[发明专利]用于通过微波传输测量来测量样本的介电和/或磁性特性的装置

说明书

具体描述

技术领域

本发明涉及一种用于通过微波传输测量来测量样本的介电和/或磁性特性的装置。

背景技术

从现有技术已知存在用于不接触地测量样本(例如，水分)的介电特性的多个选择。例如，能够发射微波通过样本，并且经由将所照射微波或来源于所照射微波的信号与所发射微波或来源于所发射微波的信号进行比较，来获得所需的信息。在该过程中能够确定吸收以及相移，从而能够从相应测量中获得关于样本的复合ε(epsilon)的完整信息。合适的装置包括发射模块以及接收模块。发射模块设置有：用于产生高频信号的至少一个合成发生器(也称为合成器)；以及连接到合成器的发射天线。合成器由所谓的频率标准来计时，该频率标准发射低频信号(例如，具有10MHz频率的低频信号)。另外，由至少一个合成器产生的高频信号被发射到同样设置有接收天线的接收模块，并且在接收模块中与在接收天线处接收的微波混频。还设置了评估单元，该评估单元能够被具体实施为单独的模块。将混频的信号发送到该评估单元。

在如下的两种类型的测量系统之间基本上做出区分：即，所谓的零差系统，该系统仅使用单个频率进行操作并且仅具有一个合成器；以及所谓的外差系统，该系统使用两个紧密相邻的频率进行操作并且具有两个合成器。这两个系统的共同点是：它们通过将两个微波进行比较来操作，其中，一个微波穿过样本，并且因此经历衰减和/或相移，而另一微波并未穿过样本并且用作参考。因此，必须在发射模块与接收模块之间设置高频参考线(这适用于零差系统以及外差系统)。在实验室条件下，设置这样的高频线通常不是问题，因为一方面，不必克服局部长距离，另一方面，在实验室中通常是恒定条件，尤其基本上是恒温。

然而，如果该类型的装置用于工业用途，则设置这样的高频参考线会带来一些问题和不利，特别是由于波频越高，依赖于同轴线缆内波传播速度的温度对相移的影响越大。其意味着，在非恒定的环境条件下，尤其是温度，在高频参考线以及天线馈线上能够发生相当的相移，这使测量结果失真。此外，当在工业规模上使用时，发射模块和接收模块能够相隔非常远，这使得该问题更加严重，尤其是在这样的布置是全部或部分地安装在开放环境下，使得该布置会遭受来自太阳的辐射的情况下。

发明内容

由此开始，本发明的目的是，以更适合于在工业应用中使用的这种方式来改进通用装置，具体地，并且甚至在波动的环境条件下，提供恒定且良好的测量结果。

使用具有如下装置来解决该目的，该装置用于通过微波传输测量来测量样本的介电和/或磁性特性，该装置包括：

发射天线和接收天线，其限定传输测量段，在该传输测量段中能够放置待测的所述样本；

至少一个发射侧合成器，其用于产生具有在800MHz到30GHz之间的频率的高频信号；

频率标准，其经由发射侧低频同步信号线连接到发射侧合成器，发射侧合成器可重现地锁相地耦合到所述频率标准；以及

评估单元，其至少间接地连接到发射侧合成器以及所述接收天线，其特征在于，

另外设置至少一个接收侧合成器，所述至少一个接收侧合成器通过接收侧低频同步信号线连接到所述频率标准，并且可重现地锁相地耦合到所述频率标准，并且至少间接地连接到所述评估单元，其中

如果所述装置包括多于一个发射侧合成器或多于一个接收侧合成器，那么一个发射侧合成器和一个接收侧合成器产生同一高频。

可见本发明的核心理念是，必须在发射侧和接收侧上设置用于产生高频信号的至少一个合成器，并且以可重现的锁相的方式来耦合这两个合成器，为此设置联合频率标准，该联合频率标准分别经由至少一个低频信号线来启动这两个合成器，该低频信号线被称为低频同步信号线。因此，当在接收侧上设置合成器时，根据本发明，采用上述有问题的高频参考线是不必要的。这类低频信号线对上述环境影响几乎不敏感，即使是在长的长度处，因此，即使对于强烈波动环境影响，尤其是相当大的温度变化，也不需要重新校准。根据本发明的装置原则上能够实施为零差系统和外差系统，其中，作为外差系统的实施方式通常是优选的。

本发明的优选实施方式从示例性实施方式得出，下面参考附图更详细地解释这些示例性实施方式，该附图示出：

附图说明

图1是用于本发明的第一示例性实施方式的电路图；

图2是用于本发明的第二示例性实施方式的电路图，其中，所用的测量原理与用于第一示例性实施方式的测量原理相同；

图3是根据现有技术的用于外差系统的电路图；

图4是另选的电路图；