專(zhuān)利名稱(chēng)：使用多頻微波確定材料模塊的水分含量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于確定材料模塊的水分含量的技術(shù)，尤其是涉及使用多頻微 波確定材料模塊的7k分含量的系統(tǒng)和相應(yīng)的方法。
背景技術(shù)：
很多不同種類(lèi)的自然存在的材料(例如煙葉、棉纖維、木材、咖啡豆、茶 葉)以及合成制造材料(例如合成制造纖維)用作各種不同鄉(xiāng)的成品(消費(fèi)品) 的制造中的主要原材料。這些種類(lèi)的原材料在用于制造過(guò)程之前必須被收集、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、并再次存儲(chǔ)。給定的制itil程典型地包括很多工序，首先是準(zhǔn)對(duì)處 理)原材料，然后使用準(zhǔn)備好的(經(jīng)處理的)材料形成實(shí)際的成品(消費(fèi)品)。這些工序很多娜于原材料的7k分含量。例如，如果水始量過(guò)高，原材料可能在 4頓前的存儲(chǔ)^/和運(yùn)輸過(guò)程中腐爛。如果7jC始量過(guò)低，原材料的處理和使用 可能是困難的。棉纖維是上面所列自然存在材料的一個(gè)例子，其水M量在商業(yè)(工業(yè))應(yīng) 用中是非常重要的。原棉是棉籽和纖維的混合物，它必須經(jīng)處理以將所需的棉 纖維和棉籽分離。軋棉機(jī)用于分離棉纖維和棉籽。軋棉機(jī)的高效操作包含控制 棉纖維的水分含量。如果棉纖維的水分含量太高，纖維將趨向于形成團(tuán)而在處 理中附著于軋棉機(jī)，并且在存儲(chǔ)中容易腐爛。如果棉纖維的水分含量太低，纖 維將易于產(chǎn)生靜電并附著在金屬表面。并且具有低水分含量的棉纖維不結(jié)實(shí)，更常斷裂。棉纖維的最適宜水分含量是大約6.5%到大約8%的范圍。然而，原 棉7K分含量的范圍可能從低于大約3%到大于大約20%。在軋棉機(jī)處理原棉時(shí)， 需要控制所分離的棉纖維的水船量以彌補(bǔ)原棉水將量的大變化。對(duì)由處理 (軋)原棉產(chǎn)生的分離棉纖維的水分含量的有效控制，需要準(zhǔn)確測(cè)量初始原棉以及棉纖維的7K分含量。這樣的觀懂可以4頓微波輻射來(lái)完成。典型地，微波輻lt源位于材料模i央 (例如以捆包或箱的形式)的一側(cè)，這些材料例如是未加工的或處理過(guò)的棉或煙草，并且天線位于材料模±央的另一相對(duì)側(cè)。輻針源波^M過(guò)該模塊的一部分， 并且由微波接收天線接收，然后該天線產(chǎn)生信號(hào)。該信號(hào)用于確定該部分模塊 的水分含量。與確定材料模塊水M量相關(guān)的一個(gè)現(xiàn)存的顯著問(wèn)題是，商業(yè)捆包的未加 工的或和處理過(guò)的材料模塊的尺寸和形式通常相對(duì)巨大且笨重。上面所列自然存在材料的類(lèi)型，例如原棉、煙草，典型地以龐大模i央(捆包或fl)方式進(jìn)行捆 包、存儲(chǔ)以及運(yùn)輸。模i^(捆包或勒可以達(dá)到大約3米寬、大約3米高、以及 大約6米長(zhǎng)，并且重量達(dá)到大約7000千克。這樣的材料模塊可能是分層的(例 如在捆包中)或者不分層的(例如在箱中)。通常在捆包中，這些材料層有些疏松， 盡管它們可以擠壓在一起并由金屬或塑料系帶捆綁。由于材料模塊通常巨大且 笨重的尺寸，其中的材料是分層的(捆包形式)或不分層的(箱的形式)，所以單次 觀懂齡模塊的水始量是不可行的。作為替代，如果頓測(cè)量材料模塊的一 部分測(cè)量7K船量，整個(gè)模塊的水分含量同樣不能從單次觀糧準(zhǔn)確地確定，這 是因?yàn)檎麄€(gè)模塊的水分含量可能在不同部分間以至少5%的比例變化。因而， 需要對(duì)整個(gè)材料模塊的對(duì)應(yīng)非常大量的部分進(jìn)行非常大量的水分含量測(cè)量，而不損壞該模塊的材料。存在有廣泛的用于確定材料模塊的水將量的現(xiàn)有技術(shù)啟示，敏中技術(shù)在 確定水分含量時(shí)的準(zhǔn)確度和再現(xiàn)性不同，并且對(duì)于材料模塊的商業(yè)(工業(yè))規(guī)模 操作和處理適用性不同。盡管如此，仍然存在對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)5爐的需要，以及 需要開(kāi)發(fā)新的技術(shù)用于確定材料模塊的7jC分含量。從而需要一種用于確定材料模塊的水分含量的系統(tǒng)和方法，并且這將具有 很大的優(yōu)勢(shì)。而且，需要這樣的發(fā)明，其基于多頻微波的利用，以特別高的準(zhǔn) 確度和特另搞的再現(xiàn)性確定材料模塊的水分含量，并且其易于適用于對(duì)材料模 塊進(jìn)行商業(yè)(工業(yè))規(guī)模的操作和處理。還需要這樣的發(fā)明，其適用于確定材料 模土央的水船量，適用于不同種類(lèi)的自然存在材料(例如煙葉、棉纖維、7|^才、 咖啡豆、茶葉)以及合成制造材料(例如合成制造纖維)，這些材料用作各種 不同鄉(xiāng)的成品(消費(fèi)品)的制造中的主要原材料。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及一種使用多頻微波確定材料模勤J^分含量的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明基于對(duì)多頻微波的利用，用于以特別高的準(zhǔn)確度和特別高的再現(xiàn)性確定材料 模塊的水分含量。本發(fā)明適用于確定材料模塊的水分含量，適用于不同類(lèi)型的 自然存在材料，例如煙葉、棉纖維、T^才、咖啡豆、茶葉，以及合成制造材料， 例如合成制造纖維，這些材料用作各種不同鄉(xiāng)的成品(消費(fèi)品)的制造中的主 要原材料。