元兴微波原理测量木块含水率实验—朱键组新.docx

（华东） 近代物理实验（2-2）研究型实验 开题报告 课题名称：微波法测量木块含水率 成 员：朱键 孙元兴 尹慧中 学 号：1309030321 1309030306 1309030316 研究意义： 木材含水率对木材的物理、力学性质有重要的影响，它是木材干燥过程中的重要参数，其对木材干燥过程中干燥速度的控制、对最终干燥后木材质量的参数等具有重要意义。例如：木材所有力学性质指标参数因其含水率的变化而发生很大变化。另外，木材含水率的研究价值广泛应用在商业建材中。 为什么有些木门、木地板、木制家具等木制品销售出去以后会出现开裂、变形等质量问题呢？怎样减少这些问题对木业企业的损失呢？ 木制品制作完成后，造型、材质都不会再改变，此时决定木制品内在质量的关键因素主要就是木材含水率和干燥应力。生产制造企业需要正确掌握木制品的含水率。当木制品使用时达到平衡含水率以后，这个时候的木材最不容易开裂变形。 销售木制品的经销商，通过对所销售的产品的含水率进行检测，掌握所销售产品的质量状态。选择产品质量好的厂家，凡是注重产品质量的生产厂家，都会对其产品的含水率进行检测。对于高素质的采购木制品的部门，很注重木制品的含水率指标。 木材置于一定的环境下，在足够长的时间后，其含水率会趋于一个平衡值，称为该环境的平衡含水率EMC。当木材含水率高于环境的平衡含水率时，木材会排湿收缩，反之会吸湿膨胀。因此，木材干燥要适当，并非越干越好。不同地区、不同用途，对木材含水率的要求也是不一样的。 木材是一种吸湿物质，湿材在空气中放置，会不断蒸发水分；干材在空气中放置，空气中的水分也会被木材吸收，蒸发和吸收水的速度最后相等，达到动态平衡状态，这时的含水率为平衡含水率。木材平衡含水率受大气湿度的影响，因地区而不同。北方为12%左右，南方为18%左右，华中约为16%左右。木材平衡含水率在生产上有很大的意义。家具、门窗、室内装修等用材的含水率，必须干燥到使用地区的平衡含水率以下，否则木制品会开裂和变形。 传统的对木材的烘干方法是烘干法： 烘干法就是将木材的含水率试片烘至全干来测其含水率的方法。用烘干法测量木材含水率比较准确可靠，而且不受含水率范围的限制。但测量时有机质很多易挥发,挥发的有机质被当做水,使测量值比实际值偏高，并需要相当长的时间。 而微波法测量含水率，不但数值准确可靠，不受含水率范围的限制，而且测量时有机质不会挥发，测得的含水率相当准确。还有一点好处就是测量时间快，不像烘干法那样需要一定的时间。另外微波法还有一些独特的优点:不接触、无损伤、连续、实时、灵敏度高;微波无毒害、不污染环境、便于维护、成本较低。 实验原理： 1.微波测湿原理 微波也是一种电磁波, 其波长在1 ～ 1 之间, 频率在300～ 300之间。电磁波在介质材料中传播时, 其传播常数, 可由材料的介电常数的特性来表示。在波导空间: 然而电磁波通过厚度为d 的介质材料时, 其衰减量和相移量分别为 由于水是强极性分子 , 在外加电场作用下, 将产生很强的取向极化, 与此同时还将产生位移极化。极化的结果将外加电场的能量转化成水分子的势能, 结果将从外电场获得的能量储存起来, 可以用复介电常数的实部ε′来表示。由于分子的运动有惰性, 取向极化运动相对于外电场的变化有一段时间上的滞后, 这就是驰豫现象。驰豫的宏观效果使水分子产生损耗, 这一损耗可以用复介电常数的虚部ε″来表示。 在外加电场作用下, 水的极化程度远大于其它物质。在微波波段, 水的复介电常数要随频率而变化。蒸馏水一种单纯的介质, 在任意微波频率的照射下, 它的复相对介电常数的实部和虚部分别表示为 式中, 和分别是水在极低频率和极高频率时的复相对介电常数的实部;τ代表驰豫时间。在频率为ω的正弦交变电场作用下, 电介质的极化驰豫现象通常可以近似的由德拜方程 在X 波段（8 - 12 GHz，波长范围37.50 - 25.00 mm）, 水的复相对介电常数约为ε′=60, ε″=30。水的介电常数比其它物质的介电常数大得多, 一般基质的ε′≈0.25, ε″≈0. 01。材料含有水份后, 它的相移和衰减将会明显增大。因此通过测量含水物质在微波场中的介电常数, 就能间接测得该物质的含水量的多少。 尽管如此, 但微波测湿往往不是测量复介电常数, 而是测量微波通过物料时的衰减常数、相移常数或相移量、谐振频率等来进行间接测量。水分子极化的宏观效果使微波电场能量发生衰减, 检测信号相对变小, 拾取表