本发明涉及微波传感，尤其是指一种基于微波传感器的多参数检测系统及方法。
背景技术：
1、微波传感器凭借其独特的微波传输特性，能够高效感知和精确测量物理世界的多种参数，具有响应速度快、检测距离远、抗干扰能力强等优点，在工业自动化、生物医疗、交通管理、环境监测等领域展现出巨大的应用潜力。
2、然而，随着科技的飞速发展和用户需求的日益多样化，对微波传感器系统的性能要求也在不断提高，尤其是在高精度、多信息维度的检测方面。当前，微波传感系统在实现这一目标时面临多重挑战：
3、第一，射频驱动电路的频率稳定性问题：传统微波传感器系统中的射频驱动电路存在频率稳定性不足的问题。射频信号的稳定性是确保传感器输出数据准确性和重复性的关键，频率的不稳定会直接影响测量结果的可靠性。
4、第二，环境因素的干扰：环境因素，特别是温湿度变化，会对微波传感系统的性能产生显著影响，导致频率漂移等问题。这种性能波动限制了传感器在高精度测量场景中的应用，降低了系统的实用性和可靠性。
5、第三，微波参数检测的局限性：传统微波传感器主要依赖微波的反射、透射或谐振特性进行单一参数的检测。然而，在复杂且多变的检测环境中，待测物可能同时影响微波信号的多个参数，单一参数的测量结果无法准确反映待测物信息。而现有技术缺乏有效的手段来同时准确区分和识别影响微波信号的多个参数，当多个参数对信号产生叠加影响时，难以分离各参数的影响，导致检测结果的不准确和信号间的相互干扰。
6、综上所述，尽管微波传感器具有显著的优势和广泛的应用前景，但在高精度、多参数检测方面仍面临诸多技术挑战。未来的研究和发展需要致力于解决上述问题，以提升微波传感系统的综合性能，满足更加复杂和多样化的应用场景需求。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于微波传感器的多参数检测系统，包括以下模块：
2、微波信号生成模块，所述微波信号生成模块生成指定频率和功率的初始微波信号；
3、射频前端控制模块，所述射频前端控制模块对所述初始微波信号进行放大、传输和匹配处理，得到处理后的微波信号；
4、传感器模块，所述传感器模块基于所述处理后的微波信号与被测物体或被测环境之间的相互作用，生成包含被测物体信息的感知信号；
5、多参数检测模块，所述多参数检测模块接收所述感知信号，并对所述感知信号进行解调，得到多个微波参数；
6、数字信号处理模块，所述数字信号处理模块对所述多个微波参数进行数据修正与计算，得到待测物质的状态参数；
7、系统控制模块，所述系统控制模块接收用户输入指令，并根据所述用户输入指令控制所述微波信号生成模块、所述射频前端控制模块、所述传感器模块、所述多参数检测模块和所述数字信号处理模块的工作状态。
8、在本发明的一个实施例中，所述传感器模块包括微波传感器和与所述多参数检测模块连接的温湿度传感器，通过所述微波传感器与待测物质之间的相互作用，对所述处理后的微波信号进行调制，得到被测物体的初始感知信号；所述温湿度传感器测量和监测环境中的温湿度数据，对所述初始感知信号进行温湿度补偿，得到最终的感知信号。
9、在本发明的一个实施例中，所述微波信号生成模块包括依次连接形成回路的鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器以及小数分频器；
10、其中，所述鉴频鉴相器比较外部晶振和由所述小数分频器处理后的输出信号之间的频率和相位差，输出一个控制信号；所述电荷泵基于所述控制信号，调整输出电流；所述环路滤波器用于滤除所述输出电流的高频噪声，积分相位误差信号，生成控制电压；所述压控振荡器接收所述控制电压，输出频率可调的微波信号；所述小数分频器将所述频率可调的微波信号分频至所述鉴频鉴相器可处理的频率范围，传输给所述鉴频鉴相器。
11、在本发明的一个实施例中，所述频率可调的微波信号进行功率放大后，得到功率放大后的微波信号作为所述微波传感器的驱动信号。
12、在本发明的一个实施例中，所述多参数检测模块包括依次连接的低噪声放大器、滤波器、相敏检波器和模数转换器；
13、其中，所述低噪声放大器对所述感知信号进行放大处理，所述滤波器去除经放大处理后的噪声，得到指定频率的感知信号；所述相敏检波器将所述指定频率的感知信号和参考微波信号之间的幅度差和相位差，并将幅度差和相位差转换为电信号；所述模数转换器将数据类型为模拟信号的所述电信号转换为数字电信号。
14、在本发明的一个实施例中，所述数字电信号包括幅值信号和相位信号，所述数字信号处理模块将所述幅值信号和所述相位信号按照所述温湿度数据进行温湿度校正，并且采集所述幅值信号为最小值时的频率点。
15、本发明还提供了一种基于微波传感器的多参数检测方法，利用所述的基于微波传感器的多参数检测系统实现，所述方法包括以下步骤：
16、s1：生成指定频率和功率的初始微波信号；
17、s2：对所述初始微波信号进行放大、传输和匹配处理，得到处理后的微波信号；
18、s3：基于所述处理后的微波信号与被测物体或被测环境之间的相互作用，生成包含被测物体信息的感知信号；
19、s4：基于所述感知信号，对所述感知信号进行解调，得到多个微波参数；
20、s5：对所述多个微波参数进行数据修正与计算，得到待测物质的状态参数。
