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谐振腔微扰测量法的系统研究与设计
资料介绍
微波测量技术是继超声波、红外线、激光和射线之后发展起来的一种新型无损检测技术,近年来在科技、经济及社会生活等方面都得到了广泛的应用。微扰法是微波在实际测量中普遍使用的一种方法,通过测量谐振频率的变化得到被测介质的一些参量,利用微波谐振腔作为传感器实现对物质非电量的测量。本文根据微扰测量原理、以测量葡萄糖溶液的浓度为例设计了谐振腔测量系统的整体方案,全面论述了系统的设计思想、硬件结构、程序实现和结果分析,测量系统以AT89C52单片机为控制和处理的核心,主要由谐振腔测量模块、谐振频率跟踪模块和等精度频率测量模块组成。
本文详细阐述了微扰法的测量原理,推导出谐振频率的偏移量与溶液浓度的关系式,设计了用于溶液浓度测量的微波谐振腔,在电磁仿真软件中仿真优化了腔体的结构尺寸和耦合结构,并对加载溶液后的谐振腔进行了数值仿真分析。分析得到了谐振腔对调频信号的响应规律,以此为依据设计了谐振频率的自动跟踪模块,并设计和分析跟踪模块的硬件电路,通过对解调信号的幅度和相位进行鉴别自动调整 D/A转换器的输出电压,使压控振荡器输出调频信号的载波频率始终等于谐振频率,跟踪精度达到 KHz。设计了对谐振频率偏移量进行测量的等精度频率测量模块,应用硬件描述语言完成了基于FPGA进行频率测量的软件设计、编译仿真和时序分析,频率测量的精度达到10-7,仿真得到了谐振频率的偏移量与溶液浓度的关系,验证了该测量方法的可行性。最后设计了系统的主程序,实现了单片机对整个测量系统的控制。
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