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基于微波技术的含水率检测方法及装置的研究

作　者: 李陈孝
导　师: 张涛
学　校: 吉林大学
专　业: 无线电物理
关键词: 含水率测量微波技术无损检测信号处理
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

水的存在影响着人类生活的方方面面，从人们的饮食起居到工农业的加工生产。对物质含水率的检测和控制一直是科学研究中一个重要和热点的方向，包括粮食储运、烟草加工、造纸业、煤石开采、土壤检测、化肥生产、木材加工、纺织业、混凝土配比和石油加工等众多行业。本课题即从物质含水率检测入手，研究可以实现含水率高精度在线无损检测的方法和装置。应用于含水率检测的常规方法包括电阻法、电容法、中子法、红外法及微波法等，不同的检测方法区别于技术特点、适用范围、测量精度等方面。水在微波频率下会产生极化振荡，对微波的传输发生反射、透射、散射、等作用，因此可以通过测量微波的相关参量，确定物质水分含量。采用微波空间波技术的含水率检测装置，在测量时可以不与被测物质直接接触，最容易实现在线式的含水率无损检测。本实验课题将微波发射波与反射波的混频技术应用于含水率检测中，研究讨论了微波含水率测量装置的整体结构及各单元组成。对于微波含水率检测装置探头部分，论文从微波空间波技术入手，分析物料含水率对介质的介电常数、微波反射和透射功率衰减的影响，研究了微波含水率检测装置中信号发生单元、隔离器、衰减器、环形器、检波器、微波波导、微波收发波导天线、信号处理单元等各部分的具体工作原理和设计形式。在信号处理单元，针对于不同的含水率在线实时检测应用需求，设计了实时和均值采样模式，电压和电流的输出控制模式。并针对装置的上述功能实现，分析和讨论了装置的硬件设计方案及软件设计流程，包括供电模块、信号均值处理电路模块、模数转换单元、单片机控制器、数模转换单元、模式选择控制单元、液晶显示及输出模式选择电路等单元的硬件设计及软件驱动控制方案。论文基于微波技术设计研发的含水率检测装置，其整体结构新颖，易于操作，测量精度高、应用范围广，抗干扰能力强，可实现在线无损连续测量，且成本较低，在工农业生产方面有着广阔的应用前景。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章引言  10-11
第2章含水率检测方法及微波技术介绍  11-19
  2.1 含水率检测的重要意义及常规检测方法  11-13
  2.2 微波检测技术的原理和特点  13-16
    2.2.1 微波的基本特性  13-16
    2.2.2 微波的主要优点  16
  2.3 微波含水率检测技术的原理及发展  16-18
    2.3.1 微波含水率检测原理  16-17
    2.3.2 微波含水率检测的国内外研究进展  17-18
  2.4 本文研究的主要内容及意义  18-19
第3章微波传感器探头原理及结构设计  19-34
  3.1 微波空间波含水率检测技术原理  19-21
  3.2 微波含水率检测装置的重要组成单元  21-31
    3.2.1 微波振荡器  22-24
    3.2.2 隔离器  24-25
    3.2.3 功率衰减器  25-26
    3.2.4 微波天线设计  26-27
    3.2.5 微波环形器  27-28
    3.2.6 微波检波单元设计  28-30
    3.2.7 信号处理单元设计  30-31
  3.3 微波含水率检测装置的整体结构设计  31-33
  3.4 本章小结  33-34
第4章微波信号处理单元及用户操作部分设计  34-51
  4.1 整体实现功能介绍  34
  4.2 显示输出控制单元信号处理流程  34-36
  4.3 显示输出控制单元内部电路设计方案  36-47
    4.3.1 前置仪表放大调零单元  36-37
    4.3.2 信号处理单片机控制单元芯片选型及应用设计  37-41
    4.3.3 信号均值电路作用及设计方案  41-43
    4.3.4 装置液晶显示部分设计  43-45
    4.3.5 装置供电模块设计设计  45-47
  4.4 系统软件实现方案  47-50
  4.5 本章小结  50-51
第5章含水率检测实验数据处理及分析  51-57
  5.1 微波含水率检测装置结构及使用说明  51-52
  5.2 建筑用沙含水率测试数据及结果分析  52-57
第6章实验总结与展望  57-59
  6.1 实验总结  57
  6.2 下一步工作设想  57-59
参考文献  59-62
作者简介  62-63
致谢  63

基于微波技术的含水率检测方法及装置的研究

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