用于雷达型微波测水仪器的微波雷达主机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及测水装置，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。
【背景技术】
[0002] 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。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种用于雷达型微波测水仪器的微波雷达主机，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。
[0004] 本发明的目的主要通过W下技术方案实现：
[0005] 用于雷达型微波测水仪器的微波雷达主机，包括发射连续单频微波信号的发射单 元、连续单频微波信号的功率检测单元、连续单频微波信号与信标信号进行正交混频的正 交混频单元。
[0006] 所述发射单元包括顺次链接的开关驱动器A、单刀双掷开关、定向禪合器A、发射 天线开关驱动器A受频率选择信号的控制，单刀双掷开关受开关驱动器A的控制，定向禪 合器A接收单刀双掷开关的输出信号生成连续单频微波信号给发射天线，单刀双掷开关还 受锁相频率源A和锁相频率源B的控制，锁相频率源A和锁相频率源B都接收晶体振荡器 的振动信号，晶体振荡器同时发送参考时钟信号给数据处理终端。
[0007] 功率检测单元包括顺次链接的定向禪合器B、检波器、放大器，定向禪合器B接收 发射单元的连续单频微波信号。
[000引正交混频单元包括顺次链接的接收天线、低噪声放大器、正交混频器，正交混频器 接收发射单元的连续单频微波信号或接收功率检测单元的连续单频微波信号，接收天线接 收信标器发送的信标信号，信标信号经过低噪声放大器的放大后通过正交混频器与连续单 频微波信号进行正交混频，正交混频器输出2路正交混频信号，一路正交混频信号输出到 中频滤波器A、再经过中频放大器A输出中频同相分量信号给数据处理终端，另一路正交混 频信号输出到中频滤波器B、再经过中频放大器B输出中频正交分量信号给数据处理终端。
[0009] 雷达型微波测水仪器，包括W下部件：
[0010] 机架底座；用于放置待测物料样品；
[0011] 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；
[0012] 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；
[0013] 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。
[0014] 根据上述各个装置，本发明的工作原理是：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。
[0015] 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%。
[0016] 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。
[0017] 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。
[001引在上述结构中，还包括设置在机架底座上的一体化机架，微波雷达主机安装在一 体化机架上，数据处理终端也安装在一体化机架上。
[0019] 优选的，机架底座开有凹槽，信标器和信标器的信标器天线都设置在凹槽内。
[0020] 信标器要实现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，因此优选的所述信标器包括电池、 开关驱动器B、方波振荡器、反射式微波单刀单掷开关、匹配负载，电池均与开关驱动器B、 方波振荡器供电连接，开关驱动器B与反射式微波单刀单掷开关进行驱动连接，方波振荡 器与开关驱动器B匹配连接，反射式微波单刀单掷开关与匹配负载匹配连接，反射式微波 单刀单掷开关还与信标器的信标器天线连接。
[0021] 优选的，所述微波雷达主机包括发射连续单频微波信号的发射单元、连续单频微 波信号的功率检测单元、连续单频微波信号与信标信号进行正交混频的正交混频单元。
[0022] 优选的，所述发射单元包括顺次链接的开关驱动器A、单刀双掷开关、定向禪合器 A、发射天线；开关驱动器A受频率选择信号的控制，单刀双掷开关受开关驱动器A的控制， 定向禪合器A接收单刀双掷开关的输出信号生成连续单频微波信号给发射天线，单刀双掷 开关还受锁相频率源A和锁相频率源B的控制，锁相频率源A和锁相频率源B都接收晶体 振荡器的振动信号，晶体振荡器同时发送参考时钟信号给数据处理终端。
[0023] 优选的，功率检测单元包括顺次链接的定向禪合器B、检波器、放大器，定向禪合器 B接收发射单元的连续单频微波信号。
[0024] 优选的，正交混频单元包括顺次链接的接收天线、低噪声放大器、正交混频器，正 交混频器接收发射单元的连续单频微波信号或接收功率检测单元的连续单频微波信号，接 收天线接收信标器发送的信标信号，信标信号经过低噪声放大器的放大后通过正交混频器 与连续单频微波信号进行正交混频，正交混频器输出2路正交混频信号，一路正交混频信 号输出到中频滤波器A、再经过中频放大器A输出中频同相分量信号给数据处理终端，另一 路正交混频信号输出到中频滤波器B、再经过中频放大器B输出中频正交分量信号给数据 处理终端。
[0025] 本发明的优点如下；本发明采用的微波雷达透射式测水方案是一种非接触式测水 方案，测试过程中待测物料只需处于雷达波束照射空间范围内即