本发明专利技术公开了雷达型微波测水仪器的测试方法，包括以下部件：机架底座：用于放置待测物料样品；微波雷达主机：用于发射连续单频微波信号用以透射待测物料样品，并接收信标器发射的信标信号，并将输出数据发送给数据处理终端；信标器：用于接收透射待测物料样品后的微波信号，并将接收到的微波信号进行调制形成信标信号，并将信标信号发射到微波雷达主机；数据处理终端：数据处理终端输出频率选择信号给微波雷达主机，微波雷达主机根据频率选择信号输出相应频率的连续单频微波信号，数据处理终端还用于接收微波雷达主机的输出数据并计算出待测物料样品的含水量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及测水装置，是一种可W在工业、农业和医疗等行业中广泛应用的雷达 型微波测水仪，用来对物料的含水率（物料中水重量与物料总重量的百分比）进行快速、无 接触、精确在线测量。
技术介绍
在工业、农业和医疗等行业中，对建筑建材、农作物、谷物、纺织物、医用原材料等 物料的含水率需要进行精确测量和控制，才能更好地控制产品质量。目前常用的物料含水 量测量方法有加热干燥称重法、红外反射率测水法、微波谐振腔法、微波透射法等等。加热 干燥称重法是国标测量方法，精度高，但测量速度慢，只能对少量样品含水率进行测试，不 能用于在线快速测试，并且只反映样品的含水量，由于物料含水量通常并不均匀，样品含水 量与真实物料的平均含水量可能存在偏差，因此要反映真实物料的平均含水量需要多次取 样测量进行统计分析，测试周期长，效率低。红外反射率测水法是利用不同含水量样品对特 定波长红外线反射率的差异，通过测量红外反射率来反演样品含水量，可W用于在线测试， 但由于红外线主要在物料表面反射，对物料的穿透深度小，因此主要用于测量物料表层含 水量，难W进行物料体含水量的准确测水。微波谐振腔法是将微波谐振腔放置在含水物料 附近，含水物料对谐振腔产生微扰使谐振频率偏移，由于不同含水量的物料的介电常数差 异较大，因此对不同含水量的物料，微波谐振腔的频率偏移量不同。将微波谐振腔接入微波 振荡器回路，根据微波振荡信号频率与标称值的偏差反演得到物料含水率。微波谐振腔法 通常也只反映靠近谐振器的物料含水量，不能反映物料整体平均含水率情况，并且必须保 证物料与谐振腔具有特定的相对位置关系才能保证测试精度，比如测试过程中物料表面与 谐振腔测试面需始终保持紧密接触，该对物料形态、样品尺寸、运动状态和设备安装位置均 有较高要求，在实际应用中受到较多限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，具有良好测试精度 和较强通用性的无接触式、快速物料平均体含水率测试技术。 本专利技术的目的主要通过W下技术方案实现： ， 包括构建雷达型微波测水仪器步骤；包括W下部件；机架底座：用于放置待测物 料样品；微波雷达主机：用于发射连续单频微波信号用W透射待测物料样品，并接收信标 器发射的信标信号，并将输出数据发送给数据处理终端；信标器：用于接收透射待测物料 样品后的微波信号，并将接收到的微波信号进行调制形成信标信号，并将信标信号发射到 微波雷达主机；数据处理终端；数据处理终端输出频率选择信号给微波雷达主机，微波雷 达主机根据频率选择信号输出相应频率的连续单频微波信号，数据处理终端还用于接收微 波雷达主机的输出数据并计算出待测物料样品的含水量。 根据上述各个装置，本专利技术的工作原理是：待测物料样品放置在微波雷达主机和 信标器之间，测试时，在数据处理终端控制下，雷达发射依次发射两个频率的连续单频微波 信号，连续单频微波信号透射待测物料样品后，连续单频微波信号被信标器接收后进行调 制形成信标信号，信标器并转发信标信号，信标信号透射待测物料样品后被微波雷达主机 接收，微波雷达主机每次接收到信标信号后，分别测试信标信号相对于连续单频微波信号 的同相分量（I)和正交分量（曲的幅度，并将I、Q幅度信息传输到数据处理终端进行处理。 [000引数据处理终端中，基于包含物料介质、水和空气3种成分混合介质的复介电常数 模型和水的介电弛豫模型，利用两个连续单频微波信号频率上的I、Q幅度信息和预存的系 统校准参数，处理得到混合介质中物料介质和水重量比，从而得到物料体含水量，即水的重 量占含水物料重量百分比，测试精度可达0. 1%。 所述输出数据包括参考时钟信号、连续单频微波信号的功率检测信号，还包括连 续单频微波信号与信标信号进行正交混频后输出的中频同相分量，还包括连续单频微波信 号与信标信号进行正交混频后输出的中频正交分量。 从结构上来说；微波雷达主机位于机架底座正上方，信标器位于微波雷达主机的 正下方，信标器设置在机架底座上，微波雷达主机的微波雷达天线面向机架底座，信标器的 信标器天线面向微波雷达主机，数据处理终端的频率选择信号输出端与微波雷达主机的频 率选择信号端连接，微波雷达主机的输出数据端与数据处理终端的数据输入端连接。 还包括如下测试步骤： 第一步：第一步；测算出微波雷达天线和信标器天线出口面之间的距离为R; 第二步：校准测试得到无量纲系统常数； 校准测试的具体步骤如下；在没有物料样品时，微波雷达主机依次发射的频率 和f2(fi<f2)的微波信号进行校准测试；设频率为fid= 1，2)时，微波雷达发射功率为Pu， 微波雷达天线的天线增益Gi，信标器天线的天线增益为Ggi，微波雷达主机收到的信标信号 的同相分量和正交分量幅度分别为li和Qi，则有：Ii=Aicos巫i(式 1); Qi=Ai sin巫i(式2); 其中Ai是接收的信标信号幅度的绝对值，〇i是信标信号相对于发射信号的相位， 并有： 式中，AM是频率为fi的电磁波的真空波长，LM、巫。1分别是频率fi上系统固有损 耗因子和传输相位，2。= 50Q是传输线特性阻抗； 发射信号通过禪合器禪合部分功率，检波产生监测电压Vi为：[002引 ki是比例系数； 于是可得： 当系统为宽带设计，并且fi和f2满足：[002引 则近似有ki=k2=k，1。1= 1。2=L。，巫。1=巫。2=巫。， 对一般天线有： 其中，A、A。分别是雷达天线和信标器天线的有效面积，在系统工作频带内近似为 常量； 故近似有； 其中是无量纲系统常数；[003引第立步；待测物料样品测定； 待测物料样品测定的具体步骤如下：当放置有待测物料样品后，同样在频率和 f2进行两次测试，在频率fi时雷达接收到的信标信号的同相分量和正交分量幅度分别为 1/和Q/，类似可得： 式中，0 1、ai分别是存在物料样品时频率为fi的电磁波在空间的复传播常数丫i 的实部和虚部，并有： 式中e。/、e。/'和分别是有物料样品情况下，频率为时，电磁波传播路径上介 质复介电常数的实部和虚部；根据已知量Xi、yi、Xi和Y巧W解出曰i;设角度4 i (0《4 i< 2 31)满足，则有： 在满足（式8)条件下，认为电磁波在频率fi和f2上群速相等，电磁波传输时间也 相等，设二者分别Vg为和Td;(式21)中C是空气中的光速；[0化引当满足条件： 时，（式21)中m取值满足；(式22)中Ie」m。,是含水物料在频率f1或f2上复介电常数模值的最大值；根据 (式23)得到的m代入（式21)求得Td后，可得n;的取值为：叫二fix (f1T d)，〇2二n i+m(式24);(式24)代入（式20)可W求得Pi;根据（式15)，求出eci'、Eci": 设电磁波传播空间的空气、干燥物料和水的体积比分别为p;q;r，p+q+r= 1，则：[00側 e'd-jeci" =pea+qe押ew(式 27);[00例式中ea、ed、ew分别是空气、干燥物料和水的介电常数，ea=l，P+q甘=1 ;通 常干燥物料没有介电损耗，故Ed为正实数； 于是； e'ci-1-jeci"二q(ed_l)甘（eW-1)(式 28); 根据水的介电弛豫模型，水的介电常数为： 其中es= 80和em= 4本文档来自技高网...
