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UWB高价值中草药检测传感器

文献发布时间:2023-06-19 19:37:02


UWB高价值中草药检测传感器

技术领域

本发明涉及一种通过UWB微波信标形成的材料探测电路装置,用于对高价值中草药的类别与质量测量,装置采用特制微波天线与脉冲信标捕获电路,计算信标经过定向天线发射后,在另一个天线接收到的信标的时间差。这个时间差与微波传输路径的介质相关,且由于信标丢失与这个时间差存在指数关系,从而获得不同介质的特征数据值。

背景技术

中草药的检测包括农残、重金属等。而且中草药的药性与丰富的异类含量,在干燥的纤维背景中,呈现出均匀的电介质特性。在较致密结构的中草药中,其中对高频率电磁波的敏感性较高;

UWB是一种微波通信标准,使用微波的猝发通信方式,具有很强的穿透性。同时也具有极高的“测量”特性。这种测距使用节点之间的“测距编码”的通信波传送时间差、逻辑位置方式形成,包括TOF、DOA等多种测距方法。

发明内容

UWB微波传送过程的所需的时间,与通信路径上的“介质”相关。通过测量这个传送时间差可以区分出不同的“介质与材料”。UWB产生的测量“信标报文”(简称信标),在通过路径时产生的时延是可以知道的,通过测量这个时延可以测量出发出“信标”节点,与接收“信标”节点之间的距离。而这个信标的接收数量与“接收位置”反应了“介质特征(系数)”。实验分析证实,发出信标数量N与接收到信标数量M之间,在同一类介质时,这个比值是确定的,且称之为“介质特征系数μ”:

μ=M/N

在一个固定的容器中,充满中草药时,通过中草药的UWB信标存在固定的“μ值”。如图2所示:

图2中,UWB无线收发节点天线①与②在容器容器组成利用反射板⑦形成的测试路径,形成信标路径传输③(红黄线)的飞行时间测量,从而获得“介质特征系数值”。信标由UWB的物理层、逻辑层的标准电路④产生,并形成时间差的统计与计算电路⑤,产生数据的输出。其中容器⑥使用具有吸收微波的材料制作;

节点①与②由高增益定向天线组成。天线采用蝶型设计,由倒F型高频率GHzPCB天线组成。天线结构如图3所示:

天线的主要指向测试方向,形成测试通道;副方向完成二个节点的数据通信;

UWB的测试节点电路由802.15.4A协议确定,并由芯片DW1000组成信标电路。完成信标报文的收发与传输时间差测量值获取。这个时间差是由发送报文(简称信标)时间戳与接收报文时间戳,在如TOF算法下完成。当存在一个“固定的窗口”时,这个差值是稳定的。并完成计算输出介质特征系数μ;

中草药介质的可区分度与微波频率的中低段相关,通过控制A,B,C三个频带(表)可以较高的区分细叶、阔叶、细茎、切片、木质以及花果等。可区分μ值如下图表4所示。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明进一步说明:

图1 中草药UWB传感器框架示意图;

图2 UWB中草药“介质特征系数μ”原理框架;

图3 中草药测试定向天线示意图;

图4 控制A,B,C三个频带(表)。

技术分类

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