專利名稱：用于檢測纖維材料中的如濕度、密度、或雜質(zhì)存在等特性的凹入微波諧振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于才企測纖維材料的至少一種特性的裝置；涉及該 裝置的諧振器；以及涉及用于生產(chǎn)圓柱形的煙草工業(yè)制品(特別是 香煙)并且包括這樣一種裝置的4幾器。
更確切地說，本發(fā)明涉及用于檢測纖維材料的至少一種特性的 裝置，并且該裝置包括； 一個通道，在^f吏用中沿著該通道在給定方 向上供給纖維材料；以及一個微波諧振器。該諧振器包括至少一 個由導(dǎo)電材料制成的本體；由該本體界定的至少一個腔；用于發(fā)射 微波信號的發(fā)射裝置；以及用于接收微波信號的接收裝置。并且， 上述腔至少包含第一介電材料。
這里，"纖維材料，，意指包含纖維的材料，并且優(yōu)選地選自包 _括煙草和醋酸纖維素的組。
這里，"纖維材料的特性"意指選自包括密度、濕度和雜質(zhì)的 組的4寺性。
背景技術(shù)：
US6452404描述了 一種用于測量煙草濕度的裝置，并且該裝置 包括一個具有軸向通孔的基本上圓柱形的微波諧振器。上述類型的^r測裝置具有相當(dāng)笨重的缺點，特別是當(dāng)諧振器的 使用頻率相對低時。在這種情形下，公知的諧振器是相當(dāng)笨重的， 基本上垂直于給定的方向。
當(dāng)對平行移動且分開較小距離的兩根香煙棒的煙草的濕度和/ 或密度進(jìn)行測量時，公知的相對笨重的諧振器是非常難以定位的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供用于檢測纖維材料的至少一種特性的 裝置，具有該裝置的諧振器，以及用于生產(chǎn)圓柱形的煙草工業(yè)制品 并且包括這樣一種裝置的機器；所有提供的這些至少部分地消除了 上述的缺點，同時〗更宜且容易實施。
根據(jù)本發(fā)明，提供了用于檢測纖維材料的至少一種特性的裝 置，具有該裝置的諧振器，以及用于生產(chǎn)圓柱形的煙草工業(yè)制品并 且包括這樣一種裝置的機器，如在所附獨立權(quán)利要求或者在直接或 間接地從屬于這些獨立權(quán)利要求的任一個權(quán)利要求中所述。


將參考附圖通過示例性的方式描述本發(fā)明的多個非限制性的 實施例，在附圖中
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的香煙制造機器的一部分的示意性主視 圖，其中為了簡明而除去了某些部件；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的濕度和/或密度檢測裝置的示意性立 體圖，其中為了簡明而除去了某些部件；
圖3示出了圖2的裝置的縱剖面；
8圖4示出了圖3的裝置的另一個實施例的縱剖面；
圖5示出了試驗數(shù)據(jù)曲線圖，其中x軸以GHz表示頻率，且y 軸表示功率測量；
圖6示出了試驗數(shù)據(jù)曲線圖，其中x軸以GHz表示頻率離差， 且y軸表示功率測量離差；
圖7示出了由試驗數(shù)據(jù)的線性插值法描繪的線條，所述試驗數(shù) 據(jù)是通過測量已知密度和濕度的煙草而獲得的；x軸表示AA/Ai的 比率，且y軸表示密度；
圖8示出了由圖1的裝置產(chǎn)生的孩吏波場的一個電分量(electric component)的試-驗4企測強度的示意圖9示出了由圖1的裝置產(chǎn)生的微波場的另一個電分量的試驗 -檢測強度的示意圖。
具體實施例方式
圖1示出了用于生產(chǎn)香煙的機器l的一部分。機器l包括用于 在給定的方向A上沿著通道P送進(jìn)香煙棒3 (即，用紙包裹的煙草 條)的傳送帶2，并且香煙棒經(jīng)過用于檢測香煙棒3中的煙草的密 度和/或濕度的檢測裝置4 (在圖1中示意性地示出)。
