[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

本發明涉及一種利用微波檢測顆粒狀固體樣品含水率的裝置，該裝置的微波源通過發射單元向空間傳播發射微波信號；反微波功率檢測單元分別接收反射接收單元的反射微波功率信號和透射接收單元的透射微波功率信號，并將反射微波功率信號和透射微波功率信號轉換為第一、第二直流混頻電壓信號后輸出；數據處理及輸出單元對第一、第二直流混頻電壓信號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和第二直流混頻電壓信號的函數關系式確定被測樣品的含水率。本發明能夠有效消除了堆積密度對含水率測量結果的影響，極大地提高了顆粒狀固體材料含水率的測量精度，并且結構簡單，易于操作，成本低。

技術領域

本發明屬于微波應用技術領域，涉及一種微波檢測顆粒狀固體樣品含水率的裝置。

背景技術

在工農業生產過程中，顆粒狀固體材料的含水率檢測對產品的應用和生產有重要的影響。

含水率測量分為直接測量和間接測量，每種方法適用范圍都不相同，精度也不相同。微波檢測技術是通過微波與物質中水分子相互作用，盡而實現物料含水率的無損檢測，其測量范圍大且測量精度高而在含水率測量過程中得到廣泛應用。

微波是一種高頻電磁波，在微波的作用下，水分子的偶極矩會發生頻繁拉伸和換向，消耗大量的能量。微波與物質中水分子相互作用，從而發生微波的反射與透射，被測物料的水分會引起微波功率的損耗，且其遠大于其他背底材料引起的損耗，通過測量反射和透射微波功率衰減，相位變化，諧振頻率等相關物理量，便能間接的測量物料的含水率。

通常情況下，利用微波法測量含水率會根據實際情況分別采用反射微波功率衰減檢測法和透射微波功率衰減檢測法。但是，這兩種方法在對顆粒狀固體材料進行含水率檢測過程中確遇到了原理性誤差的影響，即材料堆積密度對檢測精度的影響。

顆粒狀固體樣品含水率檢測過程中受到堆積密度分布不均勻因素影響很大，對于相同含水率的顆粒狀材料樣品進行微波空間波檢測時，堆積密度越大則空間內水分子分布越密集，對微波反射與透射波能量的損耗與衰減影響越大，直接影響了對于樣品含水率的測量精度。通常采用的讓樣品在相同的高度同時落下的方式解決堆積密度誤差問題，雖然在一定程度上消除了影響，但是并沒有從根本上解決問題，這樣的誤差同樣也很大。樣品堆積密度對含水率測量方法的影響，限制了測量的精準度。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種能夠有效消除堆積密度對測量結果影響，并極大地提高測量精度的利用微波檢測顆粒狀固體樣品含水率的裝置。

為了解決上述技術問題，本發明的利用微波檢測顆粒狀固體樣品含水率的裝置包括微波源、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。

進一步，本發明所述的樣品室內設置有熱電偶；熱電偶的輸出連接數據處理及輸出單元。

所述微波源的工作頻率范圍為10GH_z。

所述的傳輸單元采用同軸傳輸線，其端口阻抗的典型值為50Ω。

所述的發射單元與反射接收單元采用由微波發射器件與接收器件集成在一起并復用其中的波導天線構成的一體化單元。