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）。