專利名稱：一種基于微波傳感技術(shù)的濕度連續(xù)測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于紡織印染技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于微波傳感技術(shù)的濕度連續(xù)測(cè)量方法。

背景技術(shù)：
目前在軋染生產(chǎn)中，左中右色差一直是困繞著印染企業(yè)的問題。色差的存在既是影響客戶訂單的接受程度，也是作為科研人員所面對(duì)的課題。雖然均勻軋車已普遍應(yīng)用.它比普通軋車要易于控制左、中、右的帶液均勻性，但是結(jié)果仍然不盡如人意。原因是在生產(chǎn)過程中工人只能憑經(jīng)驗(yàn)判斷軋輥壓力的一致與否，至于織物含水量是否均勻一致則無(wú)從知道。有經(jīng)驗(yàn)的工人只能用手觸摸來(lái)感覺織物左右兩邊的含水量是否一致，中間則摸不到或者在落布時(shí)拉出一段比一比，然后再調(diào)控軋輥壓力。這種操作法一是精度太差；二是嚴(yán)重滯后，稍有疏忽或巡回不當(dāng)，色差就持續(xù)不斷地產(chǎn)生。近年來(lái)，越來(lái)越多的印染企業(yè)開始生產(chǎn)寬幅織物，而在寬幅織物染色的過程中，色差的問題也就更加突顯。此外，我國(guó)出口到國(guó)外市場(chǎng)的印染產(chǎn)品，對(duì)色差的要求更嚴(yán)，原來(lái)我國(guó)的5級(jí)制灰色卡評(píng)級(jí)一等品標(biāo)準(zhǔn)；匹間色差3～4級(jí)，左中右色差4級(jí)，已不能滿足國(guó)際市場(chǎng)的需求，出口訂單一般要求匹間色差4級(jí)以上(相當(dāng)于電腦比色儀CMC＜0.8)，而左中右色差要求在4～5級(jí)以上(相當(dāng)于電腦比色儀CMC＜0.6)，基本無(wú)色差。多數(shù)外商以信用證結(jié)算，出現(xiàn)質(zhì)量問題將嚴(yán)重影響企業(yè)的信譽(yù)和效益。顏色問題是質(zhì)量問題中比較普遍的問題，所以加強(qiáng)色差管理，控制和減少色差.對(duì)印染企業(yè)具有重要的意義。
造成色差的原因很多，其中，織物含水量不勻而發(fā)生染料泳移，是導(dǎo)致色差的一個(gè)重要原因。在染整工藝過程中，因?yàn)榭椢锖始捌浞植嫉木鶆蛐允怯绊懞涂刂萍徔椘飞畹年P(guān)鍵因素。另外，紡織品在印染煮煉烘干生產(chǎn)過程中，其含水率將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和能源消耗。在生產(chǎn)過程中，要控制織物的色差就必須首先要對(duì)紡織品的含水率進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。所以，控制紡織品的含水率不僅起到衡量產(chǎn)品質(zhì)量的作用，還有利于節(jié)約能源，因此，在染整工藝中實(shí)現(xiàn)對(duì)織物含水率的準(zhǔn)確測(cè)量是必不可少的。
含水率的測(cè)量方法是多種多樣的，總的分為直接與間接兩大類。直接法中最具代表性的為烘箱法。然而，目前應(yīng)用最多的是間接測(cè)量法，所謂間接測(cè)量法是利用某引起物理量，如電阻、介電系數(shù)、外來(lái)輻射的吸收等和材料含水率間的關(guān)系間接測(cè)得含水率。近年來(lái)，隨著人們對(duì)微波能技術(shù)應(yīng)用的研究，微波水分測(cè)量技術(shù)以其高效、快速、精確、非接觸、不破壞樣品的優(yōu)點(diǎn)而日益得到人們的青睞。
