个微波信号一路直接接入到微波谐振腔的输入探针，另一路结果耦合器进行耦合，再接入到微波检测电路中进行检波。进入到谐振腔的微波信号，在经过烟支等材料的吸收后，产生能量损耗，安装在谐振腔上的输出探针探测到微波信号，并将其送到一路微波检波模块进行检波，得到其电压值(能量值)，两种不同的频率的微波信号在同一个材料上得到的电压值是不一样的，其内蕴含着烟支的密度和水分信息，这两个电压值送到AD采样模块，将其转换为数字信号后送到DSP处理，DSP使用一定的计算公式计算出烟支的密度和水分数据，并将这些数据转换为模拟量和脉冲输出到后继的设备进行检测和控制。
[0034]本发明的工作流程及密度值和水分值的计算和处理过程如下:
第一步:确定2个交替的微波信号的频率。确定方式为:首先通过扫描腔体，找到腔体中有烟支时的最佳工作频率点，然后在这个频率点的基础上，减少3db的最为高频率工作点，再减少3db最为低频率工作点。确定后使用DSP控制微波信号发生模块交替产生这两个频率的微波信号。
[0035]第二步:使用检波模块对谐振腔输出的微波信号进行检波，检波后的电压值通过一个高速AD采样芯片进行模拟量到数字量转换，同时，通过DSP来确定当前检波后的电压值对应的是高频率脉冲段还是低频率脉冲段，并分别将这个电压值保持为U高。
[0036]第二步:利用公式:
U密=⑶高+Uffi )
U水=1/ (U高一U低)
计算出反应密度值的变化量Us和反应水分值的变化量U水。
[0037]第四步:利用公式: 水分值=m* U水* U水+η* U水+k 计算出烟支的当前水分值。
[0038]第五步:利用公式:
?度值U密* U密+b* U密+c+d* U温度补偿+f* U水分补偿
计算出烟支的当前密度值。
[0039]第六步:参数的标定。公式中的m、n、k、a、b、C、d、f都是数学模型中的常量，这些常量在初期是需要进行标定的。标定方法是选择已知密度值和水分值的烟支，首先在腔体中多次插入密度值相同而水分值不同的烟支，分别得到其U?和U7]^的值，然后带入水分计算的公式，通过联合方程求解，平均求得m、n、k的值。然后在腔体中多次插入水分值相同而密度值不同的烟支，先不考虑温度补偿和水分补偿的因素，带入公式:密度值=a* U * * U *+b* U *，通过联合方程求解，多次平均求得a、b、c的值。最后再改变腔体的温度，插入同一烟支计算出常量d ;改变烟支的水分，插入同一烟支计算出常量f即可。
[0040]第六步:参数保存。在标定完参数后，需要把参数都保存在DSP的ROM空间内，在下次启动时，直接将各个参数读取处理，直接使用。
[0041]第七步:将计算出来的密度值和水分值进行DA转换，将其转为模拟量(电压值)，对于单源方式的输出，将其转化为电流驱动的方式输出；而对于三源方式的输出，则需要将这个电压值转换为脉冲的方式输出。
[0042]本发明的优势在于:可以在烟支高速运行的情况下，提供稳定性高、测量精确的烟支密度和水分数据，并采用模块化设计，结构简单。
[0043]以上所述者，仅作为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所做的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。
【主权项】
1.一种微波高速在线烟支密度和水分检测装置，其特征在于:所述的检测装置由微波信号发生模块、谐振腔模块、检波模块、高速数据采集模块、数据处理模块以及恒温控制模块组成，所述的微波信号发生模块发出两种不同频率的微波信号连接到谐振腔模块的输入端，所述的谐振腔模块的输出端连接到检波模块输入端，所述的检波模块输出端连接到高速数据采集模块的输入端，所述的数据处理模块连接高速数据采集模块，所述的数据处理模块又连接到微波信号发生模块，所述的数据处理模块也与恒温控制模块连接，所述的微波信号发生模块连接到检波模块。
2.根据权利要求1所述的一种微波高速在线烟支密度和水分检测装置，其特征在于:所述的微波信号发生模块包括晶体谐振电路、可变频率控制电路、微波选择开关、锁相环和压控振荡器，所述的晶体谐振电路用以产生稳定的谐振频率，所述的可变频率控制电路用以产生两种不同频率的微波信号，所述的微波选择开关用以在晶体谐振电路和可变频率控制电路之间切换，送给锁相环，所述的锁相环用以通过负反馈信号来对微波信号的稳定性进行控制，稳定后送入至压控振荡器，所述的压控振荡器用以产生两路微波频率信号，并且一路送至谐振腔模块，另一路送至微波检测模块。
3.根据权利要求1所述的一种微波高速在线烟支密度和水分检测装置，其特征在于:所述的谐振腔模块为一烟支通过装置，包括腔体外壳(I)和腔体内壳(5)，所述的腔体内壳(5)边缘设置有法兰，所述的法兰扣装在腔体外壳(I) 口部边缘，所述的腔体外壳(I)和腔体内壳(5 )之间预留空腔(7 )，所述的腔体外壳(I)和腔体内壳(5 )的中心部位贯穿有一圆形通道(6)，所述的圆形通道(6)内插装有一起保护的测量管(8)，所述的腔体外壳(I)上下部分别贯穿有微波信号输入探针(2 )和微波信号输出探针(3 )。
4.根据权利要求3所述的一种微波高速在线烟支密度和水分检测装置，其特征在于:所述的法兰与腔体外壳(I)之间通过螺栓连接。
5.根据权利要求1所述的一种微波高速在线烟支密度和水分检测装置，其特征在于:所述的检波模块由两部分组成，一部分用来对谐振腔的输出微波信号进行检波，得到经过烟支吸收后的微波能量值，一部分用来对微波信号发生模块的微波信号检波，得到原始微波信号的变化情况，用来修正烟支的密度和水分计算。
6.根据权利要求1所述的一种微波高速在线烟支密度和水分检测装置，其特征在于:所述的高速数据采集模块是由高速AD转换模块组成，主要用来对检波后的微波信号进行高速的转换和采样，将模拟信号转换为数字信号传输到数据处理模块。
7.根据权利要求1所述的一种微波高速在线烟支密度和水分检测装置，其特征在于:所述的数据处理模块是整个装置的控制中心，其核心由一块高速DSP芯片组成，主要用来切换微波信号，协调整个装置的运行，处理高速数据采集模块采集的微波信号数据，经过计算和分析，得到烟支的密度数据和水分数据，同时控制恒温装置，得到一个温度恒定的工作环境，提闻系统稳定性。
【专利摘要】本发明涉及一种微波非电量测量装置，尤其涉及一种利用微波进行烟支密度和水分的高速在线检测装置，所述的检测装置由微波信号发生模块、谐振腔模块、检波模块、高速数据采集模块、数据处理模块以及恒温控制模块组成，以在烟支高速运行的情况下，提供稳定性高、测量精确的烟支密度和水分数据，并采用模块化设计，结构简单。
【IPC分类】G01N9-24, G01N22-00, G01N22-04
【公开号】CN104597059
【申请号】CN201510077670
【发明人】王善齐, 徐洪建, 倪晓岩, 王岩, 卢宏军, 柳晓忠, 王永恒, 杨凤德
【申请人】郑州长河电子工程有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年2月13日