本技術(shù)涉及造紙、化學(xué)濃度檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種微波式液體濃度測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

1、濃度計(jì)是造紙、食品、化學(xué)品等輕工業(yè)制造生產(chǎn)工藝過程監(jiān)控不可少的監(jiān)測(cè)儀器，比如在造紙行業(yè)，對(duì)紙漿濃度測(cè)量目前常用的有動(dòng)刀濃度計(jì)、超聲波濃度計(jì)、微波濃度計(jì)等。動(dòng)刀濃度計(jì)利用管道中的紙漿對(duì)旋轉(zhuǎn)刀片剪切力大小來測(cè)量紙漿濃度，動(dòng)刀式濃度計(jì)測(cè)量范圍小，受被測(cè)液體影響，受流速影響較大，同時(shí)由于存在機(jī)械磨損，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行準(zhǔn)確度降低，壽命降低。而超聲波濃度計(jì)探頭易結(jié)垢，受氣泡影響很大。在管道中清洗不方便，極大限制了濃度計(jì)的使用。微波濃度計(jì)則克服了上述缺點(diǎn)，具有測(cè)量精度高，測(cè)量范圍廣，不受液體流速影響等優(yōu)點(diǎn)。

2、微波濃度計(jì)通過檢測(cè)微波穿過一定距離液體介質(zhì)的傳播時(shí)間，再通過與標(biāo)準(zhǔn)液體(比如水、已知濃度紙漿)標(biāo)定，就可以測(cè)量出流過液體的濃度。由于直接測(cè)量延時(shí)時(shí)間比較困難，通過在管壁一側(cè)發(fā)射正弦波，然后在對(duì)側(cè)接收端接收回波后，比較發(fā)射波與回波的相位差，并通過頻率，計(jì)算出延時(shí)時(shí)間。通過延時(shí)時(shí)間，可以計(jì)算出微波在液體中傳播速度，通過傳播速度計(jì)算液體的介電常數(shù)，通過介電常數(shù)標(biāo)定出液體濃度。在實(shí)際操作中，相位差跟液體濃度有對(duì)應(yīng)關(guān)系：濃度＝k(θ2-θ1)+b(θ2為通過被測(cè)管微波的相位，θ1為通過標(biāo)準(zhǔn)液體的相位)，可以通過多個(gè)不同濃度，多次標(biāo)定得到k跟b的數(shù)值，然后直接根據(jù)相位差得到濃度。

3、現(xiàn)有的微波濃度計(jì)的射頻部分使用分立器件，射頻部分、ad/da轉(zhuǎn)換、相位差電路等部分都是使用模擬器件實(shí)現(xiàn)，由于模擬器件受環(huán)境影響大，整體系統(tǒng)穩(wěn)定性差；另外現(xiàn)有微波濃度計(jì)使用傳統(tǒng)電路(混頻器)求相位差，受到環(huán)境溫度影響大，對(duì)于兩混頻信號(hào)強(qiáng)度不匹配時(shí)，相位差誤差很大，以至于在實(shí)際運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定性很差，造成現(xiàn)有產(chǎn)品極不穩(wěn)定，賣出的產(chǎn)品被召回。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有微波濃度計(jì)受環(huán)境和環(huán)境溫度影響大、穩(wěn)定性差以及相位差計(jì)算誤差大的問題，本實(shí)用新型提出一種微波式液體濃度測(cè)量裝置，解決上述問題。

2、本申請(qǐng)公開了一種微波式液體濃度測(cè)量裝置，包括測(cè)定管，測(cè)定管兩側(cè)分別設(shè)置有接收天線和發(fā)送天線，接收天線和發(fā)送天線連接有射頻收發(fā)單元，射頻收發(fā)單元上設(shè)置有兩組射頻收發(fā)模塊，其中第一組射頻收發(fā)模塊包括與接收天線連接的第一發(fā)射模塊以及與發(fā)送天線連接的第一接收模塊，第二組射頻收發(fā)模塊包括第二發(fā)射模塊，第二發(fā)射模塊連接有衰減器，衰減器和第二接收模塊連接；

3、由于流體不同的溫度下，介電常數(shù)變化很大，所以加入溫度傳感器進(jìn)行補(bǔ)償，在測(cè)定管的管壁上設(shè)置溫度傳感器，溫度傳感器連接有數(shù)據(jù)處理及控制單元；