我國(guó)測(cè)濕技術(shù)的研究有一定的基礎(chǔ)，微波測(cè)濕技術(shù)有很廣闊的市場(chǎng)前景。但是目前的問題是，微波測(cè)濕技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用與世界先進(jìn)國(guó)家相比還有一定的距離，國(guó)內(nèi)研發(fā)的產(chǎn)品在檢測(cè)精度上不如世界先進(jìn)國(guó)家，這其中有部分原因是由于微波器件比較昂貴造成的。比如，織物整個(gè)幅寬的含水量是有差異，但是由于微波設(shè)備比較昂貴，出于成本的考慮，檢測(cè)裝置一般帶一對(duì)微波探頭，這樣就造成了測(cè)量精度的誤差，從而影響檢測(cè)結(jié)果，對(duì)于織物色差的控制也產(chǎn)生影響。在國(guó)外，德國(guó)PLEVA公司已經(jīng)研發(fā)出帶有三對(duì)微波探頭的用于軋染機(jī)的濕度測(cè)量設(shè)備，屬于較為先進(jìn)的織物濕度測(cè)量設(shè)備，但是三對(duì)微波探頭的使用大大增加了設(shè)備成本，其價(jià)格高昂，普通中小企業(yè)難以承受，同時(shí)也存在著應(yīng)用與國(guó)內(nèi)生產(chǎn)線與國(guó)內(nèi)設(shè)備兼容的問題。而且，就該設(shè)備本身而言，在測(cè)量時(shí)三對(duì)微波探頭分別固定在軋染機(jī)的左中右三個(gè)位置，其測(cè)量范圍依然受到限制，不能達(dá)到織物的整個(gè)幅寬。可以說，要能迅速而準(zhǔn)確地測(cè)量含水率已經(jīng)是一個(gè)難題，而要在線動(dòng)態(tài)測(cè)量則更加困難。所以，就目前來(lái)看，國(guó)內(nèi)尚缺乏相關(guān)配套的用于軋染設(shè)備中均勻檢測(cè)織物含水率控制織物色差的檢測(cè)系統(tǒng)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于微波傳感技術(shù)的濕度連續(xù)測(cè)量方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的單獨(dú)一對(duì)微波探頭測(cè)量設(shè)備無(wú)法檢測(cè)軋染設(shè)備上織物整個(gè)幅寬各點(diǎn)含水率均勻性的問題。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種基于微波傳感技術(shù)的濕度連續(xù)測(cè)量方法，利用一種測(cè)量裝置，該裝置包括絲桿傳動(dòng)部分和微波傳感檢測(cè)部分，其中的 絲桿傳動(dòng)部分包括前絲杠和后絲杠，前絲杠的一端設(shè)置有驅(qū)動(dòng)前絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服電動(dòng)機(jī)a，后絲杠的一端設(shè)置有驅(qū)動(dòng)后絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服電動(dòng)機(jī)b； 微波傳感檢測(cè)部分包括設(shè)置在前絲杠一側(cè)表面上的依次連接的微波信號(hào)源、隔離器、可變衰減器、發(fā)射天線，微波信號(hào)源還通過連接線纜a和伺服電動(dòng)機(jī)a相連接，還包括設(shè)置在后絲杠一側(cè)表面上的依次連接的直流放大模塊、檢波器、接收天線，直流放大模塊還通過連接線纜b和伺服電動(dòng)機(jī)b相連接，發(fā)射天線和接收天線相對(duì)設(shè)置； 利用上述裝置，該方法具體按照以下步驟實(shí)施 步驟1接通微波信號(hào)源電源，微波信號(hào)源發(fā)送微波，微波信號(hào)通過隔離器、可變衰減器后由發(fā)射天線發(fā)射，接收天線接收微波信號(hào)后由檢波器檢測(cè)，再由直流放大模塊將微波信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，得到發(fā)射天線和接收天線之間無(wú)測(cè)量材料時(shí)的電壓值V1； 步驟2發(fā)射天線與接收天線之間的距離設(shè)置為40cm-60cm，以被測(cè)織物為中心，把發(fā)射天線和接收天線放置于被測(cè)織物上下兩邊，接通電源，伺服電動(dòng)機(jī)a帶動(dòng)微波信號(hào)源、隔離器、可變衰減器、發(fā)射天線在前絲杠上作勻速直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)b帶動(dòng)直流放大模塊、檢波器和接收天線在后絲杠上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，前絲杠上的運(yùn)動(dòng)速度和后絲杠上的運(yùn)動(dòng)速度相同； 