專利名稱：利用諧振腔微擾法快速檢測(cè)非金屬物質(zhì)密度的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非金屬物質(zhì)密度檢測(cè)技術(shù)，具體的說(shuō)是一種利用諧振腔微擾法在 線檢測(cè)被測(cè)物質(zhì)密度的裝置及方法。
背景技術(shù)：
在生產(chǎn)過(guò)程中，非金屬物質(zhì)例如藥品、煙草及茶葉等，往往需要在線檢測(cè)和控制產(chǎn) 品的密度。傳統(tǒng)的秤量法只適用于被測(cè)物在靜態(tài)或低速運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下測(cè)量，不能夠在線快 速檢測(cè)。目前常用的物質(zhì)密度在線檢測(cè)方法主要有放射物質(zhì)檢測(cè)法和紅外檢測(cè)法等。放射 物質(zhì)檢測(cè)法測(cè)量精度高，穩(wěn)定性好，但隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)以及放射物質(zhì)對(duì)人體帶來(lái) 的傷害，現(xiàn)在漸漸被其他方式所取代；紅外檢測(cè)法雖然對(duì)人體沒(méi)有傷害，但是檢測(cè)過(guò)程受被 測(cè)物質(zhì)本身和外界影響大，使其測(cè)量精度不高，不適用于高精度檢測(cè)場(chǎng)合。微波是指頻率在300MHz到300GHz之間的電磁波，由于它具有波長(zhǎng)短、頻帶寬、方 向性好和貫穿能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，已在許多方面均有應(yīng)用，如微波加熱、微波探傷等。根據(jù)非金 屬材料能夠在穿過(guò)諧振腔時(shí)產(chǎn)生微擾的特性，可以用來(lái)在線準(zhǔn)確測(cè)量非金屬物質(zhì)的密度。 目前利用微波檢測(cè)物質(zhì)密度的裝置已有應(yīng)用，但是理論基礎(chǔ)不足，測(cè)量精度不高，有待進(jìn)一 步改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足之處，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種速度 快，精度高、穩(wěn)定性好，與被測(cè)物不接觸，無(wú)污染的利用諧振腔微擾法在線檢測(cè)被測(cè)物質(zhì)密 度的裝置及方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是本發(fā)明一種利用諧振腔微擾法在線檢測(cè)被測(cè)物質(zhì)密度的裝置包括諧振腔、微波 發(fā)生器、微波檢波器、信號(hào)控制處理模塊以及溫度控制模塊，其中，諧振腔的輸入端與微波 發(fā)生器相連，輸出端接有微波檢波器，溫度控制端通過(guò)溫度控制模塊與信號(hào)控制處理模塊 相連；信號(hào)控制處理模塊的調(diào)制信號(hào)與微波發(fā)生器相連，微波檢波器輸出的電壓信號(hào)接至 信號(hào)控制處理模塊。所述諧振腔為圓柱形腔體，其軸中心位置兩端開(kāi)口，在圓柱形腔體側(cè)壁安裝接收 探針和發(fā)射探針；所述信號(hào)控制處理模塊包括鋸齒波發(fā)生單元、D/A轉(zhuǎn)換單元、第一 A/D轉(zhuǎn) 換單元、信號(hào)前級(jí)處理單元以及信號(hào)處理分析單元，其中鋸齒波發(fā)生單元的輸出端經(jīng)D/A 轉(zhuǎn)換單元與微波發(fā)生器相連；A/D轉(zhuǎn)換單元的輸入端接有微波檢波器的幅度_頻率信號(hào)，輸 出端經(jīng)信號(hào)前級(jí)處理單元接至信號(hào)處理分析單元；所述溫度控制模塊包括第二 A/D轉(zhuǎn)換單 元、PID溫度控制單元及繼電器，其中PID溫度控制單元通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換單元接有溫度傳感器， 輸出的控制信號(hào)經(jīng)執(zhí)行裝置接至設(shè)于諧振腔外表面的加熱裝置。本發(fā)明一種利用諧振腔微擾法在線檢測(cè)被測(cè)物質(zhì)密度的方法，包括以下步驟
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通過(guò)微波發(fā)生器產(chǎn)生微波信號(hào)，向諧振腔發(fā)送；諧振腔由接收探針接收微波信號(hào)，在諧振腔內(nèi)產(chǎn)生電磁場(chǎng)；將運(yùn)行中的被測(cè)物經(jīng)諧振腔的中心通孔通過(guò)；通過(guò)諧振腔的發(fā)射探針檢測(cè)其通過(guò)被測(cè)物后的微波信號(hào)，得到幅度-頻率特性曲 線.
