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原文传递一种基于时域反射法的便携式活立木含水率测量仪

专利名称：	一种基于时域反射法的便携式活立木含水率测量仪
摘要：	本发明公开一种基于时域反射法的便携式活立木含水率测量仪，包括TDR测试探头和同轴电缆，所述TDR测试探头的左端安装有同轴电缆，所述同轴电缆的底端设置在机体的顶端，所述同轴电缆的右侧且位于机体的顶端中部设置有红外探测器，所述机体的后端且靠近顶端位置处设置有液晶显示屏，所述液晶显示屏的下侧设置有按键，采用基于频差法的等效采样电路来提高采样率，从而提高系统的含水率测量精度，接着将脉冲发射电路、脉冲接收电路、数据处理与控制电路、开关电源电路、传输电缆和测试探针集成为一体，做成手持便携式仪器，最后是采用红外测温技术，精准测量活立木表皮温度，对含水率反演模型进行温度校准，消除温度对测量结果的影响。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	黑龙江;23
申请人：	东北林业大学
发明人：	赵黎明;徐华东;于宗辰;姜星宇;唐旭;国嘉兴;褚晓辉;贾浩男;甄宗霖;陈能志;秦瑞霞;魏解东
专利状态：	有效
申请日期：	2021-12-07T00:00:00+0800
发布日期：	2022-03-11T00:00:00+0800
申请号：	CN202111484866.0
公开号：	CN114166801A
代理机构：	北京卓岚智财知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	李景辉
分类号：	G01N21/49;G;G01;G01N;G01N21;G01N21/49
申请人地址：	150000 黑龙江省哈尔滨市香坊区和兴路26号
主权项：	1.一种基于时域反射法的便携式活立木含水率测量仪，包括TDR测试探头(1)和同轴电缆(2)，其特征在于：所述TDR测试探头(1)的左端安装有同轴电缆(2)，所述同轴电缆(2)的底端设置在机体(7)的顶端，所述同轴电缆(2)的右侧且位于机体(7)的顶端中部设置有红外探测器(3)，所述机体(7)的后端且靠近顶端位置处设置有液晶显示屏(4)，所述液晶显示屏(4)的下侧设置有按键(5)，所述按键(5)的下侧设置有旋钮(6)。 2.根据权利要求1所述的一种基于时域反射法的便携式活立木含水率测量仪，其特征在于：所述机体(7)内部包括充电电池、开关电源电路、键值识别模块、波形和结果显示模块、数据处理与控制电路、脉冲发射电路和脉冲接收电路，且脉冲发射电路和脉冲接收电路分别与TDR测试探头(1)电性连接；脉冲发射电路产生一个超快上升沿的周期方波，沿着射频通道一路传输到脉冲接收电路，另一路经过同轴电缆后传输到TDR测试探头(1)，工作时TDR测试探头(1)的探针插入活立木树干的边材中，根据传输线理论，射频电路阻抗不匹配处会发生反射，因此该周期方波在同轴电缆与TDR测试探头(1)连接处会发生第一次反射，在TDR测试探头(1)的探针尾端与活立木边材接触处发生第二次反射，两次反射的反射波由原来的射频通道传输回脉冲接收电路，两次反射的反射波与发射时的周期方波叠加就形成了周期性的阶梯状波形，由脉冲接收电路采集后送入数据处理与控制电路进行处理，计算出两次反射波之间的时间差，该时间差与活立木边材中含水率有一定的函数关系，经数据处理与控制电路处理后可以计算出含水率，并驱动液晶显示屏(4)显示出实时波形和与含水率相关的数据；脉冲发射电路可细分为数字脉冲合成电路、波形预处理电路和超快沿压缩电路，其中：数字脉冲合成电路由软件硬件混合设计，其中由FPGA编程实现的部分包括频率控制字I、相位累加器