具體地參考圖2和圖3，裝置4包括用于測量煙草的密度和/ 或濕度的微波諧振器5，該微波諧振器產(chǎn)生具有給定幾何形狀的微 波場，并發(fā)射4企測信號。更確切地說，諧振器5包括連4妄到發(fā)生器 7的發(fā)射天線6和連接到處理器9的接收天線8。發(fā)射天線6和4妄收天線8與方向A交叉地i殳置，優(yōu)選地是與方 向A垂直設(shè)置，以實現(xiàn)對微波場的最佳發(fā)射和接收。
諧振器5包括由至少一種導(dǎo)電材料制成的本體10,具體地為 諸如鋼的金屬；及由本體10界定的腔11。腔ll包含至少一種介電 材料，這種材料是指導(dǎo)電性較差的材料，但是能夠相對地有效地維 持電場。介電材料的非限制實例包括空氣；液體、固體、泡沫、 或者凝膠體形式的聚合物材料(例如，聚乙烯、或聚胺基甲酸酯， 其可以呈現(xiàn)為固體或凝膠體或泡沫的形式)；有機液體(即，包含 >談化合物的液體)；以及真空。
如圖2和圖3所示，本體10基本上為圓柱環(huán)形(circular cylindrical annular shape)并且限定了一個管月空12，該管月空與本體 10基本上同軸并且至少局部地限定了一個通道13，在Y吏用中沿著 該通道送進(jìn)香煙棒3。
腔ll具有與方向A平行的L形截面，并且包括基本上與方 向A平4于的一個部分14;以及與方向A交叉(特別i也，基本上與 方向A垂直)的一個部分15。部分15具有連纟妄至部分14的一個 末端16;和與末端16相對并面向通道13的一個開放的末端17， 即沒有被導(dǎo)電材料界定。更確切地說，末端17由通道13劃界。在 優(yōu)選的實施例中，平4亍于方向A來測量末端17,其為0.5毫米至3 毫米長，更優(yōu)選地為1毫米長。
部分14和部分15分別為環(huán)形，且基本上4皮此同軸并與本體10 同軸。更確切地說，部分14和部分15分別為基本上圓柱形的。
本體10包括兩個半殼18和19，當(dāng)這兩個半殼結(jié)合的時候就限 定了腔ll。半殼18和半殼19是環(huán)形的并且由緊固件連接，具體地 為兩個螺4丁 (未示出)。
10諧振器5基本上是一個同軸諧振器，其中部分14作為短路傳 輸線路，而半殼18和19在部分15處限定了電容(capacitance)。
本體10包括壁24，該壁將部分14與通道13分隔開，并且 該壁具有一個端面25、和與端面25交叉且至少部分地限定通道13 的一夕卜表面26;以及壁27，該壁4立于部分14的與壁24相只寸一俯J 上并且具有一內(nèi)表面28。端面25部分地限定了部分15，且寬度(基 本上垂直于方向A進(jìn)行測量)大于或等于(優(yōu)選地大于)內(nèi)表面 28與外表面26之間的距離的一半(在部分15處平行于所述寬度測 量)。更確切地說，外表面26基本上平行于內(nèi)表面28,并且基本上 垂直于端面25;并且上述寬度和距離是相對于本體10的沿著管腔 12延伸的縱向軸線而徑向地測量。
諧振器5還包括由介電材料制成的分隔器(separator) 20,該 分隔器基本上為圓柱環(huán)形，并且基本上與本體10以及部分14和部 分15同軸。更確切地，說，分隔器20在末端17處容納于部分15內(nèi) 部，并且被塑造成基本上防止煙草顆粒進(jìn)入腔11中。優(yōu)選地，分 隔器20的介電材料的介電常數(shù)與腔11的部分14內(nèi)部的介電材料 的介電常H不同。在一個優(yōu)選的實施例中，腔11包含空氣；而分 隔器是聚乙烯。
在未示出的可替換的實施例中，月空11具有平4亍于方向A的T
形截面。
在可替換的實施例中，腔11包含〗氐壓空氣(即，低于大氣壓 力)，或者為真空。
圖8示意性地示出了由諧振器5產(chǎn)生的樣t波場的垂直于方向A 的電分量的強度；圖9示意性地示出了由諧振器5產(chǎn)生的微波場的 平行于方向A的電分量的強度；且較黑的區(qū)域指示了較大的強度。如圖8和圖9中所示，在腔11的部分15中和在部分15處的通道 13的部分中，微波場特別地強。場在部分15處的集中主要是由于 腔11的特別的幾何形狀，其與腔11中的介電材料的類型相反。
