一种应用于谷物含水率检测系统的微波天线检测距离优化装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种应用于谷物含水率检测系统的微波天线检测距离优化装置及其方法，装置包括微波发射端、微波接收端、天线升降平台和控制单元；微波发射端和微波接收端分别滑动设置在天线升降平台的下半空间和上半空间，控制单元处理分析来自微波发射端和微波接收端的微波信号与超声波测距传感器信号，控制天线升降平台移动微波发射端和微波接收端调节检测距离。本发明专利技术微波天线检测距离优化方法综合考虑天线远场条件、含水率检测结果代表性和减小微波空间传输损耗这三个条件对检测距离设置的要求，帮助谷物含水率检测系统确定并自动调整至不同检测频率下的最优检测距离，提高谷物含水率检测系统的检测精度。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于谷物含水率检测系统的微波天线检测距离优化装置及其方法
本专利技术涉及谷物含水率检测，尤其是涉及一种应用于谷物含水率检测系统的微波天线检测距离优化装置及其方法，主要适用于使用微波传递谷物含水率信息的检测系统中确定检测距离，综合考虑天线远场条件、含水率检测结果代表性和减小微波空间传输损耗这三个条件对检测距离设置的要求，能够帮助谷物含水率检测系统确定并自动调整至不同检测频率下的最优检测距离，是提高谷物含水率检测系统精度的关键装置。技术背景含水率是谷物的一个重要特性，对其物理、化学性质有着很大的影响。谷物的含水率影响其收获、存储、运输、加工等各个方面，更是某些粮食谷物质量评判的关键指标。微波检测方法作为一种新兴的谷物含水率检测方法，可以实现非接触式无损检测，其中的空间波透射法允许微波以空间辐射方式穿透待测的谷物，不仅可以检测谷物外表水，还可以检测谷物内部水分，含水率检测结果代表性好，故微波空间波透射法越来越多地应用到谷物含水率检测系统当中。空间波透射法需要两只微波天线安装在被测物料的上下两侧，一只天线发射微波，另外一只接收微波，发射天线到被测物料的距离称为检测距离，在微波检测领域，利用微波获取材料特性的实验装置中，只为满足天线远场条件，一般可以通过手动粗略地调节该检测距离，而目前的使用微波传递谷物含水率信息的检测系统中，发射天线和接收天线的位置一般是固定的，发射天线到被测物料的检测距离完全是随机的，而且不易调整。关于检测距离的设置，首先就要考虑天线远场条件，避免收、发天线处在近场区，因为此时不但天线的方向图没有形成，而且在近场范围内的任何导电体甚至介质物体都被看成是天线电磁边界条件的一部分，影响天线的实际使用效果，远场条件限制了收、发天线间的最小距离，也就决定了发射天线到被测物料的检测距离最小值；其次，一定频率下波束宽度是确定的，检测距离直接决定微波辐射到被测物料的面积，为使绝大部分的被测物料囊括在微波的辐射面积内，提高含水率检测结果的代表性，应将检测距离设置的较大一些；最后，考虑到在实际的测量过程中，由于被测样品的不均匀，微波在穿透被测样品时发生反射、散射和绕射，产生较大的微波空间传输损耗，对测量产生不利影响，为了减小这三种作用的影响，通常将检测距离设置的小一点，发射天线和接收天线安装的位置离被测样品尽可能近一些，以保证穿透被测样品后的微波更多地被接收天线接收，反射微波更多地被发射天线接收。检测距离设置的优劣将直接决定谷物含水率检测系统的精度甚至是可行性，因此，亟需一种能够平衡上述三点对于检测距离设置的要求，帮助谷物含水率检测系统确定并自动调整至不同检测频率下的最优检测距离，提高谷物含水率检测系统精度的微波天线检测距离优化装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决目前的使用微波获取谷物含水率的检测系统中，发射天线到被测物料的检测距离是固定的，无法针对不同的检测对象或者不同的检测频率调整检测距离，并且检测距离的设置并没有充分考虑天线远场条件、含水率检测结果代表性和减小微波空间传输损耗这三个条件对检测距离设置的要求，设置不合理的检测距离造成谷物含水率检测系统精度大大降低的问题，提供一种在谷物含水率检测系统处于不同工作频率下时，能够综合考虑天线远场条件、含水率检测结果代表性和减小微波空间传输损耗三个条件，确定并自动调整检测距离至最优检测距离，提高谷物含水率检测系统精度的微波天线检测距离优化装置。