專(zhuān)利名稱(chēng)：用于微波的諧振器外殼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)定煙草加工工業(yè)煙卷?xiàng)l的至少一個(gè)特性的諧振器外殼。最后本發(fā)明還涉及將一種材料用于一個(gè)諧振外殼的一部分的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
關(guān)于煙草加工工業(yè)的煙卷?xiàng)l可以理解為由能冒煙的材料-例如煙絲、小雪茄煙草、雪茄煙草、或者其它的能冒煙的材料制成的有包封的和無(wú)包封的煙卷?xiàng)l。關(guān)于這個(gè)概念也可以理解為由過(guò)濾材料、例如醋酸纖維素或者紙制成的條。
為了測(cè)定煙卷?xiàng)l、特別是由一種香煙紙包封的煙絲制成的香煙條的質(zhì)量和/或濕度，例如EP 0 791 823 A2公開(kāi)了將煙卷?xiàng)l通過(guò)一種由金屬材料制成的測(cè)量室(以下稱(chēng)為“諧振器外殼”)的辦法，在該測(cè)量室中給煙卷?xiàng)l加載微波。當(dāng)煙卷?xiàng)l通過(guò)諧振器外殼、并當(dāng)例如諧振器室空著時(shí)，或者相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)值，所輸入的微波的特性數(shù)值發(fā)生變化，通過(guò)特殊的計(jì)算電路可以從這些數(shù)值變化中得出煙卷?xiàng)l的單位長(zhǎng)度的例如質(zhì)量和/或濕度。
DE 198 54 550 A1公開(kāi)了一種由金屬材料制成的諧振器外殼至少部分地由具有低熱膨脹系數(shù)的材料制成。熱膨脹系數(shù)α表示，當(dāng)材料加熱上升1開(kāi)爾文(K)時(shí)，材料膨脹了總長(zhǎng)度的多少分量。
規(guī)定包含約64％的鐵和約36％的鎳的合金為優(yōu)選的方案。這種合金，也稱(chēng)之為“殷鋼”(INVAR)，在室溫時(shí)其熱膨脹系數(shù)α為約10-6K-1。這意味著，一個(gè)在一個(gè)方向上其長(zhǎng)度為1米的所述材料的構(gòu)件當(dāng)溫度提高1開(kāi)爾文時(shí)膨脹1微米(10-6米)。金屬、例如鐵的典型的熱膨脹系數(shù)比殷鋼的熱膨脹系數(shù)大一個(gè)10倍。
為了繼續(xù)提高諧振器尺寸的穩(wěn)定性，在DE 198 54 550 A1中還說(shuō)明，諧振器外殼具有一個(gè)溫度調(diào)節(jié)裝置，該裝置保持它的工作溫度至少接近恒溫。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種具有高的測(cè)量精度和/或高的測(cè)量靈敏度的諧振器外殼。
這個(gè)任務(wù)的根據(jù)本發(fā)明的方案在于，所述諧振器外殼的主要決定諧振器的造型的部分至少部分地由非金屬材料制成。
所述外殼的主要決定諧振器造型的部分由平面地支承或者形成諧振器壁的部件構(gòu)成。那些把微波輸入和輸出諧振器的天線和必要時(shí)將天線與外殼以及與諧振壁絕緣而繞天線設(shè)置的絕緣環(huán)不屬于本發(fā)明意義的外殼。
為了和金屬材料劃界關(guān)于非金屬材料可以理解為特別的非金屬原材料，例如陶瓷、塑料、玻璃和玻璃陶瓷。這些原材料即使在例如通過(guò)添加或者摻合含有金屬原子的情況下也不稱(chēng)之為金屬材料，因?yàn)楹薪饘僭硬⑽促x于它們整體的金屬特性。然而，用非金屬原子、離子或者分子對(duì)原材料進(jìn)行添加當(dāng)然也可以產(chǎn)生一種能導(dǎo)電的非金屬材料。
