[發明專利]用于測量溶液濃度的微波諧振腔傳感器及測量系統

無效

• 申請號: 201210009379.3
• 申請日: 2012-01-12
• 公開（公告）號: CN102590230A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 肖夏;王洪軍
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N22/00
• 分類號: G01N22/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

技術領域

本發明涉及一種測量溶液濃度的傳感器，可對溶液濃度進行精確地測量，屬測試技術領域。?

背景技術

在現代工農業生產、醫藥、化工、食品等各領域，對于液體濃度寬范圍的檢測有著迫切的需要，希望出現一種結構簡單，檢測傳感可靠，易于工業生產加工，成本較低的新型液體濃度檢測的傳感器。?

溶液濃度是根據溶質在溶液中的含量來計算的，在實際應用中由于溶質量的變化溶液濃度也發生改變。溶液濃度的測量方式分為直接測量和間接測量方式。直接提取溶液測定溶液中溶劑和溶質含量是最基本的方法，但由于提取溶液會影響到溶液的狀態，不適宜應用于需要嚴格控制溶液狀態的環境中；另一種是采用比重計測量溶液濃度的方法，主要依靠人工完成。這兩種方法屬于溶液濃度的直接測量方式。間接測量方式則是以溶液的特性為依據，如溶液的電導率大小來衡量溶液中溶質量的多少，但該方法只能應用于電解質溶液，限制了其測量范圍。?

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種用于測量溶液濃度的微波諧振腔傳感器，該傳感器具有結構簡單、測量精度高、測量誤差小的優點。本發明的技術方案如下：?

一種用于測量溶液濃度的微波諧振腔傳感器，包括一個兩端封閉的圓柱形金屬腔體，在圓柱形金屬腔體內部設置有一個用于容納待測溶液的檢測通道，檢測通道的軸線與圓柱形金屬腔體的軸線方向一致，在圓柱形金屬腔體的側壁上開始有耦合孔，在耦合孔處設置一用于傳輸微波信號的矩形波導，矩形波導的寬邊與圓柱形金屬腔體的軸線方向相同，所述的檢測通道的軸線與圓柱形金屬腔體的軸線重合。?

作為優選實施方式，所述的耦合孔開設在圓柱形金屬腔體的側壁沿軸線方向上的中心位置處，耦合孔半徑為3.5mm；所述的檢測通道為玻璃管，所述的圓柱形金屬腔體由黃銅制成；在圓柱形金屬腔體的內表面覆蓋有銀薄膜。?

本發明同時提供一種采用上述傳感器實現的用于測量溶液濃度的微波諧振測量系統，包括諧振腔傳感器、微波源、環形器、檢波器、計算中心，其中，微波諧振腔傳感器，包括一個兩端封閉的圓柱形金屬腔體，在圓柱形金屬腔體內部設置有一個用于容納待測溶液的檢測通道，檢測通道的軸線與圓柱形金屬腔體的軸線方向一致，在圓柱形金屬腔體的側壁上開始有耦合孔，在耦合孔處設置一用于傳輸微波信號的矩形波導，矩形波導的寬邊與圓柱形金屬腔體的軸線方向相同；由微波源產生的微波信號經環形器導入矩形波導，經波導傳輸耦合到諧振腔，諧振腔的反射信號經環形器導入檢波器，檢波器輸出的信號被送入計算中心，由計算中心根據諧振頻率的測量數據，得到諧振頻率和介電常數的關系，進而獲取待測溶液的濃度。?

本發明提供一種用于測量溶液濃度的微波諧振腔傳感器及測量系統，由于采用了上述的技術方案，使之與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果：?

1、本發明由于通過對溶液濃度變化前后的諧振腔諧振頻率偏移的分析及處理，可以對被測溶液的濃度進行寬范圍的檢測。?

2、本發明由于傳輸的微波信號功率非常小，不超過500μW，遠低于手機的輻射功率，因此對被測物質及周圍環境不會造成任何損害。?

3、本發明結構簡單，使用方便，對環境的要求低，通過耦合波導與外部處理電路配合，可以實現高精度的測量。?

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。?

圖2是圖1的右視圖。?

圖3是圖1的上視圖。?

圖4是不同耦合孔半徑的S參數。?

圖5是本發明測量不同介電常數的葡萄糖溶液時得到的諧振曲線圖。?

圖中各標號為：1、耦合孔，2、波導，3、諧振腔體，4、定位螺釘，5、玻璃管，6、檢測區域。?

具體實施方式

微波諧振腔內介質介電常數的變化將引起諧振腔諧振頻率的改變，通過測量諧振腔諧振頻率的變化，就可以測量諧振腔內介質介電常數或其變化量。一定壓力(溫度)下，溶液的濃度不同其介電常數也就不同，而且兩者一一對應，因此，可以通過測量微波諧振腔內溶液的介電常數來測量溶液的濃度。?

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明?

參見圖1，該微波諧振腔包括腔體3，制作腔體3的材料為黃銅；在腔體3中部設置一玻璃管5，該玻璃管內部區域6用以放置被測溶液；在腔體3側壁中心位置開有一圓孔1，諧振腔通過該圓孔與矩形波導耦合，進行微波信號的傳輸；定位螺釘4用于頂蓋與腔體3固定。?