微波水分检测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种微波水分检测装置，用于对螺旋式造纸毛毯的水分含量进行测定；一种微波水分检测装置，包括微波扫频源、隔离器、微波谐振腔、微波检波器、微波混频器、高速比较器、高数计数器、微波本振源、频率跟踪电路、扫频信号发生器、温度传感器、处理器及显示控制系统；本实用新型通过对谐振腔、检波管与混频器进行改进，提高测试信号的精准度；本实用新型整体结构简单，操作方便能够很好的提高水分含量测试的准确度，且能够将测试结果显示出来；本实用新型能够检测造纸毛毯内的整体水分，检测精度高，维护方便、运行稳定、且不受造纸毛毯形状限制；因此，它比传统的水分检测装置具有先进性。
【专利说明】微波水分检测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种检测装置，尤其涉及一种专用于螺旋式造纸毛毯的微波水分快速检测装置。
【背景技术】
[0002]毛毯水分测量仪是基于微波原理的手持式在线水分测量设备；由于造纸的过程需要毛毯作为承载物，同时利用毛毯的吸水性对纸浆进行脱水，形成成品纸；因此造纸毛毯本身的含水量是一项非常重要的工艺参数；由于需要测量毛毯的横向和纵向参数，加之整个造纸生产线需要测量的点位比较多，目前业界还没有固定安装的毛毯水分测量探头提出；而手持式由于携带方便，可在多部位测量，因此业界比较通行的做法是采用手持式毛毯水分测量仪进行水分测量，目前能提供毛毯水分测量仪的公司主要是瑞典的L&W公司(已被ABB收购)，而国内在这方面完全是空白。
[0003]造纸毛毯是现代造纸业中的主要耗材，每个毛毯的宽度可达10米，长度可达上千米；而造纸毛毯中的水分含量是造纸过程中一个非常重要的工艺参数，因为它的大小直接影响着成品纸的品质；造纸毛毯在生产过程中通常处于高速连续运动的状态；整块毛毯是一个巨型的整体，无法对毛毯进行抽样进行水分测定；水分的测定多数情况下只能根据纸张的效果进行粗略的判定；然而，目前市面上的水分测定装置，多数是针对烟草、食品、服装面料等能够进行抽样且静止的物品进行水分测定，这些设备无法满足在运动的过程中进行水分检测的要求；而且，现有的测试装置多数体积较大，不便于携带；为此，我们发明了一种可以手持结构的微波水分检测装置，该结构可以在连续运动的过程实现水分含量的在线检测。
实用新型内容
[0004]为弥补现有技术的不足，本实用新型提供一种结构简单、操作方便的微波水分检测装置；该装置能够有效地实现造纸毛毯中水分含量的测定。
[0005]为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是:
[0006]微波水分检测装置，包括微波扫频源、隔离器、微波谐振腔、微波检波器、微波混频器、高速比较器、高数计数器、微波本振源、频率跟踪电路、扫频信号发生器、温度传感器、处理器及显示控制系统；所述扫频信号器用来接收高数计数器内数据，并产生微波扫频信号，并发射给微波扫频源；所述微波扫频源用来产生扫描的频率范围，并对该频率范围内的频率进行扫描；所述隔离器用来将频率信号中的杂波信号进行阻断、隔离，并将谐振腔能够识别的信号发送至谐振腔；所述微波谐振腔用来产生微波信号；所述微波检波器用来对谐振腔的微波信号进行检波，产生检波信号；所述频率跟踪电路用来进行检波信号中的峰值频率信号跟踪，并配合扫频信号发生器进行峰值频率信号的锁定，产生测量信号；所述微波本振源用来产生本振信号；所述微波混频器用来将测量信号与本振源产生的本振信号进行混频，产生测量信号与本振信号产生的差值，并将该差值信号进行输出；所述高速比较器用来对差值信号进行比较，通过比较，产生频率与其一致的方波信号；所述高速计数器用来统计测量单位时间的方波信号的频率数，并将该测量的结果信号发送至处理器ARM;所述处理器ARM用来将对测量的结果信号进行处理，并配合温度传感器所感应到测量过程中的温度信号，将测量信号转换成图像信号，输送给显示控制系统；所述显示控制系统用来控制将测量的结果信息在显示屏上进行显示；
[0007]所述的差值信号是以测量信号与本振信号的差值频率为周期的正弦信号；
[0008]进一步的改进，所述微波谐振腔为凸台式圆柱体谐振腔；
[0009]进一步的改进，所述微波混频器包括混频器Ml、阻抗匹配电路及阻容匹配电路；所述混频器Ml用来将本振信号与测量信号进行混频，并产生差值信号；所述阻抗匹配电路由三个电阻组成，用来消除差值信号在传输的过程中产生的反射信号；所述阻容匹配电路由两个电容和I个电阻组成，用来混频器的产生的电压及过滤一些频率较差的信号；
