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材料均匀性微波测试传感器的设计

发布时间:2018-08-28 11:01
【摘要】:随着微波技术的日渐成熟,微波无损检测作为一种发展起来的新型检测技术,相比于其他检测技术有许多显著的特点,其中一个重要的应用领域就是对介质材料特性的检测。本文针对大尺寸板状介质材料均匀性测试方法展开研究,设计了微波测试传感器,实现了对测量参数的快速提取,大大的提高了检测效率。这种测试方案作为一种产品质量监测手段,可以广泛运用到工业生产中,具有较高的实用价值。本文的主要内容包括:第一、查阅相关文献,对各种类型的微波无损检测方法及其特点进行了分析。选择透射法为基本测试方法,确定了使用多天线探头阵列配合微波开关实现电扫描快速测试的基本方案。并设计了实验对方案进行验证,结果表明这种测试方案切实可行。第二、采用Vivaldi天线作为传感器探头单元,其具有宽带,端射,高增益特性,正好满足传感器的使用需求。本文设计的天线在两个辐射臂上加载了波纹周期结构,有效的改善了天线的低频增益,改善了天线的辐射特性。设计得到的天线在3~8GHz频段内增益大于8dB,驻波低于2,满足了使用需求。另外,通过组合使用HMC345开关芯片设计了单刀十六掷微波开关,开关通过4路TTL信号控制切换测试通道,是实现电扫描测试的关键器件。第三、围绕物料传送带用设计完成的关键器件搭建了传感器测试系统,编写了开关控制以及矢量网络分析仪测量数据读取软件,并对不同种类样品进行了测试。通过测试结果,对传感器的各项测试性能进行了分析,包括传感器对各种不同类型不均匀性的灵敏度,以及传感器能够达到的距离分辨率。最后结果表明,本文设计搭建的测试系统可以有效的对材料的均匀性进行快速测试,测试速度大于1m/min,对外形尺寸大于4cm*4cm的非均匀区域检测效果明显。
[Abstract]:With the development of microwave technology, microwave nondestructive testing (NDT), as a new type of detection technology, has many remarkable characteristics compared with other testing technologies. One of the most important applications is the detection of dielectric materials. In this paper, the testing method of homogeneity of large size plate dielectric material is studied, and microwave test sensor is designed, which realizes the quick extraction of measurement parameters and greatly improves the detection efficiency. As a means of product quality monitoring, this test scheme can be widely used in industrial production and has high practical value. The main contents of this paper are as follows: first, review the relevant literature and analyze various microwave nondestructive testing methods and their characteristics. The transmission method is chosen as the basic test method, and the basic scheme of fast electric scanning test using multi-antenna probe array and microwave switch is determined. The experimental results show that the scheme is feasible. Secondly, the Vivaldi antenna is used as the sensor probe unit, which has the characteristics of wide band, end shoot and high gain, so it can meet the needs of the sensor. In this paper, the corrugated periodic structure of the antenna is loaded on two radiating arms, which improves the low frequency gain of the antenna and the radiation characteristics of the antenna. The designed antenna has a gain of more than 8 dB and a standing wave of less than 2 in the 3~8GHz band. In addition, the single-pole 16-throw microwave switch is designed by combining the HMC345 switch chip, and the switch switches the test channel through four TTL signals, which is the key device to realize the electric scanning test. Thirdly, the sensor testing system is built around the key devices designed for material conveyer belt, and the software for reading the data of switch control and vector network analyzer is developed, and different kinds of samples are tested. Through the test results, the performance of the sensor is analyzed, including the sensitivity of the sensor to various types of inhomogeneity, and the range resolution that the sensor can achieve. The results show that the test system designed in this paper can effectively test the homogeneity of the material, the testing speed is more than 1 m / min, and the detection effect is obvious for the non-uniform region whose shape size is larger than 4cm*4cm.
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP212

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本文编号:2209199

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