CN101907579B - 一种微波法棉花回潮率在线测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波法棉花回潮率在线测量系统，将发射和接收天线通过线缆分别与微波收发模块连接，再与信号处理模块连接，温度传感器与与信号处理模块连接，通过测量穿透棉花的微波幅度和相位衰减参数，在温度为0℃以上或0℃以下情况下分别计算被测棉花的回潮率，并显示棉花回潮率测量结果。本发明实现了回潮率测量原理与测量棉包密度和厚度无关，不需要测量棉包密度和厚度参量。实现了回潮率的非接触检测，在使用中不受安装和使用条件的限制，相比电测器法测量精度的稳定度提高50％。实现了棉花回潮率低温修正功能，扩大了装置的环境温度适用范围达到-20℃至50℃。

Description

一种微波法棉花回潮率在线测量系统

技术领域

本发明属于一种微波法棉花回潮率在线测量系统，尤其涉及一种非接触，测量原理与被测物密度无关，具有低温修正的电子信息系统。

背景技术

为满足棉花生产过程中，对回潮率进行在线测量的需要。目前，我国现有棉花回潮率在线测量方法为电测器法，该方法为接触式，测量原理与被测物密度、厚度有关。在使用中存在的主要问题是：测量精度不稳定，不能用于低温环境测量。这些问题使得棉花回潮率在线测量系统作为一种计量技术方法无法保证公正使用，具体体现在：(1)测量精度受棉包密度和厚度变化，影响测量结果，致使测量精度不稳定；(2)在温度0℃以下因水分为固相，固相水分和液相水分的电导率不同，致使测量结果不准确；(3)接触式电测器法无法解决温度对测量结果的影响，补偿不准确。

发明内容

为了克服现有技术在使用中存在的测量精度不稳定，不能用于低温环境测量、温度和湿度补偿不准确的问题，本发明提供了一种微波法棉花回潮率在线测量系统，通过和棉花打包机配套使用，在线实时测量棉包回潮率，并将结果显示、打印和传送给条码系统，有效提高回潮率检测精度的稳定度。

微波法棉花回潮率测量原理：微波信号穿透棉花后，因棉花的水分使微波信号的幅度A和相位Φ发生改变，棉花回潮率与微波信号的幅度A和相位Φ参数之间呈线性数学关系。经过实验研究表明，以频率为9.5GHz的平面波信号穿过厚度为t、疏密度为ρ的棉包层，测得的波的幅度衰减为A，相位移为Φ。结果表明：两个波参量(A和Φ)和棉包回潮率之间大体上呈线性关系。而且，当单位厚度的A和Φ除以相应于每一回潮率被测物的疏密度时，这些参量和回潮率M的关系仍然是线性的，由两个线性关系模型消除密度参量可得回潮率测量数学模型如下：

M＝(dA-bΦ)/(aΦ-cA)    (1)

式中，a，b，c，d均为特定棉花的回归系数。式(1)即为与被测物堆密度不相关的回潮率测量数学模型。通过实验方法可以得到棉花的回归系数。

由于水分在0℃以上为液相，在0℃以下为固相，液相和固相在微波电场作用下，其复介电特性不同，决定了棉花在液相和固相条件下，其回归系数a，b，c，d不同，通过实验方法获得液相和固相条件下棉花的回归系数，就可以分别得到测定0℃以上液相和0℃以下为固相棉花回潮率数学模型。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：系统组成包括：天线、微波收发模块、信号处理模块、显示模块、电源模块、温度传感器和传送平台等七部分。其中，天线包括发射天线和接收天线；微波收发模块包括微波信号源、方波调制器、隔离器、衰减器、定向耦合器、相位和幅度检测电路模块、低噪声放大器、相位和幅度选择开关、检波器、选频放大器；发射天线通过微波线缆与定向耦合器连接，接收天线通过微波线缆与低噪声放大器连接；信号处理模块通过信号线缆分别与相位和幅度检测电路模块、选频放大器、温度传感器、显示模块、数据输出接口连接；电源模块分别与微波收发模块、信号处理模块、显示模块和温度传感器相连接；发射天线和接收天线分别安装在传送平台上部和下部；温度传感器安装在传送平台上部。

