本發(fā)明涉及一種應用于物料水分含量測量的多頻譜微波水分儀。

背景技術：

微波水分測量技術越來越普遍的應用到各個行業(yè)，該測量技術主要用來監(jiān)控生產(chǎn)過程中物料的水分含量，以便企業(yè)提高產(chǎn)品質量，有效控制生產(chǎn)過程，節(jié)約成本，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)效益。

通常微波水分測量儀包含一對天線和評估儀器，其測量原理如下：發(fā)射天線的微波穿透被測物料，到達接收天線，接收天線接收到微波，然后反饋給評估儀。當微波穿透物料時，由于物料中的水分子是極性分子，會吸收微波，產(chǎn)生鍵腳振動，將電磁能轉化為熱能，因此產(chǎn)生了微波相位的差別和振幅的衰減，依靠這兩個量可以計算物料中水分的含量。

然而，傳統(tǒng)多頻譜微波水分儀僅可實現(xiàn)對同一種物料的水分含量進行測量，具有一定局限性，無法實現(xiàn)多配方、多種類物料的測量。

技術實現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種能夠對多種不同物料的水分含量值進行測量的多頻譜微波水分儀。

一種多頻譜微波水分儀，用于對被測物料內(nèi)的水分含量進行測量，包括發(fā)射天線、接收天線、評估儀以及物料選擇開關，所述評估儀與所述發(fā)射天線和所述接收天線連接；所述評估儀包括與物料選擇開關連接的信號輸入端口，所述評估儀通過所述信號輸入端口接收物料種類選擇信號，并根據(jù)所述物料種類選擇信號及預存的物料種類與微波信號的映射關系確定與所述物料種類選擇信號對應的微波信號并輸出，所述發(fā)射天線接收所述微波信號并發(fā)射至所述被測物料，所述評估儀通過所述接收天線接收所述微波信號透射過所述被測物料后形成的回波信號，并將所述回波信號傳輸至所述評估儀；所述評估儀根據(jù)所述物料種類選擇信號、所述回波信號得到所述被測物料的水分檢測結果。

在其中一個實施例中，所述評估儀包括主板及與所述主板連接的高頻板，所述高頻板與所述發(fā)射天線和所述接收天線連接，所述主板通過所述信號輸入端口接收所述物料種類選擇信號，并將所述物料種類選擇信號發(fā)送給所述高頻板；所述高頻板根據(jù)所述物料種類選擇信號生成對應的所述微波信號并通過所述發(fā)射天線發(fā)射至所述被測物料。

在其中一個實施例中，所述主板還包括與所述信號輸入端口連接的微處理器，以及與所述微處理器連接、存儲有至少兩種物料種類的校準模型信息的存儲器，所述校準模型信息與所述物料種類選擇信號對應，所述微處理器與所述高頻板連接。

在其中一個實施例中，所述主板還包括與所述微處理器連接的電流輸出模塊，所述微波處理器根據(jù)所述被測物料的水分檢測結果輸出與所述被測物料的種類對應的控制信號，所述電流輸出模塊接收所述控制信號并輸出與所述被測物料的種類對應的電流值。

在其中一個實施例中，所述機體上開設有通孔，所述物料選擇開關的一端穿過所述通孔與所述信號輸入端口電連接，所述機體上位于所述通孔的外周標注有至少兩種物料種類標識。

在其中一個實施例中，所述評估儀還包括與所述信號輸入端口、所述微處理器連接的觸摸顯示屏。

在其中一個實施例中，所述評估儀包括供電模塊，所述供電模塊與所述微處理器連接。

在其中一個實施例中，所述評估儀包括與所述微處理器、與外部設備通訊連接的通訊接口。

在其中一個實施例中，所述多頻譜微波水分儀包括機架及設置于所述機架上用于傳輸物料的傳送帶，所述傳送帶為非金屬材料制成，所述發(fā)射天線設置于所述傳送帶的上方，所述接收天線設置于所述傳送帶的下方。

在其中一個實施例中，所述發(fā)射天線與所述接收天線對稱且中心同軸設置。

本發(fā)明的多頻譜微波水分儀中，通過于評估儀內(nèi)預先存儲與多種不同物料對應的不同校微波信號的映射關系，通過物料選擇開關選擇當前物料種類，評估儀根據(jù)所選擇的物料生成對應的微波信號并發(fā)射，從而實現(xiàn)采用多頻譜微波水分儀對不同種類物料進行水分含量的測量，因此有利于多頻譜微波水分儀進行多種配方、多物料種類的現(xiàn)場測量，提高多頻譜微波水分儀的多樣化且實用性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明較佳實施方式中多頻譜微波水分儀的結構示意圖；

