本發(fā)明。
【主權(quán)項】
1.雷達型微波測水儀器的測試方法，其特征在于： 包括構(gòu)建雷達型微波測水儀器步驟； 雷達型微波測水儀器包括以下部件：機架底座（7):用于放置待測物料樣品（8);微波 雷達主機（1):用于發(fā)射連續(xù)單頻微波信號用以透射待測物料樣品（8)，并接收信標(biāo)器（3) 發(fā)射的信標(biāo)信號，并將輸出數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理終端（5);信標(biāo)器（3):用于接收透射待測 物料樣品（8)后的微波信號，并將接收到的微波信號進行調(diào)制形成信標(biāo)信號，并將信標(biāo)信 號發(fā)射到微波雷達主機（1);數(shù)據(jù)處理終端：數(shù)據(jù)處理終端輸出頻率選擇信號給微波雷達 主機（1)，微波雷達主機（1)根據(jù)頻率選擇信號輸出相應(yīng)頻率的連續(xù)單頻微波信號，數(shù)據(jù)處 理終端還用于接收微波雷達主機（1)的輸出數(shù)據(jù)并計算出待測物料樣品的含水量；所述輸 出數(shù)據(jù)包括參考時鐘信號、連續(xù)單頻微波信號的功率檢測信號，還包括連續(xù)單頻微波信號 與信標(biāo)信號進行正交混頻后輸出的中頻同相分量，還包括連續(xù)單頻微波信號與信標(biāo)信號進 行正交混頻后輸出的中頻正交分量；微波雷達主機位于機架底座（7)正上方，信標(biāo)器（3)位 于微波雷達主機的正下方，信標(biāo)器（3)設(shè)置在機架底座（7)上，微波雷達主機（1)的微波雷 達天線（2)面向機架底座，信標(biāo)器（3)的信標(biāo)器天線（4)面向微波雷達主機，數(shù)據(jù)處理終端 (5)的頻率選擇信號輸出端與微波雷達主機（1)的頻率選擇信號端連接，微波雷達主機（1) 的輸出數(shù)據(jù)端與數(shù)據(jù)處理終端（5)的數(shù)據(jù)輸入端連接； 還包括如下測試步驟： 第一步：第一步：測算出微波雷達天線（2)和信標(biāo)器天線（4)出口面之間的距離為R ; 第二步：校準(zhǔn)測試得到無量綱系統(tǒng)常數(shù)； 校準(zhǔn)測試的具體步驟如下：在沒有物料樣品時，微波雷達主機（1)依次發(fā)射的頻率4 和L(^f2)的微波信號進行校準(zhǔn)測試；設(shè)頻率為fi(i = 1，2)時，微波雷達發(fā)射功率為Pti， 微波雷達天線（2)的天線增益Gi,信標(biāo)器天線（4)的天線增益為G ai，微波雷達主機收到的 信標(biāo)信號的同相分量和正交分量幅度分別為Ii和Q i，則有： Ii= A ^osOi (式 1); Qi= A JSinOi (式 2); 其中Ai是接收的信標(biāo)信號幅度的絕對值，Φ i是信標(biāo)信號相對于發(fā)射信號的相位，并 有：式中，λ Μ是頻率為f i的電磁波的真空波長，L Μ、ΦΜ分別是頻率f i上系統(tǒng)固有損耗因 子和傳輸相位，Ztl= 50 Ω是傳輸線特性阻抗； 發(fā)射信號通過耦合器耦合部分功率，檢波產(chǎn)生監(jiān)測電壓\為：h是比例系數(shù)； 于是可得：當(dāng)系統(tǒng)為寬帶設(shè)計，并且4和f2滿足：則近似有 Ii1= k2= k，L01= L02= L0, φ01= Φ 02= Φ 0， 對一般天線有：其中，A、Aa分別是雷達天線和信標(biāo)器天線的有效面積，在系統(tǒng)工作頻帶內(nèi)近似為常量； 故近似有：第三步：待測物料樣品測定； 待測物料樣品測定的具體步驟如下：當(dāng)放置有待測物料樣品后，同樣在頻率4和f 2進 行兩次測試，在頻率A時雷達接收到的信標(biāo)信號的同相分量和正交分量幅度分別為I i'和 Qi'，類似可得：式中，分別是存在物料樣品時頻率為"的電磁波在空間的復(fù)傳播常數(shù)γ i的實 部和虛部，并有：式中ε。