一种单颗粒粮食强度水分测试方法及装置与流程

本技术涉及传感器，尤其是涉及一种单颗粒粮食强度水分测试方法及装置。

背景技术：

1、粮食在收获、储藏、加工及流通全产业链中，其水分含量与机械强度是决定品质与安全的两项核心物性指标。水分含量不仅直接影响粮食的呼吸强度、霉变风险及储藏稳定性，还深刻影响后续碾米、制粉等加工工序的得率与成品品质；而粮食的机械强度（如抗压、抗弯及剪切韧性）则直接关系到储粮堆垛的力学稳定性、运输过程中的破损率以及加工适应性。因此，在粮食收购、仓储管理和加工预处理环节，实现粮食水分状态与机械强度的同步、快速感知，对于保障储粮安全、优化加工工艺具有重要意义。

2、目前，粮食水分的实验室与现场检测已形成多种技术路径。烘箱干燥法通过恒温干燥前后质量差计算水分含量，结果准确但耗时长、操作繁琐，无法满足现场快速检测需求。电容法/电阻法快速测定利用粮食介电常数或电阻率随水分变化的特性实现快速测量；卤素/红外快速加热法则通过热辐射加速干燥以缩短检测时间。在现场作业场景中，应用最为广泛的是基于电阻法的便携式粮食水分测试仪，其通常包括主机和固接在主机上的探针，使用时将探针插入粮堆或粮粒中，通过测量电阻抗间接推算水分含量，具有操作简单、响应迅速的优势。

3、在粮食机械强度检测方面，现有技术主要依赖质构仪或万能材料试验机进行批量化的压缩、三点弯曲或剪切测试。此类设备通过精密力传感器与位移控制系统，能够获取粮食籽粒群体的平均抗压强度、剪切力及弯曲力等力学参数，但测试过程通常需要对样品进行制样或批量压缩，设备体积庞大、测试周期较长，同样无法对单颗粒粮食进行快速、无损或微损的力学评估。

4、现有粮食检测技术中，虽然通过烘干机、质构仪等试验仪器可检测粮食的各类指标，但目前尚无将单颗粒水分与强度在同一台仪器上联合、快速、同步测定的现场实用化快速检测方案；且粮食水分测试仪无法将单颗粮食颗粒的内部水分与表面、以及颗粒之间的水分分离开，检测数据是整个被测区域内水分混合平均结果，对于单颗粒级别的水分检测，虽有近红外显微成像等光谱技术手段，但其设备昂贵、操作复杂、环境适应性差，难以推广至现场作业场景；故亟待改进。

技术实现思路

1、为了改善现有技术中难以对单粒粮食水分和强度进行同时进行检测的问题，本技术提供一种单颗粒粮食强度水分测试方法及装置。

2、本技术提供的一种单颗粒粮食强度水分测试装置采用如下的技术方案：

3、一种单颗粒粮食强度水分测试装置，包括壳体，所述壳体顶部固接有进料管，所述壳体上固接有电池仓，所述壳体上设置有用于对单粒粮食强度进行检测的强度检测组件、设置有用于对单粒粮食水分进行检测的水分检测组件以及设置有用于对粮食残渣进行清理的清理组件；

4、所述强度检测组件包括转动设置在所述壳体内的碾压轮，所述碾压轮外周壁上均匀间隔固接有多个碾压齿，所述壳体内设置有抵压板，所述壳体内设置有压力传感器，所述压力传感器与所述抵压板底部相抵接，所述抵压板与所述碾压轮间隔一定距离，所述强度检测组件还包括设置有驱动所述碾压轮转动的驱动件以及设置有调整所述抵压板与所述碾压轮之间间距的调节件；

5、所述水分检测组件包括固接在壳体上的正极筒，所述正极筒内设置有滚珠，所述滚珠与所述碾压轮相抵接，所述壳体上固接有负极筒，所述负极筒远离所述壳体的一端固接在所述抵压板上，所述壳体上设置有兆欧表，所述兆欧表的两端分别与所述正极筒和所述负极筒相连。

6、通过采用上述技术方案，对单粒粮食强度和水分进行检测时，电池仓可安装或更换电池，用于向强度检测组件和水分检测组件供电，技术人员先将单粒粮食从进料管内投入，粮食颗粒进入碾压轮和抵压板之间的间隙中，随后驱动件带动碾压轮转动，由于碾压轮的外周壁上固接有多个碾压齿，增加了单粒粮食与碾压轮之间的摩擦力，碾压齿带动粮食与抵压板相抵，并使抵压板发生弹性形变，当粮食颗粒被压裂时，抵压板恢复原状；在此过程中，抵压板的形变作用于压力传感器，压力传感器识别抵压板形变程度，即可反应单粒粮食的强度。

