[发明专利]雷达型微波测水仪器的测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及测水装置，是一种可以在工业、农业和医疗等行业中广泛应用的雷达型微波测水仪，用来对物料的含水率(物料中水重量与物料总重量的百分比)进行快速、无接触、精确在线测量。

背景技术

在工业、农业和医疗等行业中，对建筑建材、农作物、谷物、纺织物、医用原材料等物料的含水率需要进行精确测量和控制，才能更好地控制产品质量。目前常用的物料含水量测量方法有加热干燥称重法、红外反射率测水法、微波谐振腔法、微波透射法等等。加热干燥称重法是国标测量方法，精度高，但测量速度慢，只能对少量样品含水率进行测试，不能用于在线快速测试，并且只反映样品的含水量，由于物料含水量通常并不均匀，样品含水量与真实物料的平均含水量可能存在偏差，因此要反映真实物料的平均含水量需要多次取样测量进行统计分析，测试周期长，效率低。红外反射率测水法是利用不同含水量样品对特定波长红外线反射率的差异，通过测量红外反射率来反演样品含水量，可以用于在线测试，但由于红外线主要在物料表面反射，对物料的穿透深度小，因此主要用于测量物料表层含水量，难以进行物料体含水量的准确测水。微波谐振腔法是将微波谐振腔放置在含水物料附近，含水物料对谐振腔产生微扰使谐振频率偏移，由于不同含水量的物料的介电常数差异较大，因此对不同含水量的物料，微波谐振腔的频率偏移量不同。将微波谐振腔接入微波振荡器回路，根据微波振荡信号频率与标称值的偏差反演得到物料含水率。微波谐振腔法通常也只反映靠近谐振器的物料含水量，不能反映物料整体平均含水率情况，并且必须保证物料与谐振腔具有特定的相对位置关系才能保证测试精度，比如测试过程中物料表面与谐振腔测试面需始终保持紧密接触，这对物料形态、样品尺寸、运动状态和设备安装位置均有较高要求，在实际应用中受到较多限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种雷达型微波测水仪器的测试方法，具有良好测试精度和较强通用性的无接触式、快速物料平均体含水率测试技术。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：

雷达型微波测水仪器的测试方法，

包括构建雷达型微波测水仪器步骤；包括以下部件：机架底座：用于放置待测物料样品；微波雷达主机：用于发射连续单频微波信号用以透射待测物料样品，并接收信标器发射的信标信号，并将输出数据发送给数据处理终端；信标器：用于接收透射待测物料样品后的微波信号，并将接收到的微波信号进行调制形成信标信号，并将信标信号发射到微波雷达主机；数据处理终端：数据处理终端输出频率选择信号给微波雷达主机，微波雷达主机根据频率选择信号输出相应频率的连续单频微波信号，数据处理终端还用于接收微波雷达主机的输出数据并计算出待测物料样品的含水量。

根据上述各个装置，本发明的工作原理是：待测物料样品放置在微波雷达主机和信标器之间，测试时，在数据处理终端控制下，雷达发射依次发射两个频率的连续单频微波信号，连续单频微波信号透射待测物料样品后，连续单频微波信号被信标器接收后进行调制形成信标信号，信标器并转发信标信号，信标信号透射待测物料样品后被微波雷达主机接收，微波雷达主机每次接收到信标信号后，分别测试信标信号相对于连续单频微波信号的同相分量(I)和正交分量(Q)的幅度，并将I、Q幅度信息传输到数据处理终端进行处理。

数据处理终端中，基于包含物料介质、水和空气3种成分混合介质的复介电常数模型和水的介电弛豫模型，利用两个连续单频微波信号频率上的I、Q幅度信息和预存的系统校准参数，处理得到混合介质中物料介质和水重量比，从而得到物料体含水量，即水的重量占含水物料重量百分比，测试精度可达0.1％。

所述输出数据包括参考时钟信号、连续单频微波信号的功率检测信号，还包括连续单频微波信号与信标信号进行正交混频后输出的中频同相分量，还包括连续单频微波信号与信标信号进行正交混频后输出的中频正交分量。

从结构上来说：微波雷达主机位于机架底座正上方，信标器位于微波雷达主机的正下方，信标器设置在机架底座上，微波雷达主机的微波雷达天线面向机架底座，信标器的信标器天线面向微波雷达主机，数据处理终端的频率选择信号输出端与微波雷达主机的频率选择信号端连接，微波雷达主机的输出数据端与数据处理终端的数据输入端连接。

还包括如下测试步骤：

第一步：第一步：测算出微波雷达天线和信标器天线出口面之间的距离为R；

第二步：校准测试得到无量纲系统常数；