應(yīng)按本發(fā)明的意義對(duì)一個(gè)諧振器外殼和一個(gè)諧振器加以區(qū)分。諧振器是一個(gè)空腔(諧振器室)，它至少部分地受到能導(dǎo)電材料的界定(諧振器壁)。輸入到諧振器室中的電磁波在導(dǎo)電的諧振器壁上被反射，并且可相應(yīng)于諧振器的與電磁波頻率有關(guān)的諧振特性有助益地(增強(qiáng)地)或者破壞地(削弱地)疊加起來(lái)。諧振對(duì)頻率的依賴(lài)性導(dǎo)致一個(gè)諧振特性曲線，該曲線的走向和諧振器室的造型有關(guān)、和諧振器壁使用的材料有關(guān)、還和諧振器室中的其它材料有關(guān)。
壁材料的導(dǎo)電能力越差，則對(duì)電磁波的反射越差，所形成的諧振則越弱。當(dāng)在諧振器室中存在材料時(shí)，一部分電磁波被吸收，這樣諧振同樣被削弱，或者諧振頻率發(fā)生偏移。此外，諧振器形狀的變化會(huì)造成諧振曲線的頻率走向發(fā)生變化。
與此相反，諧振器外殼則包圍著諧振器，確切地說(shuō)是包圍諧振器室，并且賦予它形狀。若諧振器外殼本身由一種能導(dǎo)電的材料制成，則該外殼的包圍著諧振器的內(nèi)壁可被視為屬于諧振器的諧振器壁看待，這正如下面詳細(xì)敘述的。
由于當(dāng)電磁波的頻率高時(shí)出現(xiàn)的集膚效應(yīng)使微波滲入到諧振器壁中只是幾個(gè)微米深。在這個(gè)幾微米的薄層之外的材料中，材料是否能導(dǎo)電對(duì)于在諧振器中的諧振的形成來(lái)說(shuō)并不重要。
根據(jù)制成諧振器外殼的材料的特性有意義的或者必要的是，用一種能很好導(dǎo)電的、并且特別是耐腐蝕的材料對(duì)諧振器外殼的包圍諧振器的內(nèi)表面進(jìn)行涂覆。在此情況下只有該涂層才能看作是諧振器壁。在這種情況中，諧振器外殼只是作為一個(gè)用于一個(gè)不自行支承的諧振器的支承外殼。
因?yàn)橐氲街C振器中的微波的諧振敏感地與諧振器室的形狀和大小有關(guān)，因此重要的是，不受環(huán)境、例如溫度影響地保持諧振器的形狀和尺寸恒定。
諧振器外殼的那些決定諧振器室的形狀的部分最好由具有低的膨脹系數(shù)的非金屬材料制成。這樣，諧振器室的尺寸和形狀也在很大程度上與環(huán)境溫度無(wú)關(guān)。這樣就保證了微波諧振器室的諧振特性曲線的振幅和形狀在很大程度上是恒定的，并且滿(mǎn)足了用于測(cè)量的一個(gè)恒定的標(biāo)準(zhǔn)尺度的要求。非金屬材料的熱膨脹系數(shù)最好在至少20℃至40℃的溫度范圍內(nèi)小于10-6K-1。
具有低的熱膨脹系數(shù)的合適的非金屬材料已公開(kāi)。例如值得一提的幾種專(zhuān)門(mén)的玻璃陶瓷和玻璃，它們的制造工藝是按照達(dá)到一個(gè)低的熱膨脹系數(shù)而進(jìn)行最佳化的。
Schott玻璃公司(Mainz)的玻璃陶瓷Zerodur在0℃到50℃溫度范圍內(nèi)的平均縱向熱膨脹系數(shù)為0±0.1·10-6K-1、或者更好，這意味著在制造公差為0.1·10-6K-1時(shí)達(dá)到(幾乎)零的熱膨脹。這種玻璃陶瓷的原材料是一個(gè)玻璃塊，在陶瓷化工序時(shí)對(duì)其加熱，并且受控制地重新進(jìn)行冷卻。在受控制的冷卻時(shí)除了玻璃典型的非晶形的玻璃相外還培育一種結(jié)晶相，該結(jié)晶相占該材料的重量百分比的70到78。這兩個(gè)相的熱膨脹系數(shù)彼此相反，也就是說(shuō)，在加熱該材料時(shí)一個(gè)相膨脹，而另一個(gè)相則收縮。在此材料中的這兩個(gè)相的重量分量是如此選擇的，即結(jié)晶相和非晶玻璃相的彼此相反的熱膨脹系數(shù)總的來(lái)說(shuō)抵消了，這樣就產(chǎn)生了(幾乎)為零的熱膨脹。該材料的機(jī)械特性和可加工性與玻璃的相當(dāng)。