一入 ，在幅度-頻率特性曲線上提取參數(shù)進(jìn)行處理和計(jì)算，得到當(dāng)前被測(cè)物的密度。所述微波信號(hào)通過(guò)以下方法產(chǎn)生信號(hào)處理模塊產(chǎn)生頻率為IOKHz以上、峰峰值為2士0. 5V的鋸齒波信號(hào)作為微波 發(fā)生器的調(diào)制信號(hào)，使微波發(fā)生器產(chǎn)生幅度恒定、頻率隨控制電壓線性變化的微波信號(hào)。所述被測(cè)物密度計(jì)算公式如下
權(quán)利要求
一種利用諧振腔微擾法在線檢測(cè)被測(cè)物質(zhì)密度的裝置，其特征在于包括諧振腔(1)、微波發(fā)生器(2)、微波檢波器(3)、信號(hào)控制處理模塊(4)以及溫度控制模塊(5)，其中，諧振腔(1)的輸入端與微波發(fā)生器(2)相連，輸出端接有微波檢波器(3)，溫度控制端通過(guò)溫度控制模塊(5)與信號(hào)控制處理模塊(4)相連；信號(hào)控制處理模塊(4)的調(diào)制信號(hào)與微波發(fā)生器(2)相連，微波檢波器(3)輸出的電壓信號(hào)接至信號(hào)控制處理模塊(4)。
2.按權(quán)利要求1所述的利用諧振腔微擾法在線檢測(cè)被測(cè)物質(zhì)密度的裝置，其特征在于所述諧振腔(1)為圓柱形腔體，其軸中心位置兩端開(kāi)口，在圓柱形腔體側(cè)壁安裝接收 探針(Si)和發(fā)射探針(S2)。
3.按權(quán)利要求1所述的利用諧振腔微擾法在線檢測(cè)被測(cè)物質(zhì)密度的裝置，其特征在于所述信號(hào)控制處理模塊(4)包括鋸齒波發(fā)生單元(6)、D/A轉(zhuǎn)換單元(7)、第一 A/D轉(zhuǎn) 換單元(8)、信號(hào)前級(jí)處理單元(9)以及信號(hào)處理分析單元(10)，其中鋸齒波發(fā)生單元(6) 的輸出端經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換單元(7)與微波發(fā)生器(2)相連;A/D轉(zhuǎn)換單元(8)的輸入端接有微 波檢波器(3)的幅度-頻率信號(hào)，輸出端經(jīng)信號(hào)前級(jí)處理單元(9)接至信號(hào)處理分析單元 (10)。
4.按權(quán)利要求1所述的利用諧振腔微擾法在線檢測(cè)被測(cè)物質(zhì)密度的裝置，其特征在于所述溫度控制模塊(5)包括第二 A/D轉(zhuǎn)換單元(12)、PID溫度控制單元(11)及繼電器 (13)，其中PID溫度控制單元(11)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換單元(12)接有溫度傳感器(14)，輸出的控 制信號(hào)經(jīng)執(zhí)行裝置接至設(shè)于諧振腔(1)外表面的加熱裝置(15)。
5.一種利用諧振腔微擾法在線檢測(cè)被測(cè)物質(zhì)密度的方法，其特征在于包括以下步驟 通過(guò)微波發(fā)生器(2)產(chǎn)生微波信號(hào)，向諧振腔(1)發(fā)送；諧振腔(1)由接收探針(Si)接收微波信號(hào)，在諧振腔(1)內(nèi)產(chǎn)生電磁場(chǎng)； 將運(yùn)行中的被測(cè)物經(jīng)諧振腔(1)的中心通孔(C)通過(guò)；通過(guò)諧振腔(1)的發(fā)射探針(S2)檢測(cè)其通過(guò)被測(cè)物后的微波信號(hào)，得到幅度-頻率特 性曲線；在幅度_頻率特性曲線上提取參數(shù)進(jìn)行處理和計(jì)算，得到當(dāng)前被測(cè)物的密度。
6.按權(quán)利要求5所述的利用諧振腔微擾法在線檢測(cè)被測(cè)物質(zhì)密度的方法，其特征在于 所述微波信號(hào)通過(guò)以下方法產(chǎn)生信號(hào)處理模塊(4)產(chǎn)生頻率為IOKHz以上、峰峰值為2士0. 5V的鋸齒波信號(hào)作為微波 發(fā)生器(2)的調(diào)制信號(hào)，使微波發(fā)生器(2)產(chǎn)生幅度恒定、頻率隨控制電壓線性變化的微波 信號(hào)。
7.按權(quán)利要求5所述的利用諧振腔微擾法在線檢測(cè)被測(cè)物質(zhì)密度的方法，其特征在于 所述被測(cè)物密度計(jì)算公式如下ρ(Δ/,Δ ) = (α, x~ + a2)xAf + α3χ — + α4( 1 )Δ/Δ/式中，P為被測(cè)物密度；Δ f為諧振腔引入被測(cè)物后的頻率偏移量，即fcrfpfcrfB ； Am 為諧振腔引入被測(cè)物后的半功率帶寬變化量，即1%-n^、mB-m0 ;ai; a2, a3, a4為計(jì)算密度的系
8.按權(quán)利要求7所述的利用諧振腔微擾法在線檢測(cè)被測(cè)物質(zhì)密度的方法，其特征在于 所述半功率帶寬通過(guò)以下方法得到在頻率_幅度特性曲線上找到諧振頻率點(diǎn)，以該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的功率-3DB的功率值為標(biāo)準(zhǔn)， 得到對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頻率之差值作為半功率帶寬。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用諧振腔微擾法在線檢測(cè)被測(cè)物質(zhì)密度的裝置及方法，該裝置中的諧振腔的輸入端與微波發(fā)生器相連，輸出端接有微波檢波器，溫度控制端通過(guò)溫度控制模塊與信號(hào)控制處理模塊相連；信號(hào)控制處理模塊的調(diào)制信號(hào)與微波發(fā)生器相連，微波檢波器輸出的電壓信號(hào)接至信號(hào)控制處理模塊；方法為通過(guò)微波發(fā)生器向諧振腔發(fā)送；諧振腔接收微波信號(hào)，產(chǎn)生電磁場(chǎng)；被測(cè)物經(jīng)諧振腔的中心通孔通過(guò)；通過(guò)諧振腔的發(fā)射探針檢測(cè)微波信號(hào)得到幅度-頻率特性曲線；在曲線上提取參數(shù)進(jìn)行處理和計(jì)算，得到當(dāng)前被測(cè)物的密度。本發(fā)明對(duì)于食品、藥品行業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)被測(cè)物質(zhì)的在線高速檢測(cè)，避免放射性污染以及接觸性污染，保證了密度檢測(cè)結(jié)果的精度和穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G01N9/24GK101943653SQ20091001246
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2009年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者叢日剛, 杜勁松, 蘇浩, 高宏亮, 高潔 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所