諧振器5(特別地為腔11 )的特定幾何元素(geometrical element) 允許孩i波場頻率的變化而沒有改變本體10的徑向尺寸。關(guān)于這一 點，重要的是注意到增加部分14的長度為減小微波場頻率作了 準(zhǔn)備，從而能夠獲得相對小的諧振器5,并且這也能夠用來對香煙 制造機器提供便利，其中兩個或者更多個平行的香煙棒3在香煙制 造才幾器上并排地前進(jìn)。
關(guān)于樣"皮場頻率的變化，上面涉及的端面25的寬度與內(nèi)表面 28與外表面26之間的距離之間的尺寸關(guān)系是特別地有利的。
在實際使用中，當(dāng)香煙棒3穿過裝置4時，諧振器5產(chǎn)生^f鼓波 場，該微波場被香煙棒3中的煙草干擾，則諧振器發(fā)出與千擾相關(guān) 的檢測信號。此時，處理器9將檢測信號與參考凄t據(jù)項進(jìn)行比哞交。 更確切地說，處理器9確定作為檢測信號的函數(shù)的檢測數(shù)據(jù)項，進(jìn) 而將該檢測數(shù)據(jù)項與參考數(shù)據(jù)項進(jìn)行比較。當(dāng)4企測信號與參考數(shù)據(jù) 項之間的差值超過一給定的臨界值時，就發(fā)出指示香煙棒3的缺陷 部分的誤差信號；在這種情形中，在裝置4下游并連接到處理器9 的一個廢料單元(圖中未示出)去除了香煙棒3的缺陷部分。
現(xiàn)在將具體地參照圖5和圖6更清楚地解釋諧4展器5和處理器 9的操作。諧振器5定期地執(zhí)行掃描(sweep )以使微波場中的微波 的頻率在1GHz與300GHz之間變化。孩t波的頻率優(yōu)選地在2Hz至 3GHz之間變化，以避免加熱在微波場中的煙草和/或任何生物組織。
圖5 (其中x軸表示孩丈波頻率，而y軸表示功率測量值)示出 了在微波場內(nèi)基本上沒有物體時獲得的參考信號的參考曲線CR。參考曲線cr的峰值在給定的參考頻率Ar赴，并且在中間峰值高度處 具有參考4展幅Br。
圖5還示出了各個檢測信號的響應(yīng)曲線Cj、 Cii、 Ciii。每個響應(yīng) 曲線均具有峰值檢測頻率Ai、及在中間峰值高度處的檢測振幅Bi， 這兩個數(shù)值取決于香煙棒3 —部分的濕度和密度。
在實際使用中，處理器9接收^r測信號并確定峰值;險測頻率 Ai和4企測4展幅Bp然后對它們進(jìn)^f于處理以將^r測信號與參考^:據(jù)項比較。
優(yōu)選地，處理器9確定峰值檢測頻率Ai與參考頻率AR之間的 第一偏差A(yù)"以及才企測l展幅Bi與參考振幅BR之間的第二偏差BA。 在這樣的情況下，根據(jù)以下的等式計算香煙棒3的檢測濕度
其中，(p與檢測濕度直接成比例。關(guān)于這一點，需要指出的是， 在示出了沿x軸的第一偏差A(yù)厶和沿y軸的第二偏差B^的試-驗曲線 圖(如圖6中所示)中，與香煙棒3的連續(xù)部分(濕度基本上相同) 的檢測信號相關(guān)的多個點基本上沿著相同的線分布。
在已經(jīng)計算了纟企測濕度的情況下，優(yōu)選地，處理器9確定煙草 的檢測密度，該密度為檢測濕度和第一偏差A(yù),或第二偏差B,的函 數(shù)。更確切地說，使用由預(yù)先根據(jù)實驗確定的多條曲線(具體地， 多條直線)T(圖7)計算密度，并且每條曲線在恒定的給定濕度(因 此為恒定的給定cp)下限定了作為比率A,/Ai的函數(shù)的密度圖 (pattern )(在圖7中以p指示)。此時，將檢測密度與參考密度比較；并且，當(dāng)檢測密度與參考 密度之間的差值超過臨界值時，發(fā)出一誤差信號。
可替換地，諧振器5和處理器9可以如以下文獻(xiàn)其中之一所述 的那樣的才喿作DE202005010375、 EP791823、 EP902277。
在圖4中所示的另一實施例中，諧振器5包括分離的、基本上 平4亍六面體形的兩個子單元21和22;并且每個子單元21、 22均包 括各自的本體IO，本體具有兩個導(dǎo)電材料的各自的半殼體18、 19， 且兩個半殼體18、 19界定了各自的腔11。
每個腔11均采用基本上不對稱的T形，并且包含為固體介電 材料(具體地，聚乙烯或聚氨基曱酸酯)的元件23。
在另外一個未示出的實施例中，每個腔11均是L形。