4、所述射頻收發(fā)單元與數(shù)據(jù)處理及控制單元連接。

5、本申請(qǐng)方案采用兩路射頻收發(fā)，一路經(jīng)過接收天線、測(cè)定管和發(fā)送天線，另外一路經(jīng)過衰減器，通過比較兩路信號(hào)波形得到相位差，由于這兩路信號(hào)都經(jīng)過了同一芯片的射頻收發(fā)，環(huán)境影響一致，求相位差時(shí)會(huì)抵消掉系統(tǒng)帶來的誤差，提高了穩(wěn)定性。

6、優(yōu)選的，所述射頻收發(fā)單元包括ad936x芯片和fpga，所述兩組射頻收發(fā)模塊設(shè)置在ad936x芯片上，fpga與數(shù)據(jù)處理及控制單元連接。

7、優(yōu)選的，為了解決環(huán)境溫度對(duì)晶振頻率影響很大的問題，所述ad936x芯片連接有恒溫晶振。

8、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)處理及控制單元包括數(shù)據(jù)處理板，所述數(shù)據(jù)處理板連接有鍵盤模塊和顯示模塊。

9、本實(shí)用新型的有益效果：

10、1、本實(shí)用新型采用ad936x芯片完成射頻的收發(fā)，模擬信號(hào)處理部分都在單芯片內(nèi)完成，大大減少了環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的影響，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

11、2、采用ad936x芯片避免了采用分立器件時(shí)電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，系統(tǒng)調(diào)試難度大，整體可靠性差的缺點(diǎn)。

12、3、相位差使用數(shù)字處理的方法實(shí)現(xiàn)，ad936x收到的兩路ad采樣數(shù)據(jù)，一路是基波信號(hào)直接經(jīng)過衰減獲取，一路經(jīng)過測(cè)定管，在數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行欠采樣、數(shù)字濾波、fft變換等，最終用軟件計(jì)算相位差，舍棄了傳統(tǒng)電路求相位差的方法，避免了傳統(tǒng)電路求相位差穩(wěn)定性不足的缺點(diǎn)。

13、4、加入恒溫晶振，使產(chǎn)生的射頻信號(hào)頻率變化小，相位差精度提高。

14、5、采用微波技術(shù)適應(yīng)大管道口徑變化，測(cè)量的濃度范圍更大。

技術(shù)特征：

1.一種微波式液體濃度測(cè)量裝置，其特征在于，包括測(cè)定管(1)，測(cè)定管(1)兩側(cè)分別設(shè)置有接收天線(2)和發(fā)送天線(3)，接收天線(2)和發(fā)送天線(3)連接有射頻收發(fā)單元(10)，射頻收發(fā)單元(10)上設(shè)置有兩組射頻收發(fā)模塊，其中第一組射頻收發(fā)模塊包括與接收天線(2)連接的第一發(fā)射模塊(5)以及與發(fā)送天線(3)連接的第一接收模塊(9)，第二組射頻收發(fā)模塊包括第二發(fā)射模塊(6)，第二發(fā)射模塊(6)連接有衰減器(7)，衰減器(7)和第二接收模塊(8)連接；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波式液體濃度測(cè)量裝置，其特征在于，所述射頻收發(fā)單元(10)包括ad936x芯片(101)和fpga(102)，所述兩組射頻收發(fā)模塊設(shè)置在ad936x芯片(101)上，fpga(102)與數(shù)據(jù)處理及控制單元(11)連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波式液體濃度測(cè)量裝置，其特征在于，所述ad936x芯片(101)連接有恒溫晶振。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微波式液體濃度測(cè)量裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理及控制單元(11)包括數(shù)據(jù)處理板，所述數(shù)據(jù)處理板連接有鍵盤模塊和顯示模塊。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)公開了一種微波式液體濃度測(cè)量裝置，包括測(cè)定管，測(cè)定管兩側(cè)分別設(shè)置有接收天線和發(fā)送天線，接收天線和發(fā)送天線連接有射頻收發(fā)單元，射頻收發(fā)單元上設(shè)置有兩組射頻收發(fā)模塊，其中第一組射頻收發(fā)模塊包括與接收天線連接的第一發(fā)射模塊以及與發(fā)送天線連接的第一接收模塊，第二組射頻收發(fā)模塊包括第二發(fā)射模塊，第二發(fā)射模塊連接有衰減器，衰減器和第二接收模塊連接；測(cè)定管的管壁上設(shè)置有溫度傳感器，溫度傳感器連接有數(shù)據(jù)處理及控制單元。本技術(shù)采用AD936x芯片完成射頻的收發(fā)，減少了環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的影響，使相位差計(jì)算精度提高。

技術(shù)研發(fā)人員：張峰,安翠珍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京安貝奇科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20240402
技術(shù)公布日：2024/12/23