专利名称：用于检测物质质量和水分的检测装置中的微波谐振腔的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种物质检测的方法和装置，尤其涉及一种用于检测物质质量和水分的检测装置中的微波谐振腔。
背景技术：
在科研及生产过程中，物质质量和水分的检测及控制是十分重要的。
物质质量检测方法中，常用的检测方法有秤量法和放射性物质照射法。秤量法和放射性物质照射法在实际使用中的特点和缺陷是秤量法是利用各种称衡器对物质质量进行称量，由此可见，秤量法只能用于被测物体静止或低速运动且为接触式场合，此方法还不能够检测出被测物质沿长度方向质量(或密度)分布状况，而在许多生产过程中，需要连续检测出运动物质在各个瞬时流过的物质质量和水分；放射性物质照射法是利用放射性物质(如锶90)对被测物质质量进行称量，由此可见，放射性物质照射法由于使用了放射性物质，必须要有专门的防护装置，如使用不当，则将对周围环境及人员造成伤害。
物质水分检测方法中，常用的检测方法有烘干法和远红外线检测法。烘干法和远红外线检测法在实际使用中的特点和缺陷是烘干法只能用于离线检测，并且烘干法不能检测出物质沿长度方向水分含量分布状况；远红外线检测法不能准确地检测出物质心部水分含量，并且远红外线检测法受物质表面状况(如粗糙度)影响较大，使之测量的精确度不高。

发明内容
本实用新型的目的在于提供一种用于检测物质质量和水分的检测装置中的微波谐振腔，它能在被测物质静止或高速运动之中精确可靠地在线或离线检测出物质的质量和水分含量。
本实用新型的目的是这样实现的一种用于检测物质质量和水分的检测装置中的微波谐振腔，所述的检测设置包括微波发生器、微波谐振腔、设置在微波谐振腔前后的两隔离环，位于微波谐振腔后隔离环后侧的检波放大器、以及计算机及其输出设备；其特点是所述的微波谐振腔包括腔体，腔体中部设置一贯通的通道，该贯通通道沿内壁设置保护套，将腔体分割呈上下两部分；在腔体上部分腔体壁上设置一微波输入探针，在腔体下部分腔体壁上设置一微波输出探针。
在上述的用于检测物质质量和水分的检测装置中的微波谐振腔，其中，所述的设置在微波谐振腔腔体中部的通道是一管状的通道。
在上述的用于检测物质质量和水分的检测装置中的微波谐振腔，其中，所述的设置在微波谐振腔腔体中部的通道是一矩形的通道。
本实用新型用于检测物质质量和水分的检测装置中的微波谐振腔由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果1.本实用新型由于通过对微波谐振腔未受物质影响与受物质影响的谐振曲线变化的信号分析及处理，可以检测出被测物质的质量和水分含量；2.本实用新型由于微波发生器功率非常小，仅为10mw，因此对被测物质及周围环境不造成任何伤害；3.本实用新型由于采用高速的计算机进行数据处理，控制采样间隔时间小于50us，因此能适用于高速在线物质流的质量和水分的检测；4.本实用新型由于检波器的微波信号取决于被测物质的温度，由此可以对被测物质进行测温后作温度补偿，克服了由于温度变化所造成的检测信号的漂移。


通过以下对本实用新型用于检测物质质量和水分的检测装置中的微波谐振腔的一实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本实用新型的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为图1是本实用新型中用微波进行物质的质量和水分检测的原理图；
图2是本实用新型用于检测物质质量和水分的检测装置中的微波谐振腔的结构示意图；图3是本实用新型用于检测物质质量和水分的检测装置中的微波谐振腔所输出的微波谐振的曲线图；图4是本实用新型中用微波进行物质的质量和水分检测的工作流程图。
具体实施方式
请参见图1所示，这是本实用新型中用微波进行物质的质量和水分检测的原理图。图中，标号1为微波发生器，标号3为微波谐振腔，被测物质4位于微波谐振腔3中，微波发生器1由计算机7控制向微波谐振腔输送两种不同频率的微波；在微波谐振腔3的前后两侧分别设置的是隔离环2和隔离环5，隔离环2和5的作用是避免信号的互相干扰；位于隔离环5后的是检波放大器6，检波放大器6的检测信号经计算机7分析处理后由输出设备8输出。
请结合图1参见图2所示，图2是图1中微波谐振腔的结构示意图。该微波谐振腔3包括腔体31，制作该腔体31的材料为黄铜H62，表面钝化；在腔体31中部设置一贯通的通道32，该通道32根据被测物质的不同而呈不同的形状，可以是一矩形的通道32，用以放置被测物质是，化工工业方面的原料、半成品及成品，制药工业方面的粉末、药片及胶囊，建材工业方面的原料、半成品及成品，食品工业方面的原料、半成品及成品等等，用以在线对物质的质量(密度)及水分含量的检测和控制，以及在试验室对物质进行离线对物质的质量(密度)及水分含量检测；图2中表示的是一管状的通道32，该管状通道32可以放置类似于圆形的被测物质，如烟草工业用于各型卷烟机卷制的香烟条在线的质量(密度)及水分检测控制和试验室离线质量(密度)及水分含量检测；在贯通的通道32沿内壁设置一保护套33，被测物质便位于保护套33内；保护套33的设置将腔体31分割呈上下两部分；在腔体31上部分腔体壁上设置一微波输入探针34，在腔体31下部分腔体壁上设置一微波输出探针35。
