一种基于ＤＳＰ、单片机处理器进行浓度计量的微波浓度计及其方法技术

本发明专利技术涉及一种测量仪器，尤其涉及一种基于ＤＳＰ、单片机处理器进行浓度计量的微波浓度计及其方法，本发明专利技术采用以ＤＳＰ和单片机为核心处理器嵌入软件的方式实现微波浓度延时差值测量和温度补偿、微波信号幅值自动调节功能，测量准确度高。本发明专利技术的有益效果：具有可以适应大温度变化，大浓度变化、大小口径的介质浓度测量的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测量仪器，尤其涉及一种基于DSP、单片机处理器进行浓度计量的 微波浓度计及其方法。
技术介绍
浓度计是造纸、食品等轻工业制造生产工艺过程监控必不可少的检测仪表，目前 主要使用的浓度计是刀式浓度计、旋转式浓度计、超声波浓度计、微波浓度计。其中刀式浓 度计、旋转式浓度计是根据力学原理中的摩擦力、剪切力原理来达到浓度检测目的，这种浓 度计的缺陷是浓度测量范围小(检测范围在1. 5%和6%之间)、受被测液成分影响(如不 能用于泥浆和悬浮液的浓度检测)；而超声波浓度计的缺陷则是浓度计的探头的表面易结 垢以及被测液体中存在的气泡在一定程度下将影响浓度的检测精度；微波浓度计克服了上 述几种浓度计的缺陷，具有测量精度高、范围广、不受被测介质的流速影响等优点。微波浓度计测量原理微波在液体中的行走速度K = $，其中c是光速，e是介质介电常数，所以在不同介质液体中微波的行走速度不同，在水介质中的速度最慢，在水混合 其它非金属介质中速度变快，检测微波在通过一定距离的液体介质的延时时间即能反映该 介质的浓度。基于这个原理，微波浓度计的基本结构是充满被测介质管道面对的两侧分别 安装微波发射天线和微波检测装置，检测微波从发射到接收的混频信号，如图1所示，混频 信号的相位偏移即代表了被测介质的微波信号的延时，将通过被测介质检测到的混频信号 与已知浓度的标准介质的混频信号的相位差转换成浓度，η = k* θ 1。由于同样浓度的介 质在不同温度下的介电常数不同，也就是说同样的浓度在不同温度下测得的相位差是不一 样，如图2所示的是50 口径管道中，当被测介质在同样浓度下温度变化两度时相位差的变 化曲线。如果被测介质在温度发生变化时，仅测量相位差值而不考虑补偿温度引起的相位 差，测量值就会显示浓度发生变化，尤其在管道口径变大时，温度的变化将使相位差变化更 大，如图3所示150 口径管道相位差的变化曲线，对浓度测量影响也最大。当微波穿越介质时，介质的温度变化不仅影响微波的速度，而且还有一定的衰减， 尤其是大口径管道中，衰减情况更为严重，如图2、图3所示。当微波信号低于和高于一定范 围时，混频后的中频波形将发生畸变，从而影响电路对相位差的测量，是否能精确检测相位 差θ 1和做好温度相位差补偿θ 2，接收的中频信号幅值的衰减控制将直接影响浓度检测 精度，甚至直接影响浓度的测量值，也可能导致浓度计无法使用。目前已知微波浓度计对相 位差的检测采用常规电路，且无温度补偿及微波信号的幅值调节功能。
技术实现思路
本专利技术为克服现有技术中存在的不足之处，目的在于提供一种基于DSP、单片机处 理器进行浓度计量的微波浓度计，采用以DSP和单片机为核心处理器嵌入软件的方式实现微波浓度延时差值测量和温度补偿、微波信号幅值自动调节功能，测量准确度高，具有可以 适应大温度变化，大浓度变化、大小口径的介质浓度测量的优点，成功地解决了现有技术中 存在的问题。本专利技术的另一目的在于，提供一种基于DSP、单片机处理器进行浓度计量的方法， 该方法采用对微波浓度延时差值进行测量和温度补偿、微波信号幅值自动调节，成功地解 决了现有技术中存在的问题。本专利技术是通过以下技术方案达到上述目的一种基于DSP、单片机处理器进行浓 度计量的微波浓度计，包括测定管、微波发射装置、微波接收装置、温度传感器、一次表处理 单元；微波发射装置、微波接收装置分别相对应地设置在测定管的两侧，温度传感器设置在 测定管的内部，微波发射装置、微波接收装置通过同轴电缆和一次表处理单元连接，温度传 感器和一次表处理单元连接，还包括有二次表处理单元，所述的一次表处理单元对微波发 射和接收的混频信号及被测介质温度信号数字采样，并通过通讯电缆以485通信方式传递 给二次表处理单元，二次表处理单元计算混频信号的相位差和温度相位补偿值，按公式浓 度=Κ*( θ丨-θ 2)+B，计算被测介质浓度值并显示。