微波水分檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種微波水分檢測裝置，用于對螺旋式造紙毛毯的水分含量進(jìn)行測定；一種微波水分檢測裝置，包括微波掃頻源、隔離器、微波諧振腔、微波檢波器、微波混頻器、高速比較器、高數(shù)計(jì)數(shù)器、微波本振源、頻率跟蹤電路、掃頻信號發(fā)生器、溫度傳感器、處理器及顯示控制系統(tǒng)；本實(shí)用新型通過對諧振腔、檢波管與混頻器進(jìn)行改進(jìn)，提高測試信號的精準(zhǔn)度；本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)簡單，操作方便能夠很好的提高水分含量測試的準(zhǔn)確度，且能夠?qū)y試結(jié)果顯示出來；本實(shí)用新型能夠檢測造紙毛毯內(nèi)的整體水分，檢測精度高，維護(hù)方便、運(yùn)行穩(wěn)定、且不受造紙毛毯形狀限制；因此，它比傳統(tǒng)的水分檢測裝置具有先進(jìn)性。
【專利說明】微波水分檢測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種檢測裝置，尤其涉及一種專用于螺旋式造紙毛毯的微波水分快速檢測裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]毛毯水分測量儀是基于微波原理的手持式在線水分測量設(shè)備；由于造紙的過程需要毛毯作為承載物，同時利用毛毯的吸水性對紙漿進(jìn)行脫水，形成成品紙；因此造紙毛毯本身的含水量是一項(xiàng)非常重要的工藝參數(shù)；由于需要測量毛毯的橫向和縱向參數(shù)，加之整個造紙生產(chǎn)線需要測量的點(diǎn)位比較多，目前業(yè)界還沒有固定安裝的毛毯水分測量探頭提出；而手持式由于攜帶方便，可在多部位測量，因此業(yè)界比較通行的做法是采用手持式毛毯水分測量儀進(jìn)行水分測量，目前能提供毛毯水分測量儀的公司主要是瑞典的L&W公司(已被ABB收購)，而國內(nèi)在這方面完全是空白。
[0003]造紙毛毯是現(xiàn)代造紙業(yè)中的主要耗材，每個毛毯的寬度可達(dá)10米，長度可達(dá)上千米；而造紙毛毯中的水分含量是造紙過程中一個非常重要的工藝參數(shù)，因?yàn)樗拇笮≈苯佑绊懼善芳埖钠焚|(zhì)；造紙毛毯在生產(chǎn)過程中通常處于高速連續(xù)運(yùn)動的狀態(tài)；整塊毛毯是一個巨型的整體，無法對毛毯進(jìn)行抽樣進(jìn)行水分測定；水分的測定多數(shù)情況下只能根據(jù)紙張的效果進(jìn)行粗略的判定；然而，目前市面上的水分測定裝置，多數(shù)是針對煙草、食品、服裝面料等能夠進(jìn)行抽樣且靜止的物品進(jìn)行水分測定，這些設(shè)備無法滿足在運(yùn)動的過程中進(jìn)行水分檢測的要求；而且，現(xiàn)有的測試裝置多數(shù)體積較大，不便于攜帶；為此，我們發(fā)明了一種可以手持結(jié)構(gòu)的微波水分檢測裝置，該結(jié)構(gòu)可以在連續(xù)運(yùn)動的過程實(shí)現(xiàn)水分含量的在線檢測。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]為彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的微波水分檢測裝置；該裝置能夠有效地實(shí)現(xiàn)造紙毛毯中水分含量的測定。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是:
[0006]微波水分檢測裝置，包括微波掃頻源、隔離器、微波諧振腔、微波檢波器、微波混頻器、高速比較器、高數(shù)計(jì)數(shù)器、微波本振源、頻率跟蹤電路、掃頻信號發(fā)生器、溫度傳感器、處理器及顯示控制系統(tǒng)；所述掃頻信號器用來接收高數(shù)計(jì)數(shù)器內(nèi)數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生微波掃頻信號，并發(fā)射給微波掃頻源；所述微波掃頻源用來產(chǎn)生掃描的頻率范圍，并對該頻率范圍內(nèi)的頻率進(jìn)行掃描；所述隔離器用來將頻率信號中的雜波信號進(jìn)行阻斷、隔離，并將諧振腔能夠識別的信號發(fā)送至諧振腔；所述微波諧振腔用來產(chǎn)生微波信號；所述微波檢波器用來對諧振腔的微波信號進(jìn)行檢波，產(chǎn)生檢波信號；所述頻率跟蹤電路用來進(jìn)行檢波信號中的峰值頻率信號