步驟3接通微波信號(hào)源電源，微波信號(hào)源發(fā)送微波，微波信號(hào)通過隔離器、可變衰減器后由發(fā)射天線發(fā)射，經(jīng)過被測(cè)織物后得到衰減的信號(hào)，接收天線接收衰減的信號(hào)后由檢波器檢測(cè)，再由直流放大模塊將它轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，得到衰減后的發(fā)射天線和接收天線之間有測(cè)量材料時(shí)的電壓值V2； 步驟4得到織物含水率和測(cè)量電壓值的關(guān)系，具體步驟為 a.建立等效介電常數(shù)和含水率的關(guān)系 式中，M為織物含水率，ρw為水的密度，ρm為被測(cè)織物的密度，εr1為水的相對(duì)介電常數(shù)，εrm為混合物的等效介電常數(shù)； b.建立等效介電常數(shù)和衰減系數(shù)的關(guān)系 式中，εrm為混合物的等效介電常數(shù)，α為衰減系數(shù)，λ0為微波在真空中的波長(zhǎng)，δ為介質(zhì)損耗角； c.建立測(cè)量電壓值和衰減系數(shù)的關(guān)系 式中，x為介質(zhì)的厚度，α為衰減系數(shù)，V1，V2分別為發(fā)射天線和接收天線之間無(wú)測(cè)量材料和有測(cè)量材料時(shí)，模塊終端所顯示的電壓值； d.根據(jù)步驟a、b、c建立的關(guān)系式得到織物含水率和測(cè)量電壓值的關(guān)系 式中，ρw為水的密度，ρm為被測(cè)物的密度，待測(cè)織物的面積為s，厚度為d，εr1為水的相對(duì)介電常數(shù)，δ為介質(zhì)損耗角，s1為天線所覆蓋的面積，λ0為微波在真空中的波長(zhǎng)，V1，V2分別為發(fā)射天線和接收天線之間無(wú)測(cè)量材料和有測(cè)量材料時(shí)，模塊終端所顯示的電壓值； 步驟5將步驟1得到的發(fā)射天線和接收天線之間無(wú)測(cè)量材料時(shí)的電壓值V1、步驟3得到的發(fā)射天線和接收天線之間有測(cè)量材料時(shí)的電壓值V2代入到步驟4織物含水率和測(cè)量電壓值的關(guān)系式中，計(jì)算得到被測(cè)織物的含水率。
本發(fā)明基于微波傳感技術(shù)的濕度連續(xù)測(cè)量方法的有益效果是，微波傳感測(cè)濕技術(shù)具有不接觸、無(wú)損傷、連續(xù)、實(shí)時(shí)、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，在軋染生產(chǎn)中對(duì)織物全幅面的含水率均勻性進(jìn)行實(shí)時(shí)在線測(cè)量，通過一對(duì)裝在軋染設(shè)備前后絲杠上的微波傳感器探頭就可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)整個(gè)幅寬各點(diǎn)的含水率的均勻性。在提高測(cè)量精度的前提下實(shí)現(xiàn)了成本的壓縮和控制，一舉兩得。



圖1是本發(fā)明測(cè)量方法采用的測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明測(cè)量方法的工作示意圖。
圖中，1.微波信號(hào)源，2.隔離器，3.可變衰減器，4.發(fā)射天線，5.前絲杠，6.伺服電動(dòng)機(jī)a，7.連接線纜a，8.接收天線，9.檢波器，10.后絲杠，11.直流放大模塊，12.伺服電動(dòng)機(jī)b，13.連接線纜b，14.被測(cè)織物。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
微波指頻率為300MHz～300GHz的電磁波，即波長(zhǎng)在1m到1mm之間的電磁波。當(dāng)微波在濕材料中傳播時(shí)，由于水分子是強(qiáng)極性偶極子，水分子受到微波電場(chǎng)的作用將產(chǎn)生很強(qiáng)的取向極化，微波的能量損耗主要表現(xiàn)為偶極子的取向極化損耗，能量損耗的大小與水分子的多少有關(guān)。所以可把能量的衰減值作為含水率的一種度量，計(jì)算出能量衰減值和檢測(cè)值之間的關(guān)系，最終確定出含水率和檢測(cè)值的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
