多频谱微波水分仪的制作方法

本发明涉及一种应用于物料水分含量测量的多频谱微波水分仪。

背景技术：

微波水分测量技术越来越普遍的应用到各个行业，该测量技术主要用来监控生产过程中物料的水分含量，以便企业提高产品质量，有效控制生产过程，节约成本，提高生产效率和生产效益。

通常微波水分测量仪包含一对天线和评估仪器，其测量原理如下：发射天线的微波穿透被测物料，到达接收天线，接收天线接收到微波，然后反馈给评估仪。当微波穿透物料时，由于物料中的水分子是极性分子，会吸收微波，产生键脚振动，将电磁能转化为热能，因此产生了微波相位的差别和振幅的衰减，依靠这两个量可以计算物料中水分的含量。

然而，传统多频谱微波水分仪仅可实现对同一种物料的水分含量进行测量，具有一定局限性，无法实现多配方、多种类物料的测量。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种能够对多种不同物料的水分含量值进行测量的多频谱微波水分仪。

一种多频谱微波水分仪，用于对被测物料内的水分含量进行测量，包括发射天线、接收天线、评估仪以及物料选择开关，所述评估仪与所述发射天线和所述接收天线连接；所述评估仪包括与物料选择开关连接的信号输入端口，所述评估仪通过所述信号输入端口接收物料种类选择信号，并根据所述物料种类选择信号及预存的物料种类与微波信号的映射关系确定与所述物料种类选择信号对应的微波信号并输出，所述发射天线接收所述微波信号并发射至所述被测物料，所述评估仪通过所述接收天线接收所述微波信号透射过所述被测物料后形成的回波信号，并将所述回波信号传输至所述评估仪；所述评估仪根据所述物料种类选择信号、所述回波信号得到所述被测物料的水分检测结果。

在其中一个实施例中，所述评估仪包括主板及与所述主板连接的高频板，所述高频板与所述发射天线和所述接收天线连接，所述主板通过所述信号输入端口接收所述物料种类选择信号，并将所述物料种类选择信号发送给所述高频板；所述高频板根据所述物料种类选择信号生成对应的所述微波信号并通过所述发射天线发射至所述被测物料。

在其中一个实施例中，所述主板还包括与所述信号输入端口连接的微处理器，以及与所述微处理器连接、存储有至少两种物料种类的校准模型信息的存储器，所述校准模型信息与所述物料种类选择信号对应，所述微处理器与所述高频板连接。

在其中一个实施例中，所述主板还包括与所述微处理器连接的电流输出模块，所述微波处理器根据所述被测物料的水分检测结果输出与所述被测物料的种类对应的控制信号，所述电流输出模块接收所述控制信号并输出与所述被测物料的种类对应的电流值。

在其中一个实施例中，所述机体上开设有通孔，所述物料选择开关的一端穿过所述通孔与所述信号输入端口电连接，所述机体上位于所述通孔的外周标注有至少两种物料种类标识。

在其中一个实施例中，所述评估仪还包括与所述信号输入端口、所述微处理器连接的触摸显示屏。

在其中一个实施例中，所述评估仪包括供电模块，所述供电模块与所述微处理器连接。

在其中一个实施例中，所述评估仪包括与所述微处理器、与外部设备通讯连接的通讯接口。

在其中一个实施例中，所述多频谱微波水分仪包括机架及设置于所述机架上用于传输物料的传送带，所述传送带为非金属材料制成，所述发射天线设置于所述传送带的上方，所述接收天线设置于所述传送带的下方。

在其中一个实施例中，所述发射天线与所述接收天线对称且中心同轴设置。

本发明的多频谱微波水分仪中，通过于评估仪内预先存储与多种不同物料对应的不同校微波信号的映射关系，通过物料选择开关选择当前物料种类，评估仪根据所选择的物料生成对应的微波信号并发射，从而实现采用多频谱微波水分仪对不同种类物料进行水分含量的测量，因此有利于多频谱微波水分仪进行多种配方、多物料种类的现场测量，提高多频谱微波水分仪的多样化且实用性。

