CN116136503A - Uwb水体重金属污染无线检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过对微波探测水体重金属电路。装置通过5GHz宽带微波的信号编码，对称形成无线接收矩阵，比较重金属水体的透射与空气中时间差的方法，探测重金属水体的污染方法。电路使用微波通信与微波通道链路对介质敏感的特点，设计电路拓扑，构成对重金属敏感的测试与数据采集过程，同时进行无线数据发送（感知）。电路功能由天线拓扑模块、UWB收发模块以及采集逻辑三个部分协作完成。

Description

UWB水体重金属污染无线检测仪

技术领域

本发明涉及一种通过对重金属水体无接触测量的传感电路设计，电路采用特定微波天线与天线拓扑电路，形成测量信道与通信（比较）信道的双比较，建立信道穿透水体形成的反射时间，形成对水体重金属含量的测量。

背景技术

UWB（Ultra Wide Band，UWB）技术是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽，是一种宽带脉冲无线通信，其中的传输过程形成的传感性，在重金属密度较高时，信号级衰减不影响通信，但数据信道传输的衰减特征具有数据特征，存在数据丢失率；传统化学测定、电离技术对水体重金属测试，均存实时性不好的问题，宽带电磁波在穿透水体时，会形成不同频谱的吸收，造成传送数据的缺陷，影响数据的完整性，导致基于数据的时间测量报文丢失，本发明使用TOF（Time of flight）技术的实时时差测量，是依据空间数据测试飞行时延的，通过对这种飞行报文缺陷形成的时延测量规律，开发出对水体重金属敏感的数据传感器，形成快速的水体金属污染测量。

发明内容

5GHz微波传输信道介质影响传播速度，受介常数的倒数公式可以获得。重金属水体对微波的反射明显，本发明利用微波通过水体形成的反射时间分布的测量，与正常空气中时间测量值比较，形成重金属水体的阈值判断；

如图所示：①为具有高指向性天线的发射节点，发送具有测量编码的UWB脉冲，天线②由二个到10个高指向性接收天线组成，用于接收水体中的反射信道数据，③为单节点接收天线节点，用于接收从空间传播的信号，发射节点通过发送16比特测量码，用于确定时间戳时间，天线为双向对称（偶极子天线），其中一面朝向测量水体，另一面指向接收节点③与远程数据中心（节点），用于读取数据⑦，其中④为空气介质中的信道数据传播区域，⑤为通过水体反射形成的数据（时间）区域，⑥为UWB节点（发射）上对双方的时间戳的计算，形成反射时间与空间直射时间的比值计算；

UWB的时间差计算电路，由测量编码电路、时间戳检测电路与计算时间差电路组成，用于形成对普通水（符合标准）与重金属水的差异区别，空间信道的传播时间为T0，反射最可几时间T，由定义μ值为二者之比，公式如下：

其中经验值为μ大于2.1时，水体异常，大于3时重金属含量高。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明进一步说明：

图1 重金属环境微波反射测试示意图

图2 UWB水体重金属污染无线检测电路框架

图3 天线传感器矩阵原理框架

图4 盒式天线分布示意图

图5 时间戳报文编码结构。

Claims (5)

1.一种UWB通信方式的重金属水体的污染测量电路，通过放置位置固定的多天线阵列，形成对称发射天线附近形成的对不同传输路径的信号接收，计算出不同路径下的时间比值电路，进行输出显示污染值μ。

2.根据权利要求1所述的重金属水体的污染测量电路，其特征是一个发射、多个接收天线阵列，测量不同路径的传输信号时间电路，显示这一时间值的比值电路，天线为具有确定边界电场密度偶极子天线；接收天线为定向接收的固定灵敏度天线。

3.根据权利要求1所述的放置位置固定的多天线阵列电路，其特征是包含发射的偶单极子。

4.根据权利要求1所述的计算不同路径下的时间比值电路，其特征是包含对解码后二个时间戳的时间计算与计算比值公式。

5.根据权利要求1所述的阵列天线布局，其特征是在于包含以下步骤：

1）发射击天线位于矩形测试盒内一边；

2）空间接收位于矩形测试盒另一边；

3）测试组天线阵列的最大接收方向位于测试盒侧面；

4）测试盒面向测试对象。

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