CN101832953B - 一种物料水分测量方法及专用测量谐振腔 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种物料水分测量方法及专用测量谐振腔，具体为一种用缝隙阵分裂式圆柱谐振腔进行水分测量的方法。本发明由锁相环、功率放大器、缝隙阵分裂式圆柱谐振腔、功率测量模块、混频器、分频电路、频率测量模块、主控器、显示器组成。方法包括：微波信号供给主谐振腔；功率测量模块检测输入及输出功率；混频及分频后通测量谐振频率；主控器处理测得频率和参数|S21|2，描绘洛伦兹曲线，最后计算物质水分值。专用测量谐振腔包括主谐振腔和辅谐振腔，各有一个SMA反级性公头连接孔，在缝隙处加入一块缝隙阵板，用固定板固定。该发明有效降低了分裂式圆柱谐振腔的功耗，测量过程中方向性更好，测量更准确。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种物料水分测量方法及专用测量谐振腔，具体为一种用缝隙阵分裂式圆柱谐振腔进行水分测量的方法。
(二)背景技术
微波水分测量具有精度高，可靠性好，不损害物料结构及抗干扰能力强等优点，应用微波技术测量水分是近代水分测量的主要方法之一。在微波法测量水分中，水分传感器是最重要的一部分。
1988年Gordon Kent改进了复介电常数的无损测量技术，提出了用分裂式圆柱谐振腔来测量物料的复介电常数。分裂式圆柱腔要求物料必须是平的，若物料不平，如谷物、大豆等可以将其放在传送带上进行测量。对于本身就是平的物料，如纸，薄木板等，分裂式圆柱谐振腔测量精确度相对较高。随后，Gordon Kent又分析了分裂式圆柱谐振腔间隙中场的分布，提出了初始模型和计算复介电常数的近似求解方法。Michael D.Janezic等人在Gordon Kent的基础上用全波分析法分析了分裂式圆柱谐振腔在无损介电常数测量中的应用。最近，缝隙波导整列以其低损耗、高辐射效率和性能稳定等一系列优点而得到广泛的应用，但目前装置功耗较大，损耗相对过高[1～3]。
参考文献
[1]G.Kent and S.Bell，“The gap correction for the resonant-modedielectrometer”IEEE Trans.Instrum Meas.vol.45，pp98-101，Feb.1996.
[2]G.Kent，“Nondestructive permittivity measurement of substrates，”IEEE Trans.litstrum.Meas.，this issue，pp.102-106.
[3]Plamen I.Dankov and Boyan N.Hadjistamov”Characterization ofMicrowave Substrates with Split-Cylinder and Split-Coaxial-CylinderResonators，”IEEE Trans.The 37th European Microwave Conference.Munich Germany.pp.933-936，Oct.2007.
(三)发明内容
本发明的目的在于提出一种功耗更小、测量更精确的物料水分测量方法。本发明的目的还在于提出一种用于物料水分测量方法的专用测量谐振腔。
本发明的目的是这样实现的：
本发明采用由锁相环即PLL倍频器、微波功率放大器、缝隙阵分裂式圆柱谐振腔、功率测量模块、混频器、分频电路、频率测量模块、主控器、显示器组成测量装置，具体测量步骤如下：
(1)利用测量系统中的锁相环即PLL倍频器产生不同频率的微波信号，微波信号的功率经过放大后提供给主谐振腔；
(2)用微波功率测量模块检测主谐振腔的输入信号及辅谐振腔的输出信号；
(3)辅谐振腔输出的微波信号经过混频器与本振进行混频及分频，通过频率测量模块测量出谐振腔的谐振频率；
(4)通过主控器处理测得的频率和参数|S21|2，