作为优选，所述的一次表处理单元包括DSP处理器、电压控制模块、DA模块、微波 信号源模块、放大器I、放大器II、信号衰减模块、混频器、放大器III、电子开关模块、A/D转 换模块、通信模块I ；电压控制模块、A/D转换模块、通信模块I分别和DSP处理器相连，电压 控制模块和DA模块相连，DA模块和微波信号源模块相连，微波信号源模块和放大器I相连， 放大器I和微波发射装置相连，微波经被测管道，由微波接收装置接收，微波接收装置和放 大器II相连，放大器II、信号衰减模块、混频器、放大器III、电子开关模块顺序相连，温度 传感器和电子开关模块相连，电子开关模块与A/D转换模块相连。作为优选，所述的二次表处理单元，包括单片机处理器、通信模块II、存储模块、键 盘输入模块、显示模块、阀位信号输出模块、浓度值信号输出模块；通信模块II、存储模块、 键盘输入模块、显示模块、阀位信号输出模块、浓度值信号输出模块分别和单片机处理器相 连，通信模块II与通信模块I相连。作为优选，所述的DSP处理器采用TMS320F2812。作为优选，单片机处理器采用MSP430F149。采用如上所述的微波浓度计进行浓度计量的方法，包括如下步骤1)在测定管两侧对应地设置微波发射装置、微波接收装置，测定管的内部设有温 度传感器；2)微波浓度计处于标定模式二次表处理单元接收到次表处理单元上传的数据， 判断接收到的数据是否为空管数据，如果为空管则直接退出标定状态；正常则从数据中筛 选，将该标准介质微波相位差和标准介质温度数据存储在存储器中直至第二次标定模式；3)微波浓度计处于测量模式一次表处理单元的DSP处理器控制微波信号源模块 中的压控振荡器产生微波信号，经过放大器放大后，微波信号分成两路，一路给微波发射装 置，经被测管道，经微波接收装置，再经放大器II及信号衰减模块到混频器的信号输入端 口，另一路直接进入混频器的另一输入端口，混频器产生的中频信号经过放大器III，到达 电子开关模块，DSP处理器同时控制电子开关模块接收混频信号，混频信号送至A/D转换模 块后将最终转换好的中频信号存入DSP处理器的内存中进行初步计算，DSP输出高电平控 5制电子开关模块接收温度传感器模拟信号至AD转换模块采集温度信号；4) 一次表处理单元的DSP处理器开启通信模块I将内存中的中频信号数据组和温 度采样数据进行编码传输给二次表单元；5)单片机处理器启动通信模块II接收一次表处理单元的通信数据后，分离出中 频信号，判断信号是否为空管信号，是空管信号，停止测量；不是空信号则继续步骤6)；6)单片机处理器计算出被测介质的微波相位差数据，从存储模块中提取已知浓度 值的微波相位差，计算两者差值，即91;7)单片机处理器从一次表处理单元接收的通信数据中分离出被测介质的温度信 号，计算出温度相位补偿值92;8)按公式浓度=K(0 l-0 2)+B(0 1是被测介质的微波混频信号和标准浓度混频 信号的相位差；9 2是被测介质的温度与标准浓度的温度差所对应的相位差；K、B是常数)， 计算浓度值，送显示模块显示。9)单片机处理器判断浓度计处于自动控制状态模式时，对浓度采样和浓度设定进 行PID运算，并通过阀位信号输出模块，输出水阀控制电流值；同时计算浓度值输出信号， 在显示模块显示浓度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＤＳＰ、单片机处理器进行浓度计量的微波浓度计，其特征在于：包括测定管、微波发射装置、微波接收装置、温度传感器、一次表处理单元、二次表处理单元；微波发射装置、微波接收装置分别相对应地设置在测定管的两侧，温度传感器设置在测定管的内部，微波发射装置、微波接收装置通过同轴电缆和一次表处理单元连接，温度传感器和一次表处理单元连接，所述的一次表处理单元对微波发射和接收的混频信号及被测介质温度信号数字采样，并通过通讯电缆以４８５通信方式传递给二次表处理单元，二次表处理单元计算混频信号的相位差和温度相位补偿值，按公式浓度＝Ｋ＊（θ１－θ２）＋Ｂ，计算被测介质浓度值并显示。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡美琴，郑建，陈文君，
申请(专利权)人：浙江双元科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]