在选择微波谐振腔结构尺寸时，要考虑无载时品质因子Q0的大小。Q0的计算公式如下Q0＝0.610×(λ0/S)×{[1+0.168×(D/L)2]3/2/[1+0.168×(D/L)3]}
式中λ0为微波谐振腔室空载(也即不放入被测物质时谐振频率的倒数)；S为微波谐振腔材料特征系数，可查表获得；D为微波谐振腔腔体直径；L为微波谐振腔腔体长度；Q0越大，检测质量和水分的分辨率越高。一般Q0取值范围为39450-46500。
请参见图1和图2所示，本实用新型利用微波进行物质的质量和水分检测的原理是，微波发生器1向微波谐振腔3输送两种不同频率的微波，通过测量微波谐振腔3中未受物质影响时(即通道32内未放置被测物质的空腔状态)与受物质影响时(即通道32内放置被测物质的加载状态)的谐振曲线的变化来测定被测物质的质量和水分。同时，由于图1中的检波器6的微波信号取决于被测物质的温度，为此，可以对被测物质进行测温后作温度补偿。
请结合图1和图2参见图3所示，图3是本实用新型利用微波进行物质的质量和水分检测的微波谐振腔所输出的微波谐振的曲线图。图3中，其中f0、u0为空腔(即未放入被测物质)时的谐振曲线。
f1、u1为加载(即放入被测物质)时的谐振曲线。
fa、fb为微波发生器输送的两个微波频率，ua、ub为检波器检出的输出微波信号。
取u直＝1/2(ua+ub)u交＝1/(ub-ua)u直反映了被测物质的质量，质量越大，u直越大，设m为被测物质的质量，则m与u直之间的数学关系如下m＝a+b×u直+c×(u直)2-mo为二阶方程式。式中常数a、b、c采用已知质量的物质进行标定后获得，mo为空腔时套管的质量。根据上式，当微波谐振腔内加入被测物质时，检波器检出ua、ub后，在数据处理器中可以求得u直和m，从而测出物质的质量。
u交反映了被测物质的水分，水分含量越大，u交越大，设w为被测物质的水分含量，则w与u交之间的数学关系如下w＝d+e×u交+f×(u交)2-wo为二阶方程式，式中常数d、e、f采用已知水分的物质进行标定后获得，wo为空腔时套管的质量。同样，在数据处理器中可以求得u交和w，从而测出物质的水分。
请结合图1至图3参见图4所示，图4是本实用新型利用微波进行物质的质量和水分检测的流程图。
本实用新型的工作流程是当系统启动完成后，方波发生器产生占空比为50％、幅值为+5V的控制方波，微波源根据控制方波交替产生2个不同频率的微波信号，0V对应于低频微波、+5V对应于高频微波，并将两种微波信号以相同时间间隔和连续跳变的方式送到微波谐振腔里，同时从微波谐振腔的另一侧引出微波信号。由于被测物质的质量和水分的不同，引出微波信号的强弱是不一样的，根据两个信号的强弱及与空腔谐振时信号的强弱相比较，就可以得出微波谐振腔内被测物质的质量和水分。经过A/D变换后，由计算机进行物质质量和水分含量计算，存入存储器，并输出表示物质的质量和水分含量的信号。
综上所述，本实用新型由于通过对微波谐振腔未受物质影响与受物质影响的谐振曲线变化的信号分析及处理，可以检测出被测物质的质量和水分含量；同时，由于微波发生器功率非常小，因此对被测物质及周围环境不造成任何伤害；另外，由于采用计算机控制采样间隔时间，因此能适用于高速在线物质流的质量和水分的检测；并且，可以对被测物质进行测温后作温度补偿，克服了由于温度变化所造成的检测信号的漂移，因此极为实用。
权利要求1.一种用于检测物质质量和水分的检测装置中的微波谐振腔，所述的检测设置包括微波发生器(1)、微波谐振腔(3)、位于微波谐振腔(3)前后设置的隔离环(2和5)，设置在隔离环(5)后的检波放大器(6)、以及计算机(7)及其输出设备(8)；其特征在于所述的微波谐振腔(3)包括腔体(31)，腔体(31)中部设置一贯通的通道(32)，该贯通通道(32)沿内壁设置保护套(33)，将腔体(31)分割呈上下两部分；在腔体(31)上部分腔体壁上设置一微波输入探针(34)，在腔体(31)下部分腔体壁上设置一微波输出探针(35)。
2.如权利要求1所述的用于检测物质质量和水分的检测装置中的微波谐振腔，其特征在于所述的设置在微波谐振腔(3)腔体(31)中部的通道(32)是一管状的通道(32)。
3.如权利要求1所述的用于检测物质质量和水分的检测装置中的微波谐振腔，其特征在于所述的设置在微波谐振腔(3)腔体(31)中部的通道(32)是一矩形的通道(32)。
专利摘要本实用新型涉及一种用于检测物质质量和水分的检测装置中的微波谐振腔，检测设置包括微波发生器、微波谐振腔、设置在微波谐振腔前后的两隔离环、检波放大器、以及计算机及其输出设备；其特点是微波谐振腔包括腔体，腔体中部设置一贯通的通道，通道沿内壁设置保护套，将腔体分割呈上下两部分；腔体上部分腔体壁上设置一微波输入探针，腔体下部分腔体壁上设置一微波输出探针。由此本实用新型能通过对微波谐振腔未受物质影响与受物质影响的谐振曲线变化的信号分析及处理检测出被测物质的质量和水分含量，它能适用高速在线物质流的质量和水分的检测，可以对被测物质进行测温后作温度补偿，并且对被测物质及周围环境不造成任何伤害，因此极为实用。
文档编号G01N22/00GK2703255SQ200420023688
公开日2005年6月1日 申请日期2004年6月14日 优先权日2004年6月14日
发明者张跃武, 闵晨, 白绍光, 赵强, 陈林, 王会石 申请人:上海恒尚自动化设备有限公司