基于谐振腔的微波测湿系统设计

• 作 者: 张绪峰
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2010年期

随着工业生产自动化程度的提高，实时在线检测产品质量的仪器需求量猛增。湿度对一些产品如食品、饲料、混凝土等质量有重要的影响，它为工业控制和后处理过程提供指导，因而，快速准确湿度测量仪器的研制是现代测量技术中一个很重要的研究方向。　　
本文研究的是基于同轴谐振腔的微波测湿系统的研究与实现。通过对谐振腔基本理论和微波测湿的原理进行分析，导出了待测物料湿度值与谐振腔特征参数的关系。在理论分析的基础上，设计了切实可行的湿度测量方法，该方法通过测量谐振腔的实时谐振频率，经过两次线性方程的转化，最后得到物料的湿度值。本系统由信号运算控制模块和高频信号处理模块两部分组成，设计了这两大模块的具体电路实现，介绍了各部分功能单元的设计原则。对单片机软件部分和计算机软件部分的设计进行了分开介绍，详细说明了各软件功能的实现过程和计算机与单片机的串口通信协议。　　
系统的工作频率范围为：630Mtz～910MHz，设计了在该频段工作的同轴谐振腔传感器，并使用HFSS软件对腔体进行了仿真，仿真结果表明，该单端开口谐振腔经过结构上的改进满足了系统测量需求。由于谐振腔的谐振频率会随着环境温度的变化产生漂移，因而本文给出了测湿系统的温度补偿办法。实验验证部分阐述了校准的详细步骤，利用HFSS软件对系统的测湿误差进行了仿真。分析结果表明，该测湿系统的测量时间为40ms，测湿结果的最大误差为0.5％，可以在实时工业应用中实现非接触无损湿度测量。