玉米水分檢測三種新方法概述

張帥

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

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

玉米是國家儲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)，也是一個重要檢測項(xiàng)目。在此前的國家臨儲糧檢驗(yàn)檢測工作中，吉林省通榆縣糧油監(jiān)測站以及省內(nèi)多數(shù)糧油監(jiān)測站均采用傳統(tǒng)的烘干法進(jìn)行玉米水分含量檢測。烘干法的優(yōu)點(diǎn)是，實(shí)驗(yàn)流程相對成熟，操作方法相對容易，數(shù)據(jù)處理和分析相對簡單，對于從事糧油檢驗(yàn)人員的專業(yè)能力要求不高。但烘干法檢測水分耗費(fèi)的時間較長，尤其是檢測標(biāo)準(zhǔn)從GB/T 5497-1985 替換成GB 5009.3-2016之后，烘干時間延長，單位時間內(nèi)有限設(shè)備可完成的檢測量變少，降低了檢驗(yàn)檢測效率。所以，有必要了解和掌握一些新的檢驗(yàn)檢測方法，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)模型間接計算水分含量。本文主要對電容法、容重法以及MATLAB計算機(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，其介電常數(shù)也會隨之變化，存在一定的函數(shù)關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中通過對介電常數(shù)的監(jiān)測和分析，計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。研究者們嘗試通過優(yōu)化檢驗(yàn)檢測設(shè)備解決上述問題，國內(nèi)外出現(xiàn)了很多利用電容法檢測水分的實(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，通過試驗(yàn)分析3種特性對于玉米等谷物水分檢測的影響。串口通信技術(shù)在此試驗(yàn)中表現(xiàn)亮眼，機(jī)械設(shè)計理論被應(yīng)用到玉米等谷物的水分測量實(shí)踐當(dāng)中。研究表明，介電特性、容積密度和環(huán)境溫度在電容法測水分中是3個非常重要的影響因素。電容法水分檢測系統(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)穿透力既可以檢測玉米表皮與內(nèi)部的含水率，又可以降低對樣品的損耗，減小因損耗而導(dǎo)致的誤差，提高各項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。研究表明，檢測結(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%是一個分水嶺。臨儲玉米入庫的水分含量一般在14%，所以高頻電磁波檢測法很適合對臨儲玉米的檢驗(yàn)檢測。

2 容重法

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

2014年李洪莉等人[3]對基于容重的玉米水分在線檢測裝置進(jìn)行了研究和改進(jìn)，對玉米干燥過程中玉米容重、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)了對容重和水分的實(shí)時檢測。改進(jìn)后的儀器易操作而且穩(wěn)定性高，可連續(xù)檢測。

2017年王桂英等人[4]將自制的玉米含水量檢測試驗(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)處理過程。圖像處理是MATLAB的一大優(yōu)勢，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，使用MATLAB進(jìn)行了偏微分方程計算，以及曲線和立體圖像的繪制。模擬水分?jǐn)?shù)據(jù)對谷物干燥系統(tǒng)有了很大改善。

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

4 結(jié)語

對于玉米水分的檢測，希望可以做到快速、實(shí)時、準(zhǔn)確和穩(wěn)定。市場上已經(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，相信以后會有越來越多的先進(jìn)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，玉米水分的檢測也會越來越高效、準(zhǔn)確。

參考文獻(xiàn)

[1]羅承銘.基于電容法的谷物水分檢測系統(tǒng)研究與設(shè)計[D].咸陽：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裝置的研制[D].長春：吉林大學(xué)，2014.

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

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