Corning股份有限公司(紐約)的材料ULE是一種平均熱膨脹系數(shù)為0±0.03·10-6K-1的玻璃。在一種火焰水解方法中該材料分離在一個(gè)砂基質(zhì)上。在這種情況下石英玻璃基本上被揮發(fā)，并且所述火焰添加鈦離子。分離出來(lái)的基質(zhì)基本上是一種添加了鈦離子的玻璃。在這種情況中摻合鈦離子就是為了零膨脹。
并不限于根據(jù)本發(fā)明的材料，上述材料稱(chēng)之為有低熱膨脹系數(shù)的非金屬材料的代表。
對(duì)具有很低數(shù)值α的材料的熱膨脹系數(shù)的測(cè)量通過(guò)整體量具上的干涉測(cè)量法-例如錐體干涉測(cè)量法、平面干涉測(cè)量法、或者精密干涉測(cè)量法是合適的。這些例如在德國(guó)布倫瑞克聯(lián)邦物理技術(shù)研究院(Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Braunschweig，Deuschland)所使用的測(cè)量方法既適用于金屬材料，也適用于非金屬材料。
在一個(gè)有利的方案中規(guī)定，外殼的主要決定諧振器的造型的部分至少部分地由一種玻璃陶瓷制成。外殼的主要決定諧振器的造型的部分至少部分地由一種玻璃制成也是有利的。其中，關(guān)于玻璃陶瓷或者玻璃可以理解為如上述的具有特別低的熱膨脹系數(shù)的材料。通過(guò)使用具有一個(gè)如此低的熱膨脹系數(shù)的材料可以省卻必須設(shè)置的一種溫度調(diào)節(jié)裝置。在直到約40℃的室溫的工作溫度時(shí)保證諧振器幾何形狀符合測(cè)量精度要求的恒定。優(yōu)選地省卻了必須設(shè)置的一個(gè)溫度調(diào)節(jié)裝置。
在諧振器外殼設(shè)計(jì)的另一種改進(jìn)方案中規(guī)定，諧振器室具有對(duì)稱(chēng)的空心體的形狀。其中，為了產(chǎn)生盡可能均勻的微波諧振場(chǎng)，諧振器室至少成段地具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的空心體形狀，優(yōu)選地具有空心圓筒體形狀。特別是在沿測(cè)量物體的輸送方向校準(zhǔn)空心體的對(duì)稱(chēng)軸時(shí)可以如此達(dá)到一種諧振模態(tài)，即在測(cè)量物體的位置處該諧振模態(tài)具有一個(gè)特別大的場(chǎng)強(qiáng)。
該諧振器的形狀可以不同于一個(gè)空心體的精確形狀。然而一種至少接近對(duì)稱(chēng)的形狀、例如一個(gè)多邊形的形狀也是有利的。
諧振器外殼的一個(gè)有利的方案是，為了閉鎖諧振器外殼的內(nèi)室而包含一個(gè)閉鎖元件。該閉鎖元件最好根據(jù)工作可以取下和重新裝上，這樣，諧振器外殼的內(nèi)室可以進(jìn)行維修和清洗。
諧振器外殼的一個(gè)有利的方案是，諧振器外殼的界定諧振器的表面至少部分地用一種具有高導(dǎo)電能力的耐腐蝕材料進(jìn)行涂覆。這在幾種作為諧振器外殼的組成部分的非金屬材料中是有意義的，因?yàn)樵诟哳l的交變電磁場(chǎng)中、例如在打到材料的界面上的微波中，電磁波的反射通過(guò)出現(xiàn)集膚效應(yīng)而減弱。