另外，本發(fā)明易于適用于材料模塊的商業(yè)(工業(yè))規(guī)模的操作和處理。 因而根據(jù)本發(fā)明，提供了一種使用多頻微波確定材料模塊水分含量的系 統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(a)多頻微波輻射源，適合于鄉(xiāng)由多頻微波構(gòu)成的微波輻射源波束，i繊射源的至少一部分位于模塊的一側(cè)；(b)位于模塊另一相對(duì)側(cè)的至少一個(gè)接收天線，適合于接收出射波束并且產(chǎn)生多頻微波天線信號(hào)，該出射波束是經(jīng)過(guò)從輻射源到接收天線的轉(zhuǎn)變后的源波束；(c)多頻衰減單元，適合于接 收第一部M線信號(hào)并且觀懂天線信號(hào)的衰減；(d)多頻相移確定器，適合于接 收一部分源波束和第二部欣線信號(hào)并且確定源波束和天線信號(hào)的相移，該多頻相移確定器包含(l)粗略多頻相移測(cè)量器，適合于確定源波束和幾信號(hào)的 粗略相移；和(ii)多頻相域確定器，適合于根據(jù)該衰 確定該粗略相移的相域 并且產(chǎn)生校正相移；以及(e)多頻j分確定器，適合于根據(jù)該校正相移和該衰減 確定該模塊的水分含量。根據(jù)下面所描述的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的進(jìn)一步特性，多頻衰減單皿一 步包含多頻衰減測(cè)量器，適舒測(cè)量纖信號(hào)的幅度、比較衰減和恒定幅度 參考信號(hào)的幅度、并且確定衰 線信號(hào)的幅度與恒定參考信號(hào)的幅度之間的 差；和多頻衰減器，適舒根據(jù)該差 天線信號(hào)進(jìn)行衰減。根據(jù)下面所描述的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的進(jìn)一步特性，多頻相域確定器進(jìn) 一步包含4頓經(jīng)驗(yàn)相域曲線來(lái)根據(jù)衰減確定相域。根據(jù)下面所描述的本發(fā)明伏選實(shí)施方式的進(jìn)一步特性，(a)多頻微波輻射源 進(jìn)一步包含(i)第一源織，適合于導(dǎo)弓l多頻微波的源波束穿過(guò)模塊的下部；(ii) 第二源天線，適合于導(dǎo)弓l多頻微波的源波束穿過(guò)模塊的上部；和(b)所述至少一 個(gè)接收天線是第一和第二多頻接收天線，并且接收天線包含開(kāi)關(guān)，當(dāng)?shù)谝辉刺?線導(dǎo)弓l源波束時(shí)第一接收天線產(chǎn)生天線信號(hào)，并且當(dāng)?shù)诙刺炀€導(dǎo)弓l源波束時(shí) 第二接收天線產(chǎn)生天線信號(hào)。根據(jù)下面所描述的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的進(jìn)一步特性，多頻微波輻lt源進(jìn) 一步包含電場(chǎng)定向器，該電場(chǎng)定向器適合于相對(duì)于模塊來(lái)確定源波束的電場(chǎng)方向，從而使得電場(chǎng)的方向部分決定衰減的幅度和相移的幅度。根據(jù)下面所描述的本發(fā)明im實(shí)施方式的進(jìn)一步特性，多頻水分確定器進(jìn)一步包含溫度傳感器，適合于確定模塊的溫度；模±央，輸入端，適合于輸 入模塊的類(lèi)型；和標(biāo)準(zhǔn)化器，適合于根據(jù)纟，、模i央類(lèi)型、校正相移和衰減來(lái) 確定水分含量。根據(jù)下面所描述的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的進(jìn)一步特性，系統(tǒng)進(jìn)一步包含傳送器，適合于在多頻微波輻射源和接收天線之間傳送模塊，從而進(jìn)行多個(gè)水分測(cè)量；和平均器，適合于平均多個(gè)水分測(cè)量。根據(jù)下面所描述的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的進(jìn)一步特性，該材料模塊的形式 是選自這樣的組，該組包括捆包(bale)和箱(case)。根據(jù)下面所描述的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的進(jìn)一步特性，該材料選自包括自 然存在材料和合成制造材料的組。根據(jù)下面所描述的本發(fā)明優(yōu)選實(shí) 式的進(jìn)一步特性，該自然存在材料選 自包括煙葉、棉纖維、木材、咖啡豆和茶葉的組。根據(jù)下面所描述的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的進(jìn)一步特性，該合成制造材料是 合成制造纖維。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種4頓多頻微波的用于確定材料模塊 7K分含量的方法，該方fe^括(a)由多頻微波輻射源發(fā)射由多頻微波構(gòu)成的微 波輻射源波束，i亥輻射源的至少一部分位于模塊的一側(cè)；(b)由位于模塊另一相 對(duì)側(cè)的至少一個(gè)接收天線接收出射波束并且產(chǎn)生多頻微波的天線信號(hào)，該出射 波束是經(jīng)過(guò)從輻射源到接收天線的轉(zhuǎn)變后的源波束；(C)由多頻衰減單元接收第 一部分天線信號(hào)并且測(cè)量天線信號(hào)的衰減；(d)由多頻相移確定器接收一部分源波束和第二部分天線信號(hào)并且確定源波束和天線信號(hào)的相移，該多頻相移確定器包括(i)粗略多頻相移測(cè)量器，用于確定源棘和天線信號(hào)的粗略相移；和(ii) 多頻相域確定器，用于根據(jù)衰減來(lái)確定粗略相移的相域并且產(chǎn)生校正相移；以 及(e)由多頻7JC分確定器根據(jù)校正相移和衰減來(lái)確定模i央7jC分含量。