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一种农产品自动检测装置

阅读:0发布:2021-10-26

专利汇可以提供一种农产品自动检测装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供一种农产品自动检测装置,其包括 挡板 、转动轮、放置平台、传输带、振动发生装置以及检测平台,其中检测平台包括 水 分检测 传感器 、 信号 处理 电路 、中央处理装置、振动参数设置装置以及分拣装置,其中,振动发生装置用于为放置平台提供振动信号以清除放置平台上多余的待测农产品,以使放置平台有且仅有一个待测农产品,振动发生装置根据待测农产品的类型不同发出不同 角 频率 和振幅的振动信号,水分检测传感器和 信号处理 电路能够对待测农产品的水分信息进行高 精度 测试。,下面是一种农产品自动检测装置专利的具体信息内容。

1.一种农产品自动检测装置,其特征在于,所述农产品自动检测装置包括挡板(1)、转动轮(2)、放置平台(3)、传输带(4)、振动发生装置以及检测平台(5),其中所述检测平台(5)包括分检测传感器信号处理电路、中央处理装置、振动参数设置装置以及分拣装置;
其中,所述转动轮(2)与所述传输带(4)构成农产品传输装置,所述农产品传输装置与水平面呈预设度设置,所述挡板(1)设置于所述传输带(4)的一端,若干个所述放置平台(3)设置于所述传输带(4)上,所述挡板(1)与第一个所述放置平台(3)之间为农产品进料区,若干个所述放置平台(3)在所述传输带(4)上循环运作,所述检测平台(5)设置于所述传输带(4)的另一端,所述放置平台(3)将待测农产品传输至所述检测平台(5)进程检测,所述振动发生装置位于两个所述转动轮(2)之间,所述振动发生装置用于为所述放置平台(3)提供振动信号以清除所述放置平台(3)上多余的待测农产品,以使所述放置平台(3)有且仅有一个待测农产品,所述振动发生装置根据待测农产品的类型不同发出不同角频率和振幅的振动信号;
所述水分检测传感器的输出端与所述信号处理电路的输入端连接,所述信号处理电路的输出端与所述中央处理装置的输入端连接,所述中央处理装置的输出端与所述分拣装置的输入端连接;所述水分检测传感器用于检测待测农产品的水分信号,并将检测到的水分信号传输至所述信号处理电路,所述信号处理电路对接收到的水分信号进行信号处理后传输至所述中央处理装置,所述中央处理装置将接收到的水分信号传输至所述分拣装置,所述分拣装置内存储有水分阈值信号,若所述分拣装置接收到的水分信号大于或等于所述水分阈值信号,则分拣装置将与其接收到的水分信号对应的待测农产品传输至合格区域,若所述分拣装置接收到的水分信号小于所述水分阈值信号,则分拣装置将与其接收到的水分信号对应的待测农产品传输至不合格区域;
所述振动参数设置装置的输出端与所述中央处理装置的输入端连接,所述中央处理装置的输出端与所述振动发生装置的输入端连接;所述振动参数设置装置用于输入所述振动发生装置的振动角频率或振幅参数,所述中央处理装置将接收到的所述振动发生装置的振动角频率或振幅参数传输至所述振动发生装置,所述振动发生装置按其接收到的振动角频率或振幅参数发出振动信号。
2.根据权利要求1所述的农产品自动检测装置,其特征在于,所述振动发生装置根据待测农产品的类型不同发出不同角频率和振幅的振动信号,其中,若所述放置平台(3)内承载有两个待测农产品,则所述振动发生装置发出振动信号将其中一个待测农产品振动掉落,设每个待测农产品的质量为m的球体,垂直于所述传输带(4)的方向为x轴方向,待测农产品在所述振动发生装置产生的振动信号作用下进行振动运动,所述振动发生装置产生的位移可表示为:


其中,S为所述振动发生装置的位移,为所述振动发生装置的振幅,为振动角频率,t为时间, 为振动相位角;


其中, 为x轴方向的速度, 为x轴方向加速度;
当上面的待测农产品与所述传输带(4)之间的压N≤0时,此时待测农产品和所述传输带(4)产生了相对位移,则有:



