利用微波对织物含水率在线检测的方法

摘要

本发明公开的一种利用微波对织物含水率在线检测的方法，采用一种利用微波对织物含水率在线检测的装置，包括微波电路单元和数据处理单元，微波电路单元包括通过无线信号依次连接的微波信号源、隔离器、可变衰减器、发射天线、接收天线、检波器和直流放大模块，数据处理单元包括通过无线信号相连接的数据采集卡和LabVIEW开发平台，该方法采用微波电路单元和数据处理单元进行微波信号的传输处理，通过测定微波衰减量变化的电压值，计算得到织物的含水率。本发明检测方法测量精度高，对织物不会造成破坏或污染，测量范围广。

主权项

1.一种利用微波对被测织物含水率在线检测的方法，其特征在于，采用一种利用微波对被测织物含水率在线检测的装置，该装置包括微波电路单元和数据处理单元，所述的微波电路单元包括通过无线信号依次连接的微波信号源(1)、隔离器(2)、可变衰减器(3)、发射天线(4)、接收天线(5)、检波器(6)和直流放大模块(7)，所述的数据处理单元包括通过无线信号相连接的数据采集卡(8)和LabVIEW开发平台(9)，该方法按照以下步骤实施：步骤1：接通微波信号源(1)电源，微波信号源(1)发送微波，微波信号通过隔离器(2)、可变衰减器(3)后由发射天线(4)发射，接收天线(5)接收微波信号后由检波器(6)检测，再由直流放大模块(7)将微波信号转换成标准电流信号，得到发射天线(4)和接收天线(5)之间无测量材料时的电压值V₁，通过数据采集卡(8)将无测量材料时的电压值V₁输入到计算机中；步骤2：将被测织物放置在发射天线(4)和接收天线(5)之间，保持发射天线(4)和接收天线(5)位置固定，且发射天线(4)和接收天线(5)的轴心在一条直线上；步骤3：接通微波信号源(1)电源，微波信号源(1)发送微波，微波信号通过隔离器(2)、可变衰减器(3)后由发射天线(4)发射，经过被测织物后得到衰减的信号，接收天线(5)接收衰减的信号后由检波器(6)检测，再由直流放大模块(7)将它转换成标准电流信号，得到衰减后的发射天线(4)和接收天线(5)之间有测量材料时的电压值V₂，通过数据采集卡(8)将衰减后的电压值V₂输入到计算机中，利用LabVIEW平台(9)对数据进行进一步处理，具体处理步骤如下：a.建立等效介电常数和含水率的关系$M=\frac{1}{1+\frac{{\rho }_m}{{\rho }_w}·\frac{1}{k}}$式中，M为被测织物的含水率，ρ_w为水的密度，ρ_m为干织物的密度，ε_r1为水的相对介电常数，ε_rm为被测织物的等效介电常数；b.建立等效介电常数和衰减系数的关系${ϵ}_{\mathrm{rm}}={(\alpha ·\frac{{\lambda }_0}{\pi }·\frac{1}{\mathrm{tg\delta }})}^2$式中，ε_rm为被测织物的等效介电常数，α为衰减系数，λ₀为微波在真空中的波长，δ为介质损耗角；c.建立测量电压值和衰减系数的关系$e^{-\mathrm{\alpha x}}={\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}^2$式中，x为被测织物的厚度，α为衰减系数，V₁，V₂分别为发射天线和接收天线之间无测量材料和有测量材料时，模块终端所显示的电压值；d.建立含水率和测量电压值的关系$M=\frac{1}{1+\frac{{\rho }_m}{{\rho }_w}·{\left(\frac{{ϵ}_{r1}·s^2{d}^2}{4·{(\ln \frac{V_1}{V_2}·\frac{{\lambda }_0}{\pi }·\frac{1}{\mathrm{tg\delta }}·s_1)}^2}\right)}^{\frac{1}{5}}}$式中，ρ_w为水的密度，ρ_m为干织物的密度，被测织物的面积为s，厚度为d，ε_r1为水的相对介电常数，δ为介质损耗角，s₁为天线所覆盖的面积，λ₀为微波在真空中的波长，V₁，V₂分别为发射天线和接收天线之间无测量材料和有测量材料时，模块终端所显示的电压值；步骤4：将步骤1得到的发射天线(4)和接收天线(5)之间无测量材料时的电压值V₁、步骤3得到的发射天线(4)和接收天线(5)之间有测量材料时的电压值V₂代入到步骤3含水率和测量电压值的关系式中，计算得到被测织物的含水率。