微扰法测量溶液浓度的测量系统的制作方法-山东亚星游戏官网机床有限公司

专利名称：微扰法测量溶液浓度的测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于微扰法用于测量溶液浓度的控制系统，可对溶液浓度进行精确地测量和控制，属测试技术领域。
背景技术：
在现代工农业生产、医药、化工、食品等各领域，对于液体浓度宽范围的检测有着迫切的需要，希望出现一种结构简单，容易控制，测量准确的新型液体浓度检测的系统。溶液浓度是根据溶质在溶液中的含量来计算的，在实际应用中由于溶质量的变化溶液浓度也发生改变。溶液浓度的测量方式分为直接测量和间接测量方式。直接提取溶液测定溶液中溶剂和溶质含量是最基本的方法，但由于提取溶液会影响到溶液的状态，不适宜应用于需要严格控制溶液状态的环境中；另一种是采用比重计测量溶液浓度的方法，主要依靠人工完成。这两种方法属于溶液浓度的直接测量方式。间接测量方式则是以溶液的特性为依据，如溶液的电导率大小来衡量溶液中溶质量的多少，但该方法只能应用于电解质溶液，限制了其测量范围。申请人:之前的发明专利申请201210009379. 3提供了一种用于测量溶液浓度的微波谐振腔传感器及测量系统，此种传感器及测量系统的测量原理是根据溶液的介电常数与溶质含量的关系而实现的，能够克服上述的不足，具有结构简单，适用范围广，可在线测量的优点，该专利申请主要给出了微波谐振腔传感器，而测量系统，只是给出了一种最基本的测量方式，其测量精度还有待提高。

发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于前述的微波谐振腔传感器溶液浓度测量、能够实现对溶液浓度精确和实时测量的测量系统。本发明的技术方案如下一种用于测量溶液浓度的测量系统，包括微波谐振腔传感器、检波器、压控振荡器、频率跟踪�？楹推德什饬磕？楹椭骺卮砟？椋龅奈⒉ㄐ痴袂淮衅靼诓可柚糜幸桓鲇糜谌菽纱馊芤旱募觳馔ǖ赖男痴袂唬谛痴袂坏牟啾谏峡栌旭詈峡祝隈詈峡状ι柚靡挥糜诖湮⒉ㄐ藕诺牟ǖ迹龅难箍卣竦雌髟谥骺卮砟？榈目刂葡虏牡髌敌藕欧治铰罚宦酚氡菊裥藕呕炱担钇敌藕牛涣硪宦返既氩ǖ迹ǖ即漶詈系叫痴袂唬痴袂坏姆瓷湫藕旁倬沸纹鹘爰觳ㄆ鳎杉觳ㄆ魇涑龅慕獾餍藕疟凰腿肫德矢倌？椋黄德矢倌？榘ǚ燃鹉？楹拖辔患鹉？椋燃鹉？槎约觳ㄆ魇涑龅慕獾餍藕诺姆冉屑穑卸闲痴袂皇欠翊锏叫痴褡刺浼鸾峁凰腿胫骺刂拼砟？椋幌辔患鹉？橛糜谂斜鸬髦菩藕藕徒獾餍藕诺南辔还叵担浼鸾峁凰腿胫骺卮砟？椋芍骺卮砟？樵谖创锏叫痴褡刺保菁鸾峁玫窖箍卣竦雌鞯脑夭ㄆ德视胄痴衿德实拇笮」叵担⒍匝箍卣竦雌鞯脑夭ㄆ德式械髡蛊溆胄痴袂坏男痴衿德氏嗟龋黄德什饬磕？椋靡圆饬炕炱灯魇涑霾钇敌藕诺钠德剩涫涑霰凰腿胫骺卮砟？椋芍骺卮砟？榈玫狡德势屏坑肴芤号ǘ鹊亩杂叵�。
作为优选实施方式，所述的幅度鉴别�？榘ㄒ来蜗嗔恼髀瞬�、放大器和第一比较器，放大器采用低噪声高精度运算放大器0P07，设置放大倍数为10倍，比较器I选用LM339，比较电压为2V ;所述的相位鉴别�？椋ǔ朔ㄆ�、低通滤波器和第二比较器，检波器输出的解调信号和调制信号被送入乘法器，乘法器的输出信号经过低通滤波器和第二比较器后输出数字信号。本发明用于测量溶液浓度的测量系统，具有以下的优点和积极效果I、本发明利用谐振腔微扰原理测量，可对较多类别的溶液进行测量，测量可靠性高，具有很好的实时性。2、本发明由于通过对溶液浓度变化前后的谐振腔谐振频率偏移的分析及处理，可以对被测溶液的浓度进行宽范围的检测。3、本发明由于传输的微波信号功率非常小,不超过500 V- W,远低于手机的福射功率，因此对被测物质及周围环境不会造成任何损害。4、本发明谐振腔�？榻峁辜虻ィ褂梅奖悖曰肪车囊蟮�。

