基于鎖定放大的砂石含水量微波測試系統(tǒng)研究
| 混凝土的配制生產(chǎn)中，砂石的濕度——含水率直接影響實際的配合比。各種水泥與砂石料的配比中含水率的波動對混凝土的質(zhì)量會產(chǎn)生很大的影響，因此希望得到一種能在生產(chǎn)線上隨時跟蹤測試建筑砂石的含水率，自動輸入配料的電腦，根據(jù)當(dāng)前砂石的含水率和體積，動態(tài)調(diào)整水泥量和水量多少，從而達到******的配比效果。 目前在國內(nèi)用得最多的是放射性元素測量法和微波測量法。放射性測量法因放射性元素對人體損傷較大，又難以保存等很少被使用，傳統(tǒng)的微波測量方法在使用過程中因使用時間過長而使系統(tǒng)不穩(wěn)定，導(dǎo)致電路靜態(tài)漂移、器件及環(huán)境噪聲等，使測量結(jié)果不能滿足測量精度的要求。因此有必要探索一條合理的測量方法。 1 微 波 測 量 的 特 點 及 測 量 原 理 微波測量建筑砂石含水量的原理是不同介質(zhì)的介電常數(shù)不同，相同的介質(zhì)不同的含水量其復(fù)介電常數(shù)也不相同，因此它們對微波的吸收率也不相同。利用微波吸收技術(shù)進行含水率的測量，就是依據(jù)建筑砂石較潮濕時的復(fù)介電常數(shù)比干燥時的復(fù)介電常數(shù)大，導(dǎo)致較潮濕時明顯吸收更多的能量，傳感器檢測到系統(tǒng)發(fā)射的能量發(fā)生變化，為微波測量含水量提供了基礎(chǔ)。另外微波測量技術(shù)還具有較好的穿透性，測量深度達120mm以上；且不受材料的顏色、溫度、顆粒和鹽分等污染的影響；綜合精度達土0.25％，重復(fù)性0.1％。  2系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計原理圖如圖1所示。微波信號源產(chǎn)生的微波信號經(jīng)隔離器和T型接頭分兩路傳送至發(fā)送天線和AC放大器（1）。 電路中采用的T型接頭是H面T形接頭（并聯(lián)T形）。 對于H面T形接頭，如果兩個同相波分別從共線臂的端口1和端口2輸入，那么在端口3的輸出波在相位上與輸入波同相，振幅為兩個輸入波相加。相反，如果波從端口3輸入，那么波分成相等的兩個部分由端口1和端口2輸出，其相位相同，振幅也相同。 H面T形接頭在這里由端口3接收微波信號源經(jīng)由隔離器傳輸來的微波信號，而由端口2傳送到發(fā)射天線，由端口1經(jīng)隔離器輸向AC放大器（1）。輸出端口1和端口2的信號振幅相等，相位相同。 喇叭發(fā)送天線接收由T形接頭傳送過來的微波信號，向砂石輸送管道發(fā)射出去。為了得到方向性較好的波束，以使微波能量更加集中，將波導(dǎo)口擴張成喇叭形。 AC放大器（1）的輸出一路送給參考信號產(chǎn)生電路，形成兩路相位正交幅值相等的正弦參考信號輸出，其同相輸出端分別接兩路正交矢量鎖定放大器的同相LIA（鎖定放大器）的參考輸入端，正交輸出分別接兩路正交矢量鎖定放大器的正交LIA的參考輸入端；另外兩路信號分別接正交矢量鎖定放大器（1）的同相LIA和正交LIA的信號輸入端。 接收天線接收到發(fā)射天線發(fā)射的微波。此微波通過砂石輸送通道后，其振幅和相位都發(fā)生了變化，信號通過AC放大器（2）放大后分別送給正交矢量鎖定放大器（2）的同相LIA（2）和正交LIA（2）的信號輸入端。 兩路正交矢量鎖定放大器的輸出，分別通過D/A轉(zhuǎn)換后，送給計算機進行數(shù)據(jù)分析運算處理，得出所需的測試結(jié)果，并通過此結(jié)果進行相應(yīng)的控制。 3數(shù)據(jù)分析和處理 設(shè)T型頭的端門1和端口2的輸出信號為：  對于第2路的信號，設(shè)微波信號通過砂石后的振幅衰減量為β，相角變化量為ψ，正交矢量鎖定放大器（2）的信號輸入幅值也衰減β，相位變化量也是ψ，則同理可得正交矢量鎖定放大器（2）的同相LIA2輸出為：   4結(jié)論 由于鎖定放大器具有極強的抑制噪聲的能力，鎖定放大器的引人大大降低了系統(tǒng)噪聲和外界干擾對測試系統(tǒng)的影響，極大的提高了測試精度，改善了測試系統(tǒng)的性能。 |