ffiil執(zhí)行步驟或程序、子步驟或子程序以實(shí)施本發(fā)明，實(shí)施方式選自包括 手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)及其結(jié)合的組，包含系統(tǒng)單元、系統(tǒng)子單元、器件、組 件、子組件、機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、部件、元件以及外圍設(shè)備、工具、附件和材料的使 用和操作，以選自包括手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)及其結(jié)合的組的方式。此外，依據(jù)用于實(shí)施所公開(kāi)發(fā)明 實(shí)施方式的實(shí)際步驟菊呈序、子步驟或子禾將、系 統(tǒng)單元、系統(tǒng)子單元、器件、組件、子組件、機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、部件、元件以及外圍設(shè)備、工具、附件和材料，il5^頓硬件、軟件、敏和其集成組合來(lái)執(zhí)行該 步驟^f呈序、子步驟或子程序，以及通過(guò)^ffi硬件、軟件、敏和其集成組合來(lái) 操作該系統(tǒng)單元、系統(tǒng)子單元、器件、組件、子組件、機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、部件、元 件以及外圍設(shè)備、工具、附件和材料。


這里通過(guò)例子的形式并參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。對(duì)于附圖的詳細(xì)參 考，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是M例子的形式進(jìn)行特定的顯示并且僅僅是為了對(duì)本發(fā)明的 優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行示例性描述，并且其呈現(xiàn)源于提供對(duì)于本發(fā)明原理的和概念 的方面的被認(rèn)為是最有用并且易于理解的描述。在這一點(diǎn)上，沒(méi)有試圖超越理 解本發(fā)明所必需的細(xì)節(jié)而顯示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，該描述結(jié)合附圖使本領(lǐng)域技 術(shù)人員明了，本發(fā)明的多種形式可以如何在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)。在附圖中.-圖l歸意圖，解釋了捆包形式的材料模塊的例子，其水始量通過(guò)實(shí)施本發(fā)明的系統(tǒng)和方法來(lái)確定；圖2^意圖，解釋了箱形式的材料模塊的例子，其水M量ilil實(shí)施本發(fā)明的系統(tǒng)和方法來(lái)確定；以及圖3是示意(椅圖，解釋了根據(jù)本發(fā)明的用于確定如圖1和2所示材料模 塊的7jC始量的系統(tǒng)的示例雌實(shí)施方式。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明涉及一種使用多頻微波確定材料模塊的7K分含量的系統(tǒng)和方法。本 發(fā)明基于對(duì)多頻微波的利用，用于以特別高的準(zhǔn)確度和特別高的再現(xiàn)性來(lái)確定 材料模塊的水分含量。本發(fā)明適用于確定材料模塊的水分含量，適用于例如煙 葉、棉纖維、^t才、咖啡豆和茶葉的各種不同類(lèi)型的天然存在的材料，以及例 如合成制造纖維的各種合成制造材料，這些材料用作各種不同類(lèi)型的成品(消費(fèi) 品)的制造中的主要原材料。此外，本發(fā)明易于適用于對(duì)材料模塊進(jìn)行商業(yè)(工 業(yè))規(guī)模的操作和處理。本發(fā)明使用多頻微波確定材料模塊水分含量的系統(tǒng)包括如下主要部件及其功能(a)多頻微波輻針源，適合于發(fā)射由多頻微波構(gòu)成的微波輻射源波束，該 輻針源的至少一部分位于模塊的一側(cè)；(b)位于模塊的另一相對(duì)側(cè)的至少一個(gè)接 收天線，適合于接收出射波束并且產(chǎn)生多頻微波天線信號(hào)，該出射波束是經(jīng)過(guò) 從輻射源到接收天線的轉(zhuǎn)變后的源波束；(C)多頻衰減單元，適舒接收第一部 欣線信號(hào)并且觀糧天線信號(hào)的衰減；(d)多頻相移確定器，適合于接收一部分 源波束以及第二部分天線信號(hào)，并且適合于確定源波束和天線信號(hào)的相移，該 多頻相移確定器包括(O粗略多頻相移測(cè)量器，適合于確定源波束和天線信號(hào) 的粗略相移；和(ii)多頻相域確定器，適舒根據(jù)該衰減來(lái)確定該粗略相移的相 域，并且適合于產(chǎn)生經(jīng)校正的相移；以及(e)多頻7k分確定器，適合于根據(jù)該校 正相移和該衰減來(lái)確定該模塊的水分含量。本發(fā)明使用多頻微波確定材料模i央7jC分含量的相應(yīng)方^&括如下主要步驟 ^!