主权项 |
1.一种基于微波传感技术的湿度连续测量方法,其特征在于,利用一种测量装置,该装置包括丝杆传动部分和微波传感检测部分,其中的丝杆传动部分包括前丝杠(5)和后丝杠(10),前丝杠(5)的一端设置有驱动前丝杠(5)转动的伺服电动机a(6),后丝杠(10)的一端设置有驱动后丝杠(10)转动的伺服电动机b(12);微波传感检测部分包括设置在前丝杠(5)一侧表面上的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),所述的微波信号源(1)还通过连接线缆a(7)和伺服电动机a(6)相连接,还包括设置在后丝杠(10)一侧表面上的依次连接的直流放大模块(11)、检波器(9)、接收天线(8),所述的直流放大模块(11)还通过连接线缆b(13)和伺服电动机b(12)相连接,所述的发射天线(4)和接收天线(8)相对设置;利用上述装置,该方法具体按照以下步骤实施: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(8)接收微波信号后由检波器(9)检测,再由直流放大模块(11)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(8)之间无测量材料时的电压值V1;步骤2:发射天线(4)与接收天线(8)之间的距离设置为40cm-60cm,以被测织物(14)为中心,把发射天线(4)和接收天线(8)放置于被测织物(14)上下两边,接通电源,伺服电动机a(6)带动微波信号源(1)、隔离器(2)、可变衰减器(3)、发射天线(4)在前丝杠(5)上作匀速直线运动,同时,伺服电动机b(12)带动直流放大模块(11)、检波器(9)和接收天线(8)在后丝杠(10)上做匀速直线运动,前丝杠(5)上的运动速度和后丝杠(10)上的运动速度相同;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(8)接收衰减的信号后由检波器(9)检测,再由直流放大模块(11)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(8)之间有测量材料时的电压值V2;步骤4:得到织物含水率和测量电压值的关系,具体步骤为:a.建立等效介电常数和含水率的关系<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow> <mi>M</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>ρ</mi> <mi>m</mi> </msub> <msub> <mi>ρ</mi> <mi>w</mi> </msub> </mfrac> <mo>·</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>k</mi> </mfrac> </mrow> </mfrac> </mrow>]]></math></maths>式中,M为织物含水率,ρw为水的密度,ρm为被测织物的密度,b.建立等效介电常数和衰减系数的关系<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow> <msub> <mi>ϵ</mi> <mi>rm</mi> </msub> <mo>=</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>α</mi> <mo>·</mo> <mfrac> <msub> <mi>λ</mi> <mn>0</mn> </msub> <mi>π</mi> </mfrac> <mo>·</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>tgδ</mi> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow>]]></math></maths>式中,εrm为混合物的等效介电常数,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<maths id="math0004" num="0004" ><math><![CDATA[ <mrow> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mi>ax</mi> </mrow> </msup> <mo>=</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>V</mi> <mn>1</mn> </msub> <msup> <mi>V</mi> <mn>2</mn> </msup> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow>]]></math></maths>式中,x为介质的厚度,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.根据步骤a、b、c建立的关系式得到织物含水率和测量电压值的关系<maths id="math0005" num="0005" ><math><![CDATA[ <mrow> <mi>M</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>ρ</mi> <mi>m</mi> </msub> <msub> <mi>ρ</mi> <mi>w</mi> </msub> </mfrac> <mo>·</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>ϵ</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>·</mo> <msup> <mi>s</mi> <mn>2</mn> </msup> <msup> <mi>d</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mrow> <mn>4</mn> <mo>·</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>ln</mi> <mfrac> <msub> <mi>V</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>V</mi> <mn>2</mn> </msub> </mfrac> <mo>·</mo> <mfrac> <msub> <mi>λ</mi> <mn>0</mn> </msub> <mi>π</mi> </mfrac> <mo>·</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>tgδ</mi> </mfrac> <mo>·</mo> <msub> <mi>s</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>5</mn> </mfrac> </msup> </mrow> </mfrac> </mrow>]]></math></maths>式中,ρw为水的密度,ρm为被测物的密度,待测织物的面积为s,厚度为d,εr1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5:将步骤1得到的发射天线(4)和接收天线(8)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(8)之间有测量材料时的电压值V2代入到步骤4织物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。 |