本专利技术解决技术问题所采取的技术方案是：一种应用于谷物含水率检测系统的微波天线检测距离优化装置，包括微波发射端、微波接收端、天线升降平台和控制单元；微波发射端与微波接收端安装在天线升降平台上，微波发射端位于天线升降平台的下半空间，微波接收端位于天线升降平台的上半空间，天线升降平台提供Z轴方向的移动；微波发射端用于发射微波信号和根据超声波信号测量检测距离，微波接收端用于接收微波信号和根据超声波信号测量其与被测谷物间的距离，天线升降平台用于改变微波发射端和微波接收端在Z轴方向的位置来调节检测距离，控制单元处理分析来自微波发射端和微波接收端的微波信号与超声波测距传感器信号，控制天线升降平台移动微波发射端和微波接收端调节检测距离；控制单元根据远场条件确定检测距离的最小值dmin，由含水率检测结果代表性条件确定检测距离的最大值dmax，控制天线升降平台移动微波发射端和微波接收端从检测距离的最大值dmax开始，由减小微波空间传输损耗逐步逼近(dmin,dmax)中的最优检测距离dbest。所述微波发射端包括微波发射天线、发射天线移动平台、发射端超声波测距传感器和发射端滑块；微波发射天线安装在发射天线移动平台的中心，天线口径面朝上，发射端超声波测距传感器和发射端滑块固定在发射天线移动平台上，发射天线移动平台通过发射端滑块滑动连接到天线升降平台。所述微波接收端包括微波接收天线、接收天线移动平台、接收端超声波测距传感器和接收端滑块；微波接收天线安装在接收天线移动平台的中心，天线口径面朝下，接收端超声波测距传感器和接收端滑块固定在接收天线移动平台上，接收天线移动平台通过接收端滑块滑动连接到天线升降平台。所述天线升降平台包括机架、导轨、发射端升降推杆和接收端升降推杆。机架是天线升降平台的基础，其是由铝合金型材和连接件组成的立体框架，长宽高尺寸为780*380*1250mm；四支导轨安装在机架高边的内侧，两两相对，与微波发射端和微波接收端的滑块相配合，允许微波发射端和微波接收端在导轨上升降运动；四支发射端升降推杆安装在机架的上部，其固定端固连在机架高边的外侧，伸出端通过销钉连接到微波发射端中发射天线移动平台的四个角点，伸出端伸出时带动发射天线移动平台沿导轨向下运动，微波发射端下降，伸出端缩回时带动发射天线移动平台沿导轨向上运动，微波发射端上升，四支发射端升降推杆的行程均达到500mm，满足微波发射端升降运动的要求；四支接收端升降推杆安装在机架的下部，其固定端固连在机架高边的外侧，伸出端通过销钉连接到微波接收端中接收天线移动平台的四个角点，伸出端伸出时带动接收天线移动平台沿导轨向上运动，微波接收端上升，伸出端缩回时带动接收天线移动平台沿导轨向下运动，微波接收端下降，四支接收端升降推杆的行程均达到500mm，满足微波接收端升降运动的要求；为避免发射端升降推杆和接收端升降推杆的运动之间发生干涉，发射端升降推杆和接收端升降推杆的固定端安装在机架高边不同平面的外侧，相互错开。所述控制单元包括嵌入式计算机系统、微控制器、微波信号发生器、第一检波器、第二检波器、第三检波器、鉴相器、A/D转换器和环形器；嵌入式计算机系统、微波信号发生器、A/D转换器的输出端、发射端升降推杆、接收端升降推杆、发射端超声波测距传感器和接收端超声波测距传感器均与微控制器相连，微波信号发生器产生的微波信号一路连到第一检波器和鉴相器，另一路连到环形器；环形器的一个端口连接到微波发射天线，另一个端口连接到第二检波器；微波接收天线连到第三检波器和鉴相器；第一检波器、第二检波器、第三检波器和鉴相器均与A/D转换器的输入端相连；嵌入式计算机系统是控制单元的核心，它主要承担整个谷物含水率检测系统的计算任务，微控制器负责控制受控部件以及超声波测距传感器信号的处理，微波信号发生器产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于谷物含水率检测系统的微波天线检测距离优化装置，其特征在于：包括微波发射端(1)、微波接收端(2)、天线升降平台(3)和控制单元(4)等；微波发射端(1)与微波接收端(2)安装在天线升降平台(3)上，微波发射端(1)位于天线升降平台(3)的下半空间，微波接收端(2)位于天线升降平台(3)的上半空间，天线升降平台(3)提供Z轴方向的移动；微波发射端(1)用于发射微波信号和根据超声波信号测量检测距离，微波接收端(2)用于接收微波信号和根据超声波信号测量其与被测谷物间的距离，天线升降平台(3)用于改变微波发射端(1)和微波接收端(2)在Z轴方向的位置来调节检测距离，控制单元(4)处理分析来自微波发射端(1)和微波接收端(2)的微波信号与超声波测距传感器信号，控制天线升降平台(3)移动微波发射端(1)和微波接收端(2)调节检测距离；控制单元(4)根据远场条件确定检测距离的最小值dmin，由含水率检测结果代表性条件确定检测距离的最大值dmax，控制天线升降平台(3)移动微波发射端(1)和微波接收端(2)从检测距离的最大值dmax开始，由减小微波空间传输损耗逐步逼近(dmin,dmax)中的最优检测距离dbest。...