附图说明

图1为本发明较佳实施方式中多频谱微波水分仪的结构示意图；

图2为图1所示多频谱微波水分仪的模块示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1和图2所示，本发明较佳实施方式的多频谱微波水分仪100，用于通过微波对被测物料200内的水分含量进行测量。多频谱微波水分仪100包括发射天线10、接收天线30、评估仪50以及物料选择开关55。评估仪50与发射天线10和接收天线30连接，且包括与物料选择开关55连接的信号输入端口514。评估仪50通过信号输入端口514接收物料种类选择信号，并根据物料种类选择信号及预存的物料种类与微波信号的映射关系确定与物料种类选择信号对应的微波信号并输出。发射天线10接收微波信号并发射至被测物料200，评估仪50通过接收天线30接收微波信号透射过被测物料200后形成的回波信号，并将回波信号传输至评估仪50。评估仪50根据物料种类选择信号、回波信号得到被测物料200的水分检测结果。

其中，评估仪50包括主板51及与主板51连接的高频板53，主板51上设置有信号输入端口514，且主板51通过信号输入端口514接收物料种类选择信号，并将该物料种类选择信号发送给高频板53。高频板53与发射天线10和接收天线30连接，且高频板53根据物料种类选择信号生成对应的微波信号(即根据上述物料种类选择信号生成对应频谱范围内多束频率不同的微波信号)，并通过发射天线10发射至被测物料200。多束频率不同的微波信号扫射过被测物料200后，高频板53通过接收天线30接收微波信号透射过被测物料200后形成的回波信号，并将该回波信号传输至主板51。主板51根据上述物料种类选择信号及回波信号得到被测物料200的水分检测结果。

上述多频谱微波水分仪100中，可通过物料选择开关55选择性地输入被测物料200的种类，评估仪50根据所选择的物料种类选择信号生成与被测物料200对应频谱范围内的多束频率不同的微波信号，并可根据其接收的被测物料200的回波信号和所选择的物料种类选择信号，得到被测物料200的准确水分含量。也就是说，本发明的多频谱微波水分仪100中在测量时可根据当前被测物料200产生对应的物料种类选信号并根据接收的回波信号共同计算当前物料的水分含量值，从而实现采用多频谱微波水分仪100对所选择的不同种类物料进行对应的水分含量的测量。

具体地，多频谱微波水分仪100包括机架(图未示)及设置于机架上用于对物料200进行传送的传送带90。其中，发射天线10设置于传送带90的上方，且接收天线30设置于传送带90的下方，并与发射天线10正对且中心同轴设置，以保证微波信号在传送与接收过程中的准确性。优选地，传送带90由非金属材料制成。

主板51包括与信号输入端口514连接的微处理器510及与微处理器510连接、存储有至少两种物料种类的校准模型信息的存储器512，微处理器510根据物料种类选择信号由存储器512内调取与该物料种类选择信号对应的校准模型信息，并根据回波信号及该校准模型信息得到被测物料200的水分检测结果。

其中，微波测量水分主要利用水分的介电性质，而介电常数可以表示为：

εr＝ε′r-j(ε″r+o′/ωε0)

式中ε″r为介电损耗，o′/ωε0为导电损耗，ω和微波频率成正比关系。

当处于低频时，导电损耗占主导地位，微波衰减和含水量之间的关系并不明显；而处于高频时，介电损耗占优势，微波衰减和含水量之间成明显的线性关系。也就是说，为了在测量时保证被测物料含水量的准确性，需要选取与被测物料合适的频段(即微波衰减和含水量之间成明显线性关系的频段)进行测量。例如煤炭，煤炭中的矿物质容易在水中形成离子导电，产生导电损耗，当煤炭水分小于10％，微波发射频率在1ghz到3ghz之间时，导电损耗有明显的影响，使得微波衰减和含水量之间的关系并不明显；而当微波频率高于3ghz(即相对高频)后，介电损耗占优势，微波衰减和含水量成明显的线性关系，即在微波频率高于3ghz的频段为测量煤炭中含水量的合适频段。

