分析仪器

　　微波消解仪专用测试系统解决方案

　　微波消解仪在生产过程中，需要对微波加热腔体内的能量分布进行测量，以确保微波有效、平均地作用于每个消解罐上。目前，尚无针对微波消解仪这样腔体内、大功率、实时热测的测试系统。本文所提出的微波消解仪专用测试系统解决方案，能够在全真的工作状态下，对其微波加热腔体进行实时的测试。利用与之相配套的专用软件，可以同步监测和实时分析，并能够为全部测试数据建立档案。

　　该系统可用于微波消解仪的研发、生产、维修和调试，对进一步改进设备性能、提高产品质量以及新产品的研发有重要作用。

　　1.主要功能

　　1) 专为微波消解仪设计，不同于通用的微波测试仪表;

　　2) 全真环境测试，与实际的工作状态无差别;

　　3) 先进的微波输能技术为消解罐内测量装置提供电能;

　　4) 实时热测，动态再现腔体内微波能量分布与变化;

　　5) 对数据进行后处理和分析，并建立测试数据档案;

　　6) 针对性强，操作简便，性能价格比高等。

　　2.系统组成

　　2.1.微波传感模块

　　微波传感模块放置于消解罐内，并在模块外包裹吸波材料外层和屏蔽内层，其中安放微波传感模块。该模块由以下各个部分和元器件组成。

　　1)全向2.4GHz天线：接收微波能量，供MPT自供电组件和功率检波使用。

　　2) 吸波材料外层：模拟消解罐内试样，减少屏蔽内层对腔体内微波能量的扰动。

　　3)屏蔽内层：抗大功率微波干扰，确保其中传感模块正常工作。

　　4)定向耦合器：主功率送往MPT自供电组件，向整个模块提供电能;耦合功率供功率检波测量使用。

　　5)MPT自供电组件，包括以下三部分元器件：

　　a)MPT整流阵列：将微波能量整流为脉动直流。

　　b)电源滤波器：滤除整流后电流中的波纹。

　　c)电源稳压器：向模块提供稳定的工作电压。

　　6)高精度衰减器：供测试仪器校准使用，且保证检波器工作在理想范围内。

　　7)大动态范围检波器：提供大动态范围的微波功率检测。

　　8)12bitA/D转换：将检波器输出信号转换为数字信号。

　　9)电子标签编码器：对A/D转换后的数字信号进行标记和编码，以便区别各消解罐中的微波传感模块，以及同时发送时不相互干扰。

　　10)光电转换与发射器：将编码后的电信号转换为光信号并发送至腔体内无线数传模块。光信号不受腔体内大功率微波的干扰。

　　2.2.无线数传模块

　　腔体内微波功率很大，电磁干扰非常强，不能采用无线电的方式传送微波传感模块的数据;另外消解罐也在转动，不可能采用有线的方式。因此，采用光无线数传的方式。消解罐中微波传感器将编码后的数据信号采用光调制并发射，由腔体内的光无线数传模块接收，解调后通过信号电缆传送到计算机中，进行实时的监测和分析。

　　2.3.实时监测分析子系统

　　实时监测分析子系统为计算机软件，通过串口接收无线数传模块发送的各个微波传感模块的实时测量数据。该软件包括以下几个主要模块：

　　1)测量校准算法模块：在系统工作前对系统进行校准。并将校准数据用于实时测量中，对实测数据进行即时校正，确保数据的准确性。

　　2)实时监测显示模块：提供友好的人机交互界面，能够直观的反映腔体内微波作用于各消解罐的情况，同时操作者能够方便的进行操作。

　　3)热测动态分析模块：对实时数据进行动态分析，并能够对数据进行后处理。

　　4)测试档案管理模块：为每次的测试数据与分析结果建立档案，提供分类、检索、备份等功能。

　　3.关键技术

　　消解罐内微波传感模块为本系统的关键，决定了系统的指标和性能。包括以下关键技术：

　　1) 消解罐仿真技术。装入微波传感器模块的消解罐与装有试样的消解罐对微波能量的反射与吸收不同，必须尽可能减少这种差异，才能确保测量的准确性。我们采用吸波材料仿真试样层，模拟装有试样的消解罐对微波场的影响，真实的再现腔体内场分布。

　　2) MPT与低功耗技术。MPT即微波能量传输(Microwave Power Transmission)，在微波传感模块中不再使用电池，一方面减少体积，实现模块微型化;另一方面便于系统的维护，调试后的模块不需再反复取出更换电池，保证了长期测试的一致性。

　　3) 抗干扰技术。在微波消解仪加热腔体中，微波能量场强度很多，不仅需要保护消解罐中的微波测试模块，同时还需该模块在这样的干扰下能够正常工作。在模块中，采用了吸波材料外层和屏蔽内层实现抗干扰;在数传模块中，采用了光无线收发方式实现抗干扰。

　　另外，微波传感模块中的元器件均需经过一致性筛选。这样作，虽然增加了成本，但提高了测量精度。