玉米水分檢測(cè)三種新方法概述

張帥

摘 要：目前糧油檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)檢測(cè)玉米水分的方法主要是烘干法，但是該方法耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，效率不高。在研究人員的努力下，玉米水分檢測(cè)方法有了新的進(jìn)展，本文概述了電容法、容重法和MATLAB計(jì)算機(jī)圖像處理法3種玉米水分檢測(cè)新方法。

關(guān)鍵詞：玉米水分檢測(cè);電容法;容重法;MATLAB計(jì)算機(jī)圖像處理法

玉米是國(guó)家儲(chǔ)備糧食的主要品種之一，玉米水分是玉米貯藏的關(guān)鍵指標(biāo)，也是一個(gè)重要檢測(cè)項(xiàng)目。在此前的國(guó)家臨儲(chǔ)糧檢驗(yàn)檢測(cè)工作中，吉林省通榆縣糧油監(jiān)測(cè)站以及省內(nèi)多數(shù)糧油監(jiān)測(cè)站均采用傳統(tǒng)的烘干法進(jìn)行玉米水分含量檢測(cè)。烘干法的優(yōu)點(diǎn)是，實(shí)驗(yàn)流程相對(duì)成熟，操作方法相對(duì)容易，數(shù)據(jù)處理和分析相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)于從事糧油檢驗(yàn)人員的專業(yè)能力要求不高。但烘干法檢測(cè)水分耗費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，尤其是檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)從GB/T 5497-1985 替換成GB 5009.3-2016之后，烘干時(shí)間延長(zhǎng)，單位時(shí)間內(nèi)有限設(shè)備可完成的檢測(cè)量變少，降低了檢驗(yàn)檢測(cè)效率。所以，有必要了解和掌握一些新的檢驗(yàn)檢測(cè)方法，為日后的糧油檢驗(yàn)工作打好基礎(chǔ)。

玉米水分的檢測(cè)方法有兩大方向，其一是直接法，即烘干法，其二是間接法，利用玉米的理化特性，及數(shù)據(jù)模型間接計(jì)算水分含量。本文主要對(duì)電容法、容重法以及MATLAB計(jì)算機(jī)圖像處理法3種新方法進(jìn)行概述。

1 電容法

電容法檢測(cè)玉米水分的關(guān)鍵數(shù)據(jù)是介電常數(shù)。當(dāng)玉米中的水分含量變化時(shí)，其介電常數(shù)也會(huì)隨之變化，存在一定的函數(shù)關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)對(duì)介電常數(shù)的監(jiān)測(cè)和分析，計(jì)算出玉米的水分含量。電容法因易操作、易維護(hù)、易上手等諸多優(yōu)勢(shì)得到行業(yè)的廣泛認(rèn)可，但是樣品前處理、實(shí)驗(yàn)條件的穩(wěn)定性以及數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性也困擾著科研人員。研究者們嘗試通過(guò)優(yōu)化檢驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備解決上述問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了很多利用電容法檢測(cè)水分的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

2011年羅承銘等人[1]在介電特性的基礎(chǔ)上，又增加物理特性和環(huán)境溫濕度特性，通過(guò)試驗(yàn)分析3種特性對(duì)于玉米等谷物水分檢測(cè)的影響。串口通信技術(shù)在此試驗(yàn)中表現(xiàn)亮眼，機(jī)械設(shè)計(jì)理論被應(yīng)用到玉米等谷物的水分測(cè)量實(shí)踐當(dāng)中。研究表明，介電特性、容積密度和環(huán)境溫度在電容法測(cè)水分中是3個(gè)非常重要的影響因素。電容法水分檢測(cè)系統(tǒng)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性進(jìn)一步提升。