織物上的水分有多種狀態(tài)，大致可以分為纖維吸收水和織物上的自由水兩大類。水分含量的多少，一般以其含水重與纖維濕重之比的百分率稱之為含水率(％)來(lái)表示，其計(jì)算公式如下 式中G-織物的濕重；Gm-織物的干重；M-含水率。
本發(fā)明基于微波傳感技術(shù)的濕度連續(xù)測(cè)量方法，利用一種測(cè)量裝置，該裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括絲桿傳動(dòng)部分和微波傳感檢測(cè)部分，其中的， 絲桿傳動(dòng)部分包括分別設(shè)置在待測(cè)織物14上下兩側(cè)的后絲杠10和前絲杠5，后絲杠10的一端設(shè)置有驅(qū)動(dòng)后絲杠10轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服電動(dòng)機(jī)b12，前絲杠5的一端設(shè)置有驅(qū)動(dòng)前絲杠5轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服電動(dòng)機(jī)a6； 微波傳感檢測(cè)部分包括設(shè)置在前絲杠5上表面的依次連接的微波信號(hào)源1、隔離器2、可變衰減器3、發(fā)射天線4，微波信號(hào)源1還通過連接線纜a7和伺服電動(dòng)機(jī)a6相連接，還包括設(shè)置在后絲杠10下表面的依次連接的直流放大模塊11、檢波器9、接收天線8，直流放大模塊11還通過連接線纜b13和伺服電動(dòng)機(jī)b12相連接。
微波信號(hào)源1，用于產(chǎn)生微波信號(hào)，并將該微波信號(hào)送入隔離器2； 隔離器2，用于減小微波信號(hào)源1產(chǎn)生的反射功率對(duì)傳遞的微波信號(hào)的影響； 可變衰減器3，用于調(diào)節(jié)傳輸系統(tǒng)中功率電平的大??； 發(fā)射天線4，用于把微波信號(hào)通過天線上的傳感器發(fā)射到接收天線8； 接收天線8，用于接收發(fā)射天線4發(fā)射的微波信號(hào)； 檢波器9，用于檢測(cè)接收天線8接收到的微波信號(hào)； 直流放大模塊11，用于將接收到的微波信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4mA～20mA電流信號(hào)； 利用上述裝置，如圖2所示，該方法具體按照以下步驟實(shí)施 步驟1接通微波信號(hào)源1電源，微波信號(hào)源1發(fā)送微波，微波信號(hào)通過隔離器2、可變衰減器3后由發(fā)射天線4發(fā)射，接收天線8接收微波信號(hào)后由檢波器9檢測(cè)，再由直流放大模塊11將微波信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，得到發(fā)射天線4和接收天線8之間無(wú)測(cè)量材料時(shí)的電壓值V1； 步驟2發(fā)射天線4與接收天線8之間的距離設(shè)置為40cm-60cm，以被測(cè)織物14為中心，把發(fā)射天線4和接收天線8放置于被測(cè)織物14上下兩側(cè)，接通電源，伺服電動(dòng)機(jī)a6帶動(dòng)微波信號(hào)源1、隔離器2、可變衰減器3、發(fā)射天線4在前絲杠5上作勻速直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)b12帶動(dòng)直流放大模塊11、檢波器9和接收天線8在后絲杠10上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，前絲杠5上的運(yùn)動(dòng)速度和后絲杠10上的運(yùn)動(dòng)速度相同； 步驟3微波信號(hào)源1發(fā)送微波，微波信號(hào)通過隔離器2和可變衰減器3由發(fā)射天線4發(fā)射，微波信號(hào)沿傳感器方向傳輸，經(jīng)過含水的被測(cè)織物14后部分能量被織物中的水分吸收，微波能量衰減，能量衰減后的微波信號(hào)通過接收天線8接收，由檢波器9檢測(cè)出微弱的信號(hào)，再由直流放大模塊11將它轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4mA～20mA電流信號(hào)，得到發(fā)射天線4和接收天線8之間有測(cè)量材料時(shí)的電壓值V2； 步驟4得到織物含水率和測(cè)量電壓值的關(guān)系，具體步驟為 a.