小麥作為世界三大糧食作物之一,提供了人類所需能量的20%,全球約35%的人口以小麥作為主要的糧食來源。小麥中水分含量的多少是評價其品質(zhì)好壞和匿藏加工中及其重要的一個指標。目前對于小麥含水率的檢測方法有直接法和間接法,直接法檢測精度高但費時費力,間接法有電阻法、電容法、射線法、紅外線法等,然而這些方法都這各自的局限性,與實時在線測量的需求之間存在一定的差距,不適用于在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中推廣,與傳統(tǒng)的小麥含水率檢測法相比,基于自由空間法的小麥含水率測量方法具有精度高、適合實時在線檢測等眾多優(yōu)勢。本研究以西北農(nóng)林科技大學(xué)自主培育的小偃22號小麥為研究對象,基于微波自由空間測量法研究測量信號頻率(1~4GHz)、溫度(10~40℃)、含水率(11.35%~17.79%)和容積密度(低、高)對小麥介電特性的影響,進而建立預(yù)測小麥含水率的數(shù)學(xué)模型,并對所建立的數(shù)學(xué)模型進行評判。取得了如下結(jié)論:(1)在測量頻率為1~4GHz下,小麥的相對介電常數(shù)?'隨頻率的增大而呈單調(diào)遞減趨勢,小麥的相對介電常數(shù)?'隨溫度、含水率和容積密度的增大而呈單調(diào)遞增趨勢。(2)在測量頻率為1~4GHz下,小麥的介電損耗因數(shù)?'隨頻率的增大而呈單調(diào)遞減趨勢,小麥的介電損耗因數(shù)?'隨溫度、含水率和容積密度的增大而呈單調(diào)遞增趨勢。(3)利用Design-Expert8.0.5b軟件構(gòu)建了小麥相對介電常數(shù)和介電損耗因數(shù)與含水率、容積密度、溫度的多項式模型,所構(gòu)建的小麥介電特性預(yù)測模型的顯著性均小于0.0001,其數(shù)學(xué)模型是極其顯著的。模型方差分析表表明,影響介電特性值的最主要因素為含水率、溫度和容積密度,但三者之間并不是簡單地線性關(guān)系。(4)小麥介電特性值驗證結(jié)果表明,所構(gòu)建的小麥介電特性值的預(yù)測值與實測值之間有非常顯著的線性關(guān)系,其R~2均大于0.95,因此可以得到,由Design-Expert8.0.5b軟件所構(gòu)建出來的小麥介電特性預(yù)測模型具有較高的精度。(5)在所建立的小麥含水率預(yù)測模型中,單頻條件下,ELM預(yù)測模型的預(yù)測效果最佳,其單頻下最好的頻點為3.9GHz,預(yù)測模型的R_C和R_P分別為0.9662和0.9784;多頻條件下,SVM預(yù)測模型的預(yù)測效果最佳,其多頻下最好的頻段為1.0~1.5GHz,預(yù)測模型的R_C和R_P分別為0.9856和0.9736;全頻條件下,SVM模型中的預(yù)測效果最佳,預(yù)測模型的R_C和R_P分別為0.9834和0.9838。(6)在所用的PLS、SVM和ELM預(yù)測模型中,單頻下的預(yù)測效果沒有多頻和全頻的預(yù)測效果好。在PLS預(yù)測模型和ELM預(yù)測模型下,多頻條件下的預(yù)測模型結(jié)果好于全頻條件下的預(yù)測模型結(jié)果,在SVM預(yù)測模型下,全頻條件下預(yù)測模型結(jié)果好于多頻條件下預(yù)測模型結(jié)果。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S512.1
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 農(nóng)產(chǎn)品含水率檢測方法
        1.2.1 直接法
        1.2.2 間接法
    1.3 介電特性基本理論
        1.3.1 介電特性和電介質(zhì)
        1.3.2 介電特性的主要參數(shù)
    1.4 國內(nèi)外農(nóng)產(chǎn)品介電特性研究進展
        1.4.1 介電特性的測量方法
        1.4.2 谷物介電特性研究現(xiàn)狀
        1.4.3 水果介電特性研究現(xiàn)狀
        1.4.4 農(nóng)產(chǎn)品水分檢測儀研究現(xiàn)狀
        1.4.5 自由空間法測量優(yōu)點
    1.5 本研究的主要內(nèi)容
    1.6 論文組織安排
第二章 材料與實驗方法
    2.1 自由空間法測量原理
    2.2 材料與處理
    2.3 儀器與設(shè)備
    2.4 不同小麥樣品的制備
    2.5 測量方法
        2.5.1 介電特性測量方法
        2.5.2 含水率測量方法
        2.5.3 小麥樣品溫度測量方法
        2.5.4 小麥樣品容積密度測量方法
    2.6 測量步驟
    2.7 本章小結(jié)
第三章 主要因素對小麥介電特性的影響
    3.1 小麥樣品的參數(shù)
    3.2 不同因素對小麥含水率影響分析
        3.2.1 頻率對小麥復(fù)相對介電常數(shù)的影響
        3.2.2 容積密度對小麥介電特性的影響
        3.2.3 含水率對小麥復(fù)相對介電常數(shù)的影響
        3.2.4 溫度對小麥介電特性的影響
    3.3 本章小結(jié)
第四章 小麥介電特性預(yù)測模型的建立與驗證
    4.1 多項式回歸模型的建立
    4.2 小麥介電特性模型的驗證
    4.3 本章小結(jié)
第五章 小麥含水率預(yù)測模型的建立與驗證
    5.1 數(shù)據(jù)分析及處理方法
        5.1.1 樣本劃分方法
        5.1.2 建模方法概述
        5.1.3 模型的評估參數(shù)
    5.2 結(jié)果與分析
        5.2.1 樣本劃分
        5.2.2 單頻建模結(jié)果
        5.2.3 多頻建模結(jié)果
        5.2.4 全頻建模結(jié)果
        5.2.5 對比分析
    5.3 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 創(chuàng)新點
    6.3 展望
參考文獻
致謝
作者簡介

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本文編號：2839511