其中,g为重力加速度, 为待测农产品间的摩擦力,μ为待测农产品间的摩擦系数,为位移指数,D为投抛指数; 为待测农产品开始发生位移时的最小相角;

其中,K为振动强度;则有,

当位移指数或投抛指数等于1时,为产生位移的临界条件,此时可求出待测农产品位移的临界振动角频率 或临界振幅 ,则有,


当振动角频率 > 或振幅 > 时,位于上方的待测农产品与所述传输带(4)间的正压力为0,同时,待测农产品与所述传输带(4)之间的摩擦力也为0,此时上方的待测农产品只受重力和下方待测农产品对其的支持力,当两个力不共线时,将会对待测农产品产生转矩,在此转矩作用下位于上方的待测农产品将产生翻转,位于上方的待测农产品会跳离所述放置平台(3),因此,在进行检测时,在所述振动参数设置装置中设置所述振动发生装置的振动角频率 > 或振幅 > 。
3.根据权利要求1所述的农产品自动检测装置,其特征在于,所述水分检测传感器用于检测待测农产品的水分信号,将采集的水分信号转换为电压信号V0,并将电压信号V0传输至所述信号处理电路,V1为经过所述信号处理电路处理后的电压信号,所述信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元,所述水分检测传感器的输出端与所述信号放大单元的输入端连接,所述信号放大单元的输出端与所述信号滤波单元的输入端连接,所述信号滤波单元的输出端与所述中央处理装置的输入端连接。
4.根据权利要求3所述的农产品自动检测装置,其特征在于,所述信号放大单元包括运算放大器A1-A3、电阻R1-R7、滑动变阻器Rt、电容C0-C2以及电感L1-L2;
其中,所述水分检测传感器的输出端与电感L1的一端连接,电容C0的一端接地,电容C0的另一端与电感L1的一端连接,电容C0的一端还与电感L2的一端连接,电容C2的一端与电感L2的另一端连接,电容C2的另一端与电容C1的一端连接,电容C1的另一端与电感L1的另一端连接,电感L1的另一端与运算放大器A1的同相输入端连接,电感L2的另一端与运算放大器A2的同相输入端连接,电阻R3的一端与运算放大器A2的同相输入端连接,电阻R3的一端与运算放大器A2的反相输入端连接,电阻R3的一端与运算放大器R4的一端连接,电阻R3的另一端与电阻R1的一端连接,电阻R3的另一端与运算放大器A1的同相输入端连接,电阻R3的另一端与运算放大器A1的反相输入端连接,电阻R1的另一端与运算放大器A1的输出端连接,电阻R4的另一端与运算放大器A2的输出端连接,电阻R1的另一端还与电阻R2的一端连接,电阻R4的另一端还与电阻R5的一端连接,电阻R2的另一端与运算放大器A3的同相输入端连接,电阻R5的另一端与运算放大器A3的反相输入端连接,电阻R2的另一端还与电阻R6的一端连接,电阻R5的另一端还与电阻R7的一端连接,电阻R6的另一端与运算放大器A3的输出端连接,电阻R6的另一端还与滑动变阻器Rt的一端连接,电阻R7的另一端与滑动变阻器Rt的另一端连接,电阻R7的另一端接地,滑动变阻器Rt的滑动触头与所述信号滤波单元的输入端连接。
5.根据权利要求4所述的农产品自动检测装置,其特征在于,所述信号滤波单元包括电阻R8-R14、电容C3-C6、稳压管D以及运算放大器A4-A5;
其中,所述信号放大单元的输出端与电阻R8的一端连接,电阻R8的另一端与电阻R9的一端连接,电阻R8的另一端还与电容C4的一端连接,稳压管D的阳极与直流电源Vcc连接,电阻R9的另一端与稳压管D的阴极连接,电容C3的一端接地,电容C3的另一端与电阻R9的另一端连接,电容C3的另一端还与运算放大器A4的同相输入端连接,电容C4的另一端与运算放大器A4的输出端连接,电阻R10的一端接地,电阻R10的另一端与运算放大器A4的反相输入端连接,电阻R10的另一端与电阻R11的一端连接,电阻R11的另一端与运算放大器A4的输出端连接,电阻R12的一端与运算放大器A4的输出端连接,电阻R12的另一端与电阻R13的一端连接,电阻R12的另一端与电容C6的一端连接,电容C6的另一端与运算放大器A5的输出端连接,电容C5的一端接地,电容C5的另一端与电阻R13的另一端连接,电阻R13的另一端与运算放大器A5的同相输入端连接,电阻R14的一端接地,电阻R14的另一端与运算放大器A5的反相输入端连接,电阻R14的另一端还与电阻R15的一端连接,电阻R15的另一端与运算放大器A5的输出端连接,运算放大器A5的输出端与所述中央处理装置的输入端连接,所述信号滤波单元将电压信号V1传输至所述中央处理装置。
6.根据权利要求1所述的农产品自动检测装置,其特征在于,所述中央处理装置为P89V51系列单片机