[0010]进一步的改进，所述微波检波器包括检波管U6、阻抗匹配电路及两个阻容匹配电路；所述检波管U6用来对谐振腔的微波信号进行检波，产生检波信号；所述阻抗匹配电路由三个电阻组成，用来消除谐振信号在传输的过程中产生的反射信号；第一个阻容匹配电路由两个电容和I个电阻组成，用来检波管产生的电压及过滤一些频率较差的信号；第二个阻容匹配电路两个电阻和I个电容组成，用来消除检波信号在传输的过程中产生的反射信号;
[0011 ] 进一步的改进，所述处理器ARM为嵌入式ARM MCU控制器，其内部软件控制流程做了进一步改进。
[0012]与现有技术相比，采用上述方案，本实用新型的有益效果是:本实用新型通过对谐振腔、检波管与混频器进行改进，提高测试信号的精准度；本实用新型整体结构简单，操作方便能够很好的提高水分含量测试的准确度，且能够将测试结果显示出来；本实用新型鞒能够检测造纸毛毯内的整体水分，检测精度高，维护方便、运行稳定、且不受造纸毛毯形状限制，特别适合螺旋式造纸毛毯的水分含量的检测；因此，它比传统的水分检测装置具有先进性。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型的结构示意图；
[0014]图2是微波扫频源产生的扫描频谱图；
[0015]图3是微波混频器的电路原理图；
[0016]图4是微波检波器的电路图；
[0017]图5是处理器ARM软件流程控制图；
[0018]其中:1、微波扫频源；2隔离器；3、微波谐振腔；4、微波检波器；5、微波混频器；
6、高速比较器；7、微波本振源；8、高数计数器；9、温度传感器；10、处理器；11、显示控制系统；12、扫频信号发生器；13、频率跟踪电路。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0020]如图1所示，微波水分检测装置，包括微波扫频源1、隔离器2、微波谐振腔3、微波检波器4、微波混频器5、高速比较器6、高数计数器8、微波本振源7、频率跟踪电路13、扫频信号发生器12、温度传感器9、处理器10及显示控制系统11 ;所述扫频信号器用来接收高数计数器8内数据，并产生频率为10Hz的正弦微波扫频信号，并发射给微波扫频源I ;所述微波扫频源I在10Hz的正弦微波扫频信号的激励下，通过微波扫频源I内部的压控振荡器VCO产生扫描的频率范围，并对该频率范围内的频率进行扫描，其产生的扫描频谱图如图2所示，图2中产生两个频率范围信号，其中&与fH分别代表扫描频率的最低与最高频率；其频率值的具体大小是由内部的VCO的具体参数设定的；本实用新型中的4与fH分别是2.8GHz与3GHz，即扫频信号源以每秒钟100次的频率对信号进行2.8GHz至3GHz的扫描；扫频信号通过隔离器2进入微波谐振腔3中，其中隔离器2的作用是抑制由于微波谐振腔3发射的微波信号，以确保输出信号的不受到干扰；微波谐振腔是实际上是一个Q值约为500的窄带开腔滤波器，只有“特定频率”的信号才能通过该滤波器；而该“特定频率”又是随着开腔面的水分含量而有所变化，本实用新型就是利用测量该频率的变化量从而求得水分含量的；所述微波检波器4用来对谐振腔的微波信号进行检波，产生检波信号；所述频率跟踪电路13用来进行检波信号中的峰值频率信号跟踪，并配合扫频信号发生器12进行峰值频率信号的锁定，产生测量信号；所述微波本振源7用来产生本振信号；所述微波混频器5用来将测量信号与本振源产生的本振信号进行混频，产生测量信号与本振信号产生的差值，并将该差值信号进行输出；所述高速比较器6用来对差值信号进行比较，通过比较，产生频率与其一致的方波信号；所述高速计数器用来统计测量单位时间的方波信号的频率数，并将该测量的结果信号发送至处理器10ARM ;所述处理器10ARM用来将对测量的结果信号进行处理，并配合温度传感器9所感应到测量过程中的温度信号，将测量信号转换成图像信号，输送给显示控制系统11 ;所述显示控制系统11用来控制将测量的结果信息在显示屏上进行显示；
[0021]在本实施了中，所述的差值信号是以测量信号与本振信号的差值频率为周期的正弦信号；
[0022]在本实施了中，所述微波谐振腔3为凸台式圆柱体谐振腔；
[0023]在本实施了中，所述微波混频器5包括混频器Ml、阻抗匹配电路及阻容匹配电路；所述混频器Ml用来将本振信号与测量信号进行混频，并产生差值信号；所述阻抗匹配电路由三个电阻组成，即电阻R29、R32、R33，用来消除差值信号在传输的过程中产生的反射信号；所述阻容匹配电路由两个电容和1个电阻组成，即电容025、028、1?89，用来混频器的产生的电压及过滤一些频率较差的信号；
