CN2646703Y - 微波棉花湿度测量传感器 - Google Patents

Abstract

微波棉花湿度测量传感器，主要由发射部分和接收部分组成，分别装在两个独立的机箱内。发射天线通过法兰与隔离器连接，再通过法兰与谐振腔连接，稳压电路和方波发生器通过信号线与信号源相连。接收天线通过法兰与衰减器、调整旋钮及检波器相连，测量放大电路通过信号线与检波器相连。该产品具有快速、准确、精度高、无污染，非接触等特点。当采集的棉花样的密度变化很小时，可根据测量微波功率衰减量判定棉花的湿度，充分地体现了微波测量棉花湿度的技术优势。

Description

微波棉花湿度测量传感器

技术领域：本实用新型涉及一种微波棉花湿度测量传感器，属于仪器仪表制造领域。

背景技术：在棉花加工过程中，在线实时测量棉花的湿度具有非常重要的意义，传统的也是最直接的测湿方法是通过称量烘干前后棉花的质量求湿度。由于烘干需要较长的时间，所以直接法测量湿度速度很慢，也不够精确。

发明内容：本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足，而提供一种应用在现代化工业生产线上，能够快速、准确测量棉花湿度的测量仪。为实现上述目的，本实用新型利用微波技术在线实时测量棉花湿度，其技术方案是：微波棉花湿度测量传感器，主要由发射部分和接收部分组成，分别装在两个独立的机箱内。发射部分包括开关电源(5)、电源开关(6)、散热扇(7)、电源插座(8)，其具体结构是：发射天线(1)通过法兰与隔离器(2)连接，再通过法兰与谐振腔(3)连接，稳压电路和方波发生器(4)通过信号线与信号源相连。接收部分包括开关电源(13)、输出插座(16)、电源开关(17)及电源插座(18)，具体结构是：接收天线(10)通过法兰与衰减器(11)、调整旋钮(15)及检波器(12)相连，测量放大电路(14)通过信号线与检波器(12)相连。

测量原理：

应用微波技术测量棉花湿度的依据是，在微波频段，水的介电常数远大于一般材料，在高频电场中，电介质存在弛豫损耗，其介电常数用复数表示ε＝ε′+ε″j其中ε′代表介质的储能特性，而ε″是弛豫损耗造成的代表介质的耗能特性，，ε′和ε″的大小与电场的频率有关，正是水的这种微波特性，使棉花中的水份成为决定介电常数的主要因素，因此湿度的变化可以改变材料的介电特性，通过测量某些与介电常数密切相关的物理量，例如功率的衰减量、相位变化量、谐振频率等，就能判断棉花的湿度。棉花湿度测量传感器就是测量微波通过棉花功率的衰减量来确定棉花的湿度。

本实用新型具有快速、准确、精度高、无污染，非接触等特点。当采集棉花样的密度变化很小时，可根据测量微波功率衰减量判定棉花的湿度，充分地体现了微波测量棉花湿度的技术优势。

附图说明：

图1是本实用新型发射部分示意图。

图2是图1的仰视图。

图3是本实用新型接收部分示意图。

图4是图2的仰视图。

图5是图1中谐振腔的结构示意图。

图6是本实用新型框图。

图7是本实用新型的电路原理图。

参照图1、2、3、4、6，微波棉花湿度测量传感器，主要由发射部分和接收部分组成，分别装在两个独立的机箱内。发射部分包括开关电源5、电源开关6、散热扇7、电源插座8，其具体结构是：发射天线1通过法兰与隔离器2连接，再通过法兰与谐振腔3连接，稳压电路和方波发生器4通过信号线与信号源相连。接收部分包括开关电源13、输出插座16、电源开关17及电源插座18，具体结构是：接收天线10通过法兰与衰减器11、调整旋钮15及检波器12相连，测量放大电路14通过信号线与检波器12相连。

参照图5，谐振腔包括波导腔20，在波导腔20内设有体效应管19，体效应管19与穿心电容23连接并通过螺丝22固定，波导腔20内还设有金属调谐棒21，金属调谐棒21安装在调整支架24上。

参照图7，运算放大器LF353脚1连接R₁电阻与脚2相连，脚3与R₂电阻及输入端相连，脚4与电源-12V相连通过电容器C₄与地相连，脚5与R₅相连接地，脚6与R₇电阻与脚7相连，再通过R₆电阻接地，脚8与电源+12V相连，电容C₅接地。有效值专用块AD736的脚1通过C₆与LF353的7脚相连，2脚接地，3脚与C₁₀与脚6相连，脚4与电源-12V相接，经电容C₈接地。脚5经C₉与脚4相连，脚7接电源+12V电容C₇接地。第二块运算放大器LF353的脚1与R₁相连，脚2经电容C₁₄与脚1连，与双三极管S3DG6的集电极相连，脚3经R₉接地，脚4接电源-12V经电容C₁₂接地，脚5经电阻R₁₀接地，脚6经R₁₁与AD694块的7脚相连，7脚经电容C₁₃与6脚相连，经电阻R₁₃与S3DG6的发射极相连，脚8接电源-12V经电容C₁₁接地。双三极管S3DG6的一个基极接地，一个基极与R₁₂相连，经正温度系数的电阻R_T接地，两个发射极相连，经R₁₃电阻与LF353脚7相连。AD694电压—电流转换专用运算放大器的脚1、2相连，脚3与前LF353的脚1相连，脚4、脚5、脚9接地，脚7接基准电压10V经R₁₁电阻与LF353脚相连，脚11输出4-20μA电流，脚13接电源+12V经电容C₁₅接地。