说明书全文

一种农产品自动检测装置

技术领域

[0001] 本发明涉及农产品测试领域,尤其涉及一种农产品自动检测装置。

背景技术

[0002] 中国是农业大国,农业是中国的传统和基础产业。农产品的种植、加工、消费及出口对农产品的品质检测都有较强的依赖。现在适用的农产品品质检测方法消耗大量时间。为了农业的健康发展、提高中国农产品的国际竞争和缓解环境压力亟需开发一种快速的农产品品质检测方法。
[0003] 现有技术中,在对农产品进行检测时,往往需要人为的将待测农产品放置于传输设备上,再通过传输设备将待测农产品传输至检测平台进行检测,如此的检测效率较低,又或者通过机械臂等工业化设备将待测农产品一个个的防止于检测平台进行检测,如此的检测成本较高。同时,分是表征农产品质量的一个重要参数,现有技术中,对农产品水分的检测精度较低,不能准确反映农产品的品质。

发明内容

[0004] 因此,为了克服上述问题,本发明提供了一种农产品自动检测装置,农产品自动检测装置包括挡板、转动轮、放置平台、传输带、振动发生装置以及检测平台,其中检测平台包括水分检测传感器信号处理电路、中央处理装置、振动参数设置装置以及分拣装置,其中,振动发生装置用于为放置平台提供振动信号以清除放置平台上多余的待测农产品,以使放置平台有且仅有一个待测农产品,振动发生装置根据待测农产品的类型不同发出不同频率和振幅的振动信号,水分检测传感器和信号处理电路能够对待测农产品的水分信息进行高精度测试。
[0005] 根据本发明提供的一种农产品自动检测装置,其包括挡板、转动轮、放置平台、传输带、振动发生装置以及检测平台,其中检测平台包括水分检测传感器、信号处理电路、中央处理装置、振动参数设置装置以及分拣装置。
[0006] 其中,转动轮与传输带构成农产品传输装置,农产品传输装置与水平面呈预设角度设置,挡板设置于传输带的一端,若干个放置平台设置于传输带上,挡板与第一个放置平台之间为农产品进料区,若干个放置平台在传输带上循环运作,检测平台设置于传输带的另一端,放置平台将待测农产品传输至检测平台进程检测,振动发生装置位于两个转动轮之间,振动发生装置用于为放置平台提供振动信号以清除放置平台上多余的待测农产品,以使放置平台有且仅有一个待测农产品,振动发生装置根据待测农产品的类型不同发出不同角频率和振幅的振动信号。
[0007] 水分检测传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接,信号处理电路的输出端与中央处理装置的输入端连接,中央处理装置的输出端与分拣装置的输入端连接;水分检测传感器用于检测待测农产品的水分信号,并将检测到的水分信号传输至信号处理电路,信号处理电路对接收到的水分信号进行信号处理后传输至中央处理装置,中央处理装置将接收到的水分信号传输至分拣装置,分拣装置内存储有水分阈值信号,若分拣装置接收到的水分信号大于或等于水分阈值信号,则分拣装置将与其接收到的水分信号对应的待测农产品传输至合格区域,若分拣装置接收到的水分信号小于水分阈值信号,则分拣装置将与其接收到的水分信号对应的待测农产品传输至不合格区域。
[0008] 振动参数设置装置的输出端与中央处理装置的输入端连接,中央处理装置的输出端与振动发生装置的输入端连接;振动参数设置装置用于输入振动发生装置的振动角频率或振幅参数,中央处理装置将接收到的振动发生装置的振动角频率或振幅参数传输至振动发生装置,振动发生装置按其接收到的振动角频率或振幅参数发出振动信号。
[0009] 优选的是,振动发生装置根据待测农产品的类型不同发出不同角频率和振幅的振动信号,其中,若放置平台内承载有两个待测农产品,则振动发生装置发出振动信号将其中一个待测农产品振动掉落,设每个待测农产品的质量为m的球体,垂直于传输带的方向为x轴方向,待测农产品在振动发生装置产生的振动信号作用下进行振动运动,振动发生装置产生的位移可表示为:;

