[发明专利]一种基于扫频技术的谐振式微波水分检测装置及方法

权利要求书

1.一种基于扫频技术的谐振式微波水分检测装置，其特征在于，包括微波处理板、电源板、微波激励腔和微波谐振腔，所述的电源板用于给微波处理板供电；所述的微波激励腔和微波谐振腔相对间隔放置，形成用于待检测材料穿过的介质区域；所述的微波激励腔上设有1G发射探针、3G发射探针和接收探针；

所述的微波处理板包括MCU、基频发生器、扫频器、功率放大器、频率合成器、数字开关、1G滤波器、3G滤波器、检波器、接收放大器、AD转换模块和DA转换模块；

所述的MCU用于控制扫频器和基频发生器的输出、数字开关的通道选择、DA转换模块的输出，以及对AD转换模块发送的数字信号进行存储和处理；

所述的基频发生器用于接收MCU的控制信号，输出900Mhz或2900Mhz的信号；

所述的扫频器用于接收MCU的控制信号，在设定时间内输出从频率P至频率Q的微波信号；

所述的功率放大器用于将扫频器输出的微波信号放大；

所述的频率合成器用于将基频发生器的输出信号与功率放大器放大的微波信号合成最终频率的信号；

所述的数字开关接收MCU的控制信号，将频率合成器联通至1G滤波器或3G滤波器；所述的1G滤波器与1G发射探针连接，所述的3G滤波器与3G发射探针连接；

所述接收探针接收的信号依次通过检波器、接收放大器、AD转换模块后转成数字信号存入MCU内存中；所述的DA转换模块由MCU控制，输出0-20mA电流给外部设备。

2.一种微波水分检测方法，其特征在于，使用权利要求1所述的谐振式微波水分检测装置，包括以下步骤：

(1)在介质区域空载状态下，MCU控制基频发生器产生900Mhz信号；然后MCU控制扫频器从频率a1到a2进行扫频，同时开启AD转化模块；

扫频器发出的信号先经过放大器后与900Mhz信号到混频器进行混频，产生1Ghz附近的频率信号，该信号由数字开关进入1G发射通道；经过1G通道滤波器，再放大后到1G发射探针向谐振腔体辐射；

信号通过谐振腔体由接收探针接收，通过检波器后输入到接收放大器，最后到AD转换模块转成数字信号存入MCU内存中；通过对保存的数据处理算出信号幅值最大点对应的谐振频率A；

(2)MCU控制基频发生器产生2900Mhz信号，然后MCU控制扫频器从频率b1到b2进行扫频，同时开启AD转化模块；

扫频器发出的信号先经过放大器后与2900Mhz信号到混频器进行混频，产生3Ghz附近的频率信号，该信号由数字开关进入3G发射通道；经过3G通道滤波器，再放大后到3G发射探针向谐振腔体辐射；

信号通过谐振腔体由接收探针接收，通过检波器后输入到接收放大器，最后到AD转换模块转成数字信号存入MCU内存中；通过对保存的数据处理算出信号幅值最大点对应的谐振频率B；

(3)将待检测材料放入介质区域，重复步骤(1)和步骤(2)的过程，得到检测状态下1G通道的谐振频率Ax和3G通道的谐振频率Bx；

(4)计算检测状态下的谐振偏移值作为相对含水量，并将谐振偏移值转换成电流的编码值后通过DA转换模块输出给外部PC端，PC端将电流信号转成数字编码值后和外配的定量表计算待测材料的含水率。

3.根据权利要求2所述的微波水分检测方法，其特征在于，步骤(1)中，MCU控制扫频器从频率100Mhz到130Mhz进行扫频，扫描阶梯为30Khz，扫描时间2ms；扫频器发出的信号先经过放大器后与900Mhz信号到混频器进行混频，产生1G到1.03G的频率信号；此时，测得的空载时1G通道的谐振频率A为：

A＝[(a2-a1)/1000]*Ta+a1

a1和a2分别为100Mhz和130Mhz，表示扫描频率的下限和上限，a1到a2分为1000台阶，Ta为1000台阶中波形电压值最高点所对应的点，其对应的频率为1G通道的谐振频率。

4.根据权利要求3所述的微波水分检测方法，其特征在于，步骤(1)中，在得到空载时1G通道的谐振频率A后，还包括：

更改扫频器从频率(A-3)Mhz到(A+3)Mhz开始扫频，扫描阶梯为6Khz，扫描时间2ms，最后得出谐振频率A2，并将空载时1G通道的谐振频率A的数值更新为A2。