基本信息
- 项目名称：
- 蔗汁晶化过饱和度微波传感及装置
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品针对原有的蔗汁晶化过饱和度检测传感器易钝化，且不能进行实时在线检测的缺点，利用微波技术设计了用于实时在线检测蔗汁过饱和度的“蔗汁晶化过饱和度微波感应在线检测器”，并第一次将无线传感器网络应用于广西蔗糖生产监控领域，实现了蔗糖煮糖在线实时遥测遥控。 本作品现已获得实用新型专利一项(专利号：200720079801.7)，通过发明专利审查一项(发明专利申请号：200710049234.5)，在核心期刊上发表学术论文一篇。
- 详细介绍：
- 本作品主要由：过饱和度传感器、无线传感器网络、运动控制部分以及监控PC机组成。过饱和度传感器实时检测蔗汁结晶罐上的过饱和度，当监控PC机发出采样命令后，主控模块将采样命令通过无线传感器网络发送至相应的采样节点，采样节点采集传感器当前的数据并将数据发送回主控模块，主控模块对采样数据进行处理后存入监控PC机软件中。PC机软件对采样数据进行分析后，若需要控制伺服电机，则主控模块通过无线传感器网络对控制节点发送控制命令，使电机按要求进行相应的动作，从而实现蔗糖煮糖在线实时遥测遥控。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计发明的目的：广西是甘蔗产糖大省，但目前制糖业还处于人工煮糖的阶段，若能实现自动化煮糖则能够减少产业工人的劳动强度，提高产品质量，达到节能增效的目的。而实现自动化煮糖的核心问题是煮糖过程中蔗汁晶化过饱和度及其相关参数的实时在线检测。为了解决这些问题，作者研究分析总结了前人对蔗汁晶化过饱和度检测及其自动控制所做的工作，并吸收他们成功的经验，同时也指出前人所用方法存在的不足，提出以微波非接触式的传感技术解决蔗汁晶化过饱和度的检测问题这一新思路。 本作品的创新点：1）应用微波非接触式的传感技术解决蔗汁晶化过饱和度的实时在线检测问题，克服了现有的接触式传感器使用周期短、易钝化等缺点； 2）使用无线传感器网络，实现了蔗糖煮糖在线实时遥测遥控，且降低了系统有线连接成本；3）本作品还具有可靠性高、性价比高、系统集成灵活方便快捷等优点。现获得实用新型专利1项，待授权发明专利1项（已公开，通过实审）。 本作品的技术关键：1）煮糖罐内，存在高温高压、腐蚀性物质、固态液态气态以及气泡不规则游动等复杂环境，在这种环境下，准确检测出煮糖罐中的蔗汁晶化过饱和度(即信息提取)；2）微波频率与蔗汁晶化变化情况的关系；3）传感器的频率响应与信息的可靠传输；4）软硬件设计。 主要技术指标：1）微波传感器实时在线检测精度≤±1%；2）微波频率：470-656 MHz；3）无线传感器网络的频率范围及数据传输速率：433MHz，100kbps；4）网络最大节点数：400；5）网络数据传输的丢失率：0.5%。
科学性、先进性
- 蔗汁晶化过饱和度的检测方法有很多。纵观前人成果，测量方法基本分为接触式和非接触式测量。接触式测量主要是使用电导仪测量糖膏的电导率，若使其准确反映过饱和度，必须固定其纯度，且高于96％以上不宜采用，积垢后严重影响工作。因此，接触式测量存在很大缺陷。在非接触式测量中，有利用γ射线和近红外光谱分析技术实现测量的。γ射线检测效果较好，但是由于γ射线是原子衰变裂解时释放出的射线之一，容易引起细胞突变、癌症等，从而污染糖制品。近红外光谱分析技术安全，但是，需要将糖液样品从煮糖罐内取出，并经过预处理后才能进行分析，不能很好的达到实时在线测量的目的。综上所述，接触式测量传感器较复杂，且易导致传感器积垢；以上提及的非接触式测量传感器，不能达到实时在线检测的目的。我们提出的通过微波技术法检测糖液浓度或过饱和度，则能够较好的解决以上问题。本检测装置——蔗汁晶化过饱和度微波感应在线检测方法和检测器，已获得实用新型专利（专利号200720079801.7），在核心期刊发表学术论文1篇。
