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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 蔗汁晶化過(guò)飽和度微波傳感及裝置
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品針對(duì)原有的蔗汁晶化過(guò)飽和度檢測(cè)傳感器易鈍化，且不能進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)的缺點(diǎn)，利用微波技術(shù)設(shè)計(jì)了用于實(shí)時(shí)在線檢測(cè)蔗汁過(guò)飽和度的“蔗汁晶化過(guò)飽和度微波感應(yīng)在線檢測(cè)器”，并第一次將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于廣西蔗糖生產(chǎn)監(jiān)控領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了蔗糖煮糖在線實(shí)時(shí)遙測(cè)遙控。 本作品現(xiàn)已獲得實(shí)用新型專利一項(xiàng)(專利號(hào)：200720079801.7)，通過(guò)發(fā)明專利審查一項(xiàng)(發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)枺?00710049234.5)，在核心期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文一篇。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品主要由：過(guò)飽和度傳感器、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)動(dòng)控制部分以及監(jiān)控PC機(jī)組成。過(guò)飽和度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)蔗汁結(jié)晶罐上的過(guò)飽和度，當(dāng)監(jiān)控PC機(jī)發(fā)出采樣命令后，主控模塊將采樣命令通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至相應(yīng)的采樣節(jié)點(diǎn)，采樣節(jié)點(diǎn)采集傳感器當(dāng)前的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)發(fā)送回主控模塊，主控模塊對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后存入監(jiān)控PC機(jī)軟件中。PC機(jī)軟件對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，若需要控制伺服電機(jī)，則主控模塊通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制命令，使電機(jī)按要求進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)蔗糖煮糖在線實(shí)時(shí)遙測(cè)遙控。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計(jì)發(fā)明的目的：廣西是甘蔗產(chǎn)糖大省，但目前制糖業(yè)還處于人工煮糖的階段，若能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化煮糖則能夠減少產(chǎn)業(yè)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，達(dá)到節(jié)能增效的目的。而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化煮糖的核心問(wèn)題是煮糖過(guò)程中蔗汁晶化過(guò)飽和度及其相關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)。為了解決這些問(wèn)題，作者研究分析總結(jié)了前人對(duì)蔗汁晶化過(guò)飽和度檢測(cè)及其自動(dòng)控制所做的工作，并吸收他們成功的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也指出前人所用方法存在的不足，提出以微波非接觸式的傳感技術(shù)解決蔗汁晶化過(guò)飽和度的檢測(cè)問(wèn)題這一新思路。 本作品的創(chuàng)新點(diǎn)：1）應(yīng)用微波非接觸式的傳感技術(shù)解決蔗汁晶化過(guò)飽和度的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)問(wèn)題，克服了現(xiàn)有的接觸式傳感器使用周期短、易鈍化等缺點(diǎn)； 2）使用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了蔗糖煮糖在線實(shí)時(shí)遙測(cè)遙控，且降低了系統(tǒng)有線連接成本；3）本作品還具有可靠性高、性價(jià)比高、系統(tǒng)集成靈活方便快捷等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)獲得實(shí)用新型專利1項(xiàng)，待授權(quán)發(fā)明專利1項(xiàng)（已公開(kāi)，通過(guò)實(shí)審）。 本作品的技術(shù)關(guān)鍵：1）煮糖罐內(nèi)，存在高溫高壓、腐蝕性物質(zhì)、固態(tài)液態(tài)氣態(tài)以及氣泡不規(guī)則游動(dòng)等復(fù)雜環(huán)境，在這種環(huán)境下，準(zhǔn)確檢測(cè)出煮糖罐中的蔗汁晶化過(guò)飽和度(即信息提取)；2）微波頻率與蔗汁晶化變化情況的關(guān)系；3）傳感器的頻率響應(yīng)與信息的可靠傳輸；4）軟硬件設(shè)計(jì)。 主要技術(shù)指標(biāo)：1）微波傳感器實(shí)時(shí)在線檢測(cè)精度≤±1%；2）微波頻率：470-656 MHz；3）無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的頻率范圍及數(shù)據(jù)傳輸速率：433MHz，100kbps；4）網(wǎng)絡(luò)最大節(jié)點(diǎn)數(shù)：400；5）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膩G失率：0.5%。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 蔗汁晶化過(guò)飽和度的檢測(cè)方法有很多?？v觀前人成果，測(cè)量方法基本分為接觸式和非接觸式測(cè)量。接觸式測(cè)量主要是使用電導(dǎo)儀測(cè)量糖膏的電導(dǎo)率，若使其準(zhǔn)確反映過(guò)飽和度，必須固定其純度，且高于96％以上不宜采用，積垢后嚴(yán)重影響工作。因此，接觸式測(cè)量存在很大缺陷。在非接觸式測(cè)量中，有利用γ射線和近紅外光譜分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。γ射線檢測(cè)效果較好，但是由于γ射線是原子衰變裂解時(shí)釋放出的射線之一，容易引起細(xì)胞突變、癌癥等，從而污染糖制品。