[实用新型]基于多传感器数据融合的木材含水率智能检测装置

说明书

技术领域

本实用新型提供了一种基于多传感器数据融合的木材含水率智能检测装置，主要用于木材加工领域中木材干燥过程中木材含水率的检测。

背景技术

当今世界正面临着森林资源日益减少所带来的环保和生态问题，为保护人类共同生存的地球，世界上大多数国家对森林资源(特别是天然林)都采取了限伐政策。包括中国在内的一些缺材国家依赖进口材以弥补不足的情况将日益受到制约。有效地利用有限的木材资源显得日益重要。近年来，由于木材具有许多优异的功能和能满足人们回归大自然的要求，它在建筑、室内装饰、家具、车船、交通运输领域得到广泛的应用，木材的需要量逐年递增。面对我国这样一个少林国家，如何更好地改善木材使用性能并提高它的利用率，成为摆在木材科学工作者面前亟待解决的问题之一。

木材要利用，首先要进行干燥处理。在木材干燥过程中，木材含水率达到干燥工艺要求是木材干燥的最终目的，也是保证木材干燥最终产品满足用户要求的一项重要的质量控制手段。而且，木材含水率还是木材干燥过程控制的主要反馈量之一，木材含水率检测的准确性将直接影响到木材干燥质量的好坏、干燥成本的高低以及干燥周期的长短。因此，其测量精度的准确性问题已成为国内外木材加工业广泛关注的前沿研究课题之一。

中国专利NO.98243294.1公开了一种用于木材干燥设备系统中的木材含水率测量装置，其电路结构包括测量探针、对数放大器、去记忆电路、V/F转换电路、光电隔离电路、接口和电源电路，该实用新型通过采用对数放大、消除电记忆和采用V/F(电压/频率)变换措施，提高木材含水率测量的分辨率和精度。但是，该测量装置没有考虑在木材干燥窑内工作状态的复杂性和不确定性，从木材的微观导电机理来看，木材含水率值主要与温度和树种有关；从宏观测试过程来看，木材含水率还与干燥窑内的温度、平衡含水率、气流风速环境因子存在相互耦合和相关关系。无论从微观还是宏观分析来看，温度都是影响木材含水率测量精度的主导因素。单一木材含水率测量装置不能充分利用干燥窑内多传感器数据资源，不能优化组合多种传感器冗余或互补信息，不能解决环境因子对木材含水率测量精度的影响，从而使提高木材含水率检测精度受到了一定的限制。

发明内容

本实用新型的目的在于克服已有技术的不足，提供一种基于多传感器数据融合的木材含水率智能检测装置，通过采集干燥过程中不同测量点的温度、平衡含水率及木材含水率电信号，利用数据融合的方法，有效地提高木材含水率检测的有效性、可靠性、精确性、鲁棒性。

为了达到上述目的，本实用新型提供的基于多传感器数据融合的木材含水率智能检测装置包括传感器模块、信号调理模块、数据采集模块、神经网络数据融合模块、以及上位机显示模块。木材干燥窑内的温度、平衡含水率、木材含水率参数经传感器模块检测、输出与各被测量相对应的电信号；电信号经信号调理模块放大、滤波输入数据采集模块；数据采集模块包括DSP控制器、串行通信接口、光耦隔离。DSP控制器作为数据处理核心，把信号调理模块输入的模拟信号经过模数转换为数字信号送至主控制器，主控制器芯片对温度、湿度、木材含水率参数分配地址自动巡测。温度、平衡含水率需计算、查表得到，由主控器的串行通信接口传送至上位机显示模块实时显示数据。

神经网络数据融合模块以干燥窑内的多源传感器信息作为输入，根据系统要求以及数据特点选择神经网络模型结构及学习算法，对所建立的神经网络系统进行离线学习，学习并调整权值，直至训练到误差减小到允许的范围，确定网络的连接权值和连接结构，将该融合模型记录在数据库中。在实际干燥窑工作过程中，把数据采集模块输出的温度等效电信号和木材含水率等效电信号输入到神经网络数据融合模块，经过归一化处理，将网络训练后所得的权值载入数据融合模型中，融合输出木材含水率值，送至上位机显示模块实时显示木材含水率值。

上位机显示模块实时显示由数据采集模块输出的木材干燥窑内温度、平衡含水率数据，以及由神经网络数据融合模块融合输出的木材含水率值，并同时显示窑内的干燥状态、运行时间、干燥基准阶段、数据超范围报警。