[发明专利]一种基于单模谐振腔传感器的溶液浓度测量方法

摘要

本发明涉及一种基于单模谐振腔传感器的溶液浓度测量方法：谐振腔中加入一定浓度的溶液，将波导信号输入谐振腔，谐振腔反射信号通过环形器进入幅度测量电路和相位测量电路；反射信号通过精密整流和滤波得到反射直流电压信号，通过与基准电压比较，获取谐振腔是否处于谐振状态的信号；根据波导信号和从谐振腔输出的谐振腔反射信号，获取载波调制信号频率是否大于谐振腔谐振频率的信号，两种检测结果输入FPGA；FPGA在收到谐振腔发生谐振的信号时，控制VCO输出谐振频率，并和本地振荡器的频率信息同时读入混频器计算出频率偏移量。对不同的浓度的溶液得到不同的频率偏移量。本发明可以获得较为精确的测量精度，测量成本也较小。

主权项

一种基于单模谐振腔传感器的溶液浓度测量方法，包括：谐振腔中加入一定浓度的溶液，将波导信号输入谐振腔，谐振腔反射信号通过环形器进入幅度测量电路和相位测量电路检测谐振腔是否发生谐振。在幅度测量电路中，反射信号通过精密整流和滤波得到反射直流电压信号；谐振腔在谐振状态下的反射直流电压信号小于预设阈值，通过与根据阈值确定的幅度测量电路的基准电压比较，如果反射直流电压信号小于基准电压，谐振腔处于谐振状态；反之，谐振腔处于未谐振状态，幅度测量电路检测的谐振腔的谐振状态信号输入到FPGA；如若没有谐振，FPGA控制谐振腔反射信号传输到相位测量电路，以在未谐振的状态下控制和调整频率；在相位测量电路中，将波导信号和从谐振腔输出的谐振腔反射信号并入乘法器，通过低通滤波器后得出直流信号，如果两个信号相位相同,表明载波调制信号频率大于谐振腔谐振频率；相位相反，表明载波调制信号频率小于谐振腔谐振频率，相位测量电路的检测结果输出到FPGA；FPGA输出信号到压控振荡器VCO，压控振荡器输出的信号经过定向耦合器处理，分成两部分：一部分经过环形器，通过环形器选择输入到微波谐振腔中，提供外部能量产生振荡；另一部分则作为原信号输入到混频器，测量频率变化即频率变化；FPGA收到的四种信号信息为：1、在收到谐振腔发生谐振的信号时，控制VCO输出谐振频率，并和本地振荡器的频率信息同时读入混频器计算出频率差值，即为频率偏移；2、在接收到谐振腔未发生谐振的信号时，控制谐振腔反射信号进入相位测量电路；3、在收到载波调制信号频率大于谐振腔谐振频率的信号时，控制VCO减小频率信息，并通过环形器输入到谐振腔返回检测；4、在收到载波调制信号频率小于谐振腔谐振频率的信号时，控制VCO增加频率信息，并通过环形器输入到谐振腔返回检测；对不同的浓度的溶液得到不同的频率偏移量，据此建立频率偏移和浓度的关系数据库，从而实现浓度测量。