Pout为谐振腔输出功率，Pin为谐振腔输入功率，描绘洛伦兹曲线，最后通过曲线计算出该物质的水分值并将水分值显示在显示器上。
用于该方法的物料水分专用测量谐振腔包括半圆柱形的主谐振腔和辅谐振腔，主谐振腔和辅谐振腔上各有一个SMA反级性公头连接孔，主谐振腔和辅谐振腔间有缝隙，在缝隙处加入一块缝隙阵板，主谐振腔和辅谐振腔用固定板固定。缝隙阵板上有对称分布的两组缝隙阵，每组缝隙阵由均匀分布的水平缝隙组成。
本发明有以下有益效果：专用测量谐振腔配合该方法，利用缝隙天线的辐射原理，使辐射更均匀，降低了分裂式圆柱谐振腔的功耗，增加了缝隙阵后，谐振腔的驻波比变得更好，保证了谐振腔是谐振在TE011模式，被测物料在通过谐振腔区域受局部水分不均的影响更小，得到的水分测量值方向性更好，更准确，不会因为某部分水分不均而产生误报，确保测量更精确。
(四)附图说明
图1是测量电路系统示意图。
图2是本发明的上下两等角轴测图。
图3是本发明的俯视图。
图4是图3的B-B剖面图。
图5是三种形式谐振腔的驻波比曲线图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
实施例
如图1所示锁相环即PLL倍频器与微波功率放大器连接产生信号提供给缝隙阵分裂式圆柱谐振腔的主谐振腔；微波功率测量模块和缝隙阵分裂式圆柱谐振腔的主谐振腔连接测量输入功率；微波功率测量模块和缝隙阵分裂式圆柱谐振腔的辅谐振腔连接测量输出功率；混频器分别与缝隙阵分裂式圆柱谐振腔的辅谐振腔、分频电路连接，辅谐振腔输出的微波信号与本振进行混频后再分频，通过频率测量模块测量谐振频率；频率测量模块与主控器连接，通过主控器处理测得的频率和参数|S21|2，
Pout为谐振腔输出功率，Pin为谐振腔输入功率，描绘洛伦兹曲线，最后通过曲线计算出该物质的水分值并将水分值显示在显示器上。
如图2、图3所示，物料水分专用测量谐振腔包括半圆柱形的主谐振腔2和辅谐振腔3，每个腔体上有一个SMA反级性公头连接孔4，两个腔体间有长200mm，宽20mm的缝隙，在缝隙处加入一块缝隙阵板5，两谐振腔的上下两端用固定板固定。如图4所示，缝隙阵板的缝隙阵由对称分布在板上的两组小缝隙阵组成，每组小缝隙阵由均匀分布的水平缝隙组成。针对2.45GHz的频率，取缝隙长l＝70mm，缝宽w＝4.4mm，缝隙阵板的厚度为1.2mm，缝隙一共8对16个。
Claims (3)
1.一种物料水分测量方法，其特征是采用由锁相环即PLL倍频器、微波功率放大器、缝隙阵分裂式圆柱谐振腔、功率测量模块、混频器、分频电路、频率测量模块、主控器、显示器组成测量装置，所述的缝隙阵分裂式圆柱谐振腔包括半圆柱形的主谐振腔和辅谐振腔，主谐振腔和辅谐振腔上各有一个SMA反级性公头连接孔，主谐振腔和辅谐振腔间有缝隙，在缝隙处加入一块缝隙阵板，主谐振腔和辅谐振腔用固定板固定，该方法具体测量步骤如下：
(1)利用测量装置中的锁相环即PLL倍频器产生不同频率的微波信号，微波信号的功率经过放大后提供给主谐振腔；
(2)用功率测量模块检测主谐振腔的输入信号及辅谐振腔的输出信号；
(3)辅谐振腔输出的微波信号经过混频器与本振进行混频及分频，通过频率测量模块测量出缝隙阵分裂式圆柱谐振腔的谐振频率；
(4)通过主控器处理测得的频率和参数|S21|2，
Pout为缝隙阵分裂式圆柱谐振腔输出功率，Pin为缝隙阵分裂式圆柱谐振腔输入功率，描绘洛伦兹曲线，最后通过曲线计算出该物料的水分值并将水分值显示在显示器上。
2.一种物料水分专用测量谐振腔，其特征是包括半圆柱形的主谐振腔和辅谐振腔，主谐振腔和辅谐振腔上各有一个SMA反级性公头连接孔，主谐振腔和辅谐振腔间有缝隙，在缝隙处加入一块缝隙阵板，主谐振腔和辅谐振腔用固定板固定。
3.根据权利要求2所述的一种物料水分专用测量谐振腔，其特征是：所述的缝隙阵板上有对称分布的两组缝隙阵，每组缝隙阵由均匀分布的水平缝隙组成。
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