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原文传递用于检测材料特性的传感器系统

专利名称：	用于检测材料特性的传感器系统
摘要：	一种材料特征传感器系统(40)，包括：传感器，包括波导；以及收发器(2)，用于发射连续波信号(389)以入射在待表征的材料(32)上，其中传感器是能够操作的，以接收从材料反射来的反射连续波信号(399)，其中使用由于材料与发射连续波信号相互作用引起的谐振频率差、振幅差或Q因子差中的至少一个来确定材料的特征。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	英国;GB
申请人：	赫瑞-瓦特大学
发明人：	马克·菲利普·伊夫·德穆利兹;苏曼特·库马尔·帕夫鲁里;乔治·古塞提斯
专利状态：	有效
申请日期：	2017-10-31T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-12T00:00:00+0800
申请号：	CN201780081886.9
公开号：	CN110446918A
代理机构：	广州华进联合专利商标代理有限公司
代理人：	刘培培;黄爱娇
分类号：	G01N22/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N22
申请人地址：	英国苏格兰
主权项：	1.一种材料特征传感器系统，包括：传感器，包括波导；以及收发器，用于发射连续波信号以入射在待表征的材料上，其中所述传感器是能够操作的，以接收从所述材料反射的反射连续波信号，其中使用由于所述材料与所述发射连续波信号相互作用引起的谐振频率差、振幅差或Q因子差中的至少一个来确定所述材料的特征。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述收发器设置为：将所述发射连续波信号与所述反射连续波信号组合；以及分析所得拍频信号(或IF信号)以确定所述材料的特征。 3.根据权利要求2所述的材料特征传感器系统，其特征在于，所述收发器设置为：通过将基于所述反射连续波信号的模拟测量曲线数字化来对所述拍频信号(或IF信号)进行采样；以及使用采样的拍频信号(或IF信号)的至少一个特征来确定所述材料的所述特征。 4.根据权利要求2或3所述的材料特征传感器系统，其特征在于，所述收发器包括混频器且收发器可设置为，通过以下方式获得通过所述混频器后的所述拍频信号或所述采样的IF信号：在所述连续波信号的整个扫描范围内以多个步长增加所述连续波信号的频率；将通过所述混频器后获得的所得IF信号数字化；以及在模数转换器(ADC)处对所述所得IF信号进行采样。 5.根据权利要求1、2、3或4所述的材料特征传感器系统，其特征在于，所述收发器设置为，分析所述所得IF信号的所得峰振幅和/或等效谐振频率和/或Q因子等效值，以确定所述材料的所述特征。 6.根据权利要求1至5所述的材料特征传感器系统，其特征在于，所述材料的所述特征为组成、密度、体积、湿度、水分含量、孔隙率、渗透率、尺寸、质量、表面粗糙度、表面位置、绝对位置、距离或其组合中的一个。 7.根据权利要求1所述的传感器系统，其特征在于，所述波导包括中空的末端敞开的主体，该主体用作用于发射和接收信号的导管。 8.根据权利要求7所述的传感器系统，其特征在于，所述主体具有第一端和与所述第一端相对的第二端，其中所述收发器定位为在所述第一端处邻近所述主体。 9.根据权利要求7或8所述的传感器系统，其特征在于，所述传感器系统还包括位于所述主体的所述第二端的信号可透过窗，其中所述信号可透过窗将所述主体的所述第二端封闭。 10.根据权利要求9所述的传感器系统，其特征在于，所述波导填充有介质或介电材料以产生谐振。 11.根据权利要求10所述的传感器系统，其特征在于，所述信号可透过窗是介电反射器，所述介电反射器是能够操作的，以通过增加其外表面之外或其内表面之下的电磁场的强度而形成感测场，所述介电反射器的厚度为至少λg/20，其中λg是所述介电反射器中的受激电磁波的波长，其中所述介电反射器由与所述波导中的介电材料不同的介电材料制成，其中所述介电反射器101导致在其外表面之外或在其内表面之下形成感测场，其中所述电磁场延伸到所述介电反射器之外，其中所述传感器设置为，容许以所述激发波长发射和接收信号的所述感测场，并且使得能够测量由于所述发射信号的材料相互作用而导致的所述接收信号的任何变化。 12.根据权利要求9至11中任一项所述的传感器系统，其特征在于，所述信号可透过窗适于插入到含有流体的主体中。 13.根据权利要求12所述的传感器系统，其特征在于，所述含有流体的主体为管道，并且所述流体正在流动。 14.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统，还包括围绕所述波导布置的聚集器。 15.根据权利要求14所述的传感器系统，其特征在于，所述聚集器为DBR(分布式布拉格反射)结构。 16.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统，其特征在于，所述收发器是能够操作的，以生成宽带微波信号、毫米波信号或RF(射频)频谱信号。 17.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统，其特征在于，所述收发器适于使所述传感器以远场模式工作。 18.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统，其特征在于，所述收发器适于使所述传感器以近场模式工作。 19.一种确定材料的特征的方法，所述方法包括：发射待入射在所述材料上的连续波信号；接收从所述材料反射来的反射连续波信号；以及利用由于所述材料与所述连续波信号的相互作用而导致的谐振频率差、振幅差或Q因子差中的至少一个来确定所述材料的特征。 20.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述确定例程还包括：通过将基于所述反射连续波信号的模拟测量曲线数字化来对IF信号进行采样；以及利用所述采样的IF信号的至少一个特征来确定所述材料的所述特征。 21.根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于，还包括：将所述连续波信号和所述反射连续波信号组合；以及分析所得拍频信号或所述采样的IF信号，以确定所述材料的所述特征。 22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述分析的例程包括通过以下方式获得通过所述混频器后的所述拍频信号或所述采样的IF信号：在所述连续波信号的整个扫描范围内以多个步长增加所述连续波信号的频率；将通过所述混频器后获得的所得IF信号数字化；以及在模数转换器(ADC)处对所述所得IF信号进行采样。 23.根据权利要求19至22所述的方法，其特征在于，还包括：分析所述所得IF信号的所得峰振幅601和/或等效谐振频率603和/或Q因子等效值，以确定所述材料的所述特征。 24.根据权利要求19至23中任一项所述的方法，其特征在于，所述材料的所述特征为组成、密度、体积、湿度、水分含量、孔隙率、渗透率、尺寸、质量、表面粗糙度、表面位置、绝对位置、距离或其组合中的一个。 25.一种用于确定材料的特征的系统，包括：根据权利要求1至18中任一项所述的材料特征传感器系统；控制板，适于控制连续波信号和反射连续波信号的发射和接收；以及处理器，适于实施根据权利要求19至24中任一项所述的方法。
所属类别：	发明专利