/、ε。/'和分別是有物料樣品情況下，頻率為&時，電磁波傳播路徑上介質(zhì)復(fù) 介電常數(shù)的實部和虛部； 根據(jù)已知量XpyiJjP 以解出a i:設(shè)角度Φ i (0彡Φ i< 2 π )滿足，則有：在滿足（式8)條件下，認為電磁波在頻率fdPf2上群速相等，電磁波傳輸時間也相 等，設(shè)二者分別Vg為和τ d:(式21)中C是空氣中的光速； 當(dāng)滿足條件：(式22)中的I 是含水物料在頻率^或匕上復(fù)介電常數(shù)模值的最大值； 根據(jù)（式23)得到的m代入（式21)求得^后，可得n 取值為： rii = fix (f 1 τ d)，n2 = n i+m (式 24); (式24)代入（式20)可以求得f3i;根據(jù)（式15)，求出ε。/、ε。/'：設(shè)電磁波傳播空間的空氣、干燥物料和水的體積比分別為P :q :r，p+q+r = 1，則： ε ' Ci-J ζ " Ci = P ε a+q ε d+r ε Wi (式 27); 式中εa、ε d、ε Μ分別是空氣、干燥物料和水的介電常數(shù)，εa= L p+q+r = 1; 通常干燥物料沒有介電損耗，故ed為正實數(shù)； 于是： ε ' z " ci = q(ε d_D+r(ε Wi-D (式 28); 根據(jù)水的介電弛豫模型，水的介電常數(shù)為：其中es= 80和ε " = 4. 9分別是水的直流和無限高頻率介電常數(shù)；τ是水的介電弛 豫時間，純水τ =2X10_ns，對含在不同物料中的水τ具有不同的值；ewi的實部和虛部 分別為：根據(jù)（式28)實部和虛部分別相等，并將（式29)、（式32)代入，可得：根據(jù)（式35)，消去參數(shù)τ可得：代入到（式35)，求出hfj，并代入（式33)求出代入（式32)求出q(ed-l):根據(jù)干燥物料和水的體積比q :r，可得物料含水率w(重量比）為： (式39)中_對于特定物料是無量綱常數(shù)，可以通過系統(tǒng)標(biāo)定得到其數(shù)值； 第四步：進行系統(tǒng)標(biāo)定， 系統(tǒng)標(biāo)定的具體做法如下：采用一塊含水的物料樣本（含水率不為零，可預(yù)先加濕）， 先用本發(fā)明所述微波雷達測水儀進行一次測試，由（式37)、（式38)得到Γ(ι和q J ε d_l); 然后對該樣品采用水含量標(biāo)準(zhǔn)測試方法（依據(jù)GB/T462-2003《紙和紙板水份的測定》或 GB/T 12087-2008《淀粉水分測定烘箱法》國家標(biāo)準(zhǔn)測試方法）測得其準(zhǔn)確含水率Wtl;根據(jù) (式39)，可解得：經(jīng)過標(biāo)定后，微波雷達測水儀即可以用于該類物料含水率在線測試；其計算過程為由 (式16)、（式20)計算a p β i，再由（式25)(式26)計算ε ci'、ε ci"，之后由（式36)、 (式37)計算^和r，最后根據(jù)（式39)得到物料含水量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雷達型微波測水儀器的測試方法，其特征在于：機架底座（7) 開有凹槽，信標(biāo)器（3)和信標(biāo)器（3)的信標(biāo)器天線（4)都設(shè)置在凹槽內(nèi)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雷達型微波測水儀器的測試方法，其特征在于：所述信標(biāo)器 (3)包括電池、開關(guān)驅(qū)動器B、方波振蕩器、反射式微波單刀單擲開關(guān)、匹配負載，電池均與 開關(guān)驅(qū)動器B、方波振蕩器供電連接，開關(guān)驅(qū)動器B與反射式微波單刀單擲開關(guān)進行驅(qū)動連 