7、对不同大小颗粒的粮食进行检测时，例如玉米、麦粒等，通过调节件调整抵压板与碾压轮之间的间隙，以适应不同种类粮食的测试需求。

8、相对于现有技术中采用质构仪或万能材料试验机对多颗粮食整体强度进行检测，该装置有利于现场作业对粮食进行检测，且能够有效分析粮食颗粒个体差异，适用于育种筛选，并有助于探究单粒粮食强度与单粒水分含量等其他属性之间的关联，为精确调控加工工艺提供数据支持。

9、当碾压轮和抵压板将单颗粮食破碎后，通过向正极筒和负极筒通电，电流依次经过碾压轮、破碎的粮食和抵压板，由于同类粮食中水分含量越多时，其电阻越小，故通过测量破碎后的粮食的电阻值，即可准确检测其水分含量；相对于现有技术中通过粮食水分测试仪检测粮食水分时，有效的检测了粮食内部实际水分含量，减少了粮食间隙、粮食表面状态对检测结果的干扰，显著提高了检测精确度，该装置可同时对单颗粮食的强度和水分进行检测，有利于现场作用对粮食快速检测，提高了粮食检测的便利性。

10、当单粒粮食强度和水分检测完成后，清理组件对破碎后的碎屑和粘附在碾压轮上的粮食残渣进行清除，从而减少残留物对后续粮食检测的影响。

11、可选的，所述驱动件包括转动设置在所述壳体上的第一皮带轮和第二皮带轮，所述第一皮带轮和所述第二皮带轮之间套设有皮带，所述壳体上转动设置有转轴，所述第一皮带轮同轴固接在所述转轴上，所述碾压轮同轴固接在转轴远离所述第一皮带轮的一端，所述壳体上设置有电机，所述电机的输出端同轴固接在所述第二皮带轮上。

12、通过采用上述技术方案，对单粒粮食进行检测时，启动电机，电机带动第二皮带轮转动，并通过皮带带动第一皮带轮转动，第一皮带轮通过转轴带动碾压轮转动，碾压轮转动进而带动粮食进而碾压轮和抵压板之间的间隙，并对粮食进行碾压。

13、可选的，所述抵压板包括进料部、抵接部和出料部，所述进料部与所述碾压轮形成开口逐渐缩小的进料口，所述抵接部与所述碾压轮形成的缝隙对粮食进行碾压，所述出料口与所述碾压轮之间形成开口逐渐增大的出料口。

14、通过采用上述技术方案，当技术人员将粮食通入进料管内，粮食进入进料部，由于碾压轮与进料部形成的进料口逐渐减少，方便粮食进而碾压轮与抵接部之间的间隙，当粮食进入抵接部时，抵接部和碾压轮对粮食进行挤压，并使粮食破裂，碾压轮继续转动，带动破碎后的粮食均匀覆盖在抵接部上，碾压轮停止转动，并向正极筒和负极筒通电，对粮食内部实际水分进行检测，同时由于破损后的粮食厚度一致，减少了因破碎后粮食的截面大小导致的测量误差，提高了粮食水分检测的准确性；粮食强度和水分检测完成后，碾压轮再次转动，并带动破碎后的粮食远离出料部。

15、可选的，所述调节件包括螺纹连接在所述壳体上的调节杆，所述调节杆的端部转动设置在所述进料部，所述壳体上固接有限位块，所述限位块上螺纹连接有限位杆，所述限位杆与所述抵接部相活动抵接。

16、通过采用上述技术方案，当需要对不同大小的粮食进行检测时，通过扭动调节杆，调节杆与抵压板的进料部相转动连接，进而调整抵接部与碾压轮之间的间隙大小，使抵压板可对不同大小的粮食进行检测。

17、可选的，所述清理组件包括固接在所述壳体内的安装板，所述安装板上设置毛刷，所述毛刷与所述碾压轮外周壁相抵，所述清理组件还包括设置有用于对粮食碎渣进行清理的吸附件。

18、通过采用上述技术方案，由于碾压轮和抵压板对粮食进行挤压过程中，部分含油量或者含水量较大的粮食碎块粘附在碾压轮上，壳体内部的毛刷将粘附在碾压轮上的粮食碎块清除干净，减少了粮食碎屑对下次检测造成的干扰。

19、可选的，所述强度检测组件还包括滑动设置在所述壳体内的套筒，所述套筒的一端固接在所述抵压板上，所述套筒远离所述抵压板的一端与所述压力传感器相弹性抵接。

20、通过采用上述技术方案，当粮食进入碾压轮和抵压板之间的间隙时，粮食使抵压板发生形变，抵压板上的套筒与压力传感器相抵接，进而将力传递至压力传感器，并识别粮食整体的强度。

21、可选的，所述清理组件包括固接在所述壳体内的安装板，所述安装板上设置毛刷，所述毛刷与所述碾压轮外周壁相抵，所述清理组件还包括设置有用于对粮食碎渣进行清理的吸附件。