近紅外光譜分析技術(shù)安全，但是，需要將糖液樣品從煮糖罐內(nèi)取出，并經(jīng)過(guò)預(yù)處理后才能進(jìn)行分析，不能很好的達(dá)到實(shí)時(shí)在線測(cè)量的目的。綜上所述，接觸式測(cè)量傳感器較復(fù)雜，且易導(dǎo)致傳感器積垢；以上提及的非接觸式測(cè)量傳感器，不能達(dá)到實(shí)時(shí)在線檢測(cè)的目的。我們提出的通過(guò)微波技術(shù)法檢測(cè)糖液濃度或過(guò)飽和度，則能夠較好的解決以上問(wèn)題。本檢測(cè)裝置——蔗汁晶化過(guò)飽和度微波感應(yīng)在線檢測(cè)方法和檢測(cè)器，已獲得實(shí)用新型專利（專利號(hào)200720079801.7），在核心期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文1篇。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2008.10 獲由某校校團(tuán)委、學(xué)生工作處舉辦的第四屆“創(chuàng)新杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽科技發(fā)明類一等獎(jiǎng)； 2008.5.14 獲得中華人民共和國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局實(shí)用新型專利授權(quán)，并通過(guò)發(fā)明專利實(shí)審。
作品所處階段
- 已在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 面議
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品 現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本作品的技術(shù)特點(diǎn)： 1）利用微波非接觸式的傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)蔗汁晶化過(guò)飽和度的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)； 2）第一次將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于制糖生產(chǎn)線，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線上的無(wú)線監(jiān)測(cè)與控制。 市場(chǎng)分析與經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：現(xiàn)有的測(cè)量蔗汁晶化過(guò)飽和度的傳感器，價(jià)格約為9萬(wàn)元人民幣；我們自主研制的蔗汁晶化過(guò)飽和度微波感應(yīng)在線檢測(cè)器價(jià)格約為1萬(wàn)元人民幣，且與原來(lái)的傳感器相比，其使用周期更長(zhǎng)，測(cè)量準(zhǔn)確性高，性價(jià)比較高，使用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)使得系統(tǒng)造價(jià)低，布線、升級(jí)方便快捷。 本裝置成功應(yīng)用在來(lái)賓東糖蔗糖集團(tuán)鳳凰有限公司的蔗糖煉制生產(chǎn)線上，該裝置的成功應(yīng)用減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，有效縮短了人工煮糖的時(shí)間，對(duì)制糖業(yè)節(jié)能減排起了到非常好的促進(jìn)作用，取得很好的社會(huì)效益。
同類課題研究水平概述
- 目前在自動(dòng)煮糖生產(chǎn)線上使用的糖膏過(guò)飽和度的測(cè)試裝置，國(guó)內(nèi)外主要分為接觸式和非接觸式兩種。其中，接觸式的測(cè)量裝置有糖膏電導(dǎo)儀、雙電極糖膏微波測(cè)量?jī)x和錘度計(jì)，而非接觸式的有激光、γ射線糖膏測(cè)量?jī)x以及近紅外光譜分析測(cè)量?jī)x。 對(duì)于接觸式的電導(dǎo)儀測(cè)量糖膏的電導(dǎo)率，若使其準(zhǔn)確反映過(guò)飽和度，必須固定其純度，且高于96％以上不宜采用。而測(cè)量糖膏的折光率來(lái)反映其過(guò)飽和度的變化規(guī)律時(shí)，其溫度特性較差，不適合控制整個(gè)煮糖過(guò)程。雙電極糖膏微波測(cè)量?jī)x直接接觸糖液易積垢，嚴(yán)重的影響了工作。因此，接觸式測(cè)量存在很大缺陷。在非接觸式測(cè)量中，有利用激光、γ射線實(shí)現(xiàn)測(cè)量，也有利用近紅外光譜分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。采用激光技術(shù)實(shí)現(xiàn)的非接觸測(cè)量效果欠佳，而γ射線是原子衰變裂解時(shí)釋放出的射線之一，其電磁波波長(zhǎng)很短，穿透力很強(qiáng)，又?jǐn)y帶高能量，容易造成生物體細(xì)胞內(nèi)的DNA斷裂進(jìn)而引起細(xì)胞突變、癌癥等疾病，會(huì)污染糖制品。近紅外光譜分析技術(shù)安全，取樣后分析樣品的速度較快，但是，需要將糖液樣品從煮糖罐內(nèi)取出，并經(jīng)過(guò)預(yù)處理后才能進(jìn)行分析，不能很好的達(dá)到實(shí)時(shí)在線測(cè)量的目的。綜上所述，接觸式傳感器較復(fù)雜，且易導(dǎo)致傳感器積垢；而以上提及的非接觸式傳感器，則不能達(dá)到實(shí)時(shí)在線檢測(cè)的目的。 我們經(jīng)過(guò)兩年多時(shí)間的大量實(shí)驗(yàn)和研究，從利用微波檢測(cè)蔗糖結(jié)晶過(guò)程方法的產(chǎn)生到理論可行性的驗(yàn)證，從微波傳感器工作頻率的選擇到檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)，從檢測(cè)電路的基本實(shí)現(xiàn)到糖廠惡劣環(huán)境下檢測(cè)電路的可靠運(yùn)行，從利用無(wú)線的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸想法的產(chǎn)生到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，從點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的成功傳輸?shù)秸麄€(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的可靠傳輸，從對(duì)單個(gè)閥門的控制到對(duì)多個(gè)閥門的實(shí)時(shí)控制，我們都付出了巨大的努力，并最終研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的蔗汁晶化過(guò)飽和度微波感應(yīng)在線檢測(cè)方法和檢測(cè)器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)蔗糖結(jié)晶過(guò)程的自動(dòng)控制。該裝置的成功應(yīng)用減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，有效縮短了人工煮糖的時(shí)間，對(duì)制糖業(yè)節(jié)能減排起到了非常好的促進(jìn)作用，取得了很好的社會(huì)效益。
