性检测问题,大幅度提高了检测精度;试验找到了谷物含水率与其波形特征峰高、峰面积间的相互对应关系曲线,创造性地解决了高水分谷物精确测量中电阻法水分测量领域的难题;开发出了集机械设计,电控、检测与传感技术,物性解析法、现代通讯技术于一体的稻谷水分在线检测装置。开发出了一套稻谷集中干燥专家智能控制系统,并与5HSH系列干燥机对接,完成了实地应用跟踪试验研究,开发出的5HSH—I型“干燥机智能控制仪”,在2004年3月通过“农业部干燥机械设备质量检验检测中心”质量检验和科研成果鉴定;在国家标准(NY/T463—2001,粮食干燥机质量评价规范)要求的检测精度范围内可使传统干燥工艺条件下的爆腰增率降低2%,干燥作业效率和利用率提高10%、节约燃料20%。产品填补了我国粮食干燥领域的一项空白;技术成果:“TM—I型谷物水分检测仪”,2003年7月通过“农业部”质量检验。在-25℃~40~C的环境温度和10%w.b.~35%w.b.含水率变化范围内,检测谷物含水率平均偏差≤±0.16%w.b.、产品2005年12月通过广东省科技厅组织的科研成果鉴定,鉴定结论,总体技术水平达到国际先进。
研究取得了以下创造性的理论和技术成果:稻谷水分测量和控制软件(SKBS专家)系统;首次研究开发出集中干燥自适应控制系统,控制系统的理论贡献是首次在理论上把进粮水分、环境大气变化,主要是环境温度和环境湿度变化和进气温度波动变化作为三种扰动量予以解析处理,用前馈的办法予以消除;首次把机器运行过程中产生的机械磨损作为扰动量,采取出粮检测反馈的办法予以消除;稻谷低水分时,对外表现出来的高阻抗特性(109Ω),使得常规A/D转换电路无法与之相匹配,必须采用的阻抗变换技术。本研究采用增加A/D前置阻抗变换电路的方法,把A/D转换电路单元的输入阻抗提高到1011Ω,有效的解决了电阻法难以测量稻谷低水分段的难题;首次把高阻抗变换电路设计技术应用到解决农作物测量非线性测量问题;电库仑法应用于水稻水分检测是我们首先提出来的,属于方法创新;首次提出了稻谷水分波形测量模型,并应用到解决稻谷高水分测量的技术难题;在线测量装置中选用纵向采料盘,确保准确抓取单粒稻谷,提高了传感器的可靠性;采用2mm反射式红外激光感应器检测落入传感器中的稻粒,同步触发数据采集电路采集水分数据;
研究取得的理论和技术成果,经过实地生产试验考证,在-35~(2~+40~C温度动态变化和lO%w.b.~35%w.b.水分动态变化范围以及谷物颗粒之间水分差异很大的情况下,精确地检测出每一粒的含水率并给出颗粒间水分的分布。经用户使用,反映良好。
作为农业工程重大设施研究,把理论分析试验研究应用于经济建设主战场,解决我国农业生产过程中出现的难题是本项研究的目的。本项目已经被作为广东省的示范项目,2005年U月一套稻谷干燥系统经由本课题组负责实施,已在广东省潮阳区建成。