[發明專利]一種基于掃頻技術的諧振式微波水分檢測裝置及方法

在審

• 申請號: 202110637522.2
• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113281352A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 鄭建;胡美琴;陳杰
• 申請（專利權）人: 浙江雙元科技股份有限公司
• 主分類號: G01N22/04
• 分類號: G01N22/04
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 彭劍

1.一種基于掃頻技術的諧振式微波水分檢測裝置，其特征在于，包括微波處理板、電源板、微波激勵腔和微波諧振腔，所述的電源板用于給微波處理板供電；所述的微波激勵腔和微波諧振腔相對間隔放置，形成用于待檢測材料穿過的介質區域；所述的微波激勵腔上設有1G發射探針、3G發射探針和接收探針；

所述的微波處理板包括MCU、基頻發生器、掃頻器、功率放大器、頻率合成器、數字開關、1G濾波器、3G濾波器、檢波器、接收放大器、AD轉換模塊和DA轉換模塊；

所述的MCU用于控制掃頻器和基頻發生器的輸出、數字開關的通道選擇、DA轉換模塊的輸出，以及對AD轉換模塊發送的數字信號進行存儲和處理；

所述的基頻發生器用于接收MCU的控制信號，輸出900Mhz或2900Mhz的信號；

所述的掃頻器用于接收MCU的控制信號，在設定時間內輸出從頻率P至頻率Q的微波信號；

所述的功率放大器用于將掃頻器輸出的微波信號放大；

所述的頻率合成器用于將基頻發生器的輸出信號與功率放大器放大的微波信號合成最終頻率的信號；

所述的數字開關接收MCU的控制信號，將頻率合成器聯通至1G濾波器或3G濾波器；所述的1G濾波器與1G發射探針連接，所述的3G濾波器與3G發射探針連接；

所述接收探針接收的信號依次通過檢波器、接收放大器、AD轉換模塊后轉成數字信號存入MCU內存中；所述的DA轉換模塊由MCU控制，輸出0-20mA電流給外部設備。

2.一種微波水分檢測方法，其特征在于，使用權利要求1所述的諧振式微波水分檢測裝置，包括以下步驟：

(1)在介質區域空載狀態下，MCU控制基頻發生器產生900Mhz信號；然后MCU控制掃頻器從頻率a1到a2進行掃頻，同時開啟AD轉化模塊；

掃頻器發出的信號先經過放大器后與900Mhz信號到混頻器進行混頻，產生1Ghz附近的頻率信號，該信號由數字開關進入1G發射通道；經過1G通道濾波器，再放大后到1G發射探針向諧振腔體輻射；

信號通過諧振腔體由接收探針接收，通過檢波器后輸入到接收放大器，最后到AD轉換模塊轉成數字信號存入MCU內存中；通過對保存的數據處理算出信號幅值最大點對應的諧振頻率A；

(2)MCU控制基頻發生器產生2900Mhz信號，然后MCU控制掃頻器從頻率b1到b2進行掃頻，同時開啟AD轉化模塊；

掃頻器發出的信號先經過放大器后與2900Mhz信號到混頻器進行混頻，產生3Ghz附近的頻率信號，該信號由數字開關進入3G發射通道；經過3G通道濾波器，再放大后到3G發射探針向諧振腔體輻射；

信號通過諧振腔體由接收探針接收，通過檢波器后輸入到接收放大器，最后到AD轉換模塊轉成數字信號存入MCU內存中；通過對保存的數據處理算出信號幅值最大點對應的諧振頻率B；

(3)將待檢測材料放入介質區域，重復步驟(1)和步驟(2)的過程，得到檢測狀態下1G通道的諧振頻率Ax和3G通道的諧振頻率Bx；

(4)計算檢測狀態下的諧振偏移值作為相對含水量，并將諧振偏移值轉換成電流的編碼值后通過DA轉換模塊輸出給外部PC端，PC端將電流信號轉成數字編碼值后和外配的定量表計算待測材料的含水率。

3.根據權利要求2所述的微波水分檢測方法，其特征在于，步驟(1)中，MCU控制掃頻器從頻率100Mhz到130Mhz進行掃頻，掃描階梯為30Khz，掃描時間2ms；掃頻器發出的信號先經過放大器后與900Mhz信號到混頻器進行混頻，產生1G到1.03G的頻率信號；此時，測得的空載時1G通道的諧振頻率A為：

A＝[(a2-a1)/1000]*Ta+a1

a1和a2分別為100Mhz和130Mhz，表示掃描頻率的下限和上限，a1到a2分為1000臺階，Ta為1000臺階中波形電壓值最高點所對應的點，其對應的頻率為1G通道的諧振頻率。

4.根據權利要求3所述的微波水分檢測方法，其特征在于，步驟(1)中，在得到空載時1G通道的諧振頻率A后，還包括：

更改掃頻器從頻率(A-3)Mhz到(A+3)Mhz開始掃頻，掃描階梯為6Khz，掃描時間2ms，最后得出諧振頻率A2，并將空載時1G通道的諧振頻率A的數值更新為A2。