圖2為圖1所示多頻譜微波水分儀的模塊示意圖。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳的實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。

需要說明的是，當元件被稱為“固定于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發(fā)明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明較佳實施方式的多頻譜微波水分儀100，用于通過微波對被測物料200內(nèi)的水分含量進行測量。多頻譜微波水分儀100包括發(fā)射天線10、接收天線30、評估儀50以及物料選擇開關55。評估儀50與發(fā)射天線10和接收天線30連接，且包括與物料選擇開關55連接的信號輸入端口514。評估儀50通過信號輸入端口514接收物料種類選擇信號，并根據(jù)物料種類選擇信號及預存的物料種類與微波信號的映射關系確定與物料種類選擇信號對應的微波信號并輸出。發(fā)射天線10接收微波信號并發(fā)射至被測物料200，評估儀50通過接收天線30接收微波信號透射過被測物料200后形成的回波信號，并將回波信號傳輸至評估儀50。評估儀50根據(jù)物料種類選擇信號、回波信號得到被測物料200的水分檢測結果。

其中，評估儀50包括主板51及與主板51連接的高頻板53，主板51上設置有信號輸入端口514，且主板51通過信號輸入端口514接收物料種類選擇信號，并將該物料種類選擇信號發(fā)送給高頻板53。高頻板53與發(fā)射天線10和接收天線30連接，且高頻板53根據(jù)物料種類選擇信號生成對應的微波信號(即根據(jù)上述物料種類選擇信號生成對應頻譜范圍內(nèi)多束頻率不同的微波信號)，并通過發(fā)射天線10發(fā)射至被測物料200。多束頻率不同的微波信號掃射過被測物料200后，高頻板53通過接收天線30接收微波信號透射過被測物料200后形成的回波信號，并將該回波信號傳輸至主板51。主板51根據(jù)上述物料種類選擇信號及回波信號得到被測物料200的水分檢測結果。

上述多頻譜微波水分儀100中，可通過物料選擇開關55選擇性地輸入被測物料200的種類，評估儀50根據(jù)所選擇的物料種類選擇信號生成與被測物料200對應頻譜范圍內(nèi)的多束頻率不同的微波信號，并可根據(jù)其接收的被測物料200的回波信號和所選擇的物料種類選擇信號，得到被測物料200的準確水分含量。也就是說，本發(fā)明的多頻譜微波水分儀100中在測量時可根據(jù)當前被測物料200產(chǎn)生對應的物料種類選信號并根據(jù)接收的回波信號共同計算當前物料的水分含量值，從而實現(xiàn)采用多頻譜微波水分儀100對所選擇的不同種類物料進行對應的水分含量的測量。

具體地，多頻譜微波水分儀100包括機架(圖未示)及設置于機架上用于對物料200進行傳送的傳送帶90。其中，發(fā)射天線10設置于傳送帶90的上方，且接收天線30設置于傳送帶90的下方，并與發(fā)射天線10正對且中心同軸設置，以保證微波信號在傳送與接收過程中的準確性。優(yōu)選地，傳送帶90由非金屬材料制成。

主板51包括與信號輸入端口514連接的微處理器510及與微處理器510連接、存儲有至少兩種物料種類的校準模型信息的存儲器512，微處理器510根據(jù)物料種類選擇信號由存儲器512內(nèi)調(diào)取與該物料種類選擇信號對應的校準模型信息，并根據(jù)回波信號及該校準模型信息得到被測物料200的水分檢測結果。

其中，微波測量水分主要利用水分的介電性質，而介電常數(shù)可以表示為：

εr＝ε′r-j(ε″r+o′/ωε0)

式中ε″r為介電損耗，o′/ωε0為導電損耗，ω和微波頻率成正比關系。

當處于低頻時，導電損耗占主導地位，微波衰減和含水量之間的關系并不明顯；而處于高頻時，介電損耗占優(yōu)勢，微波衰減和含水量之間成明顯的線性關系。也就是說，為了在測量時保證被測物料含水量的準確性，需要選取與被測物料合適的頻段(即微波衰減和含水量之間成明顯線性關系的頻段)進行測量。例如煤炭，煤炭中的礦物質容易在水中形成離子導電，產(chǎn)生導電損耗，當煤炭水分小于10％，微波發(fā)射頻率在1ghz到3ghz之間時，導電損耗有明顯的影響，使得微波衰減和含水量之間的關系并不明顯；而當微波頻率高于3ghz(即相對高頻)后，介電損耗占優(yōu)勢，微波衰減和含水量成明顯的線性關系，即在微波頻率高于3ghz的頻段為測量煤炭中含水量的合適頻段。