跟蹤，并配合掃頻信號發(fā)生器進(jìn)行峰值頻率信號的鎖定，產(chǎn)生測量信號；所述微波本振源用來產(chǎn)生本振信號；所述微波混頻器用來將測量信號與本振源產(chǎn)生的本振信號進(jìn)行混頻，產(chǎn)生測量信號與本振信號產(chǎn)生的差值，并將該差值信號進(jìn)行輸出；所述高速比較器用來對差值信號進(jìn)行比較，通過比較，產(chǎn)生頻率與其一致的方波信號；所述高速計(jì)數(shù)器用來統(tǒng)計(jì)測量單位時間的方波信號的頻率數(shù)，并將該測量的結(jié)果信號發(fā)送至處理器ARM;所述處理器ARM用來將對測量的結(jié)果信號進(jìn)行處理，并配合溫度傳感器所感應(yīng)到測量過程中的溫度信號，將測量信號轉(zhuǎn)換成圖像信號，輸送給顯示控制系統(tǒng)；所述顯示控制系統(tǒng)用來控制將測量的結(jié)果信息在顯示屏上進(jìn)行顯示；
[0007]所述的差值信號是以測量信號與本振信號的差值頻率為周期的正弦信號；
[0008]進(jìn)一步的改進(jìn)，所述微波諧振腔為凸臺式圓柱體諧振腔；
[0009]進(jìn)一步的改進(jìn)，所述微波混頻器包括混頻器Ml、阻抗匹配電路及阻容匹配電路；所述混頻器Ml用來將本振信號與測量信號進(jìn)行混頻，并產(chǎn)生差值信號；所述阻抗匹配電路由三個電阻組成，用來消除差值信號在傳輸?shù)倪^程中產(chǎn)生的反射信號；所述阻容匹配電路由兩個電容和I個電阻組成，用來混頻器的產(chǎn)生的電壓及過濾一些頻率較差的信號；
[0010]進(jìn)一步的改進(jìn)，所述微波檢波器包括檢波管U6、阻抗匹配電路及兩個阻容匹配電路；所述檢波管U6用來對諧振腔的微波信號進(jìn)行檢波，產(chǎn)生檢波信號；所述阻抗匹配電路由三個電阻組成，用來消除諧振信號在傳輸?shù)倪^程中產(chǎn)生的反射信號；第一個阻容匹配電路由兩個電容和I個電阻組成，用來檢波管產(chǎn)生的電壓及過濾一些頻率較差的信號；第二個阻容匹配電路兩個電阻和I個電容組成，用來消除檢波信號在傳輸?shù)倪^程中產(chǎn)生的反射信號;
[0011 ] 進(jìn)一步的改進(jìn)，所述處理器ARM為嵌入式ARM MCU控制器，其內(nèi)部軟件控制流程做了進(jìn)一步改進(jìn)。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用上述方案，本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型通過對諧振腔、檢波管與混頻器進(jìn)行改進(jìn)，提高測試信號的精準(zhǔn)度；本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)簡單，操作方便能夠很好的提高水分含量測試的準(zhǔn)確度，且能夠?qū)y試結(jié)果顯示出來；本實(shí)用新型鞒能夠檢測造紙毛毯內(nèi)的整體水分，檢測精度高，維護(hù)方便、運(yùn)行穩(wěn)定、且不受造紙毛毯形狀限制，特別適合螺旋式造紙毛毯的水分含量的檢測；因此，它比傳統(tǒng)的水分檢測裝置具有先進(jìn)性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是微波掃頻源產(chǎn)生的掃描頻譜圖；
[0015]圖3是微波混頻器的電路原理圖；
[0016]圖4是微波檢波器的電路圖；
[0017]圖5是處理器ARM軟件流程控制圖；
[0018]其中:1、微波掃頻源；2隔離器；3、微波諧振腔；4、微波檢波器；5、微波混頻器；
6、高速比較器；7、微波本振源；8、高數(shù)計(jì)數(shù)器；9、溫度傳感器；10、處理器；11、顯示控制系統(tǒng)；12、掃頻信號發(fā)生器；13、頻率跟蹤電路。

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0020]如圖1所示，微波水分檢測裝置，包括微波掃頻源1、隔離器2、微波諧振腔3、微波檢波器4、微波混頻器5、高速比較器6、高數(shù)計(jì)數(shù)器8、微波本振源7、頻率跟蹤電路13、掃頻信號發(fā)生器12、溫度傳感器9、處理器10及顯示控制系統(tǒng)11 ;所述掃頻信號器用來接收高數(shù)計(jì)數(shù)器8內(nèi)數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生頻率為10Hz的正弦微波掃頻信號，并發(fā)射給微波掃頻源I ;所述微波掃頻源I在10Hz的正弦微波掃頻信號的激勵下，通過微波掃頻源I內(nèi)部的壓控振蕩器VCO產(chǎn)生掃描的頻率范圍，并對該頻率范圍內(nèi)的頻率進(jìn)行掃描，其產(chǎn)生的掃描頻譜圖如圖2所示，圖2中產(chǎn)生兩個頻率范圍信號，其中&與fH分別代表掃描頻率的最低與最高頻率；其頻率值的具體大小是由內(nèi)部的VCO的具體參數(shù)設(shè)定的；本實(shí)用新型中的4與fH分別是2.8GHz與3GHz，即掃頻信號源以每秒鐘100次的頻率對信號進(jìn)行2.8GHz至3GHz的掃描；掃頻信號通過隔離器2進(jìn)入微波諧振腔3中，其中隔離器2的作用是抑制由于微波諧振腔3發(fā)射的微波信號，以確保輸出信號的不受到干擾；微波諧振腔是實(shí)際上是一個Q值約為500的窄帶開腔濾波器，只有“特定頻率”的信號才能通過該濾波器；而該“特定頻率”又是隨著開腔面的水分含量而有所變化，本實(shí)用新型就是利用測量該頻率的變化量從而求得水分含量的；所述微波檢波器4用來對諧振腔的微波信號進(jìn)行檢波，產(chǎn)生檢波信號；所述頻率跟蹤電路13用來進(jìn)行檢波信號中的峰值頻率信號跟蹤，并配合掃頻信號發(fā)生器12進(jìn)行峰值頻率信號的鎖定，產(chǎn)生測量信號；所述微波本振源7用來產(chǎn)生本振信號；所述微波混頻器5用來將測量信號與本振源產(chǎn)生的本振信號進(jìn)行混頻，產(chǎn)生測量信號與本振信號產(chǎn)生的差值，并將該差值信號進(jìn)行輸出；所述高速比較器6用來對差值信號進(jìn)行比較，通過比較，產(chǎn)生頻率與其一致的方波信號；所述高速計(jì)數(shù)器用來統(tǒng)計(jì)測量單位時間的方波信號的頻率數(shù)，并將該測量的結(jié)果信號發(fā)送至處理器10ARM ;所述處理器10ARM用來將對測量的結(jié)果信號進(jìn)行處理，并配合溫度傳感器9所感應(yīng)到測量過程中的溫度信號，將測量信號轉(zhuǎn)換成圖像信號，輸送給顯示控制系統(tǒng)11 ;所述顯示控制系統(tǒng)11用來控制將測量的結(jié)果信息在顯示屏上進(jìn)行顯示；
[0021]在本實(shí)施了中，所述的差值信號是以測量信號與本振信號的差值頻率為周期的正弦信號；
[0022]在本實(shí)施了中，所述微波諧振腔3為凸臺式圓柱體諧振腔；
[0023]在本實(shí)施了中，所述微波混頻器5包括混頻器Ml、阻抗匹配電路及阻容匹配電路；所述混頻器Ml用來將本振信號與測量信號進(jìn)行混頻，并產(chǎn)生差值信號；所述阻抗匹配電路由三個電阻組成，即電阻R29、R32、R33，用來消除差值信號在傳輸?shù)倪^程中產(chǎn)生的反射信號；所述阻容匹配電路由兩個電容和1個電阻組成，即電容025、028、1?89，用來混頻器的產(chǎn)生的電壓及過濾一些頻率較差的信號；
[0024]在本實(shí)施了中，所述微波檢波器4包括檢波管U6、阻抗匹配電路及兩個阻容匹配電路；所述檢波管U6用來對諧振腔的微波信號進(jìn)行檢波，產(chǎn)生檢波信號；所述阻抗匹配電路由三個電阻組成，即電阻R26、R21、R20，用來消除諧振信號在傳輸?shù)倪^程中產(chǎn)生的反射信號；第一個阻容匹配電路由兩個電容和I個電阻組成，即電容C19、C16、R19，用來檢波管產(chǎn)生的電壓及過濾一些頻率較差的信號；第二個阻容匹配電路兩個電阻和I個電容組成，即電容C21、R31、R35，用來消除檢波信號在傳輸?shù)倪^程中產(chǎn)生的反射信號；
[0025]在本實(shí)施了中，所述處理器10為嵌入式ARM MCU控制器，
[0026]在本實(shí)施了中，工作流程如下:微波掃頻源I在處理器10的掃頻指令下，通過掃頻信號發(fā)生器12產(chǎn)生頻率為10Hz的正弦掃頻信號；微波掃頻源在該信號的激勵下，通過內(nèi)部的VCO (壓控振蕩器)產(chǎn)生頻率范圍內(nèi)的頻率掃描，產(chǎn)生頻譜信號；經(jīng)過諧振腔的微波信號被微波檢波器4進(jìn)行檢波，檢波信號通過頻率跟蹤電路13將峰值頻率進(jìn)行鎖定，鎖定的具體操作由信號掃頻發(fā)生器12完成，一旦頻率鎖定，系統(tǒng)就可以進(jìn)入測量狀態(tài)；鎖定的峰值頻率信號進(jìn)入微波混頻器5，微波混頻器5在測量頻率與本振頻率7的共同作用下，將測量頻率與本振信號的差值進(jìn)行輸出；該輸出信號是周期為差值頻率的正弦信號；正弦信號進(jìn)入高速比較器6，通過高速比較器6，信號由正弦波變換為頻率與其一致的方波，方波信號再進(jìn)入高速計(jì)數(shù)器，8，通過測量單位時間的頻率數(shù)，將測得的結(jié)果發(fā)送至ARM處理器10中，完成一次完整的測量周期。
