[发明专利]利用微波检测颗粒状固体样品含水率的装置

说明书

本发明涉及一种利用微波检测颗粒状固体样品含水率的装置，该装置的微波源通过发射单元向空间传播发射微波信号；反微波功率检测单元分别接收反射接收单元的反射微波功率信号和透射接收单元的透射微波功率信号，并将反射微波功率信号和透射微波功率信号转换为第一、第二直流混频电压信号后输出；数据处理及输出单元对第一、第二直流混频电压信号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和第二直流混频电压信号的函数关系式确定被测样品的含水率。本发明能够有效消除了堆积密度对含水率测量结果的影响，极大地提高了颗粒状固体材料含水率的测量精度，并且结构简单，易于操作，成本低。

技术领域

本发明属于微波应用技术领域，涉及一种微波检测颗粒状固体样品含水率的装置。

背景技术

在工农业生产过程中，颗粒状固体材料的含水率检测对产品的应用和生产有重要的影响。

含水率测量分为直接测量和间接测量，每种方法适用范围都不相同，精度也不相同。微波检测技术是通过微波与物质中水分子相互作用，尽而实现物料含水率的无损检测，其测量范围大且测量精度高而在含水率测量过程中得到广泛应用。

微波是一种高频电磁波，在微波的作用下，水分子的偶极矩会发生频繁拉伸和换向，消耗大量的能量。微波与物质中水分子相互作用，从而发生微波的反射与透射，被测物料的水分会引起微波功率的损耗，且其远大于其他背底材料引起的损耗，通过测量反射和透射微波功率衰减，相位变化，谐振频率等相关物理量，便能间接的测量物料的含水率。

通常情况下，利用微波法测量含水率会根据实际情况分别采用反射微波功率衰减检测法和透射微波功率衰减检测法。但是，这两种方法在对颗粒状固体材料进行含水率检测过程中确遇到了原理性误差的影响，即材料堆积密度对检测精度的影响。

颗粒状固体样品含水率检测过程中受到堆积密度分布不均匀因素影响很大，对于相同含水率的颗粒状材料样品进行微波空间波检测时，堆积密度越大则空间内水分子分布越密集，对微波反射与透射波能量的损耗与衰减影响越大，直接影响了对于样品含水率的测量精度。通常采用的让样品在相同的高度同时落下的方式解决堆积密度误差问题，虽然在一定程度上消除了影响，但是并没有从根本上解决问题，这样的误差同样也很大。样品堆积密度对含水率测量方法的影响，限制了测量的精准度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够有效消除堆积密度对测量结果影响，并极大地提高测量精度的利用微波检测颗粒状固体样品含水率的装置。

为了解决上述技术问题，本发明的利用微波检测颗粒状固体样品含水率的装置包括微波源、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。

进一步，本发明所述的样品室内设置有热电偶；热电偶的输出连接数据处理及输出单元。

所述微波源的工作频率范围为10GH_z。

所述的传输单元采用同轴传输线，其端口阻抗的典型值为50Ω。

所述的发射单元与反射接收单元采用由微波发射器件与接收器件集成在一起并复用其中的波导天线构成的一体化单元。