电路工作原理

发射部分：1、微波信号源，采用三厘米固态信号源，体效应管2EY80由于负阻效应为谐振腔提供能量，产生波长大约为三厘米的点频微波，偏置电压12V，工作电流300mA左右，输出功率约为70mW，调制1000HZ方波。2、信号源电源，由输出15V，0.8A的开关电源和稳压器及1000HZ方波发生器组成，保证微波信号源有稳定的输出。3、隔离器，起单向传输微波作用，防止由于负载的变化对信号源输出的影响。4、微波发射天线，微波喇叭型发射天线起着定向发射微波信号作用。接收部分：1、微波接收起接收微波作用与发射天线相同。2、衰减器，调节微波功率用于定标输出电压为零和电流4mA。3、检波器，通过微波肖特基二极管检波后输出1000HZ方波信号，该信号随棉花湿度的变化而变化，经选频放大器处理后，建立与棉花湿度的对应关系。4、选频放大器，调制1000HZ方波的微波信号被二极管检波后经电压跟随器实现阻抗匹配，由1000HZ带通滤波器把10mv-100mv的方波放大10倍左右，通过有效值电路变为大动态的直流信号，再经对数放大器压缩放大后输出0-2V的电压信号，最后由V-I变化电路变为与棉花湿度相对应的4-20mA电流信号。

使用方法：

1、带有散热扇的机箱为发射部分，元器件的端面为发射天线或接收天线端口，安装螺钉在机箱盖固定螺钉位的下方，打开机箱盖便可固定机箱，天线口应相对在一条直线上，相距大约30mm，为了避免反射，可与棉花样品成30°角左右。2、接通发射与接收部分的电源开关，发射机箱散热扇发动，用量程在20mA左右的电流表接在接收箱的输出端，用螺刀调整位于接收机箱侧面的小孔部位使电流表指在4mA，调整完毕。3、微波传感器输出的电流I，利用公式：棉花湿度H＝1.32I-7.73得到棉花湿度。

Claims (3)

1、一种微波棉花湿度测量传感器，其特征在于：它主要由发射部分和接收部分组成，分别装在两个独立的机箱内，其具体结构是：发射天线(1)通过法兰与隔离器(2)连接，再通过法兰与谐振腔(3)连接，稳压电路和方波发生器(4)通过信号线与信号源相连；接收天线(10)通过法兰与衰减器(11)、调整旋钮(15)及检波器(12)相连，测量放大电路(14)通过信号线与检波器(12)相连。

2、根据权利要求1所述的微波棉花湿度测量传感器，其特征在于：所述的谐振腔包括波导腔(20)，在波导腔(20)内设有体效应管(19)，体效应管(19)与穿心电容(23)连接并通过螺丝(22)固定，波导腔(20)内还设有金属调谐棒(21)，金属调谐棒(21)安装在调整支架(24)上。

3、根据权利要求1所述的微波棉花湿度测量传感器，其特征在于：运算放大器LF353脚1连接R₁电阻与脚2相连，脚3与R₂电阻及输入端相连，脚4与电源-12V相连通过电容器C₄与地相连，脚5与R₅相连接地，脚6与R₇电阻与脚7相连，再通过R₆电阻接地，脚8与电源+12V相连，电容C₅接地，有效值专用块AD736的脚1通过C₆与LF353的7脚相连，2脚接地，3脚与C₁₀与脚6相连，脚4与电源-12V相接，经电容C₈接地，脚5经C₉与脚4相连，脚7接电源+12V电容C₇接地，第二块运算放大器LF353的脚1与R₁相连，脚2经电容C₁₄与脚1连，与双三极管S3DG6的集电极相连，脚3经R₉接地，脚4接电源-12V经电容C₁₂接地，脚5经电阻R₁₀接地，脚6经R₁₁与AD694块的7脚相连，7脚经电容C₁₃与6脚相连，经电阻R₁₃与S3DG6的发射极相连，脚8接电源-12V经电容C₁₁接地，双三极管S3DG6的一个基极接地，一个基极与R₁₂相连，经正温度系数的电阻R_T接地，两个发射极相连，经R₁₃电阻与LF353脚7相连，AD694电压—电流转换专用运算放大器的脚1、2相连，脚3与前LF353的脚1相连，脚4、脚5、脚9接地，脚7接基准电压10V经R₁₁电阻与LF353脚相连，脚11输出4-20μA电流，脚13接电源+12V经电容C₁₅接地。

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