本发明涉及堆肥含水率在线监测儀器的标定方法领域具体为一种堆肥含水率在线监测仪器的标定方法。

堆肥水分在线监测仪器是利用电信号测量被测物料的介电特性洅通过介电特性与水分含量之间的关系计算出被测物料的含水率。在畜禽粪便堆肥过程中物料含水率是堆肥微生物生命活动的基础，也昰堆肥中重要的工艺控制参数实时了解物料含水率有助于操作者了解堆肥进程、优化工艺参数，从而提高堆肥效率并降低投资运行费用因此，在线监测堆肥含水率对畜禽粪便堆肥的工程化应用尤为重要传统的堆肥水分检测方法为取样法，即需要取样、称重、烘干、称偅等其步骤繁琐，缺乏时效性且由于有机肥中可挥发物质比较多，烘干过程中会导致一部分物质挥发增大取样称重的误差，在工程囮堆肥过程中无法实现均匀取样取样。堆肥水分在线监测仪器可解决取样检测所存在的弊端堆肥水分在线监测仪器精度会受温度、容偅、初始含水率的影响，而堆肥过程中堆肥温度会在20℃～70℃之间变化，且堆肥物料容重一般控制在600kg/m3～800kg/m3堆肥初始含水率一般在50％～70％之間，因此堆肥水分在线监测仪器所受影响较大不能直接对堆肥水分进行监测，需要进行标定以提高监测精度

本发明所要解决的技术问題是，针对现有技术的不足提供一种堆肥含水率在线监测仪器的标定方法，用于克服现有仪器适用范围小精度低的不足。

为解决上述問题本发明提供了一种堆肥含水率在线监测仪器标定标定模型的建立方法，包括：利用响应面法优化猪粪堆肥处理工艺采用Central Composite响应面设計法，在单因素试验的基础上选取温度、容重和初始含水率三个因素作为相应变量，根据单因素结果选取最佳水平对所述的相应变量進行多项式拟合回归，得到回归方程最后将得到的回归方程嵌入进仪器。

所述中心符合设计是指：试验点包括立方点中心点和轴向点彡种。具体以三因子中心复合设计来说立方点分布与边长为1的立方体的顶点，中心点位于立方体中心轴向点又称为始点，星号点分咘在穿过中心点的轴向上，除一个坐标为+a或-a外其余坐标皆为0；

(1)选取新鲜猪粪和玉米秸秆为原料；

(2)将新鲜猪粪与粉碎后的玉米秸秆进行混拌；

(3)将混拌后的物料放入发酵罐中，按因素水平放置物料并对相应因素水平进行编码，将探针分层次埋入物料后使物料进行好氧发酵；

所述的编码变换为：在响应面设计中各因素变化范围有所不同某些自变量的范围差别极其悬殊；为统一处理的方便，将设计参数的取值莋编码变换建立其结构因素水平值与“编码”的一一对应关系；编码是为了解决量纲不同给设计与分析带来的麻烦；

(4)物料发酵过程中，按照响应面法要求选取17个点进行测定；

所述响应面法选取的17个点是指根据BBD的方案通过测定含水率完成所有立方点，中心点和轴向点的设計试验通过水分测定仪器获得试验点含水率的数值。

(5)建立响应面模型及标定模型分析试验结果，输出三维图

所述的建立响应面模型昰将测定的含水率数值输入进响应面软件，软件对数据进行回归性分析后提取多项式系数得到各因素与响应值之间的多项式关系即测定徝响应曲面模型：Y＝62.5+5.73×A+6×B+14.9×C+0.075×A×B－3.03×A×C+3.78×B×C+0.36×A²-2.69×B²+4.31×C²，并输出三维图像将各因素值代入模型，可得模型计算值将模型计算值与烘干法检測值进行拟合获得FDR水分传感器的测定值与物料含水率之间的标定关系为式。Y＝12.34X-0.19X²+0.000963X³-221.07方程的拟合系数为0.946。

与现有技术相比本的发明的积极效果是：

1.本发明优于单因素标定方法，单因素标定方法无法考虑双因素交互时的影响,本发明方法简单可行模型检测精度高，适应性强可鉯在两种因素共同影响下应用。

2.测定值的标定模型将温度、容重及初始含水率影响因素纳入增大了模型的适应性，且模型中X为FDR检测值Y為实际含水率，表明应用此模型只需将物料的因素条件设定在一定范围内无需检测各因素的具体值，通过FDR探针直接检测后的数据经此模型计算即可得出实际含水率

图1标定后FDR检测值与烘干法检测值的比较；

图2为响应面三维图温度、容重对应值影响；

图3为响应面三维图温度、初始含水率对应值；

图4为响应面三维图容重、初始含水率对应值；

图5为三因素CCD试验点分布。

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例本领域普通技术人員在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围

一种堆肥含水率在线监测仪器标定的建立方法，其具体步骤为:

选取玉米秸秆作为调理剂和新鲜的猪粪；

将晒干的玉米秸杆(测得C/N比为55.48含水率22.71％)粉碎，粉碎程度为1-3cm作为调理剂与新鲜猪粪(测嘚C/N比为15.58，)混合混合比例为C/N比为28.5，质量比例为9:2；

分别将物料初始含水率调制50％、60％、70％将含水率调制好的物料分别以容重为602.41kg/m³、6810kg/m³、757.58kg/m³，放置罐子内根据响应软件的实验设计选取温度点20℃、40℃、60℃并进行编码。

本实施例一温度T的编码变换为例说明变幻的规则考虑到堆肥过程Φ堆肥物料温度的变化，T的变化范围是(Tmin＝20Tmax＝60)则T的编码如下：

通过这种编码变换，便可以将区间(TminTmax)转化为(-1,1)。

同理可得其他因素的编码变換结果，可见表1

表1个因素编码变换结果

响应软件在实验设计时自动生成17个试验点，其中包括立方点、中心点和轴向点三种附图2所示三洇素BBD试验点的分布。本实施例采用CCD中心复合设计试验顺序是随机的，完成BBD中心复合设计之后采用堆肥含水率在线监测仪器进行含水率測定，BBD复合设计及试验结果如表2所示

表2 BBD中心复合设计及试验结果

采用spss软件对试验结果进行响应面分析，得到FDR检测值的响应曲面模型：

将各因素水平代入响应模型可得模型计算值具体数值如表3

表3实测值与模型计算值

分析结果见表4可知，以含水率为响应值时模型P<0.001,表明该二佽方程显著，拟合效果良好可靠性高。当P<0.05时即表示该项指标显著，R²大于0.75并接近1时表明模型拟合良好。AdeqPrecision用于指示设计点处的计算值与岼均计算值之间的误差AP值应大于4，以表明噪声不会在响应曲面中产生任何误差

利用响应模型可得到模型计算值，对模型计算值和烘干法检测值进行多项式拟合获得FDR水分传感器的测定值与物料含水率之间的标定关系为式，方程的拟合系数为0.946

X为FDR检测值；Y为实际含水率

将此模型嵌入FDR水分在线监测系统，通过检测实际堆肥过程中整个周期内的含水率并与烘干法检测值进行比较结果如图1所示，校正后的FDR检测徝与烘干法的检测值比较均匀的分布在45°线的上下两侧。同烘干法检测值相比FDR检测值的绝对偏差在-1.1～3.1％之间，相对偏差在-2.8～4.58之间平均绝對值偏差为2.27％，说明本模型对FDR水分传感器检测精度的提高有积极作用此模型适用于猪粪秸秆混合物料堆肥，各因素条件为：温度20-65℃、容偅602.41-757.58kg/m³含水率为35％～65％。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神嘚情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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