專利名稱：用于檢測(cè)物質(zhì)質(zhì)量和水分的檢測(cè)裝置中的微波諧振腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種物質(zhì)檢測(cè)的方法和裝置，尤其涉及一種用于檢測(cè)物質(zhì)質(zhì)量和水分的檢測(cè)裝置中的微波諧振腔。
背景技術(shù)：
在科研及生產(chǎn)過程中，物質(zhì)質(zhì)量和水分的檢測(cè)及控制是十分重要的。
物質(zhì)質(zhì)量檢測(cè)方法中，常用的檢測(cè)方法有秤量法和放射性物質(zhì)照射法。秤量法和放射性物質(zhì)照射法在實(shí)際使用中的特點(diǎn)和缺陷是秤量法是利用各種稱衡器對(duì)物質(zhì)質(zhì)量進(jìn)行稱量，由此可見，秤量法只能用于被測(cè)物體靜止或低速運(yùn)動(dòng)且為接觸式場(chǎng)合，此方法還不能夠檢測(cè)出被測(cè)物質(zhì)沿長度方向質(zhì)量(或密度)分布狀況，而在許多生產(chǎn)過程中，需要連續(xù)檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)物質(zhì)在各個(gè)瞬時(shí)流過的物質(zhì)質(zhì)量和水分；放射性物質(zhì)照射法是利用放射性物質(zhì)(如鍶90)對(duì)被測(cè)物質(zhì)質(zhì)量進(jìn)行稱量，由此可見，放射性物質(zhì)照射法由于使用了放射性物質(zhì)，必須要有專門的防護(hù)裝置，如使用不當(dāng)，則將對(duì)周圍環(huán)境及人員造成傷害。
物質(zhì)水分檢測(cè)方法中，常用的檢測(cè)方法有烘干法和遠(yuǎn)紅外線檢測(cè)法。烘干法和遠(yuǎn)紅外線檢測(cè)法在實(shí)際使用中的特點(diǎn)和缺陷是烘干法只能用于離線檢測(cè)，并且烘干法不能檢測(cè)出物質(zhì)沿長度方向水分含量分布狀況；遠(yuǎn)紅外線檢測(cè)法不能準(zhǔn)確地檢測(cè)出物質(zhì)心部水分含量，并且遠(yuǎn)紅外線檢測(cè)法受物質(zhì)表面狀況(如粗糙度)影響較大，使之測(cè)量的精確度不高。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于檢測(cè)物質(zhì)質(zhì)量和水分的檢測(cè)裝置中的微波諧振腔，它能在被測(cè)物質(zhì)靜止或高速運(yùn)動(dòng)之中精確可靠地在線或離線檢測(cè)出物質(zhì)的質(zhì)量和水分含量。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種用于檢測(cè)物質(zhì)質(zhì)量和水分的檢測(cè)裝置中的微波諧振腔，所述的檢測(cè)設(shè)置包括微波發(fā)生器、微波諧振腔、設(shè)置在微波諧振腔前后的兩隔離環(huán)，位于微波諧振腔后隔離環(huán)后側(cè)的檢波放大器、以及計(jì)算機(jī)及其輸出設(shè)備；其特點(diǎn)是所述的微波諧振腔包括腔體，腔體中部設(shè)置一貫通的通道，該貫通通道沿內(nèi)壁設(shè)置保護(hù)套，將腔體分割呈上下兩部分；在腔體上部分腔體壁上設(shè)置一微波輸入探針，在腔體下部分腔體壁上設(shè)置一微波輸出探針。
在上述的用于檢測(cè)物質(zhì)質(zhì)量和水分的檢測(cè)裝置中的微波諧振腔，其中，所述的設(shè)置在微波諧振腔腔體中部的通道是一管狀的通道。
在上述的用于檢測(cè)物質(zhì)質(zhì)量和水分的檢測(cè)裝置中的微波諧振腔，其中，所述的設(shè)置在微波諧振腔腔體中部的通道是一矩形的通道。