呈序以及部件及其功能(a)由多頻微波輻射源發(fā)射由多頻微波構(gòu)成的微波輻 針源波束，該輻針源的至少一部分位于模塊的一側(cè)；(b)由位于模塊另一相對(duì)側(cè) 的至少一個(gè)接收天線接收出射波束并且產(chǎn)生多頻微波天線信號(hào)，該出射波束是 經(jīng)過(guò)從輻射源到接收天線的轉(zhuǎn)^的源波束；(c)由多頻衰減單元接收第一部分 天線信號(hào)并且測(cè)量天線信號(hào)的衰減；(d)由多頻相移確定器接收一部分源波束和 第二部分天線信號(hào)，并且確定源波束和天線信號(hào)的相移，該多頻相移確定器包 括(i)粗略多頻相移測(cè)量器，用于確定源波束和天線信號(hào)的粗略相移；和(ii)多 頻相域確定器，用于根據(jù)該衰減確定該粗略相移的相域，并且產(chǎn)生經(jīng)校正的相 移；以及(e)由多頻7k分確定器根據(jù)該校正相移和該衰減來(lái)確定該模塊的水分含應(yīng)當(dāng)了解，本發(fā)明在應(yīng)用中不限于下面示意描述和附圖所說(shuō)明的一些細(xì) 節(jié)，如系統(tǒng)單元、系統(tǒng)子單元、器件、組件、子組件、機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)部件、元件、 構(gòu)造的鄉(xiāng)、組成、結(jié)構(gòu)、排列、順序和數(shù)量，以及系統(tǒng)的外圍設(shè)備、工具、 附件和材料，或者系統(tǒng)操作或方法的一些細(xì)節(jié)，如步驟織呈序的順序、次序、 數(shù)量，以及子步驟或子禾聘。從而，本發(fā)明可以有其它的實(shí)施例并且以多種方式實(shí)踐或?qū)嵤ｋm然可以 用與這里所示意性描述的那些等價(jià)或?qū)σ缘南到y(tǒng)單元、系統(tǒng)子單元、器件、組 件、子組件、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、部件、元件、構(gòu)造以及外圍設(shè)備、工具、附件和材 料、以及步驟或程序、子步驟或子程序來(lái)實(shí)踐或檢驗(yàn)本發(fā)明，這里示意性描述并舉例說(shuō)明了適合的系統(tǒng)單元、系統(tǒng)子單元、器件、組件、子組件、機(jī)構(gòu)、結(jié) 構(gòu)、部件、元件和構(gòu)造以及外圍設(shè)備、工具、附件和材料、以及步驟^f呈序、 子步驟或子程序。同樣應(yīng)當(dāng)了解，這里貫穿本公開(kāi)內(nèi)容所使用的技斜財(cái)斗學(xué)用語(yǔ)、術(shù)語(yǔ)、或 /和習(xí)語(yǔ)，具有如本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員一般理解的一致或者相似的含 意。這里貫穿本公開(kāi)內(nèi)容所采用的措詞、術(shù)語(yǔ)和表示，是出于描述的目的而不 應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是限定。此外，在上面背景技術(shù)部分所介紹的、定義的、描述的、衝 和示例的所有的技 財(cái)斗學(xué)的用語(yǔ)、術(shù)語(yǔ)、或和習(xí)語(yǔ)，同樣地或類(lèi)似地可以用 于本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的示例性描述、例子、和后附的權(quán)利要求中。另外，這里所用的術(shù)語(yǔ)"大約"是指相關(guān)數(shù)值的±10%。對(duì)于本發(fā)明的使用多頻微波確定材料模塊的水分含量的系統(tǒng)和方法，參考 下面的示例性描述和附圖可以更好地理解其細(xì)節(jié)，包括系統(tǒng)單元、系統(tǒng)子單元、 器件、組件、子組件、機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、部件、元件和構(gòu)造以及外圍設(shè)備、工具、 附件和材料、以及步驟或程序、子步驟或子程序，以及示例優(yōu)選實(shí)施方式、替 代tti&實(shí)M^式、具體構(gòu)造的操作和實(shí)施，及其附加和可選的方面、性質(zhì)、特 征。在下面對(duì)本發(fā)明的示例性描述中，包含充分理解以便"實(shí)現(xiàn)"所公開(kāi)發(fā)明 的利用和實(shí)施所需的主要的或首要的系統(tǒng)單元、系統(tǒng)子單元、器件、組件、子 組件、機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、部件、元件和構(gòu)造以及外圍設(shè)備、工具、附件和材料及其 功能，以及主要的或首要的步驟或程序、子步驟或子程序。因此，對(duì)于本領(lǐng)域 技術(shù)人員容易理解的、本發(fā)明所屬領(lǐng)域相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)*和技術(shù)文獻(xiàn)中可以獲 得的內(nèi)容，這里至多簡(jiǎn)要地說(shuō)明，這些內(nèi)容包括各種可能的預(yù)備的、中間的、 次要的、衝和可選的、系統(tǒng)單元、系統(tǒng)子單元、器件、組件、子組件、機(jī)構(gòu)、 結(jié)構(gòu)、部件、元件和構(gòu)造以及外圍設(shè)備、工具、附件和材料、*和其功能、或 /和步驟或程序、敏和子步驟或子程序。參見(jiàn)附圖，圖1和2是不同形式材料模塊的示意性示例，其水M量可以M5i執(zhí)行本發(fā)明來(lái)測(cè)量和確定。圖i示出了捆包12形式的材料?！姥雐o。捆包12由壓縮的材料層14構(gòu)成，可選擇用至少一個(gè)系帶15捆在一起。針系帶15 可以由塑料或金屬制成。層14可以是任何合成或有機(jī)材料，包括但不限于煙 草、棉花、紙、加工^#、茶葉和合成纖維。為了測(cè)量捆包12的水船量，捆包12可以分成至少一個(gè)、優(yōu)選為多個(gè)區(qū)域16，例如J-l的區(qū)域到J=N的區(qū) 域。各個(gè)第J個(gè)區(qū)域16包括至少一個(gè)測(cè)量點(diǎn)18， {雄多個(gè)測(cè)量點(diǎn)18。在每個(gè) 測(cè)量點(diǎn)18處確定該部分捆包12的水分含量。