其中,S为振动发生装置的位移,为振动发生装置的振幅,为振动角频率,t为时间,为振动相位角;


其中, 为x轴方向的速度, 为x轴方向加速度;
当上面的待测农产品与传输带之间的压力N≤0时,此时待测农产品和传输带产生了相对位移,则有:



其中,g为重力加速度, 为待测农产品间的摩擦力,μ为待测农产品间的摩擦系数,为位移指数,D为投抛指数; 为待测农产品开始发生位移时的最小相角;

其中,K为振动强度;则有,

当位移指数或投抛指数等于1时,为产生位移的临界条件,此时可求出待测农产品位移的临界振动角频率 或临界振幅 ,则有,


当振动角频率 > 或振幅 > 时,位于上方的待测农产品与传输带间的正压力为0,同时,待测农产品与传输带之间的摩擦力也为0,此时上方的待测农产品只受重力和下方待测农产品对其的支持力,当两个力不共线时,将会对待测农产品产生转矩,在此转矩作用下位于上方的待测农产品将产生翻转,位于上方的待测农产品会跳离放置平台,因此,在进行检测时,在振动参数设置装置中设置振动发生装置的振动角频率 > 或振幅 >。
[0010] 优选的是,水分检测传感器用于检测待测农产品的水分信号,将采集的水分信号转换为电压信号V0,并将电压信号V0传输至信号处理电路,V1为经过信号处理电路处理后的电压信号,信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元,水分检测传感器的输出端与信号放大单元的输入端连接,信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接,信号滤波单元的输出端与中央处理装置的输入端连接。
[0011] 优选的是,信号放大单元包括运算放大器A1-A3、电阻R1-R7、滑动变阻器Rt、电容C0-C2以及电感L1-L2。
[0012] 其中,水分检测传感器的输出端与电感L1的一端连接,电容C0的一端接地,电容C0的另一端与电感L1的一端连接,电容C0的一端还与电感L2的一端连接,电容C2的一端与电感L2的另一端连接,电容C2的另一端与电容C1的一端连接,电容C1的另一端与电感L1的另一端连接,电感L1的另一端与运算放大器A1的同相输入端连接,电感L2的另一端与运算放大器A2的同相输入端连接,电阻R3的一端与运算放大器A2的同相输入端连接,电阻R3的一端与运算放大器A2的反相输入端连接,电阻R3的一端与运算放大器R4的一端连接,电阻R3的另一端与电阻R1的一端连接,电阻R3的另一端与运算放大器A1的同相输入端连接,电阻R3的另一端与运算放大器A1的反相输入端连接,电阻R1的另一端与运算放大器A1的输出端连接,电阻R4的另一端与运算放大器A2的输出端连接,电阻R1的另一端还与电阻R2的一端连接,电阻R4的另一端还与电阻R5的一端连接,电阻R2的另一端与运算放大器A3的同相输入端连接,电阻R5的另一端与运算放大器A3的反相输入端连接,电阻R2的另一端还与电阻R6的一端连接,电阻R5的另一端还与电阻R7的一端连接,电阻R6的另一端与运算放大器A3的输出端连接,电阻R6的另一端还与滑动变阻器Rt的一端连接,电阻R7的另一端与滑动变阻器Rt的另一端连接,电阻R7的另一端接地,滑动变阻器Rt的滑动触头与信号滤波单元的输入端连接。