為了補(bǔ)償這種效應(yīng)，應(yīng)用一種具有高導(dǎo)電能力的材料對(duì)諧振器內(nèi)室的表面進(jìn)行涂層。在本發(fā)明的構(gòu)思內(nèi)關(guān)于高導(dǎo)電能力可以理解為大約10·106S/m，或者更大的數(shù)值。具有高導(dǎo)電能力的材料例如是金(42·106S/m)、銅(60·106S/m)、和銀(63·106S/m)。
為了特別是以諧振器室的形狀和尺寸的穩(wěn)定性為前提的測(cè)量結(jié)果的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，涂覆材料的導(dǎo)電能力在時(shí)間的過(guò)程中不發(fā)生變化是有利的。為此規(guī)定，該材料為耐腐蝕的。
在一個(gè)特別優(yōu)選的方案中規(guī)定，用于涂覆的材料主要由金制成，或者至少含有金。同樣公開(kāi)了一些能導(dǎo)電的塑料，它們同樣具有高的耐腐蝕性。這些材料也可考慮用于涂覆。
還公開(kāi)了一些非金屬材料，它們能導(dǎo)電，或者通過(guò)攙雜變成能導(dǎo)電的。因此有利的是，所述非金屬材料是導(dǎo)電的。
為了使通過(guò)使用具有不同的熱膨脹系數(shù)的材料所造成的機(jī)械應(yīng)力保持得較小，諧振器外殼的一種優(yōu)選方案在于，該諧振器外殼基本上完全由非金屬材料制成。通過(guò)此項(xiàng)措施可以達(dá)到諧振器外殼的另一部分的熱膨脹或者收縮對(duì)諧振器的造型沒(méi)有影響。
此外，作為本發(fā)明基礎(chǔ)的任務(wù)是通過(guò)具有一種如上所述設(shè)計(jì)的諧振器外殼的測(cè)量設(shè)備來(lái)完成的。
為了無(wú)溫度控制地測(cè)定煙草加工工業(yè)的煙卷?xiàng)l的至少一個(gè)特性，諧振器外殼的主要決定諧振器造型的部分的至少一部分地使用了一種非金屬材料，該非金屬材料在20℃至40℃的溫度范圍內(nèi)具有小于10-6K-1的熱膨脹系數(shù)，作為本發(fā)明基礎(chǔ)的所述任務(wù)就是通過(guò)使用這種非金屬材料完成的。由上述材料制成的一個(gè)諧振器外殼在上述溫度范圍內(nèi)保證諧振器室的形狀和尺寸的穩(wěn)定性，從而保證了測(cè)量結(jié)果具有高的可重復(fù)性。
在本發(fā)明的另一有利方案中設(shè)置了一個(gè)包圍煙卷?xiàng)l的保護(hù)管。該保護(hù)管有利地至少部分地由一種塑料、特別是由聚芳基醚酮(PAEK)-基、例如由聚醚醚酮(PEEK)制成。根據(jù)本發(fā)明的保護(hù)管可在煙卷?xiàng)l的進(jìn)入?yún)^(qū)域擴(kuò)展開(kāi)。
為了防止微波的溢出，根據(jù)本發(fā)明所述諧振器外殼可以在內(nèi)室(諧振器室)之外向外地沿?zé)熅項(xiàng)l方向繼續(xù)擴(kuò)展。該諧振器外殼也可在諧振器室之內(nèi)向內(nèi)地沿?zé)熅項(xiàng)l方向繼續(xù)擴(kuò)展。本發(fā)明具有許多優(yōu)點(diǎn)由具有極端的、確切地說(shuō)具有很小熱膨脹系數(shù)的非金屬材料制成的諧振器外殼和諧振器室在溫度交變時(shí)很少改變它的形狀。其結(jié)果是該諧振器特性的恒定性很好，這對(duì)測(cè)量值測(cè)定的精度和恒定性是很有利的。
