[发明专利]一种可以实时校准的微波谐振传感器

说明书

技术领域  本发明涉及微波器件，特别涉及一种工业检测设备使用的微波谐振传感器。

背景技术  利用微波方法对物料进行湿度和密度无损实时在线测量，是目前工业生产中已经采用的一项先进技术，其原理是：被测材料的介电常数与许多因数有关，主要因数有材料的成分(混合比、密度和湿度)、分子结合力、材料的微观结构、环境温度和测量频率。微波谐振传感器是利用微波在特定结构的谐振现象的传感器，特定结构的谐振频率和信号传输损耗与结构的形状、材料介电常数及测试温度等相关，微波谐振器的谐振腔如果是工作于TM010模的圆柱谐振腔，则谐振频率与腔体的厚度无关，其中心轴线上有最强的纵向电场，可以有效地与物质发生相互作用。因此，将待测物料置于谐振腔的中心轴线上，当微波谐振传感器的结构和测试温度保持不变时，微波通过谐振传感器后，通过测量传输损耗、谐振带宽和谐振频率的变化，可以测出介电常数的变化，从而测出物料的湿度和密度。这种方法可以很方便地实现物料的在线检测，由于谐振腔具有高Q值，材料通道处相对场强较强，因而该方法具有较高的分辨率，测试速度快，对物料无损坏，无环境污染。

这方面公开发表的中外文献已有很多，如论文集《Conference Proceedings ofthe Seventh International Conference on Electronic Measurement and Instruments》(世界图书出版公司北京公司2005年7月第一版)中Yang Ping撰写的“Microwave Measurement System of Chinese Pill Materials Moisture ContentBased on Microwave Resonator”就提供了一种测量中药成分和湿度的微波测量系统，中国专利CN58399912.8提供了一种测试香烟质量和湿度的微波测量装置的谐振传感器。

这种测试设备的结构包括微波振荡器、控制与中频处理器、定向耦合器、检波器A、检波器B、隔离器A、隔离器B和微波谐振传感器，如图2所示。微波谐振传感器包括谐振腔3、谐振腔外面的金属壳体1、安装在金属壳体1上的输入接插件5和输出接插件6，谐振腔中心轴线附近装有空心圆管2，待测物料可装在空心圆管2的空腔4中，如图1所示。振荡器产生的微波信号经过定向耦合器分成两路，支路信号反馈到控制与中频处理单元进行处理，控制振荡器输出信号的稳幅输出，主路信号经过隔离器A和输入接插件5输入到谐振腔3，然后经过输出接插件6和隔离器B、检波器B输入到控制与中频处理单元，经过信号处理，在显示器(与控制和中频处理单元属于同一单元，图2上未标出)上实时显示物料密度和湿度的检测结果。位于金属壳体1中心轴线附近的空心圆管2中可放置待测物料。

目前该方法存在的困难问题在测量数据的校准方面。现有技术通常的校准方法是，在工作开始前，测量空谐振腔的谐振特性，即传输损耗、谐振带宽和谐振频率，以此作为基准来确定有物料时谐振腔相关参数的变化，并以此变化计算物料的密度和湿度。这种校准方法是以假定微波传感器的谐振腔在测试过程中始终保持稳定为前提的，然而，由于环境温度很难保持不变，影响了谐振腔的稳定性，也就影响了测量的准确度。为了解决这个问题，人们也想出了许多办法，如中国专利CN58399912.8的谐振腔采用了低热膨胀系数的材料，并在谐振腔外面增加了恒温装置等，但是，这些措施的作用是有限的，它们只能在一定程度上减小基准的漂移，不能根本上消除。在增加恒温装置后，还会带来预热时间延长、影响工作效率的新问题。另外，微波信号源本身由于元件性能不稳定，或环境温度的变化，也会使输出的微波特性发生漂移，现有的校准方法对这种漂移也无能为力。

发明内容  本发明的目的是提供一种可以实时校准的检测设备微波谐振传感器，这种传感器能够实时校正由于环境温度变化和微波信号源的漂移引起的测试误差，提高测试的精度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种可以实时校准的检测设备微波谐振传感器，包括谐振腔、谐振腔外面的金属壳体、安装在金属壳体上的输入接插件和输出接插件，谐振腔中心轴线附近装有空心非金属圆管，其特征是该传感器的主体由两个结构相同(或相似)的谐振腔构成，其中一个为测试谐振腔，另一个为参考谐振腔，两个谐振腔的外部为封闭的金属壳体，金属壳体上安装有微波输入接插件和输出接插件，谐振腔的中心轴线附近装有空心非金属圆管。在传感器工作时，待测物料可放置在测试谐振腔中的空心非金属圆管内部。