[發明專利]利用微波檢測顆粒狀固體樣品含水率的裝置

有效

• 申請號: 201910065699.2
• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN109613026B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 張濤;王沛霖;鄭煥春;房佳匯鈺;段巖釗;徐常皓;孫宇;劉士寧
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N22/04
• 分類號: G01N22/04
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王淑秋

1.一種利用微波檢測顆粒狀固體樣品含水率的裝置，其特征在于包括微波源、傳輸單元、發射單元、反射接收單元、透射接收單元、樣品室、微波功率檢測單元、數據處理及輸出單元組成；被測樣品放置在樣品室內；微波源通過傳輸單元與發射單元相連接并通過發射單元向空間傳播發射微波信號，同時通過反射接收單元接收與樣品作用后反射回來的反射微波信號，通過透射接收單元接收與樣品作用后透射過去的透射微波信號；微波功率檢測單元分別接收反射接收單元輸出的反射微波功率信號P₂和透射微波功率信號P₃，并將反射微波功率信號P₂和透射微波功率信號P₃轉換為第一直流混頻電壓信號V1和第二直流混頻電壓信號V2后輸出；數據處理及輸出單元對第一直流混頻電壓信號V1和第二直流混頻電壓信號V2進行采集，并根據預先標定的被測樣品的含水率與堆積密度、第一直流混頻電壓信號V1和第二直流混頻電壓信號V2的函數關系式確定被測樣品的含水率；被測樣品的含水率與堆積密度、第一直流混頻電壓信號V1和第二直流混頻電壓信號V2的函數關系式的標定方法如下：

（1）、將樣品室放置于壓機上并將壓力傳感器固定在壓機的壓頭下面；然后在樣品室內裝填已知含水率M的顆粒狀固體樣品及介電常數小于3的液體介質；使得樣品完全浸入液體介質；

（2）、利用壓機對樣品施加靜壓，靜壓每增加△N，△N≤ 1 Mpa，記錄靜壓值、液體介質的液面高度及對應的第一直流混頻電壓信號V1和第二直流混頻電壓信號V2采集值；直至隨著靜壓增大液面高度不再變化；得到一系列靜壓值及對應的第一直流混頻電壓信號V1和第二直流混頻電壓信號V2采集值；

（3）、利用數據處理及輸出單元擬合出第一直流混頻電壓信號V1與靜壓N之間的函數關系式（1）、第二直流混頻電壓信號V2采集值與靜壓N之間的函數關系式（2）；

V1=f₁（M,N）（1）

V2=f₂（M,N）（2）

（4）、令f₁（M,ρ）= f₁（M,N）；f₂（M,ρ）= f₂（M,N），得到第一直流混頻電壓信號V1與堆積密度ρ之間的等效函數關系式（3）、第二直流混頻電壓信號V2采集值與堆積密度ρ之間的等效函數關系式（4）；

V1=f₁（M,ρ） （3）

V2= f₂（M,ρ） （4）

（5）、根據步驟（4）得到的等效關系式(3)、（4），利用數據處理及輸出單元擬合出含水率M與第一直流混頻電壓信號V1、第二直流混頻電壓信號V2的等效函數關系式（5）；

M=α₀+α₁ V1+α₂V2 （5）；

包含溫度補償項的含水率M與第一直流混頻電壓信號V1、第二直流混頻電壓信號V2的函數關系式的獲得方法如下：

（1）、將預先加熱至45度的樣品放入樣品室中，同時在樣品室的中間位置放置一熱電偶；熱電偶的輸出端連接數據處理及輸出單元；

（2）、打開微波源使其發射微波信號；熱電偶輸出的溫度值每下降△T，△T≤3℃，數據處理及輸出單元記錄溫度采集值及對應的第一直流混頻電壓信號V1和第二直流混頻電壓信號V2采集值；直至溫度下降到室溫；得到一系列溫度采集值及對應的第一直流混頻電壓信號V1和第二直流混頻電壓信號V2采集值；

（3）、利用數據處理及輸出單元擬合出溫度T與第一直流混頻電壓信號V1的函數關系式（6）、溫度T與第二直流混頻電壓信號V2的函數關系式（7）；

V1=f₁（T） （6）

V2=f₂（T） （7）

（4）、利用步驟（3）得到的兩個函數關系式對等效函數關系式（3）、（4）進行修正得到包含了溫度補償項的等效函數關系式（8）、（9）；

V1= f₁（M,ρ）+ f₁（T） （8）

V2= f₂（M,ρ）+f₂（T） （9）

（5）、根據函數關系式（8）、（9），利用數據處理及輸出單元擬合出包含溫度補償項的含水率M與第一直流混頻電壓信號V1、第二直流混頻電壓信號V2的函數關系式（10）；

M=b₀+b₁V1+b₂V2 +b₃T （10）。