获奖情况及鉴定结果
- 2008.10 获由某校校团委、学生工作处举办的第四届“创新杯”大学生课外学术科技作品竞赛科技发明类一等奖； 2008.5.14 获得中华人民共和国国家知识产权局实用新型专利授权，并通过发明专利实审。
作品所处阶段
- 已在生产现场使用
技术转让方式
- 面议
作品可展示的形式
- 实物、产品 现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品的技术特点： 1）利用微波非接触式的传感技术实现蔗汁晶化过饱和度的实时在线检测； 2）第一次将无线传感器网络应用于制糖生产线，以实现生产线上的无线监测与控制。 市场分析与经济效益预测：现有的测量蔗汁晶化过饱和度的传感器，价格约为9万元人民币；我们自主研制的蔗汁晶化过饱和度微波感应在线检测器价格约为1万元人民币，且与原来的传感器相比，其使用周期更长，测量准确性高，性价比较高，使用无线传感器网络使得系统造价低，布线、升级方便快捷。 本装置成功应用在来宾东糖蔗糖集团凤凰有限公司的蔗糖炼制生产线上，该装置的成功应用减少了工人的劳动强度，有效缩短了人工煮糖的时间，对制糖业节能减排起了到非常好的促进作用，取得很好的社会效益。
同类课题研究水平概述
- 目前在自动煮糖生产线上使用的糖膏过饱和度的测试装置，国内外主要分为接触式和非接触式两种。其中，接触式的测量装置有糖膏电导仪、双电极糖膏微波测量仪和锤度计，而非接触式的有激光、γ射线糖膏测量仪以及近红外光谱分析测量仪。 对于接触式的电导仪测量糖膏的电导率，若使其准确反映过饱和度，必须固定其纯度，且高于96％以上不宜采用。而测量糖膏的折光率来反映其过饱和度的变化规律时，其温度特性较差，不适合控制整个煮糖过程。双电极糖膏微波测量仪直接接触糖液易积垢，严重的影响了工作。因此，接触式测量存在很大缺陷。在非接触式测量中，有利用激光、γ射线实现测量，也有利用近红外光谱分析技术实现测量的。采用激光技术实现的非接触测量效果欠佳，而γ射线是原子衰变裂解时释放出的射线之一，其电磁波波长很短，穿透力很强，又携带高能量，容易造成生物体细胞内的DNA断裂进而引起细胞突变、癌症等疾病，会污染糖制品。近红外光谱分析技术安全，取样后分析样品的速度较快，但是，需要将糖液样品从煮糖罐内取出，并经过预处理后才能进行分析，不能很好的达到实时在线测量的目的。综上所述，接触式传感器较复杂，且易导致传感器积垢；而以上提及的非接触式传感器，则不能达到实时在线检测的目的。 我们经过两年多时间的大量实验和研究，从利用微波检测蔗糖结晶过程方法的产生到理论可行性的验证，从微波传感器工作频率的选择到检测电路的设计，从检测电路的基本实现到糖厂恶劣环境下检测电路的可靠运行，从利用无线的方式进行数据传输想法的产生到无线网络的构建，从点对点的成功传输到整个无线传感器网络数据的可靠传输，从对单个阀门的控制到对多个阀门的实时控制，我们都付出了巨大的努力，并最终研制出具有自主知识产权的蔗汁晶化过饱和度微波感应在线检测方法和检测器，实现了对蔗糖结晶过程的自动控制。该装置的成功应用减少了工人的劳动强度，有效缩短了人工煮糖的时间，对制糖业节能减排起到了非常好的促进作用，取得了很好的社会效益。
