[发明专利]利用微波检测颗粒状固体样品含水率的装置

权利要求书

1.一种利用微波检测颗粒状固体样品含水率的装置，其特征在于包括微波源、传输单元、发射单元、反射接收单元、透射接收单元、样品室、微波功率检测单元、数据处理及输出单元组成；被测样品放置在样品室内；微波源通过传输单元与发射单元相连接并通过发射单元向空间传播发射微波信号，同时通过反射接收单元接收与样品作用后反射回来的反射微波信号，通过透射接收单元接收与样品作用后透射过去的透射微波信号；微波功率检测单元分别接收反射接收单元输出的反射微波功率信号P₂和透射微波功率信号P₃，并将反射微波功率信号P₂和透射微波功率信号P₃转换为第一直流混频电压信号V1和第二直流混频电压信号V2后输出；数据处理及输出单元对第一直流混频电压信号V1和第二直流混频电压信号V2进行采集，并根据预先标定的被测样品的含水率与堆积密度、第一直流混频电压信号V1和第二直流混频电压信号V2的函数关系式确定被测样品的含水率；被测样品的含水率与堆积密度、第一直流混频电压信号V1和第二直流混频电压信号V2的函数关系式的标定方法如下：

（1）、将样品室放置于压机上并将压力传感器固定在压机的压头下面；然后在样品室内装填已知含水率M的颗粒状固体样品及介电常数小于3的液体介质；使得样品完全浸入液体介质；

（2）、利用压机对样品施加静压，静压每增加△N，△N≤ 1 Mpa，记录静压值、液体介质的液面高度及对应的第一直流混频电压信号V1和第二直流混频电压信号V2采集值；直至随着静压增大液面高度不再变化；得到一系列静压值及对应的第一直流混频电压信号V1和第二直流混频电压信号V2采集值；

（3）、利用数据处理及输出单元拟合出第一直流混频电压信号V1与静压N之间的函数关系式（1）、第二直流混频电压信号V2采集值与静压N之间的函数关系式（2）；

V1=f₁（M,N）（1）

V2=f₂（M,N）（2）

（4）、令f₁（M,ρ）= f₁（M,N）；f₂（M,ρ）= f₂（M,N），得到第一直流混频电压信号V1与堆积密度ρ之间的等效函数关系式（3）、第二直流混频电压信号V2采集值与堆积密度ρ之间的等效函数关系式（4）；

V1=f₁（M,ρ） （3）

V2= f₂（M,ρ） （4）

（5）、根据步骤（4）得到的等效关系式(3)、（4），利用数据处理及输出单元拟合出含水率M与第一直流混频电压信号V1、第二直流混频电压信号V2的等效函数关系式（5）；

M=α₀+α₁ V1+α₂V2 （5）；

包含温度补偿项的含水率M与第一直流混频电压信号V1、第二直流混频电压信号V2的函数关系式的获得方法如下：

（1）、将预先加热至45度的样品放入样品室中，同时在样品室的中间位置放置一热电偶；热电偶的输出端连接数据处理及输出单元；

（2）、打开微波源使其发射微波信号；热电偶输出的温度值每下降△T，△T≤3℃，数据处理及输出单元记录温度采集值及对应的第一直流混频电压信号V1和第二直流混频电压信号V2采集值；直至温度下降到室温；得到一系列温度采集值及对应的第一直流混频电压信号V1和第二直流混频电压信号V2采集值；

（3）、利用数据处理及输出单元拟合出温度T与第一直流混频电压信号V1的函数关系式（6）、温度T与第二直流混频电压信号V2的函数关系式（7）；

V1=f₁（T） （6）

V2=f₂（T） （7）

（4）、利用步骤（3）得到的两个函数关系式对等效函数关系式（3）、（4）进行修正得到包含了温度补偿项的等效函数关系式（8）、（9）；

V1= f₁（M,ρ）+ f₁（T） （8）

V2= f₂（M,ρ）+f₂（T） （9）

（5）、根据函数关系式（8）、（9），利用数据处理及输出单元拟合出包含温度补偿项的含水率M与第一直流混频电压信号V1、第二直流混频电压信号V2的函数关系式（10）；

M=b₀+b₁V1+b₂V2 +b₃T （10）。