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微波水分仪的设计

张茜  
【摘要】: 在诸多工农业生产过程中,某些材料的含水率对产品的性能质量和生产效率有着非常重要的影响。在某些场合,要求在线无损测量物质的含水率,进而实现对整个生产工艺过程实行在线闭环控制,这就对测湿方法提出了更高的要求。应用微波技术测量物质的含水率,能在线实时准确测量,且可靠性好,抗干扰能力强,不易受到物质的颜色、结构等的影响,并可检测物质内部的含水率,结果更具代表性,因此有着广阔的应用前景。 微波是一种高频电磁波,物质对微波的吸收和反射性能主要取决于物质的介电常数。在微波频段,水的介电常数远远大于其它固体物质材料,当微波通过含水物质时,由水分引起的微波能量的损耗是最显著的,测量通过物质的微波功率衰减、相位变化、谐振频率等与介电常数相关的物理量,就可测得物质的含水率,此即为微波水分仪的测量原理。 本文介绍了利用微波技术测量物质的含水率的理论与方法,微波测湿实验(采用透射衰减法)及其所用的微波元器件;研究比较了当前各种微波仿真软件的特点,采用Ansoft公司的HFSS三维电磁场仿真软件对部分微波元件进行了仿真设计,包括波导式可变衰减器、最佳H面喇叭天线、最佳角锥喇叭天线,并且达到一定的指标,这是将微波仿真技术应用于指导实践的一个新的尝试。 根据微波检波输出信号的特点设计并完成了相应的水分检测系统。其中,信号处理系统包括选频放大电路、整流滤波电路,并使其输出与A/D转换的范围相适应;单片机系统采用AT89C52单片机控制完成数据采集、数据处理和通过MAX7219驱动显示等功能,软件设计在keil uVision2集成环境下采用Keil C语言完成,由此实现智能水分仪的设计。


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