建立等效介電常數(shù)和含水率的關(guān)系 根據(jù)混合物介電常數(shù)的立方根相加律，混合物的等效介電常數(shù)為 對(duì)于由水和織物組成的混合物，其等效介電常數(shù)應(yīng)為 式中εr1為水的介電常數(shù)，εr2為干織物的介電常數(shù)，v為濕織物的總體積，vr1為濕織物中水的體積，vr2為織物的體積。
由于本方法的研究對(duì)象是紡織材料和水，在其最佳測(cè)量頻率段，由水分引起的微波能量的損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于干織物引起的損耗，織物中含水量的多少是決定混合物質(zhì)介電常數(shù)的重要因素，故可以忽略混合介電常數(shù)中織物的介電常數(shù)εr2?？紤]到織物和水混合后，混合物的總體積v近似等于織物的體積vr2，于是式(3)又可以寫為 令于是式(4)可改寫為 εrm=εr1·k3(5) 則 由式(1)可知，織物中水的重量Gw=G-Gm，而G=mg=ρvg，于是被測(cè)物料的含水率為 b.建立等效介電常數(shù)和衰減系數(shù)的關(guān)系 當(dāng)微波電場(chǎng)以平面波在x方向上傳播，電磁波垂直穿入均勻介質(zhì)，則電場(chǎng)強(qiáng)的數(shù)學(xué)表述為 E(x，t)=E0e-αx·ei(βx-αt)=E0cos(kx-ωt)(8) 由電磁波理論可知 式(8)、式(9)中α為衰減系數(shù)；ω為電磁波角頻；k為圓波數(shù)；ε為介電常量；μ為磁導(dǎo)率；σ為電導(dǎo)率。
由于織物近似不良導(dǎo)體的介質(zhì)，而故可將

展開成二項(xiàng)式級(jí)數(shù) 因?yàn)?

以上的項(xiàng)很小，故可作忽略近似，只取上式的前兩項(xiàng)代入式(9)得 由電磁場(chǎng)與電磁波理論可知 式中λ為微波在介質(zhì)中的波長(zhǎng)；εr為相對(duì)介電常量；δ為介質(zhì)損耗角。上式中則(12)可以轉(zhuǎn)化成 由上式可知，濕織物的介電常數(shù)εrm與衰減系數(shù)的關(guān)系為 c.建立測(cè)量電壓值和衰減系數(shù)的關(guān)系 微波進(jìn)入有損耗的介質(zhì)時(shí)，微波輸入功率隨衰減常數(shù)呈指數(shù)衰減 P2＝P1e-αx(15) 式中P2為衰減后的微波功率(mw)；P1為輸入微波功率(mw)；α為衰減系數(shù)；x為介質(zhì)的厚度(cm)。當(dāng)介質(zhì)是含有水分的織物時(shí)，微波通過介質(zhì)后，衰減量 將式(15)代入(16)得 本方法采用直流放大模塊，在模塊終端指示儀顯示電壓值，因此需要把微波功率轉(zhuǎn)化成電壓值 式中P為微波功率；V為指示電壓；Z為傳輸線特性阻抗。
在實(shí)際應(yīng)用中，一般將特性阻抗視為不變，即z′≈z″，則由式(16)和式(18)可知 式中V1，V2分別為發(fā)射天線和接收天線之間無(wú)測(cè)量材料和有測(cè)量材料時(shí)，模塊終端所顯示的電壓值。
