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在线微波水分测定仪的设计方案和原理(5)

微波检测系统
微波检测系统用来传感和采集被测信号,根据被测量的特点及需求,可以采用不同的检测方法。由于水的介电常数比其他物质大很多,经过含水物质后的微波能量衰减主要由水分引起,通过测量衰减后的微波能量可以得出物质的含水率,这是微波透射衰减法测湿
的原理,该方法符合在线连续测量的需求,应用。使用微波振荡源、隔离器、衰减器、发射接收天线等微波器件可以搭建微波衰减法测湿系统,对其进行了介绍。
微波检测方法概述
微波检测方法按照作为传感器的微波器件的不同可以分为空间波法、传输线法和谐振腔法。
(1)空间波法
电磁波由波导或同轴线引至天线发射,形成空间波,在空间波传播途中放置被测物质,电磁波穿过物体后再由接收天线接收进入波导或同轴线,这种方法叫做空间透射法;如果电磁波碰到物料后返回,再由原天线返回波导或同轴线,这种方法叫做空间反射法,
统称空间波法,想象中的空间波应该是一个平面波,能像光一样直线传播,然而在实际测量湿度的场合下,两个天线间的空间距离不允许拉的太远,因此,两个天线问的电磁场分布不是不错的的平面波,再加上
被测物料的本身不均匀性,微波通过物料箱时,会发生绕射和反射,导致测量的不好。为了减小微波绕射所引起的误差,被测物料应该足够大,而且要尽量放的离天线近一些,尽可能靠近接收天线放置,或在物料周围放一些吸收材料,以只有穿经物料的微波能量才能进入接收天线。
图2.1b表示的是空间反射波法田】,只使用一个天线,既作发射,又作接收用,所接收的是含有物料水分信息在内的反射波。装置简单,易于安装,便于应用在生产线上。其缺点是分辨力不高,对含水量较低的物料适用,两次穿经物料后的反射波能量仍比第一次界面反射波能量大得多,含水量高至一定程度后分辨力下降。采用这种方法要注意调节物料在空间的适当位罨,以获得很佳灵敏度。
(2)传输线法
传输线的形式很多,分为波导式、同轴式、带状线式和微带式等,凡是用传输线来做传感器的测量方法都叫传输线法嗍。一般来说,传输线法适合用于接触式测量,而空间波法则多用于非接触式测量。传输线法测量时将被测物料放很在传输线中,而不是搁置在空
间中,由于传输线内的电磁场是规则的,例如在矩形波导管中,宽边中央电场很大,在此处开槽插入被测物料,分辨率高。
(3)谐振腔法
谐振腔法测量的基本原理是利用介质微扰理论。在谐振腔内的电场集中处放入一线性度较小的待测物料,则腔的谐振频率石和品质因数Q值将随样品的介电特性而发生变化,通过测量谐振腔的频偏或9值,可以求得腔体内物料的含水量25加。要根据待测样品的物态
选取一个合适的工作模式,设计腔体尺寸,确定开槽或开孔的位置。同样,谐振腔法也适合于接触式测量,而不宜在线测量。

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