微波法在線式煤炭水分測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于煤炭水分檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微波法在線式煤炭水分測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭水分含量決定生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)、節(jié)能環(huán)保及經(jīng)濟(jì)利益等工業(yè)生產(chǎn)問題?，F(xiàn)有的烘干稱重測(cè)水與紅外測(cè)水都離不開烘干稱重，其測(cè)水的根本是從濕煤中去掉水分，只要把濕煤加熱到一定程度，在一定的時(shí)間內(nèi)水分就可以完全蒸發(fā)掉，而剩余的質(zhì)量為干煤質(zhì)量。只要稱量精度高，操作時(shí)間掌握嚴(yán)格，其誤差一定很小，也很容易達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。紅外烘干測(cè)水只不過是把龐大的烘干箱去掉，改為紅外烘干，其測(cè)量手段是改進(jìn)了，但是方法上絲毫沒有變化。直接烘干法測(cè)試過程漫長，往往不能適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種微波法在線式煤炭水分測(cè)量系統(tǒng)，具有誤差小、精度高和速度快的特點(diǎn)。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種微波法在線式煤炭水分測(cè)量系統(tǒng)，包括有定向耦合器，定向耦合器的一端通過衰減器與隔離器相連，隔離器與微波信號(hào)源相連；定向耦合器的另一端與參考變頻器相連；參考變頻器分別與功分器、中頻放大器A相連；功分器與微波本振源、接收通道變頻器相連；中頻放大器A與信號(hào)處理器相連；信號(hào)處理器通過中頻放大器B與接收通道變頻器相連；信號(hào)處理器通過數(shù)據(jù)輸出裝置與終端機(jī)相連；接收通道變頻器與低聲放大器相連；定向耦合器與發(fā)射天線相連；低聲放大器與接收天線相連。
[0005]所述的微波信號(hào)源的微波頻率為IGHz-40GHz。
[0006]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0007]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型采用微波測(cè)量衰減方相位、阻抗反射等方法，通過煤中的水對(duì)電磁波傳輸?shù)挠绊懗潭全@得測(cè)量結(jié)果。采用現(xiàn)有技術(shù)測(cè)量，每次需花費(fèi)30分鐘到4小時(shí)不等的時(shí)間。而用微波測(cè)試每秒可獲得數(shù)十次測(cè)量數(shù)據(jù)；并且烘干測(cè)量僅能得到樣品的水分，而微波測(cè)量可對(duì)皮帶上的煤炭進(jìn)行掃描，得到更能體現(xiàn)整體水分的數(shù)據(jù)。
[0008]水的介電常數(shù)為75，而煤的介電常數(shù)為5左右；水的正切損耗角為0.15-1.2 (1G-30G)，而煤的正切損耗角為0.001-0.05 (1G-30G)，由此可見水分和煤對(duì)電磁波的損耗和相移影響有著很大的差異，用本實(shí)用新型檢測(cè)煤的水分含量可實(shí)現(xiàn)快速、非接觸測(cè)量。具體體現(xiàn)在:
[0009]I)用頻率為lGHz-40GHz的微波進(jìn)行測(cè)量。
[0010]2)測(cè)量是非接觸的。
[0011]3)采用相位和幅度參數(shù)消除煤炭粒度和密度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。
[0012]4)基于數(shù)字處理機(jī)實(shí)現(xiàn)高測(cè)量速度。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0015]參見圖1，一種微波法在線式煤炭水分測(cè)量系統(tǒng)，包括有定向耦合器，定向耦合器的一端通過衰減器與隔離器相連，隔離器與微波信號(hào)源相連；定向耦合器的另一端與參考變頻器相連；參考變頻器分別與功分器、中頻放大器A相連；功分器與微波本振源、接收通道變頻器相連；中頻放大器A與信號(hào)處理器相連；信號(hào)處理器通過中頻放大器B與接收通道變頻器相連；信號(hào)處理器通過數(shù)據(jù)輸出裝置與終端機(jī)相連；接收通道變頻器與低聲放大器相連。
[0016]所述的微波信號(hào)源的微波頻率為IGHz-40GHZ。
[0017]微波在透射過煤炭時(shí)，煤炭內(nèi)部導(dǎo)電粒子在微波輻射場(chǎng)中被拉長并且排列規(guī)則，產(chǎn)生微量電流，這種電流分散了部分微波能量，從而表現(xiàn)出微波能量的衰減，引起介質(zhì)的電磁學(xué)特性的變化。水分子是極性分子，而煤炭纖維是聚合度大的非極性分子，所以微波穿透煤炭而產(chǎn)生的衰減來源于水分子的微量電流。因此，我們可以根據(jù)衰減量的多少計(jì)算出含水量。單位體積電介質(zhì)吸收的能量，即單位體積電介質(zhì)對(duì)微波的衰減量為:
[0018]A= (2 π d/ λ ) ε /2 (l+tg2 δ -1)
[0019]式中，A為微波衰減量，d為介質(zhì)的厚度，λ為微波波長，ε為總介電常數(shù)，tgS為總介電損耗。