每個腔11均包括部分14和部分15，而本體10包括壁24， 該壁分隔部分14與通道13，并具有端面25、和與端面25交叉且 至少部分;也限定通道13的外表面26;以及壁27，該壁4立于部分14 的與壁24相對一側(cè)上并且具有內(nèi)表面28。端面25部分地限定部分 15,并且寬度(基本上垂直于方向A來測量)大于或等于(優(yōu)選地 大于)內(nèi)表面28與外表面26之間的距離的一半(在部分15處平 行于所述寬度來測量)。更確切地說，外表面26基本上平行于內(nèi)表 面28，并且基本上垂直于端面25;并且上述寬度和距離是相對于 本體10的沿著管腔12延伸的縱向軸線而徑向地測量。
在這種情形中，也可以通過簡單i也改變部分14的長度來改變
樣史波場頻率。
在未示出的可替換的實施例中，腔ll仫 f義包含空氣。在未示出的另外的實施例中，本體10 —體地形成，與包括兩
個半殼體的情形相反。
在未示出的可替換的實施例中，限定了腔11的本體10包括 第一導(dǎo)電材料，比如鋼；及第二導(dǎo)電材料，比如鋁或因瓦合金。例 如，本體10的半殼體18可以由第一導(dǎo)電材并牛制成，而半殼體19 由第二導(dǎo)電材料制成，或者半殼體18的一些部分可以由第一導(dǎo)電 材料制成，而半殼體19的一些部分由第二導(dǎo)電材料制成。
適當(dāng)?shù)剡x擇第 一和第二導(dǎo)電材料和/或由第 一或第二導(dǎo)電材料 制成的半殼體部分的位置將使金屬材料的本體10的熱膨脹最小化，
乂人而防止由本體io界定的"空ii的形a犬的改變。
盡管上面的描述涉及使用裝置4來檢測和測量煙草密度和/或 濕度，應(yīng)當(dāng)指出的是，本發(fā)明的教導(dǎo)也可以用來為確定其他類型的 纖維材料的至少一種特性才是供便利。例如，裝置4可以安裝在香煙 過濾嘴(filter)制造機器和/或雪茄制造機器中。
通過適當(dāng)?shù)靥幚?全測信號，本發(fā)明的教導(dǎo)也可以用于確定纖維 材料中的雜質(zhì)(例如，塑料和/或金屬顆粒)的存在和/或雜質(zhì)量。
權(quán)利要求
1. 一種用于檢測纖維材料的至少一種特性的裝置，包括通道(13)，在使用中、在給定的第一方向(A)上沿著所述通道供給所述纖維材料；以及微波諧振器(5)，所述諧振器(5)包括至少一個由至少第一導(dǎo)電材料制成的本體(10)、由所述本體(10)界定的至少一個腔(11)、用于發(fā)射微波信號的發(fā)射裝置(6)、及用于接收微波信號的接收裝置(8)；所述腔(11)至少包含第一介電材料；所述諧振器(5)至少部分地限定所述通道(13)；并且所述裝置(4)的特征在于，所述腔(11)包括基本上平行于所述給定的方向(A)縱向延伸的第一部分(14)、及從所述第一部分(14)延伸并與所述給定的方向(A)交叉的第二部分(15)；所述第二部分(15)具有連接至所述第一部分(14)的第一末端(16)、及與所述第一末端(16)相對且面向所述通道(13)的開放的第二末端(17)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第二部分(15 )基本上垂直于所述給定的方向(A)延伸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中，所述第二部分U5)由所述通道(13 )劃界。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的裝置，其中，所述腔(11 )具有平行于所述給定的方向(A)的L形截面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的裝置，其中，所述腔(11 )具有平4于于所述纟會定的方向(A)的T形截面。