【技术保护点】
雷达型微波测水仪器的测试方法，其特征在于：包括构建雷达型微波测水仪器步骤；雷达型微波测水仪器包括以下部件：机架底座(7)：用于放置待测物料样品(8)；微波雷达主机(1)：用于发射连续单频微波信号用以透射待测物料样品(8)，并接收信标器(3)发射的信标信号，并将输出数据发送给数据处理终端(5)；信标器(3)：用于接收透射待测物料样品(8)后的微波信号，并将接收到的微波信号进行调制形成信标信号，并将信标信号发射到微波雷达主机(1)；数据处理终端：数据处理终端输出频率选择信号给微波雷达主机(1)，微波雷达主机(1)根据频率选择信号输出相应频率的连续单频微波信号，数据处理终端还用于接收微波雷达主机(1)的输出数据并计算出待测物料样品的含水量；所述输出数据包括参考时钟信号、连续单频微波信号的功率检测信号，还包括连续单频微波信号与信标信号进行正交混频后输出的中频同相分量，还包括连续单频微波信号与信标信号进行正交混频后输出的中频正交分量；微波雷达主机位于机架底座(7)正上方，信标器(3)位于微波雷达主机的正下方，信标器(3)设置在机架底座(7)上，微波雷达主机(1)的微波雷达天线(2)面向机架底座，信标器(3)的信标器天线(4)面向微波雷达主机，数据处理终端(5)的频率选择信号输出端与微波雷达主机(1)的频率选择信号端连接，微波雷达主机(1)的输出数据端与数据处理终端(5)的数据输入端连接；还包括如下测试步骤：第一步：第一步：测算出微波雷达天线(2)和信标器天线(4)出口面之间的距离为R；第二步：校准测试得到无量纲系统常数；校准测试的具体步骤如下：在没有物料样品时，微波雷达主机(1)依次发射的频率f1和f2(f1<f2)的微波信号进行校准测试；设频率为fi(i＝1,2)时，微波雷达发射功率为Pti，微波雷达天线(2)的天线增益Gi，信标器天线(4)的天线增益为Gai，微波雷达主机收到的信标信号的同相分量和正交分量幅度分别为Ii和Qi，则有：Ii＝AicosΦi (式1)；Qi＝AisinΦi (式2)；其中Ai是接收的信标信号幅度的绝对值，Φi是信标信号相对于发射信号的相位，并有：Ai2=PtiGi2Gai2λ0i4(4πR)4L0iZ0]]> (式3)；Φi=Φ0i-4πλ0iR]]> (式4)；式中，λ0i是频率为fi的电磁波的真空波长，L0i、Φ0i分别是频率fi上系统固有损耗因子和传输相位，Z0＝50Ω是传输线特性阻抗；发射信号通过耦合器耦合部分功率，检波产生监测电压Vi为：Vi=kiZ0Pti]]> (式5)；ki是比例系数；于是可得：IiVi=GiGaiλ0i2ki(4πR)2L0icosΦi]]> (式6)；QiVi=GiGaiλ0i2ki(4πR)2L0isinΦi]]> (式7)；当系统为宽带设计，并且f1和f2满足：|f1-f2|<<f1+f22]]> (式8)；则近似有k1＝k2＝k，L01＝L02＝L0，Φ01＝Φ02＝Φ0，对一般天线有：Gi=4πAλ0i2]]> (式9)；Gai=4πAaλ0i2]]> (式10)；其中，A、Aa分别是雷达天线和信标器天线的有效面积，在系统工作频带内近似为常量；故近似有：xi=IiVi=k0R2λ0i2cos(Φ0-4πRλ0i)]]> (式11)；yi=QiVi=k0R2λ0i2sin(Φ0-4πRλ0i)]]> (式12)；其中是无量纲系统常数；第三步：待测物料样品测定；待测物料样品测定的具体步骤如下：当放置有待测物料样品后，同样在频率f1和f2进行两次测试，在频率fi时雷达接收到的信标信号的同相分量和正交分量幅度分别为Ii’和Qi’，类似可得：Xi=Ii′Vi=k0R2λ0i2e-2αiRcos(Φ0-2βiR)]]> (式13)；Yi=Qi′Vi=k0R2λ0i2e-2αiRsin(Φ0-2βiR)]]> (式14)；式中，βi、αi分别是存在物料样品时频率为fi的电磁波在空间的复传播常数γi的实部和虚部，并有：γi=βi+jαi=2πλ0i(ϵci...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：阳安源，谯凡，
申请(专利权)人：四川莱源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51
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