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基本信息
- 項目名稱：
- 蔗汁晶化過飽和度微波傳感及裝置
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品針對原有的蔗汁晶化過飽和度檢測傳感器易鈍化，且不能進行實時在線檢測的缺點，利用微波技術(shù)設(shè)計了用于實時在線檢測蔗汁過飽和度的“蔗汁晶化過飽和度微波感應(yīng)在線檢測器”，并第一次將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于廣西蔗糖生產(chǎn)監(jiān)控領(lǐng)域，實現(xiàn)了蔗糖煮糖在線實時遙測遙控。 本作品現(xiàn)已獲得實用新型專利一項(專利號：200720079801.7)，通過發(fā)明專利審查一項(發(fā)明專利申請?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：過飽和度傳感器、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、運動控制部分以及監(jiān)控PC機組成。過飽和度傳感器實時檢測蔗汁結(jié)晶罐上的過飽和度，當(dāng)監(jiān)控PC機發(fā)出采樣命令后，主控模塊將采樣命令通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至相應(yīng)的采樣節(jié)點，采樣節(jié)點采集傳感器當(dāng)前的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)發(fā)送回主控模塊，主控模塊對采樣數(shù)據(jù)進行處理后存入監(jiān)控PC機軟件中。PC機軟件對采樣數(shù)據(jù)進行分析后，若需要控制伺服電機，則主控模塊通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對控制節(jié)點發(fā)送控制命令，使電機按要求進行相應(yīng)的動作，從而實現(xiàn)蔗糖煮糖在線實時遙測遙控。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計發(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，若能實現(xiàn)自動化煮糖則能夠減少產(chǎn)業(yè)工人的勞動強度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，達(dá)到節(jié)能增效的目的。而實現(xiàn)自動化煮糖的核心問題是煮糖過程中蔗汁晶化過飽和度及其相關(guān)參數(shù)的實時在線檢測。為了解決這些問題，作者研究分析總結(jié)了前人對蔗汁晶化過飽和度檢測及其自動控制所做的工作，并吸收他們成功的經(jīng)驗，同時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)解決蔗汁晶化過飽和度的檢測問題這一新思路。 本作品的創(chuàng)新點：1）應(yīng)用微波非接觸式的傳感技術(shù)解決蔗汁晶化過飽和度的實時在線檢測問題，克服了現(xiàn)有的接觸式傳感器使用周期短、易鈍化等缺點； 2）使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了蔗糖煮糖在線實時遙測遙控，且降低了系統(tǒng)有線連接成本；3）本作品還具有可靠性高、性價比高、系統(tǒng)集成靈活方便快捷等優(yōu)點?，F(xiàn)獲得實用新型專利1項，待授權(quán)發(fā)明專利1項（已公開，通過實審）。 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)則游動等復(fù)雜環(huán)境，在這種環(huán)境下，準(zhǔn)確檢測出煮糖罐中的蔗汁晶化過飽和度(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。 主要技術(shù)指標(biāo)：1）微波傳感器實時在線檢測精度≤±1%；2）微波頻率：470-656 MHz；3）無線傳感器網(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、先進性
- 蔗汁晶化過飽和度的檢測方法有很多?？v觀前人成果，測量方法基本分為接觸式和非接觸式測量。接觸式測量主要是使用電導(dǎo)儀測量糖膏的電導(dǎo)率，若使其準(zhǔn)確反映過飽和度，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，接觸式測量存在很大缺陷。在非接觸式測量中，有利用γ射線和近紅外光譜分析技術(shù)實現(xiàn)測量的。γ射線檢測效果較好，但是由于γ射線是原子衰變裂解時釋放出的射線之一，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)過預(yù)處理后才能進行分析，不能很好的達(dá)到實時在線測量的目的。