天线的主要功能是向被测棉包发射微波信号，并接收穿过棉包的微波信号。

微波信号源的主要功能是产生激励信号，技术要求产生的信号具有较高的频率稳定度。

方波调制器与幅度测量电路中的选频放大器配合使用，两者的频率是相同的中心频率，其主要功能是抑制噪声及直流偏移，提高对微弱信号检测能力。

隔离器的主要功能是获得良好的信号源与负载的匹配。

衰减器的主要功能是对没有棉包穿透时，能量较强的微波信号进行衰减，保护低噪声放大器不被烧坏。

定向耦合器作用是提取发射参考信号，作为相位检测电路的基准信号。

低噪声放大器作用是对透过棉包后被衰减的微弱信号进行放大，经相位/幅度选择开关以分时复用的方式分别给相位检测电路及幅度检测电路提供检测信号。

相位检测电路及幅度检测电路的主要功能分别是检测信号的相位和幅度。

信号处理模块的主要功能是完成相位和幅度衰减参数运算处理、回潮率运算处理。

显示模块主要功能是完成测定结果显示，同时提供数据接口向其它设备提供数据通信。

电源模块主要功能是为系统提供+24伏直流电源，系统内部各模块所需其它形式电源由本模块进行自主转换。

温度传感器的主要功能是完成环境温度测量，并将数据传送给信号处理模块。

传送平台主要功能是传送被测棉包。

本发明的有益效果是：1、实现了回潮率测量原理与测量棉包密度和厚度无关，不需要测量棉包密度和厚度参量。实现了回潮率的非接触检测，在使用中不受安装和使用条件的限制，相比电测器法测量精度的稳定度提高50％。

2、实现了对具有较大密度和厚度的棉包穿透功能，相比红外法提高了对较大密度和厚度的检测能力。

3、实现了棉花回潮率低温修正功能，扩大了装置的环境温度适用范围达到-20℃至50℃。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1是本发明的原理示意图。

图2是本发明的系统连接图。

图中：1-传送平台，2-发射天线，3-接收天线，4-温度传感器，5-微波收发模块，6-信号处理模块，7-显示模块，8-电源模块，9-线缆，10-被测棉包。

具体实施方式

装置实施例：参照图2，本发明的装置包括发射天线2、接收天线3、微波收发模块5、信号处理模块6、显示模块7、电源模块8、温度传感器4和传送平台1。其中：

发射天线2通过微波信号线缆9与定向耦合器连接，接收喇叭天线通过微波信号线缆与低噪声放大器连接。发射天线2和接收天线3分别安装在传送平台1上部和下部。

微波收发模块5包括微波信号源、方波调制器、隔离器、衰减器、定向耦合器、相位和幅度检测电路模块、低噪声放大器、相位和/幅度选择开关、检波器、选频放大器。

信号处理模块6通过信号线缆分别与相位和幅度检测电路模块、选频放大器、温度传感器、显示模块、数据输出接口连接。

电源模块8分别与微波收发模块5、信号处理模块6、显示模块7和温度传感器4相连接。

温度传感器4安装在传送平台上部。

为满足产生具有较高稳定度的频率信号的要求，采用高稳定度和高精度的恒温晶振产生基准频率信号，利用锁相技术锁定VCO产生频率高稳定度、低相位噪声微波本振源。

为解决使用现场金属物对微波的反射产生的干扰信号，采取在天线周围安装微波吸收材料吸收天线周围的微波信号。

为解决发射天线和接收天线相对位置变化对检测相位的影响，要求发射天线和接收天线相对固定牢固。

为满足温度传感器测量结果与棉包测量点的实际温度一致，要求温度传感器安装位置与发射天线和接收天线位置靠近。

Claims (1)

1.一种微波法棉花回潮率在线测量系统，包括天线、微波收发模块、信号处理模块、显示模块、电源模块、温度传感器和传送平台等七部分，其特征在于：所述的天线包括发射天线和接收天线，发射天线和接收天线相对固定牢固，发射天线和接收天线周围安装微波吸收材料，微波收发模块包括微波信号源、方波调制器、隔离器、衰减器、定向耦合器、相位和幅度检测电路模块、低噪声放大器、相位和幅度选择开关、检波器、选频放大器，所述微波信号源采用高稳定度和高精度的恒温晶振产生基准频率信号，利用锁相技术锁定微波信号源内的VCO产生频率高稳定度、低相位噪声微波本振源，发射天线通过微波线缆与定向耦合器连接，接收天线通过微波线缆与低噪声放大器连接，信号处理模块通过信号线缆分别与相位和幅度检测电路模块、选频放大器、温度传感器、显示模块、数据输出接口连接，电源模块分别与微波收发模块、信号处理模块、显示模块和温度传感器相连接，发射天线和接收天线分别安装在传送平台上部和下部，温度传感器安装在传送平台上部并与接收天线位置靠近。

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