摘要
湿蒸汽的存在严重影响了汽轮机的安全运行和使用寿命，精确测量蒸汽的湿度，有助于为汽轮机的运行和改进提供参考依据。 论文中，首先分析了谐振腔作为湿度传感器的工作机理，从理论上确立了蒸汽湿度Y与谐振腔谐振频率偏移△f之间的数学关系;同时分析了温度T对谐振腔谐振频率偏移△f的影响。然后在介绍微扰单腔测湿系统的基础上，提出了双腔结构测湿系统，阐述了双腔系统的工作原理和流程，并分析了双谐振腔结构的优点。 以微波谐振腔为核心搭建了微波系统电路。完成了以MSP430F157为控制核心的功能模块电路设计，包括串口通信模块、谐振跟踪模块，数据采集处理模块等。谐振状态跟踪模块的设计基于电压跟踪方法，通过对检波器输出采样判断，单片机自动调整DA输出，控制VCO实时跟踪谐振腔的谐振状态，完成对系统的实时监测。数据处理中，采用冒泡法取代简单的均值法，有效的剔除了干扰数据，提高了数据的有效性和测量准确度。 完成了以EPM3256芯片为核心的CPLD频率测量模块设计，选取高精度恒误差测频法进行设计，利用QuartusⅡ进行了软件设计和仿真，并完成了模块测试，频率测量精度可达到了0.01％，满足湿度测量系统的要求。绘制了系统原理图和PCB板，并对设计进行了软硬件联调测试。 在实验室环境下，利用双腔测湿系统对实验室下空气湿度引起的频偏进行测量。分析测量数据知，温度变化1℃引起频偏170kHz，验证了温度对谐振频偏的影响;利用双腔测湿系统测出20.12℃时，实验室空气湿度引起的频偏为-3340576Hz，验证了双腔测湿系统设计的可行性。
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