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烟条密度的微波检测方法研究

作　者: 黄永杰
导　师: 毛钧杰
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 微波检测微波锁相环圆柱谐振腔谐振频率品质因数
分类号: TS47
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

微波检测技术是继超声波、激光、红外和射线等方法之后的一种新型无损检测技术,近年来取得了较大发展。烟条密度微波检测装置作为微波检测技术在卷烟工业的实际应用,主要装备在高速卷烟机组中,用于在线检测烟条的密度,从而实现对烟支重量的控制。本文基于微波谐振腔微扰原理,对烟条密度微波检测装置进行了设计、调试和试验。论文首先分析了介质密度与其介电常数的关系,介绍了几种常用的介电常数测量方法,论述了烟条密度的微波谐振腔微扰法检测原理。在此基础上,根据烟条密度微波检测装置的指标要求,提出了烟条密度微波检测装置的总体设计方案。论文接着对烟条密度微波检测装置的硬件和软件进行了设计。采用锁相环频率合成方法设计并制作了微波信号源,该信号源输出功率稳定、相位噪声低、频率切换速度快。设计了工作在TM010模式下的圆柱形谐振腔,利用ANSOFT HFSS软件进行了仿真,并进行了测试,试验表明:谐振腔的谐振频率和Q值与插入谐振腔的烟条密度密切相关,通过测量谐振腔的谐振频率和Q值可以反推出烟条密度密。采用射频对数检波器设计了功率检测电路,用于检测测试通道和参考通道的微波功率,从而测得微波谐振腔的谐振曲线。设计了基于Philips公司生产的ARM芯片LPC2214的处理和控制电路,完成了微波检测电压的A/D变换、谐振频率和Q值提取、烟条密度计算、输出D/A变换等工作。设计了微波谐振腔恒温电路,用于消除温度对微波传感器谐振频率的影响。论文还设计了调试软件,利用串口通信实现微波检测装置的在线调试、工作参数设置和监视等功能。论文最后完成了烟条密度微波检测装置离线和在线测试,测试结果表明,该微波检测装置性能良好,工作稳定,可替代原卷烟机使用的核扫描器,满足了设计要求。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
第一章绪论  12-17
  1.1 微波检测的特点和应用  12-13
    1.1.1 微波检测的特点  12-13
    1.1.2 微波检测的应用  13
  1.2 烟条密度检测的现状  13-15
  1.3 论文的主要工作及章节安排  15-17
第二章烟条密度的微波检测原理  17-30
  2.1 密度和介电常数的关系  17-21
    2.1.1 电介质的分类  17-18
    2.1.2 相对介电常数  18-19
    2.1.3 密度和介电常数的关系  19-21
  2.2 介电常数的常用测量方法  21-23
    2.2.1 材料介电特性的特点  21
    2.2.2 影响介电常数测量的因素  21
    2.2.3 介电常数的常用测量方法  21-23
  2.3 介电常数的谐振腔微扰测量法  23-29
    2.3.1 谐振腔的微扰理论  23-27
    2.3.2 谐振腔的谐振频率和Q 值的测量方法  27-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章烟条密度微波检测装置的硬件设计  30-68
  3.1 微波检测装置的总体方案  30-31
    3.1.1 设计指标  30-31
    3.1.2 设计方案  31
  3.2 微波信号源的设计  31-47
    3.2.1 锁相环原理[36]  32-38
    3.2.2 基于ADF4106 的锁相环设计  38-42
    3.2.3 功率输出电路的设计  42-44
    3.2.4 微波信号源测试  44-47
  3.3 微波谐振腔的设计  47-53
    3.3.1 微波谐振腔形状和工作模式的选择  47-49
    3.3.2 微波谐振腔的结构设计和电磁仿真  49-51
    3.3.3 微波谐振腔的实测结果  51-53
  3.4 功率检测电路的设计  53-57
    3.4.1 电路设计  53-54
    3.4.2 测试结果  54-57
  3.5 处理控制电路的设计  57-63
    3.5.1 处理控制系统的组成  57
    3.5.2 CPU 电路的设计  57-60
    3.5.3 输出电路的设计  60-63
  3.6 恒温电路的设计  63-65
    3.6.1 恒温电路工作原理  63-64
    3.6.2 恒温电路设计  64-65
  3.7 本章小结  65-68
第四章烟条密度微波检测装置的软件设计  68-76
  4.1 工作软件  68-70
  4.2 调试软件  70-75
  4.3 本章小结  75-76
第五章烟条密度微波检测装置的应用  76-81
  5.1 单只香烟离线测试结果  76-78
  5.2 微波检测装置在线测试结果  78-80
  5.3 本章小结  80-81
第六章结束语  81-84
  6.1 工作总结  81-83
  6.2 后续工作计划  83-84
致谢  84-85
参考文献  85-88
作者在学期间取得的学术成果  88

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