[0024]在本实施了中，所述微波检波器4包括检波管U6、阻抗匹配电路及两个阻容匹配电路；所述检波管U6用来对谐振腔的微波信号进行检波，产生检波信号；所述阻抗匹配电路由三个电阻组成，即电阻R26、R21、R20，用来消除谐振信号在传输的过程中产生的反射信号；第一个阻容匹配电路由两个电容和I个电阻组成，即电容C19、C16、R19，用来检波管产生的电压及过滤一些频率较差的信号；第二个阻容匹配电路两个电阻和I个电容组成，即电容C21、R31、R35，用来消除检波信号在传输的过程中产生的反射信号；
[0025]在本实施了中，所述处理器10为嵌入式ARM MCU控制器，
[0026]在本实施了中，工作流程如下:微波扫频源I在处理器10的扫频指令下，通过扫频信号发生器12产生频率为10Hz的正弦扫频信号；微波扫频源在该信号的激励下，通过内部的VCO (压控振荡器)产生频率范围内的频率扫描，产生频谱信号；经过谐振腔的微波信号被微波检波器4进行检波，检波信号通过频率跟踪电路13将峰值频率进行锁定，锁定的具体操作由信号扫频发生器12完成，一旦频率锁定，系统就可以进入测量状态；锁定的峰值频率信号进入微波混频器5，微波混频器5在测量频率与本振频率7的共同作用下，将测量频率与本振信号的差值进行输出；该输出信号是周期为差值频率的正弦信号；正弦信号进入高速比较器6，通过高速比较器6，信号由正弦波变换为频率与其一致的方波，方波信号再进入高速计数器，8，通过测量单位时间的频率数，将测得的结果发送至ARM处理器10中，完成一次完整的测量周期。
[0027]本实用新型不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.微波水分检测装置，包括微波扫频源、隔离器、微波谐振腔、微波检波器、微波混频器、高速比较器、高数计数器、微波本振源、频率跟踪电路、扫频信号发生器、温度传感器、处理器及显示控制系统；所述扫频信号器用来接收高数计数器内数据，并产生微波扫频信号，并发射给微波扫频源；所述微波扫频源用来产生扫描的频率范围，并对该频率范围内的频率进行扫描；所述隔离器用来将频率信号中的杂波信号进行阻断、隔离，并将谐振腔能够识别的信号发送至谐振腔；所述微波谐振腔用来产生微波信号；所述微波检波器用来对谐振腔的微波信号进行检波，产生检波信号；所述频率跟踪电路用来进行检波信号中的峰值频率信号跟踪，并配合扫频信号发生器进行峰值频率信号的锁定，产生测量信号；所述微波本振源用来产生本振信号；所述微波混频器用来将测量信号与本振源产生的本振信号进行混频，产生测量信号与本振信号产生的差值，并将该差值信号进行输出；所述高速比较器用来对差值信号进行比较，通过比较，产生频率与其一致的方波信号；所述高速计数器用来统计测量单位时间的方波信号的频率数，并将该测量的结果信号发送至处理器ARM;所述处理器ARM用来将对测量的结果信号进行处理，并配合温度传感器所感应到测量过程中的温度信号，将测量信号转换成图像信号，输送给显示控制系统；所述显示控制系统用来控制将测量的结果信息在显示屏上进行显示。
2.根据权利要求1所述的微波水分检测装置，其特征在于:所述的差值信号是以测量信号与本振信号的差值频率为周期的正弦信号。
3.根据权利要求1所述的微波水分检测装置，其特征在于:所述微波谐振腔为凸台式圆柱体谐振腔。
4.根据权利要求1所述的微波水分检测装置，其特征在于:所述微波混频器包括混频器Ml、阻抗匹配电路及阻容匹配电路；所述混频器Ml用来将本振信号与测量信号进行混频，并产生差值信号；所述阻抗匹配电路由三个电阻组成，用来消除差值信号在传输的过程中产生的反射信号；所述阻容匹配电路由两个电容和I个电阻组成，用来混频器的产生的电压及过滤一些频率较差的信号。
5.根据权利要求1所述的微波水分检测装置，其特征在于:所述微波检波器包括检波管U6、阻抗匹配电路及两个阻容匹配电路；所述检波管U6用来对谐振腔的微波信号进行检波，产生检波信号；所述阻抗匹配电路由三个电阻组成，用来消除谐振信号在传输的过程中产生的反射信号；第一个阻容匹配电路由两个电容和I个电阻组成，用来检波管产生的电压及过滤一些频率较差的信号；第二个阻容匹配电路两个电阻和I个电容组成，用来消除检波信号在传输的过程中产生的反射信号。
【文档编号】G01N22/04GK203949880SQ201420059053
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年2月8日 优先权日:2014年2月8日
【发明者】周骏, 谢宗国, 戴永君, 周兴富, 阳安源, 廖洁 申请人:四川环龙技术织物有限公司