微波技术在烟支湿度检测中的应用.pdf

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1、仪器仪表与检测技术自动化技术与应用》2014年第33卷第2期lnstrumentationandMeasurment微波技术在烟支湿度检测中的应用耿守本，王法明(中国电子科技集团公司第41研究所，安徽蚌埠233000)摘要：分析r微波技术的烟支湿度检测原理，并据此设计了一种微波测湿系统。试验结果表明：微波测湿技术具有快速、连续、不被测物接触、无污染、俭测精度高等优点。关键词：微波技术；湿度检测；做波谐振腔巾分类号：TP274文献标识码：A文章编号：l0037241(2014)020043⋯03ApplicationofMicrowave

2、TechniqueinCigaretteHumidityDetectionGENGShou-ben，WANGFa-ming(The41stInstituteofCETC，Bengbu233000China)Abstract：Theprincipleofmicrowavetechniqueisintroducedfordetectingcigarettehumidity．Accordingtothismethod，amea—surementsystemisdesignedforcigarettehumiditydetection．Expe

3、rimentalresultsshowthatthisdetectiontechniquehasmanyadvantagessuchasspeediness，continuation，highresolutionrate，non—pollutionandhighprecision．Keywords：microwavetechnique；humiditydetection；microwaveresonantcavity1引言当电磁波频率为1～30GHz时，常温下水的相对介目前，物料湿度的快速检测多采用红外测量技术，电常数为30～77，而一

4、般介质的相对介电常数为1～5。但红外光波长短、穿透深度浅，仅能检测到物料表面的因此在微波频段内，水的介电常数与一般介质差异巨水分，且检测结果受物料表面颜色、结构以及外界光线大，被测物料中水分的微小变化将会明显改变物料的介等的影响较大。微波对物料有更深的穿透作用，用于测电特性。通过测量与介电常数密切相关的物理量，如功量物料的湿度更能真实地反映物料内部的含水情况，且率衰减量、相位变化量和谐振频率等，就能确定物料湿其检测结果不受物料表面颜色和状况的影响⋯1。因而，度的大小。近十几年来，微波测湿技术得到了广泛的应用。2微波检测湿度的原理一般地，

5、在高频电磁场中，电介质存在弛豫损耗。谐振腔是具有储能与选频特性的微波谐振元件，当电磁波穿过电介质时会发生变化，变化的程度由电介质烟支样品进入谐振腔后，谐振腔与被测样品发生相互作的复介电常数来确定。其复介电常数的数学表达式为【】用，引起谐振腔电磁波的振荡频率和品质因数Q值．s=一(1)发生变化，腔体处于失谐状态。通过调节激励源的振荡式中s为介电常数的实部，代表介质储存能量的能力，频率，找到谐振腔新的谐振频率点，测量此时的谐振频会引起通过它的电磁波频率和相位的变化；￡为虚部，代表率和半功率带宽(即3dB带宽，与谐振腔的品质因数Q值介质耗能的

6、能力，会使通过它的电磁波能量发生衰减。相对应)的变化量，与空腔时相应参数作比较，得到频率和3dB带宽的变化量△厂及Ao，如图1所示。收稿日期：2013—06—18自动化技术与应用》2014年第33卷第2期仪器仪表与检测技术lnstrumentationandMeasurment，p(fo)为空腔(即未放人烟支样品)时的谐振曲线；(-I)l一一Is，P(fs)为非空腔(即放入烟支样品)时的谐振曲线。错)将式(7)和式(8)代入式(2)可得烟支介质的湿度函数为：){一{s)一p()={s{由式(9)可知：通过精确测量烟支放入谐振腔前后谐振腔

7、的谐振频率及3dB带宽的变化量即可确定烟支的湿度大小。图1谐振腔的谐振曲线图由于烟支的体积远小于谐振腔的体积Vo，根据3微波测湿系统的组成谐振腔微扰理论，当烟支均匀且谐振腔的品质因数Q值微波测湿系统主要由微波信号源模块、微波谐振较高时，可得到‘1：腔、CPU主控模块和人机界面等四个部分组成，系统框图如图2所示。㈥△cQLQL1一去Q，J0～Vo㈩斗，式中，为未放人烟支样品时谐振腔的谐振频率，为放入烟支样品时谐振腔的谐振频率，vo为谐振腔的体积，为烟支样品在谐振腔内部分的体积，QL0为图2微波测湿系统框图空腔时谐振腔的品质因数，QL1为放

8、入烟支样品时谐振腔的品质因数，a(1／Q)为放入烟支样品前后谐振腔微波信号源模块主要由DDS电路、PLI电路、调品质因数Q值倒数的变化。由谐振腔的品质因数定义幅电路和检波放大电路等四部分组成。其主要功能有可