同时，在初始校准时，选择当前被测物料200的合适频段，并通过高频板53在被选定的频段内产生多束不同频率的微波信号，微波信号透过被测物料200后由接收天线所收集，然后经过高频板53预处理后反馈给微处理器510。微处理器510将每根频率的阻尼衰减和相位差进行向量求和，以形成一个包含有多根不同频率的数据组，并通过朗伯比尔定律公式，建立不同物料含水量与微波信号透射过该物料后被吸收微波量之间的映射关系。其中，映射关系的建立可以通过实验获取并存储于存储器514内。

因此，上述校准模型信息包括与被测物料对应的合适频率段及含水量与被吸收微波量之间的映射关系。例如，可根据需要在存储器512内预先存储8种不同物料标准模型信息，当用户在进行水分含量测量时，微处理器510根据信号输入接口514接收的物料种类选择信号控制高频板53选择与该物料种类选择信号对应的频段范围，并在该频段范围内生成多束频率不同的微波信号输出，微处理器510根据接收的回波信号并处理，以根据含水量与被吸收微波量之间的映射关系得到被测物料200的水分检测结果。

在其中一个实施例中，评估仪50包括机体(图未示)及设置于机体上的物料选择开关55。物料选择开关55与信号输入端口514电连接，并可根据用户操作产生与被测物料200对应的触发信号，微处理器510根据触发信号调取与被测物料200对应的校准模型信息。在测量过程中，用户根据放置于传送带90上的物料200，可通过旋转/按压物料选择开关55至匹配位置，以产生与当前物料200匹配的触发信号。其中，物料选择开关55在不同位置时与被测物料200的匹配可通过产生不同的触发信号被微处理器510识别，以由存储器512内调取对应的校准值。

具体地，机体上开设有通孔(图未示)，物料选择开关55的一端穿过通孔与信号输入端口514电连接，机体上位于通孔的外周标注有至少两种物料型号标识，以指示物料选择开关55的当前选择。

可以理解地，在其它一些实施例中，物料选择开关55可为设置于机体上与信号输入端口514连接的旋转开关或按压开关，通过旋转或按压操作产生不同的触发信号被微处理器50识别。

其中，评估仪50包括与微处理器510连接的触摸显示屏516，用于显示各种相关信息，例如水分检测结果值等，在此不作一一赘述。

此外，在其中另一个实施例中，触摸显示屏516的显示界面上显示有两种或两种以上物料型号标识，以供用户选择操作。微处理器510用于根据用户的触摸操作调取与当前物料种类对应的标定信号。其中，物料种类的选择可通过物料选择开关55和触摸显示屏516两种可选择地方式，或者仅设置其中一者进行选择亦可，在此不作限定。

进一步地，评估仪50还包括供电模块518，供电模块518与微处理器510连接，用于提供电源。

进一步地，评估仪50还包括与微处理器510连接的通讯接口520，用于与外部设备进行通讯连接。其中，外部设备可为手机、平板等电子设备，使得用户可通过外部设备实现对多频谱微波水分仪100的远程控制。

再进一步地，主板51还包括与微处理器510连接的电流输出模块522，微波处理器510根据被测物料200的水分检测结果输出与被测物料200的种类对应的控制信号，电流输出模块522接收控制信号并输出与被测物料200的种类对应的电流值，以供下游设备(例如水分烘干设备)识别并利用。

本发明的多频谱微波水分仪100中可预先存储与多种不同物料对应的不同校准模型信息，使得在测量时可根据当前被测物料的种类选择对应的频段范围及含水量与微波信号透射过该物料后被吸收微波量之间的映射关系，从而实现采用多频谱微波水分仪100对不同种类物料进行水分含量的测量，因此有利于多频谱微波水分仪100进行多种配方、多物料种类的现场测量，提高多频谱微波水分仪100的多样化且实用性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。