【技术特征摘要】
1.一种应用于谷物含水率检测系统的微波天线检测距离优化装置，其特征在于：包括微波发射端(1)、微波接收端(2)、天线升降平台(3)和控制单元(4)等；微波发射端(1)与微波接收端(2)安装在天线升降平台(3)上，微波发射端(1)位于天线升降平台(3)的下半空间，微波接收端(2)位于天线升降平台(3)的上半空间，天线升降平台(3)提供Z轴方向的移动；微波发射端(1)用于发射微波信号和根据超声波信号测量检测距离，微波接收端(2)用于接收微波信号和根据超声波信号测量其与被测谷物间的距离，天线升降平台(3)用于改变微波发射端(1)和微波接收端(2)在Z轴方向的位置来调节检测距离，控制单元(4)处理分析来自微波发射端(1)和微波接收端(2)的微波信号与超声波测距传感器信号，控制天线升降平台(3)移动微波发射端(1)和微波接收端(2)调节检测距离；控制单元(4)根据远场条件确定检测距离的最小值dmin，由含水率检测结果代表性条件确定检测距离的最大值dmax，控制天线升降平台(3)移动微波发射端(1)和微波接收端(2)从检测距离的最大值dmax开始，由减小微波空间传输损耗逐步逼近(dmin,dmax)中的最优检测距离dbest。2.根据权利要求1所述的一种应用于谷物含水率检测系统的微波天线检测距离优化装置，其特征在于：所述微波发射端(1)包括微波发射天线(11)、发射天线移动平台(12)、发射端超声波测距传感器(13)和发射端滑块(14)；微波发射天线(11)安装在发射天线移动平台(12)的中心，天线口径面朝上，发射端超声波测距传感器(13)和发射端滑块(14)固定在发射天线移动平台(12)上，发射天线移动平台(12)通过发射端滑块(14)滑动连接到天线升降平台(3)。3.根据权利要求2所述的一种应用于谷物含水率检测系统的微波天线检测距离优化装置，其特征在于：所述微波接收端(2)包括微波接收天线(21)、接收天线移动平台(22)、接收端超声波测距传感器(23)和接收端滑块(24)；微波接收天线(21)安装在接收天线移动平台(22)的中心，天线口径面朝下，接收端超声波测距传感器(23)和接收端滑块(24)固定在接收天线移动平台(22)上，接收天线移动平台(22)通过接收端滑块(24)滑动连接到天线升降平台(3)。4.根据权利要求3所述的一种应用于谷物含水率检测系统的微波天线检测距离优化装置，其特征在于：所述天线升降平台(3)包括机架(31)、导轨(32)、发射端升降推杆(33)和接收端升降推杆(34)；导轨(32)安装在机架(31)高边的内侧，发射端升降推杆(33)安装在机架(31)的上部，发射端升降推杆(33)的伸出端与发射天线移动平台(12)连接，带动微波发射端(1)沿导轨(32)做升降运动；接收端升降推杆(34)安装在机架(31)的下部，接收端升降推杆(34)的伸出端与接收天线移动平台(22)连接，带动微波接收端(2)沿导轨(32)做升降运动，发射端升降推杆(33)和接收端升降推杆(34)的固定端安装在机架(31)高边不同平面的外侧，相互错开。5.根据权利要求4所述的一种应用于谷物含水率检测系统的微波天线检测距离优化装置，其特征在于：所述控制单元(4)包括嵌入式计算机系统(401)、微控制器(402)、微波信号发生器(403)、第一检波器(404)、第二检波器(405)、第三检波器(406)、鉴相器(407)、A/D转换器(408)和环形器(409)；嵌入式计算机系统(401)、微波信号发生器(403)、A/D转换器(408)的输出端、发射端升降推杆(33)、接收端升降推杆(34)、发射端超声波测距传感器(13)和接收端超声波测距传感器(23)均与微控制器(402)相连，微波信号发生器(403)产生的微波信号一路连到第一检波器(404)和鉴相器(407)，另一路连到环形器(409)；环形器(409)的一个端口连接到微波发射天线(11)，另一个端口连接到第二检波器(405)；微波接收天线(21)连到第三检波器(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦真博，张津阳，王俊，王永维，程绍明，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33