由式(17)、(19)可知 d.根據(jù)步驟a、b、c建立的關(guān)系式得到織物建立含水率和測(cè)量電壓值的關(guān)系 對(duì)式(20)兩邊取對(duì)數(shù) 得 將上式代入式(14)得 由上式得 上式中，x為微波透過的介質(zhì)的厚度(cm)，由于織物引起的微波的衰減遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水對(duì)微波引起的衰減，因此可以忽略織物對(duì)微波衰減的影響，在這種情況下，上式中的x可以折算為在透鏡天線覆蓋的面積內(nèi)，微波所透過的水的厚度，即 s1表示天線所覆蓋的面積，而上文中令故vr1＝kv，再由式(6)可知 設(shè)待測(cè)織物的面積s，厚度為d，則織物的體積可以表示為v＝s·d，式(26)轉(zhuǎn)化為 由上式得 將上式代入式(6)得 故 將上式代入式(7)得含水率與測(cè)量值間的關(guān)系式為 式中，ρw為水的密度，ρm為被測(cè)物的密度，待測(cè)織物的面積為s，厚度為d，εr1為水的相對(duì)介電常數(shù)，δ為介質(zhì)損耗角，s1表示天線所覆蓋的面積，λ0為微波在真空中的波長(zhǎng)，V1，V2分別為發(fā)射天線和接收天線之間無(wú)測(cè)量材料和有測(cè)量材料時(shí)，模塊終端所顯示的電壓值。
步驟5將步驟1得到的發(fā)射天線4和接收天線8之間無(wú)測(cè)量材料時(shí)的電壓值V1、步驟3得到的發(fā)射天線4和接收天線8之間有測(cè)量材料時(shí)的電壓值V2代入到步驟4織物含水率和測(cè)量電壓值的關(guān)系式中，計(jì)算得到被測(cè)織物的含水率。
本發(fā)明一種基于微波傳感技術(shù)的濕度連續(xù)測(cè)量方法，具有不接觸、無(wú)損傷、連續(xù)、實(shí)時(shí)、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，在軋染生產(chǎn)中對(duì)織物全幅面的含水率均勻性進(jìn)行實(shí)時(shí)在線測(cè)量，通過一對(duì)裝在軋染設(shè)備前后絲杠上的微波傳感器探頭就可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)整個(gè)幅寬各點(diǎn)的含水率的均勻性。在提高測(cè)量精度的前提下實(shí)現(xiàn)了成本的壓縮和控制，一舉兩得。
權(quán)利要求
1.一種基于微波傳感技術(shù)的濕度連續(xù)測(cè)量方法，其特征在于，利用一種測(cè)量裝置，該裝置包括絲桿傳動(dòng)部分和微波傳感檢測(cè)部分，其中的
絲桿傳動(dòng)部分包括前絲杠(5)和后絲杠(10)，前絲杠(5)的一端設(shè)置有驅(qū)動(dòng)前絲杠(5)轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服電動(dòng)機(jī)a(6)，后絲杠(10)的一端設(shè)置有驅(qū)動(dòng)后絲杠(10)轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服電動(dòng)機(jī)b(12)；
微波傳感檢測(cè)部分包括設(shè)置在前絲杠(5)一側(cè)表面上的依次連接的微波信號(hào)源(1)、隔離器(2)、可變衰減器(3)、發(fā)射天線(4)，所述的微波信號(hào)源(1)還通過連接線纜a(7)和伺服電動(dòng)機(jī)a(6)相連接，還包括設(shè)置在后絲杠(10)一側(cè)表面上的依次連接的直流放大模塊(11)、檢波器(9)、接收天線(8)，所述的直流放大模塊(11)還通過連接線纜b(13)和伺服電動(dòng)機(jī)b(12)相連接，所述的發(fā)射天線(4)和接收天線(8)相對(duì)設(shè)置；
利用上述裝置，該方法具體按照以下步驟實(shí)施
步驟1接通微波信號(hào)源(1)電源，微波信號(hào)源(1)發(fā)送微波，微波信號(hào)通過隔離器(2)、可變衰減器(3)后由發(fā)射天線(4)發(fā)射，接收天線(8)接收微波信號(hào)后由檢波器(9)檢測(cè)，再由直流放大模塊(11)將微波信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，得到發(fā)射天線(4)和接收天線(8)之間無(wú)測(cè)量材料時(shí)的電壓值V1；
