桑枝屑含水率快速检测方法及检测设备的研究

论文摘要

随着我国食用菌产业迅速发展，食用菌培养基原料供给不足。桑枝屑作为新型、优质的培养基原料，不仅解决了食用菌产业原料供给不足的瓶颈，而且可以充分利用可再生资源，增加桑蚕生产附加值，促进我国食用菌产业的可持续发展。在桑枝屑食用菌培养基自动化生产线中，含水率检测是一项难题。桑枝屑属于颗粒极不规则的散碎物料，杂质含量高，物料紧密度受外界影响大，而且检测对象桑枝屑干料和培养基成品属于电测法等间接测湿法的“盲区”(前者含水率过低，后者含水率过高)，检测难度大、重复性差；而烘干称重法等直接测湿法存在着时间长，人工参与多，物料易燃等缺点，对于物料快速检测尚显不足。因另外，由于农业废弃物长期不受重视，相关应用研究尚处空白。本课题针对桑枝屑的特点，作含水率的快速检测方法与检测设备的研究。首先综述了各类含水率检测方法的优缺点及适用范围，确定了桑枝屑快速检测适用方法。根据高温真空试验和微波烘干试验，绘制了物料的干燥曲线，分析了干燥机理，掌握了其干燥特性。通过分析和对比，确定微波烘干法在快速性和准确度上具有明显优势，采用微波烘干法作为最终的检测方案。作者采用正交试验法分析了初始质量、初始含水率、微波功率、烘干时间等因素对干燥过程的影响，摸索出适合低含水率区间桑枝屑的最佳干燥工艺参数，据此确定了桑枝屑干料的实际检测方案。为了解决高含水率桑枝屑(培养基成品)的检测问题，本文基于神经网络理论，采用系统辨识方法对桑枝屑的干燥过程建模，并以该神经网络模型预测物料含水率，实现高湿度桑枝屑的水分的快速检测。通过MALAB软件仿真，预测误差符合检测要求。在上述研究基础上，本文以微波实验炉、C8051F005单片机、PC构建检测系统，进行下位机软硬件设计，上位机软件研发。检测设备已通过测试，并已上线使用。虽然存在诸多不足，但是为实现不同湿度桑枝屑快速检测做了有益的探索。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究的目的和意义
• 1.2 课题的研究内容及技术路线
• 1.3 国内外研究动态
• 第二章 木废料含水率检测方法的综述
• 2.1 概述
• 2.1.1 含水率的概念
• 2.1.2 木材中水分存在的类型
• 2.2 含水率测定方法综述
• 2.2.1 热风烘干法
• 2.2.2 真空法
• 2.2.3 红外烘干法
• 2.2.4 微波烘干法
• 2.2.5 电导法
• 2.2.6 电容法
• 2.2.7 射线法
• 2.3 本章小结:方法比较与选择
• 第三章 水分测定实验及分析
• 3.1 桑枝屑干燥曲线及干燥方案的确定
• 3.1.1 热风干燥法
• 3.1.2 高温真空干燥实验
• 3.1.3 微波干燥实验
• 3.1.4 高温真空干燥与微波干燥实验对比
• 3.2 桑枝屑微波干燥试验工艺参数的研究
• 3.2.1 低含水率桑枝屑微波干燥正交试验
• 3.2.2 中含水率桑枝屑微波干燥正交试验
• 3.2.3 高含水率桑枝屑微波干燥正交试验
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于神经网络的系统辨识
• 4.1 神经网络概述
• 4.2 基于神经网络的系统辨识
• 4.2.1 系统辨识概述
• 4.2.2 神经网络系统辨识
• 4.2.3 常用于辨识的神经网络
• 4.3 桑枝屑干燥神经网络模型结构
• 4.4 仿真实验及结果
• 4.4.1 BP神经网络
• 4.4.2 RBF神经网络
• 4.4.3 Elman神经网络
• 4.5 本章小结
• 第五章 桑枝屑含水率快速检测装置的设计
• 5.1 系统介绍
• 5.2 系统下位机的软、硬件设计
• 5.2.1 下位机硬件设计
• 5.2.2 下位机软件设计
• 5.3 系统的软件设计
• 5.3.1 基于 Matlab环境的串行数据通信
• 5.3.2 系统总体设计简介及软件流程图
• 5.3.3 Matlab实现串行通信的软件设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 研究结论与主要成果
• 6.2 研究存在的问题和下一步可开展的工作
• 参考文献
• 附录
• 附图
• 详细摘要