[發明專利]基于諧振法的液體和粉末材料成份在線檢測系統及方法

在審

• 申請號: 201710284602.8
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN107014833A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 高沖;李恩;余承勇;張云鵬;高勇;周楊
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01N22/00
• 分類號: G01N22/00
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙)51232
• 代理人: 敖歡,葛啟函

技術領域

本發明屬于微波無損檢測技術領域，尤其涉及到基于諧振法的液體和粉末材料成份在線檢測系統及方法。

背景技術

針對液體(如液態橡膠、酒精等)和粉末(如面粉)材料成份檢測技術已經在工業中廣泛應用。傳統檢測技術包括電容法、光電法、超聲法、微波法，化學檢測法，其中電容檢測法需要設計多個傳感器，在線安裝不方便以及容易受溫度影響；傳統微波檢測法有基于雷達算法和傳輸反射法，但分別存在不適用在線檢測和檢測精度不高的缺陷；化學檢測法雖然檢測精度高，但操作復雜費時不適合在線實時檢測。目前的大部分檢測方法都是針對某一種材料進行成份檢測，可檢測范圍較窄。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于諧振法的液體和粉末材料成份在線檢測系統及檢測方法。

為實現上述發明目的，本發明技術方案如下：

一種基于諧振法的液體和粉末材料成份在線檢測系統，包括數據處理及控制模塊A和微波測試模塊B；

所述數據處理及控制模塊包括數字信號處理器、外部存儲、按鍵面板、和顯示屏；

所述的微波檢測模塊包括掃頻測試模塊、微波同軸傳輸線、和諧振腔，諧振腔上設有材料檢測孔，諧振腔邊緣設有耦合接頭，數字信號處理器分別和外部存儲、按鍵面板、顯示屏、掃頻測試模塊連接，掃頻測試模塊和第一耦合接頭通過第一微波同軸傳輸線連接，掃頻測試模塊和第二耦合接頭通過第一微波同軸傳輸線連接；

數據處理及控制模塊A和微波測試模塊B通過數據傳輸線連接實現檢測控制和數據傳輸，數字信號處理器發送控制指令給掃頻測試模塊，設置其掃頻范圍、點數和功率，并將掃頻測試的幅度/頻率數據反饋給數字信號處理器，然后根據諧振頻偏與介電常數變化量的函數和Lichtenecker對數法則計算出材料成份比例。

作為優選方式，不同材料檢測孔分別和不同材料損耗相對應。

為實現上述發明目的，本發明還提供一種基于諧振法的液體和粉末材料成份檢測方法，利用開孔的微波諧振腔，根據材料損耗不同選擇不同檢測孔，將液體或粉末材料輸送管穿過諧振腔，基于經典微擾算法以及不同諧振模式的諧振腔內場分布，通過實驗分析計算出不同諧振模式下等效復介電常數變化量與諧振頻偏的函數，把函數直接代入Lichtenecker對數法則公式計算材料成份比例。

為實現上述發明目的，本發明還提供一種基于諧振法的液體和粉末材料成份檢測方法，采用上述檢測系統進行檢測，包括如下步驟：

1)材料輸送管放置或安裝材料檢測孔中的一個；

2)連接電源，若工作指示燈亮，說明系統正常，可以進行材料檢測；

3)在軟件中選擇正確的測試端口并成功打開，在未加入待測材料時，先進行校準；

4)加入液體或粉末材料，等待10秒，在材料均勻穩定后再進行測試，檢測結果實時顯示；

5)插入外部存儲設備，選擇保存數據。

本發明的工作原理如下：

本系統采用的諧振腔工作在TM0n0模式，腔體內電場和磁場分布見附圖3，對比待測材料加入前后，諧振頻率和品質因數變化，利用經典微擾算法可分析出混合樣品材料的相對復介電常數變化量與諧振頻偏的函數關系，并根據不同諧振模式的諧振腔內場分布，建立不同諧振模式下，等效復介電常數變化量與諧振頻偏的函數。

Lichtenecker對數法則是應用于多相混合物微波復介電常數計算的對數法則。當混合物中各個成份材料都是各向同性、對稱、均勻的理想媒質，各個成份的材料均勻混合的前提下，Lichtenecker對數法則可以表示為：

其中，ε_i表示混合物中第i種介質的相對復介電常數，v_i表示混合物中的第i種物質材料所占的體積分數，ε表示混合樣品材料的相對復介電常數。

本發明的有益效果為：1)利用多孔諧振器，可以檢測多種不同損耗的液體和粉末材料成份，檢測精度較高。2)利用諧振法檢測材料成份，便于安裝，適合在線實時檢測，操作簡單。

附圖說明

圖1是本發明基于諧振法的液體和粉末材料成份在線檢測系統結構圖。

圖2是諧振腔結構圖。

圖3是電場和磁場分布圖，其中左圖是電場分布圖，右圖是磁場分布圖。