綜上所述，接觸式測量傳感器較復(fù)雜，且易導(dǎo)致傳感器積垢；以上提及的非接觸式測量傳感器，不能達(dá)到實時在線檢測的目的。我們提出的通過微波技術(shù)法檢測糖液濃度或過飽和度，則能夠較好的解決以上問題。本檢測裝置——蔗汁晶化過飽和度微波感應(yīng)在線檢測方法和檢測器，已獲得實用新型專利（專利號200720079801.7），在核心期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文1篇。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2008.10 獲由某校校團委、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)科技作品競賽科技發(fā)明類一等獎； 2008.5.14 獲得中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局實用新型專利授權(quán)，并通過發(fā)明專利實審。
作品所處階段
- 已在生產(chǎn)現(xiàn)場使用
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 面議
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品 現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 本作品的技術(shù)特點： 1）利用微波非接觸式的傳感技術(shù)實現(xiàn)蔗汁晶化過飽和度的實時在線檢測； 2）第一次將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于制糖生產(chǎn)線，以實現(xiàn)生產(chǎn)線上的無線監(jiān)測與控制。 市場分析與經(jīng)濟效益預(yù)測：現(xiàn)有的測量蔗汁晶化過飽和度的傳感器，價格約為9萬元人民幣；我們自主研制的蔗汁晶化過飽和度微波感應(yīng)在線檢測器價格約為1萬元人民幣，且與原來的傳感器相比，其使用周期更長，測量準(zhǔn)確性高，性價比較高，使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)使得系統(tǒng)造價低，布線、升級方便快捷。 本裝置成功應(yīng)用在來賓東糖蔗糖集團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強度，有效縮短了人工煮糖的時間，對制糖業(yè)節(jié)能減排起了到非常好的促進作用，取得很好的社會效益。
同類課題研究水平概述
- 目前在自動煮糖生產(chǎn)線上使用的糖膏過飽和度的測試裝置，國內(nèi)外主要分為接觸式和非接觸式兩種。其中，接觸式的測量裝置有糖膏電導(dǎo)儀、雙電極糖膏微波測量儀和錘度計，而非接觸式的有激光、γ射線糖膏測量儀以及近紅外光譜分析測量儀。 對于接觸式的電導(dǎo)儀測量糖膏的電導(dǎo)率，若使其準(zhǔn)確反映過飽和度，必須固定其純度，且高于96％以上不宜采用。而測量糖膏的折光率來反映其過飽和度的變化規(guī)律時，其溫度特性較差，不適合控制整個煮糖過程。雙電極糖膏微波測量儀直接接觸糖液易積垢，嚴(yán)重的影響了工作。因此，接觸式測量存在很大缺陷。在非接觸式測量中，有利用激光、γ射線實現(xiàn)測量，也有利用近紅外光譜分析技術(shù)實現(xiàn)測量的。采用激光技術(shù)實現(xiàn)的非接觸測量效果欠佳，而γ射線是原子衰變裂解時釋放出的射線之一，其電磁波波長很短，穿透力很強，又?jǐn)y帶高能量，容易造成生物體細(xì)胞內(nèi)的DNA斷裂進而引起細(xì)胞突變、癌癥等疾病，會污染糖制品。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)過預(yù)處理后才能進行分析，不能很好的達(dá)到實時在線測量的目的。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)到實時在線檢測的目的。 我們經(jīng)過兩年多時間的大量實驗和研究，從利用微波檢測蔗糖結(jié)晶過程方法的產(chǎn)生到理論可行性的驗證，從微波傳感器工作頻率的選擇到檢測電路的設(shè)計，從檢測電路的基本實現(xiàn)到糖廠惡劣環(huán)境下檢測電路的可靠運行，從利用無線的方式進行數(shù)據(jù)傳輸想法的產(chǎn)生到無線網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，從點對點的成功傳輸?shù)秸麄€無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的可靠傳輸，從對單個閥門的控制到對多個閥門的實時控制，我們都付出了巨大的努力，并最終研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的蔗汁晶化過飽和度微波感應(yīng)在線檢測方法和檢測器，實現(xiàn)了對蔗糖結(jié)晶過程的自動控制。該裝置的成功應(yīng)用減少了工人的勞動強度，有效縮短了人工煮糖的時間，對制糖業(yè)節(jié)能減排起到了非常好的促進作用，取得了很好的社會效益。