[0013] 优选的是,信号滤波单元包括电阻R8-R14、电容C3-C6、稳压管D以及运算放大器A4-A5。
[0014] 其中,信号放大单元的输出端与电阻R8的一端连接,电阻R8的另一端与电阻R9的一端连接,电阻R8的另一端还与电容C4的一端连接,稳压管D的阳极与直流电源Vcc连接,电阻R9的另一端与稳压管D的阴极连接,电容C3的一端接地,电容C3的另一端与电阻R9的另一端连接,电容C3的另一端还与运算放大器A4的同相输入端连接,电容C4的另一端与运算放大器A4的输出端连接,电阻R10的一端接地,电阻R10的另一端与运算放大器A4的反相输入端连接,电阻R10的另一端与电阻R11的一端连接,电阻R11的另一端与运算放大器A4的输出端连接,电阻R12的一端与运算放大器A4的输出端连接,电阻R12的另一端与电阻R13的一端连接,电阻R12的另一端与电容C6的一端连接,电容C6的另一端与运算放大器A5的输出端连接,电容C5的一端接地,电容C5的另一端与电阻R13的另一端连接,电阻R13的另一端与运算放大器A5的同相输入端连接,电阻R14的一端接地,电阻R14的另一端与运算放大器A5的反相输入端连接,电阻R14的另一端还与电阻R15的一端连接,电阻R15的另一端与运算放大器A5的输出端连接,运算放大器A5的输出端与中央处理装置的输入端连接,信号滤波单元将电压信号V1传输至中央处理装置。
[0015] 优选的是,中央处理装置为P89V51系列单片机
[0016] 与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:(1)本发明提供的农产品自动检测装置包括挡板、转动轮、放置平台、传输带、振动发生装置以及检测平台,其中检测平台包括水分检测传感器、信号处理电路、中央处理装置、振动参数设置装置以及分拣装置,其中,振动发生装置用于为放置平台提供振动信号以清除放置平台上多余的待测农产品,以使放置平台有且仅有一个待测农产品,振动发生装置根据待测农产品的类型不同发出不同角频率和振幅的振动信号,水分检测传感器和信号处理电路能够对待测农产品的水分信息进行高精度测试。
[0017] (2)本发明提供的信号处理电路能够对水分检测传感器采集的水分信号进行高精度处理,信号处理电路具有如下优点:运算放大器A1和运算放大器A2对信噪比提供增益,输入信号按该级增益比的放大远高于共模成分(噪声);
决定增益的电阻R1、电阻R3和电阻R4对共模抑制比没有影响,因此电阻的容差不重要。
[0018] 信号放大单元的另一个特点是对共模输入信号没有增益,这个因素不仅与实际输入信号有关,而且也与运算放大器A1和运算放大器A2 的失调电压和漂移有关。如果运算放大器A1和运算放大器A2有相等的漂移速率,且在同一方向漂移,那么漂移就作为共模信号出现,没有被放大,还能被第二级抑制。如此,对运算放大器A1和运算放大器A2的漂移要求就会降低。
[0019] 在信号滤波单元中,运算放大器A4和运算放大器A5构成了低通滤波器,在此,信号滤波单元的作用是滤除频率干扰信号和噪声干扰信号,以提高信号的传送精度,确保输出有效的信号,稳压管D的作用是保障运算放大器A4和运算放大器A5构成的两级电路输出不超过规定值,以保护电路中的元器件不受损坏,能正常工作。附图说明
[0020] 图1为本发明的振动发生装置产生振动的原理及受力简图;图2为本发明的农产品自动检测装置的示意图;