22、通过采用上述技术方案，当粮食检测后，由于含水量或含油量较大的粮食易粘附在碾压轮上，再次启动电机，碾压轮带动碎块粮食转动至毛刷处，毛刷对碾压轮上的粮食进行清理，当对易碎粮食进行检测时，吸附件对破碎后的粮食碎屑进行吸附清理，进而减少破碎粮食对后续检测的影响，提高装置的稳定性。

23、可选的，所述吸附件包括设置在所述壳体上的收集仓，所述收集仓内设置有滤筒，所述壳体上转动设置有风扇，所述壳体上设置有驱动风扇转动的马达，所述马达的输出端同轴固接有主动轮，所述收集仓内转动设置有与所述主动轮相啮合的从动轮，所述风扇同轴固接在所述从动轮上，所述壳体的一端固接有弯管，所述弯管的一端与所述收集仓相连通，所述弯管的另一端贯穿所述壳体并指向所述抵压板。

24、通过采用上述技术方案，需要对粮食碎屑进行清理时，启动马达，马达带动主动轮转动，主动轮与从动轮相啮合，并通过从动轮带动风扇转动，风扇产生的吸力通过弯管对抵压板的出料部进行吸附，对检测过程中产生的粮食碎屑进行吸附，并收集至收集仓内。

25、可选的，所述壳体上滑动设置有碎料仓，所述壳体上开设有与所述碎料仓相插接适配的碎料口，所述碎料仓包括两个碎料腔，两个所述碎料腔分别与所述出料部和所述收集仓相连通。

26、通过采用上述技术方案，碎料仓分隔成两个碎料仓，其一与收集仓相连通，提高了收集仓的密封性，提高了风扇的吸附效果，而经过毛刷清理后的粮食碎块落入碎料仓碎料腔内，对破损的粮食进行收集清理。

27、一种单颗粒粮食强度水分测试方法，包括以下步骤：

28、s1、检测前调整，技术人员扭动调节杆，使抵压板与碾压轮之间的间隙与待测粮食的大小相匹配；

29、s2、粮食强度检测，启动电机，电机通过第一皮带轮、第二皮带轮、皮带和转轴带动碾压轮转动，并将粮食颗粒带动至抵压板的抵接部，压力传感器识别抵压板的受力程度，进而识别粮食整体的强度；

30、s3、粮食水分检测，碾压轮停止转动，兆欧表向正极筒和负极筒之间通电，电流依次经抵压板、破碎后的粮食和碾压轮，通过测量粮食的电阻，进而识别粮食的水分；

31、s4、粮食碎渣清理，碾压轮再次启动，并带动粘附在碾压轮上的粮食移动至壳体上方，壳体上的毛刷对碾压轮上的粮食进行清理，清理后的粮食掉入碎料仓内，启动马达，马达通过主动轮和从动轮带动风扇转动，并将散落在抵压板上的粮食碎屑进行吸附清理，粮食碎屑经过弯管收集至碎料仓内。

32、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

33、1.由于该装置体积小，便于携带，相对于现有技术中质构仪、万能材料试验机等检测粮食强度设备以及烘箱等检测粮食水分设备，该装置可广泛应用于粮食收购现场、加工环节、育种场景等现场作业条件下进行实时监测，并可同时获取粮食强度和含水量等数据；

34、2.对粮食水分进行检测时，先通过碾压轮和抵压板对粮食进行破碎并碾压平整，使粮食均匀分布在碾压轮和抵压板之间，再通过正极筒和负极筒测量电阻值，相对于现有技术中通过粮食水分测试仪来说，有效的减少了因粮食颗粒之间水分、颗粒内部与表面水分之间的干扰，从而准确检测单粒粮食内部实际含水量，同时减少了破碎后的粮食因截面面积、形态等问题导致的检测误差，提高了粮食水分检测的准确度；

35、3.对粮食强度和水分进行检测时，技术人员将粮食颗粒投放至进料管，启动电机，电机带动第二皮带轮转动，第二皮带轮通过皮带带动第一皮带轮转动，第一皮带轮通过转轴带动碾压轮转动，并带动粮食进入碾压轮和抵压板之间，抵压板对粮食进行挤压，并使粮食破碎，通过压力传感器即可识别粮食的强度，并通过兆欧表检测破碎后粮食的电阻即可检测粮食的实际含水量，该装置同时对粮食的强度和水分进行检测，有效的提高了检测效率，并通过碾压轮与抵压板对粮食颗粒进行挤压破碎，模拟粮食在脱粒、研磨等环节中的真实受力过程，为后续对粮食加工性能提供关键指标；

36、4.检测完成后，启动电机，碾压轮转动并带动粘附在其上的粮食碎块移动至毛刷处，毛刷对碾压轮进行清理，再启动马达，马达带动主动轮转动，主动轮带动从动轮和风扇转动，通过弯管吸附在壳体内部的粮食碎屑，减少了壳体内碎块和碎屑残留对后续检测的影响，提高了装置检测的稳定性和准确性。