基于锁定放大的砂石含水量微波测试系统研究
| 混凝土的配制生产中，砂石的湿度——含水率直接影响实际的配合比。各种水泥与砂石料的配比中含水率的波动对混凝土的质量会产生很大的影响，因此希望得到一种能在生产线上随时跟踪测试建筑砂石的含水率，自动输入配料的电脑，根据当前砂石的含水率和体积，动态调整水泥量和水量多少，从而达到最佳的配比效果。 目前在国内用得最多的是放射性元素测量法和微波测量法。放射性测量法因放射性元素对人体损伤较大，又难以保存等很少被使用，传统的微波测量方法在使用过程中因使用时间过长而使系统不稳定，导致电路静态漂移、器件及环境噪声等，使测量结果不能满足测量精度的要求。因此有必要探索一条合理的测量方法。 1 微 波 测 量 的 特 点 及 测 量 原 理 微波测量建筑砂石含水量的原理是不同介质的介电常数不同，相同的介质不同的含水量其复介电常数也不相同，因此它们对微波的吸收率也不相同。利用微波吸收技术进行含水率的测量，就是依据建筑砂石较潮湿时的复介电常数比干燥时的复介电常数大，导致较潮湿时明显吸收更多的能量，传感器检测到系统发射的能量发生变化，为微波测量含水量提供了基础。另外微波测量技术还具有较好的穿透性，测量深度达120mm以上；且不受材料的颜色、温度、颗粒和盐分等污染的影响；综合精度达土0.25％，重复性0.1％。  2系统设计 系统设计原理图如图1所示。微波信号源产生的微波信号经隔离器和T型接头分两路传送至发送天线和AC放大器（1）。 电路中采用的T型接头是H面T形接头（并联T形）。 对于H面T形接头，如果两个同相波分别从共线臂的端口1和端口2输入，那么在端口3的输出波在相位上与输入波同相，振幅为两个输入波相加。相反，如果波从端口3输入，那么波分成相等的两个部分由端口1和端口2输出，其相位相同，振幅也相同。 H面T形接头在这里由端口3接收微波信号源经由隔离器传输来的微波信号，而由端口2传送到发射天线，由端口1经隔离器输向AC放大器（1）。输出端口1和端口2的信号振幅相等，相位相同。 喇叭发送天线接收由T形接头传送过来的微波信号，向砂石输送管道发射出去。为了得到方向性较好的波束，以使微波能量更加集中，将波导口扩张成喇叭形。 AC放大器（1）的输出一路送给参考信号产生电路，形成两路相位正交幅值相等的正弦参考信号输出，其同相输出端分别接两路正交矢量锁定放大器的同相LIA（锁定放大器）的参考输入端，正交输出分别接两路正交矢量锁定放大器的正交LIA的参考输入端；另外两路信号分别接正交矢量锁定放大器（1）的同相LIA和正交LIA的信号输入端。 接收天线接收到发射天线发射的微波。此微波通过砂石输送通道后，其振幅和相位都发生了变化，信号通过AC放大器（2）放大后分别送给正交矢量锁定放大器（2）的同相LIA（2）和正交LIA（2）的信号输入端。 两路正交矢量锁定放大器的输出，分别通过D/A转换后，送给计算机进行数据分析运算处理，得出所需的测试结果，并通过此结果进行相应的控制。 3数据分析和处理 设T型头的端门1和端口2的输出信号为：  对于第2路的信号，设微波信号通过砂石后的振幅衰减量为β，相角变化量为ψ，正交矢量锁定放大器（2）的信号输入幅值也衰减β，相位变化量也是ψ，则同理可得正交矢量锁定放大器（2）的同相LIA2输出为：   4结论 由于锁定放大器具有极强的抑制噪声的能力，锁定放大器的引人大大降低了系统噪声和外界干扰对测试系统的影响，极大的提高了测试精度，改善了测试系统的性能。 |