本實(shí)用新型用于檢測(cè)物質(zhì)質(zhì)量和水分的檢測(cè)裝置中的微波諧振腔由于采用了上述的技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果1.本實(shí)用新型由于通過對(duì)微波諧振腔未受物質(zhì)影響與受物質(zhì)影響的諧振曲線變化的信號(hào)分析及處理，可以檢測(cè)出被測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量和水分含量；2.本實(shí)用新型由于微波發(fā)生器功率非常小，僅為10mw，因此對(duì)被測(cè)物質(zhì)及周圍環(huán)境不造成任何傷害；3.本實(shí)用新型由于采用高速的計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，控制采樣間隔時(shí)間小于50us，因此能適用于高速在線物質(zhì)流的質(zhì)量和水分的檢測(cè)；4.本實(shí)用新型由于檢波器的微波信號(hào)取決于被測(cè)物質(zhì)的溫度，由此可以對(duì)被測(cè)物質(zhì)進(jìn)行測(cè)溫后作溫度補(bǔ)償，克服了由于溫度變化所造成的檢測(cè)信號(hào)的漂移。


通過以下對(duì)本實(shí)用新型用于檢測(cè)物質(zhì)質(zhì)量和水分的檢測(cè)裝置中的微波諧振腔的一實(shí)施例結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一步理解本實(shí)用新型的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點(diǎn)。其中，附圖為圖1是本實(shí)用新型中用微波進(jìn)行物質(zhì)的質(zhì)量和水分檢測(cè)的原理圖；
圖2是本實(shí)用新型用于檢測(cè)物質(zhì)質(zhì)量和水分的檢測(cè)裝置中的微波諧振腔的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型用于檢測(cè)物質(zhì)質(zhì)量和水分的檢測(cè)裝置中的微波諧振腔所輸出的微波諧振的曲線圖；圖4是本實(shí)用新型中用微波進(jìn)行物質(zhì)的質(zhì)量和水分檢測(cè)的工作流程圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參見圖1所示，這是本實(shí)用新型中用微波進(jìn)行物質(zhì)的質(zhì)量和水分檢測(cè)的原理圖。圖中，標(biāo)號(hào)1為微波發(fā)生器，標(biāo)號(hào)3為微波諧振腔，被測(cè)物質(zhì)4位于微波諧振腔3中，微波發(fā)生器1由計(jì)算機(jī)7控制向微波諧振腔輸送兩種不同頻率的微波；在微波諧振腔3的前后兩側(cè)分別設(shè)置的是隔離環(huán)2和隔離環(huán)5，隔離環(huán)2和5的作用是避免信號(hào)的互相干擾；位于隔離環(huán)5后的是檢波放大器6，檢波放大器6的檢測(cè)信號(hào)經(jīng)計(jì)算機(jī)7分析處理后由輸出設(shè)備8輸出。
請(qǐng)結(jié)合圖1參見圖2所示，圖2是圖1中微波諧振腔的結(jié)構(gòu)示意圖。該微波諧振腔3包括腔體31，制作該腔體31的材料為黃銅H62，表面鈍化；在腔體31中部設(shè)置一貫通的通道32，該通道32根據(jù)被測(cè)物質(zhì)的不同而呈不同的形狀，可以是一矩形的通道32，用以放置被測(cè)物質(zhì)是，化工工業(yè)方面的原料、半成品及成品，制藥工業(yè)方面的粉末、藥片及膠囊，建材工業(yè)方面的原料、半成品及成品，食品工業(yè)方面的原料、半成品及成品等等，用以在線對(duì)物質(zhì)的質(zhì)量(密度)及水分含量的檢測(cè)和控制，以及在試驗(yàn)室對(duì)物質(zhì)進(jìn)行離線對(duì)物質(zhì)的質(zhì)量(密度)及水分含量檢測(cè)；圖2中表示的是一管狀的通道32，該管狀通道32可以放置類似于圓形的被測(cè)物質(zhì)，如煙草工業(yè)用于各型卷煙機(jī)卷制的香煙條在線的質(zhì)量(密度)及水分檢測(cè)控制和試驗(yàn)室離線質(zhì)量(密度)及水分含量檢測(cè)；在貫通的通道32沿內(nèi)壁設(shè)置一保護(hù)套33，被測(cè)物質(zhì)便位于保護(hù)套33內(nèi)；保護(hù)套33的設(shè)置將腔體31分割呈上下兩部分；在腔體31上部分腔體壁上設(shè)置一微波輸入探針34，在腔體31下部分腔體壁上設(shè)置一微波輸出探針35。
在選擇微波諧振腔結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)，要考慮無載時(shí)品質(zhì)因子Q0的大小。Q0的計(jì)算公式如下Q0＝0.610×(λ0/S)×{[1+0.168×(D/L)2]3/2/[1+0.168×(D/L)3]}