图3为本发明的检测平台的示意图;
图4为本发明的信号处理电路的电路图。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图和实施例对本发明的农产品自动检测装置进行详细说明。
[0022] 如图2-3所示,本发明提供的农产品自动检测装置包括挡板1、转动轮2、放置平台3、传输带4、振动发生装置以及检测平台5,其中检测平台5包括水分检测传感器、信号处理电路、中央处理装置、振动参数设置装置以及分拣装置。
[0023] 其中,转动轮2与传输带4构成农产品传输装置,农产品传输装置与水平面呈预设角度设置,挡板1设置于传输带4的一端,若干个放置平台3设置于传输带4上,挡板1与第一个放置平台3之间为农产品进料区,若干个放置平台3在传输带4上循环运作,检测平台5设置于传输带4的另一端,放置平台3将待测农产品传输至检测平台5进程检测,振动发生装置位于两个转动轮2之间,振动发生装置用于为放置平台3提供振动信号以清除放置平台3上多余的待测农产品,以使放置平台3有且仅有一个待测农产品,振动发生装置根据待测农产品的类型不同发出不同角频率和振幅的振动信号.水分检测传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接,信号处理电路的输出端与中央处理装置的输入端连接,中央处理装置的输出端与分拣装置的输入端连接;水分检测传感器用于检测待测农产品的水分信号,并将检测到的水分信号传输至信号处理电路,信号处理电路对接收到的水分信号进行信号处理后传输至中央处理装置,中央处理装置将接收到的水分信号传输至分拣装置,分拣装置内存储有水分阈值信号,若分拣装置接收到的水分信号大于或等于水分阈值信号,则分拣装置将与其接收到的水分信号对应的待测农产品传输至合格区域,若分拣装置接收到的水分信号小于水分阈值信号,则分拣装置将与其接收到的水分信号对应的待测农产品传输至不合格区域。
[0024] 振动参数设置装置的输出端与中央处理装置的输入端连接,中央处理装置的输出端与振动发生装置的输入端连接;振动参数设置装置用于输入振动发生装置的振动角频率或振幅参数,中央处理装置将接收到的振动发生装置的振动角频率或振幅参数传输至振动发生装置,振动发生装置按其接收到的振动角频率或振幅参数发出振动信号。
[0025] 上述实施方式中,本发明提供的农产品自动检测装置包括挡板、转动轮、放置平台、传输带、振动发生装置以及检测平台,其中检测平台包括水分检测传感器、信号处理电路、中央处理装置、振动参数设置装置以及分拣装置,其中,振动发生装置用于为放置平台提供振动信号以清除放置平台上多余的待测农产品,以使放置平台有且仅有一个待测农产品,振动发生装置根据待测农产品的类型不同发出不同角频率和振幅的振动信号,水分检测传感器和信号处理电路能够对待测农产品的水分信息进行高精度测试。
[0026] 如图1所示,振动发生装置根据待测农产品的类型不同发出不同角频率和振幅的振动信号,其中,若放置平台3内承载有两个待测农产品,则振动发生装置发出振动信号将其中一个待测农产品振动掉落,设每个待测农产品的质量为m的球体,垂直于传输带4的方向为x轴方向,待测农产品在振动发生装置产生的振动信号作用下进行振动运动,振动发生装置产生的位移可表示为:;