6. 才艮據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的裝置，其中，所述第一介 電材料包括空氣。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述腔(11 )中的空氣的 壓力在1 atm以下。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的裝置，其中，所述第一介 電材料基本上是真空。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的裝置，其中，所述第一介 電材料基本上是聚乙烯。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的裝置，還包括由第二介 電材料制成的分隔器(20);所述分隔器(20)在所述第二末 端(17)處容納于所述第二部分(15)的內(nèi)部。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述分隔器(20)被設(shè) 計成基本上防止纖維材料顆粒進(jìn)入所述腔(11 )。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的裝置，其中，所述第二介電材料 具有與所述第一介電材料不同的介電常數(shù)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的裝置，其中，所述本體(IO)具有由第一導(dǎo)電材料制成的第一部分、及由第二導(dǎo)電材 料制成的第二部分。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的裝置，其中，所述諧振 器(5)是同軸諧振器。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的裝置，其中，所述諧振 器(5)包括短路傳輸線路和電容。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的裝置，其中，所述本體(IO)包括第一壁(24),所述第一壁將所述第一部分(14) 與所述通道(13 )分隔開，并且具有端面(25)和與所述端面(25)交叉并至少部分;也限定所述通道(13 )的外表面(26); 以及第二壁(27),所述第二壁位于所述第一部分(14)的與 所述第一壁(24)相對的一側(cè)上并具有內(nèi)表面(28);所述端 面(25)部分地限定所述第二部分(15)，并且基本上垂直于 所述給定的方向(A)而測得的所述端面的寬度大于或等于所 述內(nèi)表面(28)與所述外表面(26)之間的距離的一半，所述 距離在所述第二部分(15)處平行于所述寬度而測得。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，所述外表面(26)基本 上平行于所述內(nèi)表面(28 )，并且基本上垂直于所述端面(25 )。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中，所述本體(10)為圓柱 環(huán)形，并且限定了至少部分地限定所述通道(13 )的管腔(12); 所述寬度和所述距離相對于所述本體(10)的沿著所述管腔(12)延伸的縱向軸線而徑向地測量。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的裝置，其中，所述本體(10)為環(huán)形，并且限定了至少部分地限定所述通道(13 )的 管腔(12)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述本體(10)基本上為圓片主形。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的裝置，其中，所述腔(11 )的所 述第一部分(14)和第二部分(15)分別為環(huán)形。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，還包括由介電材料制成的分隔 器(20);所述分隔器(20)在所述第二末端(17)處容納于 所述第二部分(15 )的內(nèi)部，并且防止纖維材泮牛顆4立進(jìn)入所述 腔(11)中；并且所述分隔器呈環(huán)形。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的裝置，其中，所述第一部分(14) 和第二部分(15)以及所述分隔器(20)各自為圓柱形。