下面结合附图对本发明作进一步描述。图I为谐振腔传感器的结构图。图2为本发明采用的系统结构框图。图3为本发明频率跟踪系统结构框图。图4为本发明主程序流程图。
具体实施例方式有关本发明采用的微波谐振腔传感器更详尽的内容，可以参见在先的专利申请201210009379. 3。现结合图I对该传感器进行简单说明，该传感器包括谐振腔3 ;在谐振腔3中部设置一玻璃管5，该玻璃管内部区域6用以放置被测溶液；在谐振腔3侧壁中心位置开有一圆孔1，谐振腔通过该圆孔与矩形波导耦合，进行微波信号的传输；定位螺钉4用于顶盖与腔体3固定。由微波源产生的微波信号经环形器导入波导，经波导传输耦合到谐振腔，谐振腔的反射信号经环形器导入检波器，经过外部的处理电路对谐振频率的跟踪和测量，就可以得到谐振频率和介电常数的关系。谐振腔的激励采用矩形波导TEltl波作为激励源，圆柱形谐振腔和矩形波导在波导终端通过小孔耦合，使矩形波导的宽边与谐振腔的轴线方向相平行，耦合小孔开在谐振腔的侧壁中心位置。在矩形波导的终端只有Hx分量，Hx分量与TEtlll模圆柱形谐振腔的Hz分量一致，所以这种耦合方式可以激励起TEtlll模。TEtlll模式与TM111模式是简并波型，在激励端口 TM111模的Hz分量为零，不能被激励。所以，采用这种激励方式抑制了 TM111模的产生。参见图2，谐振腔为工作在TEtlll模式的封闭反射式谐振腔，当腔内被测量溶液的浓度发生变化时，谐振腔的谐振频率发生偏移，VCO产生的调频信号经过定向耦合器分成两路一路进入混频器，与本振信号(由晶体振荡器产生的固定频率，其值等于微扰前的谐振频率)混频，产生差频信号(即差频信号频率等于调频信号频率与本振信号频率的差，也可称为中频信号)；另一路通过环形器导入波导，经波导传输耦合到谐振腔，谐振腔的反射信号(也可称为调幅信号)再经环形器进入检波器，检波器输出解调信号，频率跟踪�？楦萁獾餍藕藕偷髦菩藕诺墓叵悼刂芕CO输出调频信号的载波频率，使其始终与谐振腔的谐振频率相等。混频器的基准频率为谐振腔的谐振频率9. 6GHz,由混频器产生的差频信号为微扰前后的频率偏移，差频信号经过整形放大后经过频率测量系统测量其频率，最后通过数据处理就可以得到溶液的浓度。由于电磁波在液体中的损耗使谐振腔的品质因数下降，为使品质因数值达到设计要求，必须尽可能的减小电磁波辐射损耗和腔体内表面损耗。一方面以铜作为谐振腔的材料，两端封闭减小电磁波的泄露；另一方面要在谐振腔表面镀银，且使内表面光滑，减小导体的损耗。参见图3，频率跟踪�？榘ǚ燃鹉？楹拖辔患鹉？椋鹊募鹗峭ü髀瞬�、放大器和比较器I来实现的，相位的检测是通过乘法器、低通滤波和比较器2来实现的。整流滤波部分为精密全波整流，放大器采用低噪声高精度运算放大器0P07，设置放大倍数为10倍，比较器I选用LM339，比较电压为2V，只要两输入端电压信号差别IOmV输出状态就可以改变，比较器的输出通过与门转换为数字信号。当谐振腔谐振时，与门输出电压约为70mV，读入单片机为0 ;当谐振腔失谐时，与门输出电压为5V，读入单片机为1，单片机根据读入的数字信号判断谐振腔是否处于谐振状态。当谐振腔未谐振时，检波器输出的解调信号和调制信号通过乘法器，乘法器选用模拟乘法器MC1496，乘法器的输出信号经过低通滤波器和比较器2后输出数字信号，主控处理�？�(本发明采用AT89S52芯片)根据读入的数字信号判断载波频率与谐振频率的大小关系，进而增加或减小载波频率，使谐振腔达到谐振状态。