接，方波振蕩器與開關(guān)驅(qū)動器B匹配連接，反射式微波單刀單擲開關(guān)與匹配負載匹配連接， 反射式微波單刀單擲開關(guān)還與信標(biāo)器（3)的信標(biāo)器天線（4)連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的雷達型微波測水儀器的測試方法，其特征在 于：所述微波雷達主機包括發(fā)射連續(xù)單頻微波信號的發(fā)射單元、連續(xù)單頻微波信號的功率 檢測單元、連續(xù)單頻微波信號與信標(biāo)信號進行正交混頻的正交混頻單元。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的雷達型微波測水儀器的測試方法，其特征在于：所述發(fā)射單 元包括順次鏈接的開關(guān)驅(qū)動器A、單刀雙擲開關(guān)、定向耦合器A、發(fā)射天線；開關(guān)驅(qū)動器A受 頻率選擇信號的控制，單刀雙擲開關(guān)受開關(guān)驅(qū)動器A的控制，定向耦合器A接收單刀雙擲開 關(guān)的輸出信號生成連續(xù)單頻微波信號給發(fā)射天線，單刀雙擲開關(guān)還受鎖相頻率源A和鎖相 頻率源B的控制，鎖相頻率源A和鎖相頻率源B都接收晶體振蕩器的振動信號，晶體振蕩器 同時發(fā)送參考時鐘信號給數(shù)據(jù)處理終端。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的雷達型微波測水儀器的測試方法，其特征在于：功率檢測單 元包括順次鏈接的定向親合器B、檢波器、放大器，定向親合器B接收發(fā)射單元的連續(xù)單頻 微波信號。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的雷達型微波測水儀器的測試方法，其特征在于：正交混頻單 元包括順次鏈接的接收天線、低噪聲放大器、正交混頻器，正交混頻器接收發(fā)射單元的連續(xù) 單頻微波信號或接收功率檢測單元的連續(xù)單頻微波信號，接收天線接收信標(biāo)器（3)發(fā)送的 信標(biāo)信號，信標(biāo)信號經(jīng)過低噪聲放大器的放大后通過正交混頻器與連續(xù)單頻微波信號進行 正交混頻，正交混頻器輸出2路正交混頻信號，一路正交混頻信號輸出到中頻濾波器A、再 經(jīng)過中頻放大器A輸出中頻同相分量信號給數(shù)據(jù)處理終端，另一路正交混頻信號輸出到中 頻濾波器B、再經(jīng)過中頻放大器B輸出中頻正交分量信號給數(shù)據(jù)處理終端。
【專利摘要】本發(fā)明公開了雷達型微波測水儀器的測試方法，包括以下部件：機架底座：用于放置待測物料樣品；微波雷達主機：用于發(fā)射連續(xù)單頻微波信號用以透射待測物料樣品，并接收信標(biāo)器發(fā)射的信標(biāo)信號，并將輸出數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理終端；信標(biāo)器：用于接收透射待測物料樣品后的微波信號，并將接收到的微波信號進行調(diào)制形成信標(biāo)信號，并將信標(biāo)信號發(fā)射到微波雷達主機；數(shù)據(jù)處理終端：數(shù)據(jù)處理終端輸出頻率選擇信號給微波雷達主機，微波雷達主機根據(jù)頻率選擇信號輸出相應(yīng)頻率的連續(xù)單頻微波信號，數(shù)據(jù)處理終端還用于接收微波雷達主機的輸出數(shù)據(jù)并計算出待測物料樣品的含水量。
【IPC分類】G01N22/04
【公開號】CN104977312
【申請?zhí)枴緾N201510342364
【發(fā)明人】陽安源, 譙凡
【申請人】四川萊源科技有限公司
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年6月18日