Projeto de um sensor de umidade de grãos através da perturbação da cavidade ressonante em microondas

Abstract

A determinação correta do teor de umidade em grãos é um fator importante na produção, armazenamento e comercialização de diversos tipos de grãos e sementes. No presente trabalho, um sensor para a determinação do teor de umidade em soja é proposto. Para tanto, o método de perturbação da cavidade ressonante por variação do dielétrico é utilizado. O desenvolvimento do sensor foi realizando um fluxo de projeto com levantamento de hipóteses e suas validações, juntamente com o auxílio do software CST Studio, onde foram definidas as dimensões da cavidade, método de acoplamento, tamanho e posicionamento da amostra. A cavidade foi posteriormente fabricada no formato cilíndrica, fechada em ambas as extremidades, alimentada com uma antena posicionada na lateral da cavidade, modo de ressonância TE111 e com frequência de ressonância em torno de 2450MHz para uma amostra com 17% de umidade. Para comprovar as simulações foram realizados testes práticos, a quantidade de nove amostras de soja pré-limpos, com variação de umidade entre 6,02% e 22,2% de umidade em base seca foram utilizadas. A medição do parâmetro S11 foi realizada através de um analisador de espectro. Para cada amostra de grãos foi medida a frequência de ressonância e assim ter-se uma curva de calibração linear entre frequência de ressonância e teor de umidade em base seca. A curva de calibração obteve R²=0,989, o que mostra que o sensor de cavidade ressonante é um método viável para medição de umidade em grãos.

The correct determination of moisture content in grains is an important factor in the production, storage and commercialization of different types of grain and seeds. In this present work, a soybean moisture content sensor is proposed. For this purpose, the resonant cavity perturbation by variation of dielectric method is used. The development of the sensor is using a project flow with hypothesis and its validations, along with the aid of the software CST Studio, where the dimensions of the cavity, coupling method, size and positioning of the sample were defined. The cavity was later manufactured in cylindrical form, closed at both ends, fed with an antenna positioned at the side of the cavity, resonance mode TE111 and with resonant frequency at around 2450MHz for a sample with 17% of moisture content. To verify the simulations were performed practical tests with the amount of nine pre-cleaned soybean bulk samples, with moisture variation between 6.02% and 22.2% moisture on dry basis were used. The measurement of parameter S11 was performed through a spectrum analyzer. For each bulk grains sample, the resonance frequency was measured to obtain a linear calibration curve between resonance frequency and dry basis moisture content. The calibration curve obtained R² = 0.989, which shows that the resonant cavity sensor is a viable method for grain moisture measurement.