21、在本发明的一个实施例中，s1中，生成指定频率和功率的初始微波信号的方法包括：
22、s11：比较外部晶振和分频处理后的输出信号之间的频率和相位差，输出一个控制信号；
23、s12：基于所述控制信号，调整输出电流；
24、s13：滤除所述输出电流的高频噪声，积分相位误差信号，生成控制电压；
25、s14：基于所述控制电压，输出频率可调的微波信号，调整所述频率可调的微波信号的频率，得到所述初始微波信号。
26、在本发明的一个实施例中，所述控制信号θd的计算方法为：
27、θd＝kd×(θref-θdiv)
28、其中，θd表示控制信号，θref表示参考信号，θdiv表示反馈信号，kd表示线性斜率；
29、所述输出电流id的计算方法为：
30、
31、其中，icp表示电流源输出恒定的电流，id表示输出的等效电流；
32、所述频率可调的微波信号θout的计算方法为：
33、
34、其中，kvco为压控振荡器的增益系数，其单位为rad/v/s，z(s)表示环路滤波器的等效阻抗。
35、在本发明的一个实施例中，得到待测物质的状态参数的方法包括：
36、s51：在微波传感器为空载状态下，生成预设频率范围内的微波信号；
37、s52：扫描所述预设频率范围内的微波信号的幅值和相位，构建空载状态下的频率-幅值图和频率-相位图，并对所述频率-幅值图和所述频率-相位图进行温度校正，并获取幅值最小时的频率点；
38、s53：将待测物质加入微波传感器中，构建负载状态下的频率-幅值图和频率-相位图，并获取幅值最小时的频率点；
39、s54：比较微波传感器在空载状态和负载状态下的频率-幅值图、频率-相位图和幅值最小时的频率点，得到频移、相移和幅值信息；
40、s55：基于频移、相移和幅值信息，确定待测物质的状态参数。
41、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
42、1、高精度与稳定性：微波信号生成模块能够产生高质量频谱特性和稳定性的微波信号，这确保了整个检测系统的基础信号质量，从而提高了后续检测过程的精度和稳定性。在进行多参数检测时，通过温湿度补偿、初始化校准、初始相位补偿等技术，提高了微波检测的抗环境噪声干扰能力，同时提高了微波检测的精确度。
43、2、多参数检测能力：该系统具备多参数检测能力，通过相敏检波器对所设计频率范围内微波传感器的幅值、相位和频率进行检测，与空载时比较得出相移、频移和幅值等多个微波参数。这种多参数检测不仅提高了系统的全面性，还使得检测结果更加丰富和准确，有助于更全面地了解被测物体的状态。
44、3、高效与实时性：高速射频前端控制模块和数字信号处理模块的集成，确保系统能够实时处理微波传感器收集的数据，并快速响应环境变化或目标参数变动，提高了检测效率，为实时监控和预警提供了有力支持。
45、4、智能化与自动化：系统控制模块通过接收用户输入的指令，实现了对整个检测过程的智能化和自动化控制。这不仅简化了操作流程，提高了检测效率，还减少了人为误差对检测结果的影响。数字信号处理模块具备数据处理和决策分析功能，可以自动对检测数据进行处理和分析，得出更准确的结论。
1.一种基于微波传感器的多参数检测系统，其特征在于，包括以下模块：
2.根据权利要求1所述的基于微波传感器的多参数检测系统，其特征在于：所述传感器模块包括微波传感器和与所述多参数检测模块连接的温湿度传感器，通过所述微波传感器与待测物质之间的相互作用，对所述处理后的微波信号进行调制，得到被测物体的初始感知信号；所述温湿度传感器测量和监测环境中的温湿度数据，对所述初始感知信号进行温湿度补偿，得到最终的感知信号。
3.根据权利要求2所述的基于微波传感器的多参数检测系统，其特征在于：所述微波信号生成模块包括依次连接形成回路的鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器以及小数分频器；
4.根据权利要求3所述的基于微波传感器的多参数检测系统，其特征在于：所述频率可调的微波信号进行功率放大后，得到功率放大后的微波信号作为所述微波传感器的驱动信号。
5.根据权利要求2所述的基于微波传感器的多参数检测系统，其特征在于：所述多参数检测模块包括依次连接的低噪声放大器、滤波器、相敏检波器和模数转换器；
6.根据权利要求5所述的基于微波传感器的多参数检测系统，其特征在于：所述数字电信号包括幅值信号和相位信号，所述数字信号处理模块将所述幅值信号和所述相位信号按照所述温湿度数据进行温湿度校正，并且采集所述幅值信号为最小值时的频率点。
7.一种基于微波传感器的多参数检测方法，其特征在于，利用如权利要求1～6所述的基于微波传感器的多参数检测系统实现，所述方法包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的基于微波传感器的多参数检测方法，其特征在于：s1中，生成指定频率和功率的初始微波信号的方法包括：
9.根据权利要求8所述的基于微波传感器的多参数检测方法，其特征在于：所述控制信号θd的计算方法为：
10.根据权利要求7所述的基于微波传感器的多参数检测方法，其特征在于：得到待测物质的状态参数的方法包括：
