微波水份测量传感器的优化设计与算法研究

发布时间：2020-05-22 18:12

【摘要】：水份是固体或液体物料中水的质量占总质量的百分数,是物质中最重要的参数之一,对物料的性能有着重大影响。水份的定量测量是物质理化分析的重要指标。在生产生活中,因为水份测量的不及时造成的经济损失是巨大的,所以快速、准确地测量物料的水份占比是具有重大意义的。只有快速、准确地得到水份数据,才能对生产进行有效控制,达到最优化的生产效率。微波法具有测量精度高、范围宽等优点,适合用来实时在线的无损检测,是一种具有发展前景的测量方法。本文基于微波谐振法采用微带谐振环(MRR)进行测量。利用相关公式计算基板材料以及微带线宽度等参数,利用CST软件进行结构设计并对参数进行相关优化设计。将谐振腔的实测结果与仿真中的数据进行对比,微调仿真中的参数,使之与实测情况一致,即仿真能够反映实际的测量结果。文章通过曲线及曲面拟合方法将测量参数谐振腔的谐振频率f和品质因数Q与被测物料的介电常数实部??和介电常数虚部??进行联系,得到相应的拟合公式。在基模和高次模条件下对该曲线准确性进行验证,将已知介电常数的聚四氟乙烯(PTFE)与有机玻璃块置入测量系统,得到其介电常数,与材料的标准值进行对比,得到介电常数测量误差。对实验进行设计,对MCC以及沙土进行复介电常数的测量。在相同密度的条件下,可以得到物料水份与谐振频率之间的关系。分别在基模和高次模条件下对物料复介电常数进行测量。可以发现在密度变化时,无论是介电常数实部还是虚部,其随密度变化程度较大,无法排除密度影响对物料水份进行测量。根据混合物料的介电常数混合原理,本文采用了基于双参数法的密度无关算法。相比于水份的影响,其受密度影响影响较小,可以有效的排除密度影响对水份进行测量。基于MCC和沙土的测量数据,对密度无关算子进行计算,得到算子随水份变化的函数关系。对基模和高次模的测量结果进行分析,得到扩大算子应用范围的方法。基于更多的测量分析测量中的误差,得到传感器的精度。
【图文】：

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分裂腔式测量法等[21],大大提高了谐振腔的 Q辨力。随着卫星技术的进步，利用遥感测量水份测量的研究方向主要是多层介质中关于水代中期开始出现了研制微波含水量测量的一系个国家 30 多家厂商参与水份测试仪的制造。被细胞、食品等数十种。目前国际上比较先进Hydro-Probe 系列，测量目标主要有沙子混凝土头，通过 ADC 将模拟信号转换为数字信号，，度可以达到 0.2%[23]。德国 TEWS-Elektronik 接接触来测量物料水份。其测量精度为 0.5% HF Sensertechnik 公司的 MOIST D 探头可以探，测量深度最大可以达到 11cm。探测精度在0.2-0.5%[25]。美国 FIL 公司的 F4000 系列水份达到 0.05%，水份测量范围为 0-30%[26]。其数RS485 总线输入 LCD 进行输出，其结构如图 1

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长安大学的郭晨等人利用了微带谐振环的技计了一套硬件电路对测量数据进行处理，得度对测量的影响，只能由谐振频率或损耗导大学的张淑娥研究并设计了利用谐振腔技术湿度[31]。山西汾西矿业集团的郝燕利用 BP 神减法、相移法建立神经网络学习模型，建立份测量的厂商规模发展迅速，进一步开发了创新微波测控技术有限公司的 HMD-S301G 微理论，其探测深度达到 10cm，精度能够达到物料的严格标定，而且需要物料与探头进行一款基于自由空间法的水份测量装置 MSF-3量进行研发的，测量精度最大可以达到 0.1%1-3 所示。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP212;TQ015.1

【参考文献】