[0020]從上式可以看出，對(duì)于微波能量的變化，主要有二個(gè)測(cè)量途徑:1)衰減法:根據(jù)能量幅值的變化；2)相移法:根據(jù)振蕩相移的變化。
[0021]系統(tǒng)選用頻率為lGHz-30GHz的微波源。隔離器能吸收負(fù)載不匹配所引起的反射，保證信號(hào)源穩(wěn)定地工作。衰減器衰減量根據(jù)需要調(diào)節(jié)，喇叭天線增益為10-20dB。低噪聲放大器用來放大透過介質(zhì)后被衰減的微波信號(hào)。檢波方式為相敏檢波，誤差電壓既反映透過介質(zhì)后微波信號(hào)的相移量。
[0022]參數(shù)測(cè)量使用的是對(duì)比法。度曲參考值時(shí)，先不放置煤炭，讀出參考電平。然后再放置煤炭，讀出微波值，減掉參考電平得到測(cè)量值。因煤炭則是非均勻顆粒，煤炭的粒度組成分散性很大，顆粒形狀分散性也很大，并有兩方面因素影響測(cè)量精度a粒度組成分散性大使得每次測(cè)量中它的粒度(各級(jí)別的粒度占有的測(cè)量空間比不一樣)這樣將引起測(cè)量中誤差增大。b顆粒形狀分散性大，形狀千差萬別的顆粒，主要是較大的顆粒會(huì)排列出錯(cuò)綜復(fù)雜的過大或不同的隙縫，從而增大了誤差。針對(duì)以上兩點(diǎn)本實(shí)用新型采用幅度和相位兩種參數(shù)來對(duì)消密度和粒度的影響。
[0023]本實(shí)用新型的工作原理是:
[0024]一，微波信號(hào)源產(chǎn)生lGHz-30GHz的微波信號(hào)，該微波信號(hào)分為兩部分，一部分通過發(fā)射天線照射煤炭；另一部分通過耦合器耦合出來與微波本振源功分輸出的信號(hào)經(jīng)參考變頻器處理后變?yōu)橹蓄l信號(hào)，進(jìn)入中頻放大器A放大后送到信號(hào)處理器；
[0025]二，通過接收天線拾取透射過煤炭的微波信號(hào)經(jīng)過低噪聲放大器放大后與微波本振源功分輸出的信號(hào)經(jīng)接受通道變頻處理后變?yōu)橹蓄l信號(hào)，進(jìn)入中頻放大器B放大后送到信號(hào)處理器；
[0026]三，信號(hào)處理器對(duì)來自中頻放大器A輸出的參考信號(hào)以及來自中頻放大器B的微波信號(hào)透射煤炭后的信號(hào)分別進(jìn)行相位和幅度計(jì)算，進(jìn)行幅度差和相位差的檢測(cè)，得到表征水分含量的微波參數(shù)；該微波參數(shù)通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)建立的數(shù)學(xué)模型及密度補(bǔ)償算法進(jìn)行運(yùn)算，得到水分檢測(cè)結(jié)果；該水分檢測(cè)結(jié)果通過數(shù)據(jù)輸出裝置傳輸給終端機(jī)。
[0027]本實(shí)用新型還有其他多種實(shí)施例，可應(yīng)用于糧食、煙草、化工等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的在線水分檢測(cè)。在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本專利所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.微波法在線式煤炭水分測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括有定向耦合器，定向耦合器的一端通過衰減器與隔離器相連，隔離器與微波信號(hào)源相連；定向耦合器的另一端與參考變頻器相連；參考變頻器分別與功分器、中頻放大器A相連；功分器與微波本振源、接收通道變頻器相連；中頻放大器A與信號(hào)處理器相連；信號(hào)處理器通過中頻放大器B與接收通道變頻器相連；信號(hào)處理器通過數(shù)據(jù)輸出裝置與終端機(jī)相連；接收通道變頻器與低聲放大器相連；定向親合器與發(fā)射天線相連；低聲放大器與接收天線相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波法在線式煤炭水分測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述的微波信號(hào)源的微波頻率為lGHz-40GHz。
【專利摘要】微波法在線式煤炭水分測(cè)量系統(tǒng)，包括有定向耦合器，定向耦合器的一端通過衰減器與隔離器相連，隔離器與微波信號(hào)源相連；定向耦合器的另一端與參考變頻器相連；參考變頻器分別與功分器、中頻放大器A相連；功分器與微波本振源、接收通道變頻器相連；中頻放大器A與信號(hào)處理器相連；信號(hào)處理器通過中頻放大器B與接收通道變頻器相連；信號(hào)處理器通過數(shù)據(jù)輸出裝置與終端機(jī)相連；接收通道變頻器與低聲放大器相連；定向耦合器與發(fā)射天線相連；低聲放大器與接收天線相連；微波信號(hào)源產(chǎn)生微波信號(hào)，將高頻信號(hào)通過發(fā)射天線照射煤炭；接收天線拾取透射過煤炭的微波信號(hào)；對(duì)所拾取的微波信號(hào)透射煤炭前的高頻信號(hào)檢測(cè)；具有誤差小、精度高和速度快的特點(diǎn)。
【IPC分類】G01N22-04
【公開號(hào)】CN204374103
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520036463
【發(fā)明人】雷軍, 李世星
【申請(qǐng)人】西安阿爾特測(cè)控技術(shù)有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年1月20日