[0027]本實(shí)用新型不局限于上述具體的實(shí)施方式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員從上述構(gòu)思出發(fā)，不經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動，所作出的種種變換，均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.微波水分檢測裝置，包括微波掃頻源、隔離器、微波諧振腔、微波檢波器、微波混頻器、高速比較器、高數(shù)計(jì)數(shù)器、微波本振源、頻率跟蹤電路、掃頻信號發(fā)生器、溫度傳感器、處理器及顯示控制系統(tǒng)；所述掃頻信號器用來接收高數(shù)計(jì)數(shù)器內(nèi)數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生微波掃頻信號，并發(fā)射給微波掃頻源；所述微波掃頻源用來產(chǎn)生掃描的頻率范圍，并對該頻率范圍內(nèi)的頻率進(jìn)行掃描；所述隔離器用來將頻率信號中的雜波信號進(jìn)行阻斷、隔離，并將諧振腔能夠識別的信號發(fā)送至諧振腔；所述微波諧振腔用來產(chǎn)生微波信號；所述微波檢波器用來對諧振腔的微波信號進(jìn)行檢波，產(chǎn)生檢波信號；所述頻率跟蹤電路用來進(jìn)行檢波信號中的峰值頻率信號跟蹤，并配合掃頻信號發(fā)生器進(jìn)行峰值頻率信號的鎖定，產(chǎn)生測量信號；所述微波本振源用來產(chǎn)生本振信號；所述微波混頻器用來將測量信號與本振源產(chǎn)生的本振信號進(jìn)行混頻，產(chǎn)生測量信號與本振信號產(chǎn)生的差值，并將該差值信號進(jìn)行輸出；所述高速比較器用來對差值信號進(jìn)行比較，通過比較，產(chǎn)生頻率與其一致的方波信號；所述高速計(jì)數(shù)器用來統(tǒng)計(jì)測量單位時間的方波信號的頻率數(shù)，并將該測量的結(jié)果信號發(fā)送至處理器ARM;所述處理器ARM用來將對測量的結(jié)果信號進(jìn)行處理，并配合溫度傳感器所感應(yīng)到測量過程中的溫度信號，將測量信號轉(zhuǎn)換成圖像信號，輸送給顯示控制系統(tǒng)；所述顯示控制系統(tǒng)用來控制將測量的結(jié)果信息在顯示屏上進(jìn)行顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波水分檢測裝置，其特征在于:所述的差值信號是以測量信號與本振信號的差值頻率為周期的正弦信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波水分檢測裝置，其特征在于:所述微波諧振腔為凸臺式圓柱體諧振腔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波水分檢測裝置，其特征在于:所述微波混頻器包括混頻器Ml、阻抗匹配電路及阻容匹配電路；所述混頻器Ml用來將本振信號與測量信號進(jìn)行混頻，并產(chǎn)生差值信號；所述阻抗匹配電路由三個電阻組成，用來消除差值信號在傳輸?shù)倪^程中產(chǎn)生的反射信號；所述阻容匹配電路由兩個電容和I個電阻組成，用來混頻器的產(chǎn)生的電壓及過濾一些頻率較差的信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波水分檢測裝置，其特征在于:所述微波檢波器包括檢波管U6、阻抗匹配電路及兩個阻容匹配電路；所述檢波管U6用來對諧振腔的微波信號進(jìn)行檢波，產(chǎn)生檢波信號；所述阻抗匹配電路由三個電阻組成，用來消除諧振信號在傳輸?shù)倪^程中產(chǎn)生的反射信號；第一個阻容匹配電路由兩個電容和I個電阻組成，用來檢波管產(chǎn)生的電壓及過濾一些頻率較差的信號；第二個阻容匹配電路兩個電阻和I個電容組成，用來消除檢波信號在傳輸?shù)倪^程中產(chǎn)生的反射信號。
【文檔編號】G01N22/04GK203949880SQ201420059053
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年2月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月8日
【發(fā)明者】周駿, 謝宗國, 戴永君, 周興富, 陽安源, 廖潔 申請人:四川環(huán)龍技術(shù)織物有限公司