圖2顯示了箱20形式的材料模決10。箱20不同于捆包12，沒(méi)有限定的 層。然而，箱20也可以分為至少一個(gè)、4爐多個(gè)區(qū)域22，例如丁=1的區(qū)域到 T=N的區(qū)域。lH鄰，旨第T個(gè)區(qū)域22也可以再分為至少一個(gè)、優(yōu)選多個(gè)測(cè) 量點(diǎn)24。在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)24處確定該部^f昏20的水始量(見(jiàn)圖2下勒。圖3歸意(椅圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的示例優(yōu)選實(shí)施方式，這里 標(biāo)記為系統(tǒng)26，用于確定如圖1或2所示材料模塊的7KM量。系統(tǒng)26包含 多頻微波輻身中源28，示出在模塊10的一側(cè)。多頻微波輻身中源28 包含至少 一個(gè)源天線30，用于發(fā)射由多頻微波構(gòu)成的源波束32。多頻源波束32被引導(dǎo) 穿過(guò)模決10，并從模塊10穿出為出射波束34。出射波束34由至少一個(gè)接收 天線36接收。接收天線36位于基本上與源天線30相對(duì)的?！姥?0的一側(cè)。接收天線36接收出射波束34之后，接收天線36產(chǎn)生多頻微波天線信號(hào) 38。然后，信號(hào)38^A多頻衰減單元40。多頻衰減單元40包含多頻衰減測(cè) 量器42，其測(cè)量天線信號(hào)38的衰減。當(dāng)多頻源波束32會(huì)Si模塊10時(shí)，多頻 源波束32發(fā)生衰減。衰減的程度由多頻源波束32所遇到的元素質(zhì)量(elementaiy mass) (S卩材料模塊10的質(zhì)量)決定，并且由多頻源波束32所遇到的材料模 塊10的水M量決定。從而，多頻衰減測(cè)量器42實(shí)際上測(cè)量多頻源波束32 中各種多頻因經(jīng)過(guò)模塊10而衰減的程度。至少部分天線信號(hào)38 入到多頻相移確定器44，其在天線信號(hào)38所 魁寸的多頻中的每一個(gè)頻率處確定微波的相移。這些相移實(shí)際上是因多頻源波 束32經(jīng)過(guò)模塊10所造成的相移，從而每一個(gè)相移是源波束32所劃寸的給定 頻率的微波的相位與出射波束34中相應(yīng)微波的相位之間的差值。多頻中每一 頻率的微波的衰減^和相移P根據(jù)下面的等式1和2確定^ = 8.68(aL) 等式i其中A是模塊10的長(zhǎng)度，《是模塊10的衰減因子；以及尸=(〃-A) 等式2 其中和々。分別，于模i央10和空氣的相位因子。然后由多頻7K分確定器46利用天線信號(hào)38的衰減和相移來(lái)確定模塊10多頻水分確定器46使用下面的等式3-6來(lái)確定模塊10的水分含量。在這 些等式中，^競(jìng)減、尸是相移、『是水船量、A/是模塊10的元素質(zhì)量。 等式3和4積分得到等式5和6。從而計(jì)算出水M量『。<formula>formula see original document page 14</formula>為了提高測(cè)量和確定材料模塊10水分含量時(shí)的準(zhǔn)確度和再現(xiàn)性，可以對(duì) 系統(tǒng)26增加許多可選的特征。多頻衰減單元40優(yōu)選包含多頻衰減器48。多頻 衰減器48的功能是衰減由天線信號(hào)38所發(fā)送的多頻微波，使得天線信號(hào)38 變?yōu)榻?jīng)衰減的天線信號(hào)50。然后耦合器52將經(jīng)衰減的天線信號(hào)38分為兩部分。 第一部分衰M^線信號(hào)50 iSA到多頻相移確定器44。第二部分衰減天線信號(hào) 50 ,i"KA到多頻衰減測(cè)量器42。多頻衰減測(cè)量器42 確定衰^^線信 號(hào)50的多頻微波的幅度與恒定參考信號(hào)的對(duì)應(yīng)多頻微波的幅度之間的差值。 對(duì)應(yīng)幅度間的該差值確定了多頻衰減器48對(duì)天線信號(hào)38的衰繊呈度，使得對(duì) 天線信號(hào)38的衰減保持基本恒定。這種恒定性是多頻相移確定器44的恰當(dāng)工 作所需的，這將在下面描述。如上面所魁啲，多頻相移確定器44確定源波束32的多頻微波的相位與 出射波束34的相應(yīng)多頻微波的相位之間的差值或相移。多頻相移確定器44優(yōu) 選包含混頻器56，其輸出的信號(hào)正比于源波束32與出射被束34 (如天線信號(hào) 38所代表的)之間的相移。為了使混頻器56接收部分源波束32，多頻微波輻 針源28 j腿包含第二耦合器58，用于將源波束32分為兩部分。第一部分源波 束32如上所述那樣穿過(guò)模塊10。第二部分源波束32進(jìn)入混頻器56。多頻相移確定器44沿繼包含多頻信號(hào)相移測(cè)量器60。多頻信號(hào)相移確 定器60根據(jù)混頻器56的輸出信號(hào)來(lái)測(cè)量源波束32與出射波束34之間的相移。 為了獲得最準(zhǔn)確的7jC分含量測(cè)量，多頻相移測(cè)量器60可選地包含多個(gè)部件， 以補(bǔ)償多頻微波相移測(cè)量中的誤差。這些部f^含粗略多頻相移測(cè)量器62，其確定多頻微波的粗略相移。然后，多頻相域確定器64根據(jù)天線信號(hào)38的衰減 來(lái)確定每個(gè)粗略相移的相域并且產(chǎn)生校正相移。當(dāng)直接根據(jù)多頻源波束32和 多頻出射波束34 (如天線信號(hào)38所代表的)來(lái)測(cè)量時(shí)，每個(gè)相移僅可以在0 到2n之間變化。然而，正確的相移實(shí)際上位于2n(n-l)和2nn之間，可能是 0至lj 2 k ，但也可能是例如4 n至lj 6 n 。因此，必須確定相域或者說(shuō)n的數(shù)值。 