微波消解儀在生產(chǎn)過程中，需要對微波加熱腔體內(nèi)的能量分布進行測量，以確保微波有效、平均地作用于每個消解罐上。目前，尚無針對微波消解儀這樣腔體內(nèi)、大功率、實時熱測的測試系統(tǒng)。本文所提出的微波消解儀專用測試系統(tǒng)解決方案，能夠在全真的工作狀態(tài)下，對其微波加熱腔體進行實時的測試。利用與之相配套的專用軟件，可以同步監(jiān)測和實時分析，并能夠為全部測試數(shù)據(jù)建立檔案。 該系統(tǒng)可用于微波消解儀的研發(fā)、生產(chǎn)、維修和調(diào)試，對進一步改進設(shè)備性能、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及新產(chǎn)品的研發(fā)有重要作用。 1.主要功能 1） 專為微波消解儀設(shè)計，不同于通用的微波測試儀表； 2） 全真環(huán)境測試，與實際的工作狀態(tài)無差別； 3） 先進的微波輸能技術(shù)為消解罐內(nèi)測量裝置提供電能； 4） 實時熱測，動態(tài)再現(xiàn)腔體內(nèi)微波能量分布與變化； 5） 對數(shù)據(jù)進行后處理和分析，并建立測試數(shù)據(jù)檔案； 6） 針對性強，操作簡便，性能價格比高等。 2.系統(tǒng)組成 2.1.微波傳感模塊 微波傳感模塊放置于消解罐內(nèi)，并在模塊外包裹吸波材料外層和屏蔽內(nèi)層，其中安放微波傳感模塊。該模塊由以下各個部分和元器件組成。 1）全向2.4GHz天線：接收微波能量，供MPT自供電組件和功率檢波使用。 2） 吸波材料外層：模擬消解罐內(nèi)試樣，減少屏蔽內(nèi)層對腔體內(nèi)微波能量的擾動。 3）屏蔽內(nèi)層：抗大功率微波干擾，確保其中傳感模塊正常工作。 4）定向耦合器：主功率送往MPT自供電組件，向整個模塊提供電能；耦合功率供功率檢波測量使用。 5）MPT自供電組件，包括以下三部分元器件： a）MPT整流陣列：將微波能量整流為脈動直流。 b）電源濾波器：濾除整流后電流中的波紋。 c）電源穩(wěn)壓器：向模塊提供穩(wěn)定的工作電壓。 6）高精度衰減器：供測試儀器校準使用，且保證檢波器工作在理想范圍內(nèi)。 7）大動態(tài)范圍檢波器：提供大動態(tài)范圍的微波功率檢測。 8）12bitA/D轉(zhuǎn)換：將檢波器輸出信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。 9）電子標簽編碼器：對A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進行標記和編碼，以便區(qū)別各消解罐中的微波傳感模塊，以及同時發(fā)送時不相互干擾。 10）光電轉(zhuǎn)換與發(fā)射器：將編碼后的電信號轉(zhuǎn)換為光信號并發(fā)送至腔體內(nèi)無線數(shù)傳模塊。光信號不受腔體內(nèi)大功率微波的干擾。 2.2.無線數(shù)傳模塊 腔體內(nèi)微波功率很大，電磁干擾非常強，不能采用無線電的方式傳送微波傳感模塊的數(shù)據(jù)；另外消解罐也在轉(zhuǎn)動，不可能采用有線的方式。因此，采用光無線數(shù)傳的方式。消解罐中微波傳感器將編碼后的數(shù)據(jù)信號采用光調(diào)制并發(fā)射，由腔體內(nèi)的光無線數(shù)傳模塊接收，解調(diào)后通過信號電纜傳送到計算機中，進行實時的監(jiān)測和分析。 2.3.實時監(jiān)測分析子系統(tǒng) 實時監(jiān)測分析子系統(tǒng)為計算機軟件，通過串口接收無線數(shù)傳模塊發(fā)送的各個微波傳感模塊的實時測量數(shù)據(jù)。該軟件包括以下幾個主要模塊： 1）測量校準算法模塊：在系統(tǒng)工作前對系統(tǒng)進行校準。并將校準數(shù)據(jù)用于實時測量中，對實測數(shù)據(jù)進行即時校正，確保數(shù)據(jù)的準確性。 2）實時監(jiān)測顯示模塊：提供友好的人機交互界面，能夠直觀的反映腔體內(nèi)微波作用于各消解罐的情況，同時操作者能夠方便的進行操作。 3）熱測動態(tài)分析模塊：對實時數(shù)據(jù)進行動態(tài)分析，并能夠?qū)?shù)據(jù)進行后處理。 4）測試檔案管理模塊：為每次的測試數(shù)據(jù)與分析結(jié)果建立檔案，提供分類、檢索、備份等功能。 3.關(guān)鍵技術(shù) 消解罐內(nèi)微波傳感模塊為本系統(tǒng)的關(guān)鍵，決定了系統(tǒng)的指標和性能。包括以下關(guān)鍵技術(shù)： 1） 消解罐仿真技術(shù)。裝入微波傳感器模塊的消解罐與裝有試樣的消解罐對微波能量的反射與吸收不同，必須盡可能減少這種差異，才能確保測量的準確性。我們采用吸波材料仿真試樣層，模擬裝有試樣的消解罐對微波場的影響，真實的再現(xiàn)腔體內(nèi)場分布。 2） MPT與低功耗技術(shù)。MPT即微波能量傳輸（Microwave Power Transmission），在微波傳感模塊中不再使用電池，一方面減少體積，實現(xiàn)模塊微型化；另一方面便于系統(tǒng)的維護，調(diào)試后的模塊不需再反復(fù)取出更換電池，保證了長期測試的一致性。 3） 抗干擾技術(shù)。在微波消解儀加熱腔體中，微波能量場強度很多，不僅需要保護消解罐中的微波測試模塊，同時還需該模塊在這樣的干擾下能夠正常工作。在模塊中，采用了吸波材料外層和屏蔽內(nèi)層實現(xiàn)抗干擾；在數(shù)傳模塊中，采用了光無線收發(fā)方式實現(xiàn)抗干擾。 另外，微波傳感模塊中的元器件均需經(jīng)過一致性篩選。這樣作，雖然增加了成本，但提高了測量精度。