D/A转换器型号为AD5530，基准电压为10V，其转换精度为10/(212-1)=0. 0024V,换算为VCO的输出频率变化为2. 4KHz, D/A转换器的输入信号由主控处理�？槭涑�。混频器为高电平双平衡混频器，放大整形部分为由555定时器构成的整形电路，频率测量�？椴捎玫染绕德什饬糠ǎ呒聿糠盅∮肍PGA芯片EP2C20和Verilog HDL语言实现。频率测量�？榈氖涑鍪萦芍骺卮砟？榉⑺涂刂菩藕舠el [I. . 0]分3次将24位频率值读入单片机，每次由单片机的PO 口读入8位数据。读完后由单片机给出CLR清零信号，使计数器清零，准备下次计数。本发明通过跟踪和测量谐振腔微扰前后的谐振频率偏移量，可以得到腔内介质的介电常数，由于当温度不变时，一定浓度溶液的介电常数是一定的，因此，通过主控处理程序就可得到介电常数对应的溶液浓度。
权利要求
1.一种用于测量溶液浓度的测量系统，包括微波谐振腔传感器、检波器、压控振荡器、频率跟踪模块和频率测量模块和主控处理�？椋龅奈⒉ㄐ痴袂淮衅靼诓可柚糜幸桓鲇糜谌菽纱馊芤旱募觳馔ǖ赖男痴袂唬谛痴袂坏牟啾谏峡栌旭詈峡祝隈詈峡状ι柚靡挥糜诖湮⒉ㄐ藕诺牟ǖ迹涮卣髟谟冢龅难箍卣竦雌髟谥骺卮砟？榈目刂葡虏牡髌敌藕欧治铰罚宦酚氡菊裥藕呕炱担钇敌藕牛涣硪宦返既氩ǖ迹ǖ即漶詈系叫痴袂唬痴袂坏姆瓷湫藕旁倬沸纹鹘爰觳ㄆ鳎杉觳ㄆ魇涑龅慕獾餍藕疟凰腿肫德矢倌？椋黄德矢倌？榘ǚ燃鹉？楹拖辔患鹉？椋燃鹉？槎约觳ㄆ魇涑龅慕獾餍藕诺姆冉屑穑卸闲痴袂皇欠翊锏叫痴褡刺浼鸾峁凰腿胫骺刂拼砟？椋幌辔患鹉？橛糜谂斜鸬髦菩藕藕徒獾餍藕诺南辔还叵担浼鸾峁凰腿胫骺卮砟？椋芍骺卮砟？樵谖创锏叫痴褡刺保菁鸾峁玫窖箍卣竦雌鞯脑夭ㄆ德视胄痴衿德实拇笮」叵担⒍匝箍卣竦雌鞯脑夭ㄆ德式械髡蛊溆胄痴袂坏男痴衿德氏嗟龋黄德什饬磕？椋靡圆饬炕炱灯魇涑霾钇敌藕诺钠德剩涫涑霰凰腿胫骺卮砟？椋芍骺卮砟？榈玫狡德势屏坑肴芤号ǘ鹊亩杂叵�。
2.根据权利要求I所述的用于测量溶液浓度的测量系统，其特征在于，所述的幅度鉴别�？榘ㄒ来蜗嗔恼髀瞬�、放大器和第一比较器，放大器采用低噪声高精度运算放大器0P07，设置放大倍数为10倍，比较器I选用LM339，比较电压为2V。
3.根据权利要求I所述的用于测量溶液浓度的测量系统，其特征在于，所述的相位鉴别�？椋ǔ朔ㄆ�、低通滤波器和第二比较器，检波器输出的解调信号和调制信号被送入乘法器，乘法器的输出信号经过低通滤波器和第二比较器后输出数字信号。
全文摘要
本发明属于溶液参数测试技术领域，涉及一种用于测量溶液浓度的测量系统，包括微波谐振腔传感器、检波器、压控振荡器、频率跟踪模块和频率测量模块和主控处理�？�。压控振荡器在主控处理�？榈目刂葡虏牡髌敌藕欧治铰罚宦酚氡菊裥藕呕炱担钇敌藕牛涣硪宦返既氩ǖ迹ǖ即漶詈系叫痴袂唬痴袂坏姆瓷湫藕旁倬沸纹鹘爰觳ㄆ鳎杉觳ㄆ魇涑龅慕獾餍藕疟凰腿肫德矢倌？椋黄德矢倌？榘ǚ燃鹉？楹拖辔患鹉？椋骺卮砟？槎匝箍卣竦雌鞯脑夭ㄆ德式锌刂疲黄德什饬磕？榈氖涑霰凰腿胫骺卮砟？椋芍骺卮砟？榈玫狡德势屏坑肴芤号ǘ鹊亩杂叵怠１痉⒚髂芄皇迪侄匀芤号ǘ染泛褪凳辈饬�。
文档编号G01N22/00GK102809572SQ20121028170
公开日2012年12月5日申请日期2012年8月8日优先权日2012年8月8日
发明者肖夏, 王洪军申请人:天津大学

亚星游戏官网-www.yaxin868.com

微扰法测量溶液浓度的测量系统的制作方法