禾IJ用經(jīng)驗(yàn)相域曲線皿行這種確定，該經(jīng)驗(yàn)相域曲線將多頻天線信號(hào)38的衰 減關(guān)聯(lián)到恰當(dāng)?shù)南嘤?。然后將正確的相移發(fā)送到多頻水分確定器46并被其使 用。為了使相移測(cè)量準(zhǔn)確，天線信號(hào)38的衰減必須保持基本恒定。否則，多 頻源波束32和天線信號(hào)38之間的比較會(huì)被天線信號(hào)38的衰MA為改變。如上面提到的， 一旦已經(jīng)測(cè)量相移和衰減，多頻7K分確定器46就確定材 料模塊10的水分含量。多頻水分確定器46 包含用于測(cè)量材料模塊10的 溫度的溫度傳感器66。模±央10的 優(yōu)選由?！姥?，輸入端68輸入到多頻水 分確定器46。模塊10的類(lèi)型由?！姥?0的材料和模塊10的形式(例如捆包12 或箱20)來(lái)確定。最后，多頻7K分確定器46伏選包含多頻標(biāo)準(zhǔn)化器70。多頻 標(biāo)準(zhǔn)化器70優(yōu)選包含對(duì)經(jīng)驗(yàn)函數(shù)72的使用。經(jīng)驗(yàn)函數(shù)72用于根據(jù)材料模i央10 的溫度、模決10的類(lèi)型、以及上面計(jì)算的衰減和相移來(lái)確定模塊10的水M上面的描述將材料模塊10 7jC分含量的測(cè)量作為單個(gè)水分測(cè)量皿行。然 而，4繼進(jìn)行多個(gè)這樣的觀懂并且由平均器74來(lái)平均。如上面參考圖1所示 意描述的，材料的捆包12可以分為多個(gè)區(qū)域16。 #區(qū)域16 再分為多個(gè) 測(cè)量點(diǎn)18。在齡測(cè)量點(diǎn)18處，根據(jù)上面的描述確定該部分捆包12的水船 量，從而進(jìn)行多個(gè)測(cè)量并由平均器74平均。對(duì)于箱20、區(qū)域22和測(cè)量點(diǎn)24 可以進(jìn)行對(duì)以的討論。然后優(yōu)選將這些平均測(cè)量與校準(zhǔn)曲線進(jìn)行比較，以獲得 材料模塊10的7jC分含量?？蛇x地，為了便于進(jìn)fi^樣的多個(gè)測(cè)量，系統(tǒng)26可 以包含傳送器，例如傳送帶(未示出)或貨車(chē)(未示出)，以在多頻微波輻射源28 和接收天線36之間傳送材料捆包12。可選地，多頻微波輻射源28還可以包含第二源天線76。同樣可iii也，系 統(tǒng)26還可以包含第二接收織78?？蒳ti也，振蕩器80控制第一開(kāi)關(guān)82和第 二開(kāi)關(guān)84。當(dāng)模±央10對(duì)于單次測(cè)量來(lái)說(shuō)過(guò)高時(shí)，這些可選的部件用于分兩部分或兩區(qū)^e測(cè)量材料模塊10的7jC始量。首先，振蕩器80翻轉(zhuǎn)第一開(kāi)關(guān)82， {蝶一源天線30導(dǎo)弓l多頻源波束32穿過(guò)模塊10的下部，^t!轉(zhuǎn)第二開(kāi)關(guān)84， ^m—接收天線36產(chǎn)生多頻1^波天線信號(hào)38。圖2顯示了這種特定的配置， 用于測(cè)量模塊10下部的水分含量。接下來(lái)，振蕩器80翻轉(zhuǎn)第一開(kāi)關(guān)82，使第 二源天線76導(dǎo)弓l多頻源波束32穿過(guò)模塊10的上部。振蕩器80還翻轉(zhuǎn)第二開(kāi) 關(guān)84，使第二接收天線78產(chǎn)生多頻微波天線信號(hào)38。于是測(cè)量了模塊10上 部的水分含量。多頻微波輻lt源28還可任選包含多個(gè)部件，用于通過(guò)操縱源波束32的電 場(chǎng)強(qiáng)度的方向而使水分含量測(cè)量的靈敏度最大化。多頻微波輻射、源28可以包 含電場(chǎng)定向器86。電場(chǎng)定向器86確定多頻源波束32的電場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)于模i央10 的方向，從而使得電場(chǎng)強(qiáng)度的方向部分地決定了多頻微波的衰減幅度和相移幅 度。如果模塊10具有層14(例如圖1所示，對(duì)于材f糊包)，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度基本 垂直于模塊10的層14時(shí)，獲得天線信號(hào)38的多頻微波的基本上最大的衰減 j和基本上最大的相移尸。當(dāng)電場(chǎng)^^基本平行于模塊10的層14時(shí)，獲得天 線信號(hào)38的多頻微波的基本上最小的衰減^和基本上最小的相移P。即使模 塊10沒(méi)有分層14，根據(jù)所測(cè)材料相對(duì)于電場(chǎng)強(qiáng)度的取向，改變電場(chǎng)強(qiáng)度的方 向仍會(huì)改^線信號(hào)38的多頻微波的衰減和相移。電場(chǎng)定向器86根據(jù)來(lái)自多 頻衰減測(cè)量器42的反饋來(lái)確定電場(chǎng)纟販的方向。這樣，如果天線信號(hào)38的衰 減小，電場(chǎng)定向器86可以改變電場(chǎng)強(qiáng)度的方向以補(bǔ)償這樣的效果。顯然，這 在銜K分觀糧的靈敏度和準(zhǔn)確度最大化方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，并且進(jìn)而利于確定 材料模塊10的水M量。如上面所示例描述和舉例說(shuō)明的，本發(fā)明具有多種有利的和有優(yōu)勢(shì)的方 面、特性和特征，其基于敏和源于上面所示例描述的新顆性和獨(dú)創(chuàng)性的主要方 面。本發(fā)明用于以特別高的準(zhǔn)確度和特別高的再現(xiàn)性確定材料模塊的水分含 量。而且，本發(fā)明易于適用于材料模塊的商業(yè)(工業(yè))規(guī)模的操作和處理。