其中,S为振动发生装置的位移,为振动发生装置的振幅,为振动角频率,t为时间,为振动相位角;


其中, 为x轴方向的速度, 为x轴方向加速度;
当上面的待测农产品与传输带4之间的压力N≤0时,此时待测农产品和传输带4产生了相对位移,则有:



其中,g为重力加速度, 为待测农产品间的摩擦力,μ为待测农产品间的摩擦系数,为位移指数,D为投抛指数; 为待测农产品开始发生位移时的最小相角;

其中,K为振动强度;则有,

当位移指数或投抛指数等于1时,为产生位移的临界条件,此时可求出待测农产品位移的临界振动角频率 或临界振幅 ,则有,


当振动角频率 > 或振幅 > 时,位于上方的待测农产品与传输带4间的正压力为0,同时,待测农产品与传输带4之间的摩擦力也为0,此时上方的待测农产品只受重力和下方待测农产品对其的支持力,当两个力不共线时,将会对待测农产品产生转矩,在此转矩作用下位于上方的待测农产品将产生翻转,位于上方的待测农产品会跳离放置平台3,因此,在进行检测时,在振动参数设置装置中设置振动发生装置的振动角频率 > 或振幅> 。
[0027] 如图4所示,水分检测传感器用于检测待测农产品的水分信号,将采集的水分信号转换为电压信号V0,并将电压信号V0传输至信号处理电路,V1为经过信号处理电路处理后的电压信号,信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元,水分检测传感器的输出端与信号放大单元的输入端连接,信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接,信号滤波单元的输出端与中央处理装置的输入端连接。
[0028] 具体地,信号放大单元包括运算放大器A1-A3、电阻R1-R7、滑动变阻器Rt、电容C0-C2以及电感L1-L2。
[0029] 其中,水分检测传感器的输出端与电感L1的一端连接,电容C0的一端接地,电容C0的另一端与电感L1的一端连接,电容C0的一端还与电感L2的一端连接,电容C2的一端与电感L2的另一端连接,电容C2的另一端与电容C1的一端连接,电容C1的另一端与电感L1的另一端连接,电感L1的另一端与运算放大器A1的同相输入端连接,电感L2的另一端与运算放大器A2的同相输入端连接,电阻R3的一端与运算放大器A2的同相输入端连接,电阻R3的一端与运算放大器A2的反相输入端连接,电阻R3的一端与运算放大器R4的一端连接,电阻R3的另一端与电阻R1的一端连接,电阻R3的另一端与运算放大器A1的同相输入端连接,电阻R3的另一端与运算放大器A1的反相输入端连接,电阻R1的另一端与运算放大器A1的输出端连接,电阻R4的另一端与运算放大器A2的输出端连接,电阻R1的另一端还与电阻R2的一端连接,电阻R4的另一端还与电阻R5的一端连接,电阻R2的另一端与运算放大器A3的同相输入端连接,电阻R5的另一端与运算放大器A3的反相输入端连接,电阻R2的另一端还与电阻R6的一端连接,电阻R5的另一端还与电阻R7的一端连接,电阻R6的另一端与运算放大器A3的输出端连接,电阻R6的另一端还与滑动变阻器Rt的一端连接,电阻R7的另一端与滑动变阻器Rt的另一端连接,电阻R7的另一端接地,滑动变阻器Rt的滑动触头与信号滤波单元的输入端连接。
[0030] 具体地,信号滤波单元包括电阻R8-R14、电容C3-C6、稳压管D以及运算放大器A4-A5。
[0031] 其中,信号放大单元的输出端与电阻R8的一端连接,电阻R8的另一端与电阻R9的一端连接,电阻R8的另一端还与电容C4的一端连接,稳压管D的阳极与直流电源Vcc连接,电阻R9的另一端与稳压管D的阴极连接,电容C3的一端接地,电容C3的另一端与电阻R9的另一端连接,电容C3的另一端还与运算放大器A4的同相输入端连接,电容C4的另一端与运算放大器A4的输出端连接,电阻R10的一端接地,电阻R10的另一端与运算放大器A4的反相输入端连接,电阻R10的另一端与电阻R11的一端连接,电阻R11的另一端与运算放大器A4的输出端连接,电阻R12的一端与运算放大器A4的输出端连接,电阻R12的另一端与电阻R13的一端连接,电阻R12的另一端与电容C6的一端连接,电容C6的另一端与运算放大器A5的输出端连接,电容C5的一端接地,电容C5的另一端与电阻R13的另一端连接,电阻R13的另一端与运算放大器A5的同相输入端连接,电阻R14的一端接地,电阻R14的另一端与运算放大器A5的反相输入端连接,电阻R14的另一端还与电阻R15的一端连接,电阻R15的另一端与运算放大器A5的输出端连接,运算放大器A5的输出端与中央处理装置的输入端连接,信号滤波单元将电压信号V1传输至中央处理装置。
[0032] 上述实施方式中,运算放大器A1-A3的型号均为LT1012,运算放大器A4-A5的型号为LT1192。