式中λ0為微波諧振腔室空載(也即不放入被測(cè)物質(zhì)時(shí)諧振頻率的倒數(shù))；S為微波諧振腔材料特征系數(shù)，可查表獲得；D為微波諧振腔腔體直徑；L為微波諧振腔腔體長度；Q0越大，檢測(cè)質(zhì)量和水分的分辨率越高。一般Q0取值范圍為39450-46500。
請(qǐng)參見圖1和圖2所示，本實(shí)用新型利用微波進(jìn)行物質(zhì)的質(zhì)量和水分檢測(cè)的原理是，微波發(fā)生器1向微波諧振腔3輸送兩種不同頻率的微波，通過測(cè)量微波諧振腔3中未受物質(zhì)影響時(shí)(即通道32內(nèi)未放置被測(cè)物質(zhì)的空腔狀態(tài))與受物質(zhì)影響時(shí)(即通道32內(nèi)放置被測(cè)物質(zhì)的加載狀態(tài))的諧振曲線的變化來測(cè)定被測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量和水分。同時(shí)，由于圖1中的檢波器6的微波信號(hào)取決于被測(cè)物質(zhì)的溫度，為此，可以對(duì)被測(cè)物質(zhì)進(jìn)行測(cè)溫后作溫度補(bǔ)償。
請(qǐng)結(jié)合圖1和圖2參見圖3所示，圖3是本實(shí)用新型利用微波進(jìn)行物質(zhì)的質(zhì)量和水分檢測(cè)的微波諧振腔所輸出的微波諧振的曲線圖。圖3中，其中f0、u0為空腔(即未放入被測(cè)物質(zhì))時(shí)的諧振曲線。
f1、u1為加載(即放入被測(cè)物質(zhì))時(shí)的諧振曲線。
fa、fb為微波發(fā)生器輸送的兩個(gè)微波頻率，ua、ub為檢波器檢出的輸出微波信號(hào)。
取u直＝1/2(ua+ub)u交＝1/(ub-ua)u直反映了被測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量，質(zhì)量越大，u直越大，設(shè)m為被測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量，則m與u直之間的數(shù)學(xué)關(guān)系如下m＝a+b×u直+c×(u直)2-mo為二階方程式。式中常數(shù)a、b、c采用已知質(zhì)量的物質(zhì)進(jìn)行標(biāo)定后獲得，mo為空腔時(shí)套管的質(zhì)量。根據(jù)上式，當(dāng)微波諧振腔內(nèi)加入被測(cè)物質(zhì)時(shí)，檢波器檢出ua、ub后，在數(shù)據(jù)處理器中可以求得u直和m，從而測(cè)出物質(zhì)的質(zhì)量。
u交反映了被測(cè)物質(zhì)的水分，水分含量越大，u交越大，設(shè)w為被測(cè)物質(zhì)的水分含量，則w與u交之間的數(shù)學(xué)關(guān)系如下w＝d+e×u交+f×(u交)2-wo為二階方程式，式中常數(shù)d、e、f采用已知水分的物質(zhì)進(jìn)行標(biāo)定后獲得，wo為空腔時(shí)套管的質(zhì)量。同樣，在數(shù)據(jù)處理器中可以求得u交和w，從而測(cè)出物質(zhì)的水分。
請(qǐng)結(jié)合圖1至圖3參見圖4所示，圖4是本實(shí)用新型利用微波進(jìn)行物質(zhì)的質(zhì)量和水分檢測(cè)的流程圖。
本實(shí)用新型的工作流程是當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)完成后，方波發(fā)生器產(chǎn)生占空比為50％、幅值為+5V的控制方波，微波源根據(jù)控制方波交替產(chǎn)生2個(gè)不同頻率的微波信號(hào)，0V對(duì)應(yīng)于低頻微波、+5V對(duì)應(yīng)于高頻微波，并將兩種微波信號(hào)以相同時(shí)間間隔和連續(xù)跳變的方式送到微波諧振腔里，同時(shí)從微波諧振腔的另一側(cè)引出微波信號(hào)。由于被測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量和水分的不同，引出微波信號(hào)的強(qiáng)弱是不一樣的，根據(jù)兩個(gè)信號(hào)的強(qiáng)弱及與空腔諧振時(shí)信號(hào)的強(qiáng)弱相比較，就可以得出微波諧振腔內(nèi)被測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量和水分。經(jīng)過A/D變換后，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行物質(zhì)質(zhì)量和水分含量計(jì)算，存入存儲(chǔ)器，并輸出表示物質(zhì)的質(zhì)量和水分含量的信號(hào)。