此外，本發(fā)明適用于確定各種不同類(lèi)型的合成的和自然存在的材料的材料模i央zKM量，如煙葉、棉纖維、木材、咖啡豆、茶葉，以及例如合成制造纖維的合成制 造材料，這些材料用作各種不同鄉(xiāng)的成品灘費(fèi)品)的制造中的主要原材料?；谏厦鎸?duì)新穎性和獨(dú)創(chuàng)性的說(shuō)明，以及有利的和有優(yōu)勢(shì)的方面、特性和 特征，本發(fā)明成功:t艘力于并且克服多種缺點(diǎn)柳艮制，并且擴(kuò)展了用于確定材料模i^^分含量的現(xiàn)有技術(shù)的范圍。應(yīng)當(dāng)理解，為了清楚起見(jiàn)而在不同的實(shí)施方式中描述的本發(fā)明的特定方面和特性，還可以組合在單個(gè)實(shí)施方式中。相反，為了簡(jiǎn)要起見(jiàn)而在單個(gè)實(shí)施方 式中描述的本發(fā)明的各種方面和特性，還可以獨(dú)立地提供或者以任何恰當(dāng)?shù)淖?集組合方式提供。雖然結(jié)合特定的實(shí)施方^S:其例子對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，顯然對(duì)于本領(lǐng)域 技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)有許多的替換、修改和變型。因此，意圖包括落入后附 權(quán)利要求范圍的所有這些替換、修改和z翅。
權(quán)利要求
1、一種使用多頻微波確定材料模塊的水分含量的系統(tǒng)，包括(a)多頻微波輻射源，適合于發(fā)射由多頻微波構(gòu)成的微波輻射源波束，所述輻射源的至少一部分位于模塊的一側(cè)；(b)位于模塊另一相對(duì)側(cè)的至少一個(gè)接收天線，適合于接收出射波束并且產(chǎn)生多頻微波天線信號(hào)，所述出射波束是經(jīng)過(guò)從所述輻射源到所述接收天線的轉(zhuǎn)變后的所述源波束；(c)多頻衰減單元，適合于接收第一部分所述天線信號(hào)并且測(cè)量所述天線信號(hào)的衰減；(d)多頻相移確定器，適合于接收一部分所述源波束和第二部分所述天線信號(hào)，并且確定所述源波束和所述天線信號(hào)的相移，所述多頻相移確定器包含(i)粗略多頻相移測(cè)量器，適合于確定所述源波束和所述天線信號(hào)的粗略相移；和(ii)多頻相域確定器，適合于根據(jù)所述衰減來(lái)確定所述粗略相移的相域，并且產(chǎn)生經(jīng)校正的相移；以及(e)多頻水分確定器，適合于根據(jù)所述校正相移和所述衰減來(lái)確定該模塊的水分含量。
2、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述多頻衰減單元進(jìn)一步包含.-多頻衰減測(cè)量器，適合于測(cè)量所述天線信號(hào)的幅度、比較所述衰減和恒定幅度參考信號(hào)的幅度、并且確定所皿W^信號(hào)的幅度與所述恒定參考信號(hào) 的所述幅度之間的差；和多頻衰減器，適M根據(jù)所述差，所述，信號(hào)進(jìn)行衰減。
3、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述多頻相域確定器進(jìn)一步包含使 用經(jīng)驗(yàn)相域曲線來(lái)根據(jù)所述衰減確定所述相域。
4、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中， (a)所述多頻微波輻針源進(jìn)一步包含(i) 第一源天線，適合于導(dǎo)引所述多頻微波的所述源波束穿過(guò)該模 塊的下部；(ii) 第二源天線，適合于導(dǎo)引所述多頻微波的所述源波束穿過(guò)該模塊的上部；和(b)所述至少一個(gè)接收天線是第一和第二接收天線，并且所述接收天線包 含開(kāi)關(guān)，當(dāng)所述第一源天線導(dǎo)弓斷述源波束時(shí)，所述第一接收天線產(chǎn)生所述天 線信號(hào)，并且當(dāng)所述第二源天線導(dǎo)引所述源波束時(shí)，所述第二接收天線產(chǎn)生所 述天線信號(hào)。
5、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述多頻微波輻射源進(jìn)一步包含電 場(chǎng)定向器，該電場(chǎng)定向器適合于相對(duì)于該模i^je確定所述源波束的電場(chǎng)方向， 使得所述電場(chǎng)的所述方向部分決定所述衰減的幅度和所述相移的幅度。
6、 如禾又利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多頻7jC分確定器進(jìn)一步包含 、皿傳感器，適合于確定該模塊的溫度；模士央鄉(xiāng)輸入端，適合于輸入該模塊的鄉(xiāng)；禾口標(biāo)準(zhǔn)化器，適合于根據(jù)所述溫度、所述模i央類(lèi)型、所述校正相移和所述衰 確定水分含量。
7、 如才又利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包含傳送器，適合于在所述多頻微波輻射源和所述接收天線之間傳送該模塊， 從而進(jìn)行多個(gè)水分測(cè)量；禾口平均器，適合于平均所述多個(gè)7k分測(cè)量。
8、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，該材料模塊魏自捆包和箱。
9、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該材料選自自然存在材料和合成制 造材料。
10、 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述自然存在材料選自煙葉、棉纖 維、木材、咖啡豆和茶葉。