、相位寄存器、相位控制字、波形存储器，由硬件搭建实现的部分包括DAC、LPF、高速比较器，该电路为后级电路提供的频率可调的低抖动周期方波信号，脉冲接收电路中数字脉冲合成电路的后级电路为波形预处理电路；波形预处理电路由电平转换电路、差分转换电路、电平调理电路、幅度调理电路、边沿调理电路组成，该电路可将前级电路的周期方波信号的上升沿压缩为400ps，产生一个边沿预压缩信号，其后级电路为超快沿压缩电路；超快沿压缩电路由可控恒流源、电阻、阶跃恢复二极管、肖特基二极管、匹配电路组成，该电路可将前级电路上升沿为400ps的边沿预压缩信号压缩为一个上升沿为40ps的超快沿周期方波信号；脉冲接收电路可细分为数字脉冲合成电路和等效采样电路，其中：数字脉冲合成电路由软件硬件混合设计，其中由FPGA编程实现的部分包括频率控制字II、相位累加器、相位寄存器、相位控制字、波形存储器，由硬件搭建实现的部分包括DAC、LPF、高速比较器，该电路为后级电路提供的频率可调的低抖动周期方波信号，脉冲接收电路中数字脉冲合成电路的后级电路为波形预处理电路；等效采样电路由双极性脉冲产生电路、肖特基二极管桥式取样门、放大滤波电路、采样保持电路、ADC组成，前级的数字脉冲合成电路产生的周期方波经双极性脉冲产生电路后，产生一对极性相反、幅值相同、脉宽为150ps的对称周期脉冲，这一对双极性脉冲是为了开启肖特基二极管桥式取样门，从而对传输线传输进来的信号进行等效采样；数据处理与控制电路由FPGA和STM32系列单片机两个主控芯片电路、DAC电路组成，其中FPGA实现对脉冲发射电路、脉冲接收电路的控制、DAC等高速电路的控制，STM32系列单片机实现对数据的处理以及对人机交互接口、红外测温电路的控制；人机交互接口的硬件部分由键盘电路、LCD液晶显示屏、液晶驱动电路组成，STM32单片机搭载了Uc/OS-III系统实现人机交互，该单路实现波形显示界面功能和键盘操作功能；红外测温电路由红外探测器、放大器、ADC和DSP电路组成，该电路实现对活立木表皮温度的非接触式测量，将温度信息上传给STM32单片机对含水率反演模型进行温度校准。 3.根据权利要求1所述的一种基于时域反射法的便携式活立木含水率测量仪，其特征在于：所述TDR测试探头(1)由五十欧姆同轴电缆(2)和SMA转接头与脉冲接收电路连接，所述TDR测试探头(1)中间的针与同轴电缆(2)芯连接且两侧的针与同轴电缆(2)的屏蔽层连接，所述TDR测试探头(1)可由SMA转接头拆卸更换不同长度的探针。 4.根据权利要求1所述的一种基于时域反射法的便携式活立木含水率测量仪，其特征在于：所述同轴电缆(2)的外壁设置有保护层，所述同轴电缆(2)的截面形状为圆形。 5.根据权利要求1所述的一种基于时域反射法的便携式活立木含水率测量仪，其特征在于：所述红外探测器(3)是对活立木表皮温度的非接触式测量，所述红外探测器(3)是将温度信息上传给STM32单片机对含水率反演模型进行温度校准。 6.根据权利要求1所述的一种基于时域反射法的便携式活立木含水率测量仪，其特征在于：所述液晶显示屏(4)与内部主板电性连接，所述液晶显示屏(4)的拐角为曲面设置。 7.根据权利要求1所述的一种基于时域反射法的便携式活立木含水率测量仪，其特征在于：所述按键(5)的外壁设置有舒适套，所述按键(5)可向下按压三毫米。 8.根据权利要求1所述的一种基于时域反射法的便携式活立木含水率测量仪，其特征在于：所述旋钮(6)的截面形状为圆形，所述旋钮(6)的外壁设置有防滑条纹。 9.根据权利要求1所述的一种基于时域反射法的便携式活立木含水率测量仪，其特征在于：所述机体(7)的整体均通过注塑一体成型的方式制成，所述机体(7)的整体均由聚乙烯材料制成。
所属类别：	发明专利