[其他]反射式微波水份測試裝置

無效

• 申請號: 86202503
• 申請日: 1986-04-19
• 公開（公告）號: CN86202503U
• 公開（公告）日: 1987-07-08
• 發明（設計）人: 林月軒
• 申請（專利權）人: 上海無線電二十六廠
• 主分類號: G01N22/04
• 分類號: G01N22/04
• 代理公司: 上海市儀表電訊工業局專利事務室
• 代理人: 汪瑜,許文珍

本實用新型涉及利用微波測流體試樣中含水量的測試裝置，特別是一種改進的可測高含水量的反射式微波水分測試裝置。

根據微波受水分影響而衰減的現象，人們早就利用微波來測量物質中的含水量，大都采用透射波法，即讓微波穿過被測試樣，用接收器檢測隨試樣含水量不同而相位和強度也不同的透射波，從而測得試樣的含水量。這種方法，在含水量變化較小范圍內，因透射波的強度隨含水量的增多而單調減弱是可行的；但是，在含水量變化較大范圍內，透射波的強度，因反射波干擾并不單調增減而是在減弱總趨勢中時強時弱。為此，有人提出利用試樣相對微波的第一界面的反射波來測含水量的方案。其原理是：試樣的含水量會導致介電常數增大，于是波阻抗減小，反射系數增加，因此反射波強度也隨含水量增加而增加。1983年華東石油學院學報第三期發表的《利用微波在介質上的反射來測石油中含水量》一文中所述裝置，便是此方法一例。如圖1所示，該裝置主要由微波固態源、天線式探頭、環形器、檢波器、微波吸收筒、換向開關、監視臂、截止閥體等構成。微波固態源產生9.370GHz的等幅微波。天線探頭，是發射端裝有介質密封窗的圓錐形喇叭天線，它既用來向試樣發射微波，又用來接收試樣界面來的反射波。其介質密封窗，對微波傳播暢通無阻，而對試樣，則堵阻向波導系統的滲漏，故又稱堵頭。環行器，是利用磁化了的鐵氧體的各向異性性質做成的非互易微波元件，用來分離發射波和反射波。檢波器，是用晶體檢波器將接收到的反射波轉換成相應的電信號。微波吸收筒用來吸收未被反射掉的透射波。監視臂，是阻抗可調微波元件，通過調節可產生一定強度的微波反射值，代替標準樣品接在測量系統中，供儀器自校、換向開關，提供自校與實測的通道轉換。

由于在實際應用中，環行器的檢波器一端對微波源為通路狀態，還需加上隔離器來衰減從檢波器來的反射波，以免影響微波源。而環行器、隔離器都是鐵氧體制成的傳輸器件，對溫度相當敏感，導致測試裝置受溫度影響大，測試精度不穩定，可靠性差等缺點。另外，由于圓錐形喇叭天線探頭是通過法蘭盤直接與三公分標準矩形波導口連接，駐波比大，又需用三螺釘調配器來調小駐波比，而這只能在點頻上實現，一旦有微小頻率漂移，又會使調配性能變差，加上調配螺釘極易受振動而改變調配性能，因此機械性能可靠性也差。還有，用于自校的監視臂，實質上是一個反射系數可調的微波元件，其反射系數由短路板的位置和電阻片的電阻率所決定，這二個因素也都會隨時間和溫度起變化，使測試精度的可靠性降低，而且從實用角度看，欲獲得較穩定的反射系數，不僅制造工藝要求高，而且自校中的調試操作也很繁瑣。

本實用新型的目的是要提供一個結構簡化并對溫度、時間和頻率具有穩定性的、可靠性高的反射式微波水分測試裝置。

本實用新型用微波金屬結構的定向耦合器替代環行器，為此采用減高波導結構，使定向耦合器的尺寸做得為一般定向耦合器的1／3。由于該定向耦合器能在功率檢測器和微波源之間起很好的隔離作用，因此可省去隔離器。本實用新型又用獨特的二口波導開關替代了以往作自校用的換向開關和監視臂，該波導開關的殼體上只有二個口，并且其轉子內的波導不是彎曲狀的，而是直通形狀的。在其轉子柱體表面上加工有兩個對稱的光滑平面，這兩個平面的公共垂直中心線與上述轉子內的直通形波導的軸線成正交（也不一定是成垂直90°角，也可以成比90°角或大或小的角，但無論是從加工還是使用看，顯然是正交更為合適），通過轉子上的操作件可使該波導開關有二種轉換狀態：（1）通路狀態：直通形波導與殼體的兩口吻接相通，此時測量裝置為實測試樣含水量的工作狀態，微波經波導開關暢通無阻；（2）短路狀態：上述兩光滑平面與殼體兩口相對合，對微波源來的微波全反射，此時測量裝置為自校狀態，即利用全反射面反射的全部微波功率校準滿度測量值。

本實用新型對天線探頭也作了改進，它將以往天線探頭上的圓錐形喇叭天線改成從3公分標準矩形波導口向發射端的圓波導口快速漸變的喇叭天線，從而改善了天線本身的匹配，同時又對天線探頭上的堵頭作了改進，用機械強度高、憎水性好、耐高溫、耐腐蝕、微波損耗小的介質材料如聚砜制成一個由無槽球面頭螺釘及以該螺釘端面為底的圓錐體為一體的堵頭，該堵頭上的外螺紋直接與上述喇叭天線發射端圓波導口處的內螺紋相吻接，堵頭的尺寸比例選得使天線具有最佳匹配。用這種天線探頭可使駐波比很小，不必再用調配器。

為了進一步簡化結構，提高可靠性，本實用新型中的波導開關和功率檢測器分別直接做在定向耦合器的兩端，使它們三體合一。

以下結合附圖詳細說明本實用新型。

圖1是現有的反射式微波測量裝置的工作原理圖。