2013年甘龍輝等人[2]將高頻電磁波應(yīng)用到玉米等谷物的水分檢測(cè)中。之前的電容法主要基于濕度傳感器和高壓脈沖技術(shù)，與它們相比，高頻電磁波的超強(qiáng)穿透力既可以檢測(cè)玉米表皮與內(nèi)部的含水率，又可以降低對(duì)樣品的損耗，減小因損耗而導(dǎo)致的誤差，提高各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。研究表明，檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性隨著谷物樣品含水率的升高而降低，水分含量20%是一個(gè)分水嶺。臨儲(chǔ)玉米入庫(kù)的水分含量一般在14%，所以高頻電磁波檢測(cè)法很適合對(duì)臨儲(chǔ)玉米的檢驗(yàn)檢測(cè)。

2 容重法

容重法與傳統(tǒng)方法都需要對(duì)玉米樣品進(jìn)行干燥。不同的是容重法是通過(guò)建立水分含量和容重的數(shù)學(xué)模型間接計(jì)算得出水分含量數(shù)據(jù)。容重法可以實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，同時(shí)完成玉米容重和水分兩個(gè)指標(biāo)的檢測(cè)，大大提高了工作效率。目前，很多檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)已經(jīng)開(kāi)始使用相關(guān)的檢測(cè)設(shè)備。

2014年李洪莉等人[3]對(duì)基于容重的玉米水分在線檢測(cè)裝置進(jìn)行了研究和改進(jìn)，對(duì)玉米干燥過(guò)程中玉米容重、水分、熱風(fēng)風(fēng)速與熱風(fēng)溫度進(jìn)行分析，建立數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)容重和水分的實(shí)時(shí)檢測(cè)。改進(jìn)后的儀器易操作而且穩(wěn)定性高，可連續(xù)檢測(cè)。

2017年王桂英等人[4]將自制的玉米含水量檢測(cè)試驗(yàn)裝置安裝在糧食烘干機(jī)上，進(jìn)行了大量性能試驗(yàn)并進(jìn)行了多次建模分析，結(jié)果表明，此方法可行。

3 MATLAB計(jì)算機(jī)圖像處理法

MATLAB是當(dāng)今世界上一款先進(jìn)的數(shù)學(xué)軟件，被廣泛用于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過(guò)程。圖像處理是MATLAB的一大優(yōu)勢(shì)，既能做到高度的可視化，又能滿足不同領(lǐng)域的數(shù)學(xué)建模要求。

2014年宋佳等人[5]將MATLAB用于谷物干燥過(guò)程中，進(jìn)行了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)值模擬及數(shù)字化設(shè)計(jì)，使用MATLAB進(jìn)行了偏微分方程計(jì)算，以及曲線和立體圖像的繪制。模擬水分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)谷物干燥系統(tǒng)有了很大改善。

2016年黃南等人用MATLAB對(duì)玉米水分檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)玉米數(shù)字圖像特征值的研究，建立了基于MATLAB GUI的糧食快速檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)預(yù)測(cè)水分含量的準(zhǔn)確率在95%以上，由此可見(jiàn)，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)將成為今后檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)研究領(lǐng)域非常重要的一部分。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于玉米水分的檢測(cè)，希望可以做到快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確和穩(wěn)定。市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了幾款水分快檢設(shè)備，確實(shí)做到了快速，但是準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性還有待提高。技術(shù)的發(fā)展日新月異，相信以后會(huì)有越來(lái)越多的先進(jìn)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，玉米水分的檢測(cè)也會(huì)越來(lái)越高效、準(zhǔn)確。

參考文獻(xiàn)

[1]羅承銘.基于電容法的谷物水分檢測(cè)系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].咸陽(yáng)：西北農(nóng)林科技大學(xué) 2011.

[2]甘龍輝.基于高頻電磁波的谷物水分測(cè)量研究[D].大慶：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 2013.

[3]李洪莉.基于容重的玉米水分在線檢測(cè)裝置的研制[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2014.

[4]王桂英，吳文福，徐巖.容重法在線檢測(cè)玉米含水量的研究[J].中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2017（11）：152-158.

[5]宋佳.基于MATLAB的谷物干燥過(guò)程數(shù)值模擬及數(shù)字化[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2014.