同時，在初始校準時，選擇當前被測物料200的合適頻段，并通過高頻板53在被選定的頻段內(nèi)產(chǎn)生多束不同頻率的微波信號，微波信號透過被測物料200后由接收天線所收集，然后經(jīng)過高頻板53預處理后反饋給微處理器510。微處理器510將每根頻率的阻尼衰減和相位差進行向量求和，以形成一個包含有多根不同頻率的數(shù)據(jù)組，并通過朗伯比爾定律公式，建立不同物料含水量與微波信號透射過該物料后被吸收微波量之間的映射關系。其中，映射關系的建立可以通過實驗獲取并存儲于存儲器514內(nèi)。

因此，上述校準模型信息包括與被測物料對應的合適頻率段及含水量與被吸收微波量之間的映射關系。例如，可根據(jù)需要在存儲器512內(nèi)預先存儲8種不同物料標準模型信息，當用戶在進行水分含量測量時，微處理器510根據(jù)信號輸入接口514接收的物料種類選擇信號控制高頻板53選擇與該物料種類選擇信號對應的頻段范圍，并在該頻段范圍內(nèi)生成多束頻率不同的微波信號輸出，微處理器510根據(jù)接收的回波信號并處理，以根據(jù)含水量與被吸收微波量之間的映射關系得到被測物料200的水分檢測結果。

在其中一個實施例中，評估儀50包括機體(圖未示)及設置于機體上的物料選擇開關55。物料選擇開關55與信號輸入端口514電連接，并可根據(jù)用戶操作產(chǎn)生與被測物料200對應的觸發(fā)信號，微處理器510根據(jù)觸發(fā)信號調(diào)取與被測物料200對應的校準模型信息。在測量過程中，用戶根據(jù)放置于傳送帶90上的物料200，可通過旋轉/按壓物料選擇開關55至匹配位置，以產(chǎn)生與當前物料200匹配的觸發(fā)信號。其中，物料選擇開關55在不同位置時與被測物料200的匹配可通過產(chǎn)生不同的觸發(fā)信號被微處理器510識別，以由存儲器512內(nèi)調(diào)取對應的校準值。

具體地，機體上開設有通孔(圖未示)，物料選擇開關55的一端穿過通孔與信號輸入端口514電連接，機體上位于通孔的外周標注有至少兩種物料型號標識，以指示物料選擇開關55的當前選擇。

可以理解地，在其它一些實施例中，物料選擇開關55可為設置于機體上與信號輸入端口514連接的旋轉開關或按壓開關，通過旋轉或按壓操作產(chǎn)生不同的觸發(fā)信號被微處理器50識別。

其中，評估儀50包括與微處理器510連接的觸摸顯示屏516，用于顯示各種相關信息，例如水分檢測結果值等，在此不作一一贅述。

此外，在其中另一個實施例中，觸摸顯示屏516的顯示界面上顯示有兩種或兩種以上物料型號標識，以供用戶選擇操作。微處理器510用于根據(jù)用戶的觸摸操作調(diào)取與當前物料種類對應的標定信號。其中，物料種類的選擇可通過物料選擇開關55和觸摸顯示屏516兩種可選擇地方式，或者僅設置其中一者進行選擇亦可，在此不作限定。

進一步地，評估儀50還包括供電模塊518，供電模塊518與微處理器510連接，用于提供電源。

進一步地，評估儀50還包括與微處理器510連接的通訊接口520，用于與外部設備進行通訊連接。其中，外部設備可為手機、平板等電子設備，使得用戶可通過外部設備實現(xiàn)對多頻譜微波水分儀100的遠程控制。

再進一步地，主板51還包括與微處理器510連接的電流輸出模塊522，微波處理器510根據(jù)被測物料200的水分檢測結果輸出與被測物料200的種類對應的控制信號，電流輸出模塊522接收控制信號并輸出與被測物料200的種類對應的電流值，以供下游設備(例如水分烘干設備)識別并利用。

本發(fā)明的多頻譜微波水分儀100中可預先存儲與多種不同物料對應的不同校準模型信息，使得在測量時可根據(jù)當前被測物料的種類選擇對應的頻段范圍及含水量與微波信號透射過該物料后被吸收微波量之間的映射關系，從而實現(xiàn)采用多頻譜微波水分儀100對不同種類物料進行水分含量的測量，因此有利于多頻譜微波水分儀100進行多種配方、多物料種類的現(xiàn)場測量，提高多頻譜微波水分儀100的多樣化且實用性。

以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。