步驟2發(fā)射天線(4)與接收天線(8)之間的距離設(shè)置為40cm-60cm，以被測(cè)織物(14)為中心，把發(fā)射天線(4)和接收天線(8)放置于被測(cè)織物(14)上下兩邊，接通電源，伺服電動(dòng)機(jī)a(6)帶動(dòng)微波信號(hào)源(1)、隔離器(2)、可變衰減器(3)、發(fā)射天線(4)在前絲杠(5)上作勻速直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)b(12)帶動(dòng)直流放大模塊(11)、檢波器(9)和接收天線(8)在后絲杠(10)上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，前絲杠(5)上的運(yùn)動(dòng)速度和后絲杠(10)上的運(yùn)動(dòng)速度相同；
步驟3接通微波信號(hào)源(1)電源，微波信號(hào)源(1)發(fā)送微波，微波信號(hào)通過隔離器(2)、可變衰減器(3)后由發(fā)射天線(4)發(fā)射，經(jīng)過被測(cè)織物后得到衰減的信號(hào)，接收天線(8)接收衰減的信號(hào)后由檢波器(9)檢測(cè)，再由直流放大模塊(11)將它轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，得到衰減后的發(fā)射天線(4)和接收天線(8)之間有測(cè)量材料時(shí)的電壓值V2；
步驟4得到織物含水率和測(cè)量電壓值的關(guān)系，具體步驟為
a.建立等效介電常數(shù)和含水率的關(guān)系
式中，M為織物含水率，ρw為水的密度，ρm為被測(cè)織物的密度，εr1為水的相對(duì)介電常數(shù)，εrm為混合物的等效介電常數(shù)；
b.建立等效介電常數(shù)和衰減系數(shù)的關(guān)系
式中，εrm為混合物的等效介電常數(shù)，α為衰減系數(shù)，λ0為微波在真空中的波長(zhǎng)，δ為介質(zhì)損耗角；
c.建立測(cè)量電壓值和衰減系數(shù)的關(guān)系
式中，x為介質(zhì)的厚度，α為衰減系數(shù)，V1，V2分別為發(fā)射天線和接收天線之間無(wú)測(cè)量材料和有測(cè)量材料時(shí)，模塊終端所顯示的電壓值；
d.根據(jù)步驟a、b、c建立的關(guān)系式得到織物含水率和測(cè)量電壓值的關(guān)系
式中，ρw為水的密度，ρm為被測(cè)物的密度，待測(cè)織物的面積為s，厚度為d，εr1為水的相對(duì)介電常數(shù)，δ為介質(zhì)損耗角，s1為天線所覆蓋的面積，λ0為微波在真空中的波長(zhǎng)，V1，V2分別為發(fā)射天線和接收天線之間無(wú)測(cè)量材料和有測(cè)量材料時(shí)，模塊終端所顯示的電壓值；
步驟5將步驟1得到的發(fā)射天線(4)和接收天線(8)之間無(wú)測(cè)量材料時(shí)的電壓值V1、步驟3得到的發(fā)射天線(4)和接收天線(8)之間有測(cè)量材料時(shí)的電壓值V2代入到步驟4織物含水率和測(cè)量電壓值的關(guān)系式中，計(jì)算得到被測(cè)織物的含水率。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種基于微波傳感技術(shù)的濕度連續(xù)測(cè)量方法，首先測(cè)量發(fā)射天線和接收天線之間無(wú)測(cè)量材料時(shí)的電壓值，再測(cè)量發(fā)射天線和接收天線之間有測(cè)量材料時(shí)的電壓值，建立織物含水率和測(cè)量電壓值的關(guān)系，把發(fā)射天線和接收天線之間無(wú)測(cè)量材料時(shí)的電壓值、發(fā)射天線和接收天線之間有測(cè)量材料時(shí)的電壓值代入到織物含水率和測(cè)量電壓值的關(guān)系式中，計(jì)算得到被測(cè)織物的含水率。本發(fā)明基于微波傳感技術(shù)的濕度連續(xù)測(cè)量方法，解決了單獨(dú)一對(duì)微波探頭測(cè)量設(shè)備無(wú)法檢測(cè)軋染設(shè)備上織物整個(gè)幅寬各點(diǎn)含水率均勻性的問題。
文檔編號(hào)G01N22/04GK101609055SQ20091002340
公開日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月22日
發(fā)明者李鵬飛, 景軍鋒, 賀曉宇 申請(qǐng)人:西安工程大學(xué)