[发明专利]一种基于微波传感技术的湿度连续测量方法

摘要

本发明公开的一种基于微波传感技术的湿度连续测量方法，首先测量发射天线和接收天线之间无测量材料时的电压值，再测量发射天线和接收天线之间有测量材料时的电压值，建立织物含水率和测量电压值的关系，把发射天线和接收天线之间无测量材料时的电压值、发射天线和接收天线之间有测量材料时的电压值代入到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。本发明基于微波传感技术的湿度连续测量方法，解决了单独一对微波探头测量设备无法检测轧染设备上织物整个幅宽各点含水率均匀性的问题。

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$M=\frac{1}{1+\frac{{\mathrm{\ρ}}_m}{{\mathrm{\ρ}}_w}\·\frac{1}{k}}$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${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{rm}}={(\mathrm{\α}\·\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{\mathrm{\π}}\·\frac{1}{\mathrm{tg\δ}})}^2$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$e^{-\mathrm{ax}}={\left(\frac{V_1}{V^2}\right)}^2$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$M=\frac{1}{1+\frac{{\mathrm{\ρ}}_m}{{\mathrm{\ρ}}_w}\·{\left(\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{r1}\·s^2{d}^2}{4\·{(\ln \frac{V_1}{V_2}\·\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{\mathrm{\π}}\·\frac{1}{\mathrm{tg\δ}}\·s_1)}^2}\right)}^{\frac{1}{5}}}$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。