24. 根據(jù)權(quán)利要求19至23中任一項所述的裝置，其中，所述本體(10)包括兩個環(huán)形的半殼(18、 19)，當(dāng)所述兩個半殼組合 時就限定了所述腔。
25. 根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項所述的裝置，其中，所述諧振 器(5 )包括相互分隔開的第一子單元(21 )和第二子單元(22 ); 所述第一子單元(21 )包括由至少一種導(dǎo)電材料制成的第一本 體(10)、由所述第一本體(10)限定的第一腔(11 )、以及所 述發(fā)射裝置(6);而所述第二子單元(22)包括由至少一種導(dǎo) 電材料制成的第二本體(10)、由所述第二本體(10)限定的 第二腔(11 )、以及所述接收裝置(8 )。
26. 才艮據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中，所述第一本體和所述第 二本體(10)基本上均為平行六面體形。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的裝置，其中，所述第一腔和所述 第二腔(11 )均為T形。
28. 根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的裝置，其中，所述第一腔和所述 第二腔(11 )均為L形。
29. 根據(jù)權(quán)利要求1至28中任一項所述的裝置，還用于檢測纖維 材料，特別是煙草，的密度和/或濕度。
30. —種用于檢測纖維材料的至少一種特性的裝置，包括通道(13)，在使用中、在給定的第一方向(A)上沿著所述通道 供給所述纖維材料；以及微波諧振器(5),所述諧振器(5) 包括至少一個由導(dǎo)電材料制成的本體(10 )、由所述本體(10 ) 界定的至少一個腔(11 )、用于發(fā)射微波信號的發(fā)射裝置(6)、 及用于接收微波信號的接收裝置(8 );所述腔(11 )包含至少 一種介電材料；所述諧振器(5 )至少部分地限定所述通道(13 ); 并且所述裝置(4)的特征在于，所述介電材料選自包括空氣 和真空的組。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，還如同權(quán)利要求1至29中任一 項所限定的裝置。
32. 根據(jù)權(quán)利要求1至31中任一項所述的裝置，其中，所述發(fā)射 裝置(6)包括與所述給定的方向(A)交叉定向的發(fā)射天線(6)。
33. 根據(jù)權(quán)利要求1至32中任一項所述的裝置，其中，所述接收 裝置(8)包括與所述給定的方向(A)交叉定向的接收天線(8)。
34. —種微波諧振器，如同權(quán)利要求1至33中任一項所限定的微波諧振器。
35. —種用于生產(chǎn)圓柱形的煙草工業(yè)制品的才幾器，包括才艮據(jù)權(quán)利要 求1至33中任一項所述的裝置(4)。
全文摘要
一種用于檢測煙草的密度和/或濕度和/或雜質(zhì)存在的微波裝置(4)，該裝置(4)具有同軸的凹入諧振器(5)，該諧振器包括具有軸向通孔(13)的基本上圓柱形的金屬本體(10)，和在本體(10)內(nèi)部的L形腔(11)。諧振器的內(nèi)腔被抽空或用諸如空氣或聚合物的介電材料填充。
文檔編號A24C5/34GK101512328SQ200780032384
公開日2009年8月19日 申請日期2007年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月3日
發(fā)明者馬爾科·迪奧尼吉 申請人:吉第聯(lián)合股份公司