11、 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述合成制造材料是合成制造纖維。
12、 一種{柳多頻微波來(lái)確定材料模塊的水始量的方法，包括(a) 由多頻微波輻射源劃寸由多頻微波構(gòu)成的微波輻射源波束，所述輻射源 的至少一部分位于模塊的一側(cè)；(b) 由位于模塊另一相對(duì)側(cè)的至少一個(gè)接收天線接收出射波束并且產(chǎn)生多 頻微波天線信號(hào)，所述出射波束是經(jīng)過(guò)從所述源天線到所述接收天線的轉(zhuǎn)變后 的所述源波束；(c) 由多頻衰減單元接收第一部分所述天線信號(hào)并且測(cè)量所述天線信號(hào)的衰(d) 由多頻相移確定器接收一部分所述源波束和第二部分所述天線信號(hào)并且確定所述源波束和所述天線信號(hào)的相移，所述多頻相移確定器包括(l)粗略多頻相移測(cè)量器，用于確定所述源波束和所述天線信號(hào)的 粗略相移；和(ii)多頻相域確定器，用于根據(jù)所述衰減確定所述粗略相移的相域， 并且產(chǎn)生經(jīng)校正的相移；以及(e) 由多頻水分確定器根據(jù)所述校正相移和所述衰減來(lái)確定該模塊水分含
13、 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述多頻衰減單繊一步包含 多頻衰減測(cè)量器，適合于測(cè)量所述天線信號(hào)的幅度、比^^ 述衰減和恒定幅度參考信號(hào)的幅度、并且確定所述衰 線信號(hào)的幅度與所述恒定參考信號(hào) 的所述幅度之間的差；和多頻衰減器，適合于根據(jù)所述差，所述天線信號(hào)進(jìn)行衰減。
14、 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述多頻相域確定器進(jìn)一步包含^ffl經(jīng)驗(yàn)相域曲線來(lái)根據(jù)所述衰減確定所述相域。
15、 如權(quán)禾腰求12所述的方法，其中(a) 所述多頻微波輻針源進(jìn)一步包含.-(i) 第一源天線，適合于導(dǎo)引所述多頻微波的所述源波束穿過(guò)該模 塊的下部；(ii) 第二源天線，適合于導(dǎo)弓l所述多頻微波的所述源波束穿過(guò)該模 塊的上部；和(b) 所述至少一個(gè)接收天線是第一和第二接收天線，并且所述接收天線包 含開(kāi)關(guān)，當(dāng)所述第一源天線導(dǎo)弓斷述源波束時(shí)，所述第一接收天線產(chǎn)生所述天 線信號(hào)，并且當(dāng)所述第二源天線導(dǎo)弓l所述源波束時(shí)，所述第二接收天線產(chǎn)生所 述天線信號(hào)。
16、 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述多頻微波輻針源進(jìn)一步包含 電場(chǎng)定向器，該電場(chǎng)定向器適合于相對(duì)于模塊確定所述源波束的電場(chǎng)方向，從 而所述電場(chǎng)的所述方向部分決定所述衰減的幅度和所述相移的幅度。
17、 如權(quán)禾腰求12所述的方法，其中，所述多頻7K分確定器進(jìn)一步包含、鵬傳感器，適合于確定該模塊的溫度； 模土央鄉(xiāng)輸入端，適合于輸入該模塊的鄉(xiāng)；禾口標(biāo)準(zhǔn)化器，適合于根據(jù)所述溫度、所述?！姥腩?lèi)型、所述校正相移和所述衰 確定水^量。
18、 如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包含由傳送器在所述多頻微波輻射源和所述接收天線之間傳送該模塊，從而進(jìn) 行多個(gè)水分測(cè)量；禾B由平均器平均所述多個(gè)7尺分測(cè)量。
19、 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，該材料模塊的形式是選自捆包和箱。
20、 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，該材料選自自然存在材料和合成 制造材料。
21、 如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述自然存在材料選自煙葉、棉 纖維、木材、咖啡豆和茶葉。
22、 如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述合成制造材料是合成制造纖維。
全文摘要
使用多頻微波確定材料模塊(10)的水分含量的系統(tǒng)和相應(yīng)方法，包含(a)多頻微波輻射源(28)，用于發(fā)射由多種頻率構(gòu)成的微波輻射源波束(32)，該輻射源(28)的至少一部分位于模塊(10)的一側(cè)；(b)位于模塊(10)另一相對(duì)側(cè)的接收天線(36)，用于接收出射波束(34)并且產(chǎn)生多頻微波天線信號(hào)(38)；(c)多頻衰減單元(40)，用于接收第一部分天線信號(hào)(38)并且測(cè)量天線信號(hào)(38)的衰減；(d)多頻相移確定器(44)，用于接收源波束(32)和第二部分天線信號(hào)(38)并且確定源波束(32)和天線信號(hào)(38)的相移；以及(e)多頻水分確定器(46)，用于根據(jù)校正相移和衰減來(lái)確定模塊(10)的水分含量。
文檔編號(hào)G01N22/04GK101315339SQ20071012884
公開(kāi)日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2007年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月28日
發(fā)明者A·格林沃德, D·S·莫舍, V·韋斯坦 申請(qǐng)人:邁康有限公司