微波水分檢測裝置製造方法
2023-06-14 10:45:36 2
微波水分檢測裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種微波水分檢測裝置，用於對螺旋式造紙毛毯的水分含量進行測定；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、高數計數器、微波本振源、頻率跟蹤電路、掃頻信號發生器、溫度傳感器、處理器及顯示控制系統；本實用新型通過對諧振腔、檢波管與混頻器進行改進，提高測試信號的精準度；本實用新型整體結構簡單，操作方便能夠很好的提高水分含量測試的準確度，且能夠將測試結果顯示出來；本實用新型能夠檢測造紙毛毯內的整體水分，檢測精度高，維護方便、運行穩定、且不受造紙毛毯形狀限制；因此，它比傳統的水分檢測裝置具有先進性。
【專利說明】微波水分檢測裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種檢測裝置，尤其涉及一種專用於螺旋式造紙毛毯的微波水分快速檢測裝置。
【背景技術】
[0002]毛毯水分測量儀是基於微波原理的手持式在線水分測量設備；由於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行脫水，形成成品紙；因此造紙毛毯本身的含水量是一項非常重要的工藝參數；由於需要測量毛毯的橫向和縱向參數，加之整個造紙生產線需要測量的點位比較多，目前業界還沒有固定安裝的毛毯水分測量探頭提出；而手持式由於攜帶方便，可在多部位測量，因此業界比較通行的做法是採用手持式毛毯水分測量儀進行水分測量，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)，而國內在這方面完全是空白。
[0003]造紙毛毯是現代造紙業中的主要耗材，每個毛毯的寬度可達10米，長度可達上千米；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，因為它的大小直接影響著成品紙的品質；造紙毛毯在生產過程中通常處於高速連續運動的狀態；整塊毛毯是一個巨型的整體，無法對毛毯進行抽樣進行水分測定；水分的測定多數情況下只能根據紙張的效果進行粗略的判定；然而，目前市面上的水分測定裝置，多數是針對菸草、食品、服裝面料等能夠進行抽樣且靜止的物品進行水分測定，這些設備無法滿足在運動的過程中進行水分檢測的要求；而且，現有的測試裝置多數體積較大，不便於攜帶；為此，我們發明了一種可以手持結構的微波水分檢測裝置，該結構可以在連續運動的過程實現水分含量的在線檢測。
實用新型內容
[0004]為彌補現有技術的不足，本實用新型提供一種結構簡單、操作方便的微波水分檢測裝置；該裝置能夠有效地實現造紙毛毯中水分含量的測定。
[0005]為實現上述目的，本實用新型採取的技術方案是:
[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、高數計數器、微波本振源、頻率跟蹤電路、掃頻信號發生器、溫度傳感器、處理器及顯示控制系統；所述掃頻信號器用來接收高數計數器內數據，並產生微波掃頻信號，並發射給微波掃頻源；所述微波掃頻源用來產生掃描的頻率範圍，並對該頻率範圍內的頻率進行掃描；所述隔離器用來將頻率信號中的雜波信號進行阻斷、隔離，並將諧振腔能夠識別的信號發送至諧振腔；所述微波諧振腔用來產生微波信號；所述微波檢波器用來對諧振腔的微波信號進行檢波，產生檢波信號；所述頻率跟蹤電路用來進行檢波信號中的峰值頻率信號跟蹤，並配合掃頻信號發生器進行峰值頻率信號的鎖定，產生測量信號；所述微波本振源用來產生本振信號；所述微波混頻器用來將測量信號與本振源產生的本振信號進行混頻，產生測量信號與本振信號產生的差值，並將該差值信號進行輸出；所述高速比較器用來對差值信號進行比較，通過比較，產生頻率與其一致的方波信號；所述高速計數器用來統計測量單位時間的方波信號的頻率數，並將該測量的結果信號發送至處理器ARM;所述處理器ARM用來將對測量的結果信號進行處理，並配合溫度傳感器所感應到測量過程中的溫度信號，將測量信號轉換成圖像信號，輸送給顯示控制系統；所述顯示控制系統用來控制將測量的結果信息在顯示屏上進行顯示；
[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]進一步的改進，所述微波諧振腔為凸臺式圓柱體諧振腔；
[0009]進一步的改進，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行混頻，並產生差值信號；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的過程中產生的反射信號；所述阻容匹配電路由兩個電容和I個電阻組成，用來混頻器的產生的電壓及過濾一些頻率較差的信號；
[0010]進一步的改進，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行檢波，產生檢波信號；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的過程中產生的反射信號；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的過程中產生的反射信號;
[0011 ] 進一步的改進，所述處理器ARM為嵌入式ARM MCU控制器，其內部軟體控制流程做了進一步改進。
[0012]與現有技術相比，採用上述方案，本實用新型的有益效果是:本實用新型通過對諧振腔、檢波管與混頻器進行改進，提高測試信號的精準度；本實用新型整體結構簡單，操作方便能夠很好的提高水分含量測試的準確度，且能夠將測試結果顯示出來；本實用新型鞽能夠檢測造紙毛毯內的整體水分，檢測精度高，維護方便、運行穩定、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，它比傳統的水分檢測裝置具有先進性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型的結構示意圖；
[0014]圖2是微波掃頻源產生的掃描頻譜圖；
[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軟體流程控制圖；