綜上所述，本實(shí)用新型由于通過對(duì)微波諧振腔未受物質(zhì)影響與受物質(zhì)影響的諧振曲線變化的信號(hào)分析及處理，可以檢測(cè)出被測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量和水分含量；同時(shí)，由于微波發(fā)生器功率非常小，因此對(duì)被測(cè)物質(zhì)及周圍環(huán)境不造成任何傷害；另外，由于采用計(jì)算機(jī)控制采樣間隔時(shí)間，因此能適用于高速在線物質(zhì)流的質(zhì)量和水分的檢測(cè)；并且，可以對(duì)被測(cè)物質(zhì)進(jìn)行測(cè)溫后作溫度補(bǔ)償，克服了由于溫度變化所造成的檢測(cè)信號(hào)的漂移，因此極為實(shí)用。
權(quán)利要求1.一種用于檢測(cè)物質(zhì)質(zhì)量和水分的檢測(cè)裝置中的微波諧振腔，所述的檢測(cè)設(shè)置包括微波發(fā)生器(1)、微波諧振腔(3)、位于微波諧振腔(3)前后設(shè)置的隔離環(huán)(2和5)，設(shè)置在隔離環(huán)(5)后的檢波放大器(6)、以及計(jì)算機(jī)(7)及其輸出設(shè)備(8)；其特征在于所述的微波諧振腔(3)包括腔體(31)，腔體(31)中部設(shè)置一貫通的通道(32)，該貫通通道(32)沿內(nèi)壁設(shè)置保護(hù)套(33)，將腔體(31)分割呈上下兩部分；在腔體(31)上部分腔體壁上設(shè)置一微波輸入探針(34)，在腔體(31)下部分腔體壁上設(shè)置一微波輸出探針(35)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于檢測(cè)物質(zhì)質(zhì)量和水分的檢測(cè)裝置中的微波諧振腔，其特征在于所述的設(shè)置在微波諧振腔(3)腔體(31)中部的通道(32)是一管狀的通道(32)。
3.如權(quán)利要求1所述的用于檢測(cè)物質(zhì)質(zhì)量和水分的檢測(cè)裝置中的微波諧振腔，其特征在于所述的設(shè)置在微波諧振腔(3)腔體(31)中部的通道(32)是一矩形的通道(32)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于檢測(cè)物質(zhì)質(zhì)量和水分的檢測(cè)裝置中的微波諧振腔，檢測(cè)設(shè)置包括微波發(fā)生器、微波諧振腔、設(shè)置在微波諧振腔前后的兩隔離環(huán)、檢波放大器、以及計(jì)算機(jī)及其輸出設(shè)備；其特點(diǎn)是微波諧振腔包括腔體，腔體中部設(shè)置一貫通的通道，通道沿內(nèi)壁設(shè)置保護(hù)套，將腔體分割呈上下兩部分；腔體上部分腔體壁上設(shè)置一微波輸入探針，腔體下部分腔體壁上設(shè)置一微波輸出探針。由此本實(shí)用新型能通過對(duì)微波諧振腔未受物質(zhì)影響與受物質(zhì)影響的諧振曲線變化的信號(hào)分析及處理檢測(cè)出被測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量和水分含量，它能適用高速在線物質(zhì)流的質(zhì)量和水分的檢測(cè)，可以對(duì)被測(cè)物質(zhì)進(jìn)行測(cè)溫后作溫度補(bǔ)償，并且對(duì)被測(cè)物質(zhì)及周圍環(huán)境不造成任何傷害，因此極為實(shí)用。
文檔編號(hào)G01N22/00GK2703255SQ200420023688
公開日2005年6月1日 申請(qǐng)日期2004年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月14日
發(fā)明者張躍武, 閔晨, 白紹光, 趙強(qiáng), 陳林, 王會(huì)石 申請(qǐng)人:上海恒尚自動(dòng)化設(shè)備有限公司