[0033] 在信号放大单元中,电阻R1的阻值为100kΩ,电阻R2的阻值为4.7kΩ,电阻R3的阻值为14.7kΩ,电阻R4的阻值为10kΩ,电阻R5的阻值为10kΩ,电阻R6的阻值为100 kΩ,电阻R7的阻值为1 kΩ,滑动变阻器Rt的全程阻值为10 kΩ,电容C0的电容值为1μF,电容C1的电容值为0.1μF,电容C2的电容值为0.1μF,电感L1的电感值为100mH,电感L2的电感值为100mH。
[0034] 信号放大单元中,运算放大器A1、运算放大器A2以及运算放大器A3构成信号放大电路,其中,运算放大器A1和运算放大器A2为第一级放大电路,运算放大器A3为第二级放大电路,运算放大器A1和运算放大器A2接收传感器的电压信号V0,电压信号V0加载到运算放大器A1和运算放大器A2的同相输入端,因此本发明提供的信号放大单元具有较高的输入阻抗和高增益,本发明提供的信号放大单元采用双端输入的电路结构,能有效抑制传感器在测试过程中引入的工频、静电和电磁耦合等共模干扰。由于信号放大单元的输入阻抗高,因此,信号放大单元中的导线的阻抗对传感器测量精度的影响几乎可以忽略。
[0035] 在信号放大单元中,运算放大器A1和运算放大器A2构成前置放大电路,在设计时,将运算放大器A1看作只有反馈电阻R1-R3的变型电压跟随器,将运算放大器A2看作是只有反馈电阻R3-R4的变型电压跟随器,在现有技术中,电阻R3一般作接地处理,在此,运算放大器A1和运算放大器A2共用的电阻R3不接地,而是接到另一个运算放大器的求和点,这样,电阻R3就形成了一个虚地回路且能跟随共模信号,结果共模信号在电阻R3中没有电流流过。
[0036] 根据运算放大器A1和运算放大器A2的零值差模输入电压理论,在电阻R3的两端没有电压差,共模电压使运算放大器A1和运算放大器A2具有单倍的增益,而增益为:。
[0037] 本发明提供的信号放大单元具有如下优点:(1)运算放大器A1和运算放大器A2对信噪比提供增益,输入信号按该级增益比的放大远高于共模成分(噪声);
(2)决定增益的电阻R1、电阻R3和电阻R4对共模抑制比没有影响,因此电阻的容差不重要。
[0038] 信号放大单元的另一个特点是对共模输入信号没有增益,这个因素不仅与实际输入信号有关,而且也与运算放大器A1和运算放大器A2的失调电压和漂移有关。如果运算放大器A1和运算放大器A2有相等的漂移速率,且在同一方向漂移,那么漂移就作为共模信号出现,没有被放大,还能被第二级抑制。如此,对运算放大器A1和运算放大器A2的漂移要求就会降低。
[0039] 由运算放大器A1和运算放大器A2构成的第一级放大电路要尽可能高,相比之下,由运算放大器A3构成的第二级放大电路的漂移和共模误差就可以忽略,对放大器的要求就可以大大降低,由运算放大器A1和运算放大器A2构成的第一级放大电路和由运算放大器A3构成的第二级放大电路的总增益为:。
[0040] 在信号滤波单元中,电阻R8的阻值为1kΩ,电阻R9的阻值为0.47kΩ,电阻R10的阻值为5kΩ,电阻R11的阻值为10kΩ,电阻R12的阻值为5kΩ,电阻R13的阻值为1.47kΩ,电阻R14的阻值为1.7kΩ,电阻R15的阻值为1.47kΩ,电容C3的电容值为1μF,电容C4的电容值为1μF,电容C5的电容值为0.1μF,电容C6的电容值为0.1μF。
[0041] 在信号滤波单元中,运算放大器A4和运算放大器A5构成了低通滤波器,在此,信号滤波单元的作用是滤除频率干扰信号和噪声干扰信号,以提高信号的传送精度,确保输出有效的信号,稳压管D的作用是保障运算放大器A4和运算放大器A5构成的两级电路输出不超过规定值,以保护电路中的元器件不受损坏,能正常工作。
[0042] 具体地,中央处理装置为P89V51系列单片机。具体地为P89V51RB2,P89V51RB2是一款80C51微控制器,包含16kB Flash 和1024字节的数据RAM。P89V51RB2的典型特性是它的X2方式选项。利用该特性,可使应用程序以传统的80C51时钟频率(每个机器周期包含12个时钟)或X2 方式(每个机器周期包含6 个时钟)的时钟频率运行,选择X2 方式可在相同时钟频率下获得2倍的吞吐量。从该特性获益的另一种方法是将时钟频率减半而保持特性不变,这样可以极大地降低电磁干扰(EMI)。Flash 程序存储器支持并行和串行在系统编程(ISP)。并行编程方式提供了高速的分组编程(页编程)方式,可节省编程成本。
[0043] 此书面描述使用示例来公开本公开,包括最佳模式,并且还使任何本领域的技术人员能够实践本公开,包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包含的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求限定,且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件,或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构元件,则意在使这些其他示例处于权利要求的范围内。
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