[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、高數計數器；9、溫度傳感器；10、處理器；11、顯示控制系統；12、掃頻信號發生器；13、頻率跟蹤電路。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[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、高數計數器8、微波本振源7、頻率跟蹤電路13、掃頻信號發生器12、溫度傳感器9、處理器10及顯示控制系統11 ;所述掃頻信號器用來接收高數計數器8內數據，並產生頻率為10Hz的正弦微波掃頻信號，並發射給微波掃頻源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內部的壓控振蕩器VCO產生掃描的頻率範圍，並對該頻率範圍內的頻率進行掃描，其產生的掃描頻譜圖如圖2所示，圖2中產生兩個頻率範圍信號，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部的VCO的具體參數設定的；本實用新型中的4與fH分別是2.8GHz與3GHz，即掃頻信號源以每秒鐘100次的頻率對信號進行2.8GHz至3GHz的掃描；掃頻信號通過隔離器2進入微波諧振腔3中，其中隔離器2的作用是抑制由於微波諧振腔3發射的微波信號，以確保輸出信號的不受到幹擾；微波諧振腔是實際上是一個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行檢波，產生檢波信號；所述頻率跟蹤電路13用來進行檢波信號中的峰值頻率信號跟蹤，並配合掃頻信號發生器12進行峰值頻率信號的鎖定，產生測量信號；所述微波本振源7用來產生本振信號；所述微波混頻器5用來將測量信號與本振源產生的本振信號進行混頻，產生測量信號與本振信號產生的差值，並將該差值信號進行輸出；所述高速比較器6用來對差值信號進行比較，通過比較，產生頻率與其一致的方波信號；所述高速計數器用來統計測量單位時間的方波信號的頻率數，並將該測量的結果信號發送至處理器10ARM ;所述處理器10ARM用來將對測量的結果信號進行處理，並配合溫度傳感器9所感應到測量過程中的溫度信號，將測量信號轉換成圖像信號，輸送給顯示控制系統11 ;所述顯示控制系統11用來控制將測量的結果信息在顯示屏上進行顯示；
[0021]在本實施了中，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行混頻，並產生差值信號；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的過程中產生的反射信號；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，用來混頻器的產生的電壓及過濾一些頻率較差的信號；
[0024]在本實施了中，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行檢波，產生檢波信號；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的過程中產生的反射信號；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的過程中產生的反射信號；
[0025]在本實施了中，所述處理器10為嵌入式ARM MCU控制器，
[0026]在本實施了中，工作流程如下:微波掃頻源I在處理器10的掃頻指令下，通過掃頻信號發生器12產生頻率為10Hz的正弦掃頻信號；微波掃頻源在該信號的激勵下，通過內部的VCO (壓控振蕩器)產生頻率範圍內的頻率掃描，產生頻譜信號；經過諧振腔的微波信號被微波檢波器4進行檢波，檢波信號通過頻率跟蹤電路13將峰值頻率進行鎖定，鎖定的具體操作由信號掃頻發生器12完成，一旦頻率鎖定，系統就可以進入測量狀態；鎖定的峰值頻率信號進入微波混頻器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，方波信號再進入高速計數器，8，通過測量單位時間的頻率數，將測得的結果發送至ARM處理器10中，完成一次完整的測量周期。
[0027]本實用新型不局限於上述具體的實施方式，本領域的普通技術人員從上述構思出發，不經過創造性的勞動，所作出的種種變換，均落在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
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、高數計數器、微波本振源、頻率跟蹤電路、掃頻信號發生器、溫度傳感器、處理器及顯示控制系統；所述掃頻信號器用來接收高數計數器內數據，並產生微波掃頻信號，並發射給微波掃頻源；所述微波掃頻源用來產生掃描的頻率範圍，並對該頻率範圍內的頻率進行掃描；所述隔離器用來將頻率信號中的雜波信號進行阻斷、隔離，並將諧振腔能夠識別的信號發送至諧振腔；所述微波諧振腔用來產生微波信號；所述微波檢波器用來對諧振腔的微波信號進行檢波，產生檢波信號；所述頻率跟蹤電路用來進行檢波信號中的峰值頻率信號跟蹤，並配合掃頻信號發生器進行峰值頻率信號的鎖定，產生測量信號；所述微波本振源用來產生本振信號；所述微波混頻器用來將測量信號與本振源產生的本振信號進行混頻，產生測量信號與本振信號產生的差值，並將該差值信號進行輸出；所述高速比較器用來對差值信號進行比較，通過比較，產生頻率與其一致的方波信號；所述高速計數器用來統計測量單位時間的方波信號的頻率數，並將該測量的結果信號發送至處理器ARM;所述處理器ARM用來將對測量的結果信號進行處理，並配合溫度傳感器所感應到測量過程中的溫度信號，將測量信號轉換成圖像信號，輸送給顯示控制系統；所述顯示控制系統用來控制將測量的結果信息在顯示屏上進行顯示。
2.根據權利要求1所述的微波水分檢測裝置，其特徵在於: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.根據權利要求1所述的微波水分檢測裝置，其特徵在於:所述微波諧振腔為凸臺式圓柱體諧振腔。
4.根據權利要求1所述的微波水分檢測裝置，其特徵在於: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行混頻，並產生差值信號；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的過程中產生的反射信號；所述阻容匹配電路由兩個電容和I個電阻組成，用來混頻器的產生的電壓及過濾一些頻率較差的信號。
5.根據權利要求1所述的微波水分檢測裝置，其特徵在於: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行檢波，產生檢波信號；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的過程中產生的反射信號；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的過程中產生的反射信號。
【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 優先權日:2014年2月8日
【發明者】周駿, 謝宗國, 戴永君, 周興富, 陽安源, 廖潔 申請人:四川環龍技術織物有限公司