采用耐腐蝕材料例如金給諧振器室涂覆以防止腐蝕，并且防止由此所引起的諧振器特性的變化。由于這種涂覆材料具有良好的導(dǎo)電能力，這在很大程度上防止了由于所謂的集膚效應(yīng)所造成的負(fù)面影響。
根據(jù)本發(fā)明這種諧振器外殼特別適用于微波的輸送和將微波信號(hào)轉(zhuǎn)換為測(cè)量信號(hào)。


下面不局限于本發(fā)明的一般構(gòu)思地借助一個(gè)實(shí)施例并參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。此外關(guān)于所有在本文中未詳細(xì)討論的根據(jù)本發(fā)明的細(xì)節(jié)的公開(kāi)內(nèi)容請(qǐng)參考附圖。
該附圖示出圖1一個(gè)諧振器外殼的簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式
圖1表示一個(gè)部分被剖開(kāi)的沿箭頭方向5運(yùn)動(dòng)的煙卷?xiàng)l1。該煙卷?xiàng)l由一種由煙絲制成的填料2、一個(gè)由香煙紙制成的包皮3制成，該煙卷?xiàng)l穿過(guò)諧振器外殼4。為了測(cè)定填料2的至少一個(gè)特性、例如質(zhì)量或濕度，將微波輸送給該諧振器外殼。該諧振器外殼具有一個(gè)空心圓筒體6形狀的空心體，它的內(nèi)室(諧振器室7)對(duì)于煙卷?xiàng)l1對(duì)稱(chēng)地設(shè)置。在該內(nèi)室上擰緊一個(gè)用于閉鎖的蓋板8。無(wú)論是空心圓筒體6還是蓋板8都是由具有一個(gè)很低的熱膨脹系數(shù)的非金屬材料制成，例如一種玻璃或者一種玻璃陶瓷。至少空心圓筒體6應(yīng)由具有非常低的熱膨脹系數(shù)的非金屬材料制成。由于諧振器外殼4和諧振器室7的幾何形狀具有良好的穩(wěn)定性，所以測(cè)量結(jié)果也可達(dá)到良好的穩(wěn)定性。
諧振器外殼4的諧振器室7蒸鍍了一層薄的金層12，這個(gè)金層可靠地防止損害測(cè)量值穩(wěn)定性的腐蝕的形成，并且同時(shí)由于它有良好的導(dǎo)電能力，因此也限制了有害的集膚效應(yīng)。
一個(gè)保護(hù)管13用于使諧振器室7相對(duì)于煙卷?xiàng)l1進(jìn)行機(jī)械隔絕，以及對(duì)于由該煙卷?xiàng)l可能造成的污垢顆粒的隔絕，也就是為了防止諧振器室7被弄臟，而這種弄臟會(huì)損害測(cè)量結(jié)果。保護(hù)管13有利地由聚芳基醚酮(PAEK)-基、例如由聚醚醚酮(PEEK)制成。在它的一個(gè)端部13a處(在該端部處煙卷?xiàng)l1進(jìn)入到諧振器外殼6中)保護(hù)管13漏斗形地?cái)U(kuò)大。
諧振器外殼4在諧振器室7之外沿?zé)熅項(xiàng)l1方向在兩側(cè)處管狀(6a、8a)地向外延伸，以阻止微波從諧振器室中溢出。該諧振外殼也管形(6b，8b)地向內(nèi)略有延伸。一個(gè)通過(guò)一個(gè)絕緣環(huán)14與空心圓筒體6絕緣的天線16用于輸入從一個(gè)微波發(fā)生器產(chǎn)生的微波。一個(gè)通過(guò)一個(gè)絕緣裝置17與空心圓筒體6絕緣的天線18用于輸出微波，該微波應(yīng)該輸送到一個(gè)未示出的計(jì)算電路中?？蓮牡聡?guó)專(zhuān)利申請(qǐng)DE 197 34 978.1中了解一種合適的計(jì)算電路的情況。
若空心圓筒體6本身是不導(dǎo)電的，則可以放棄絕緣裝置14和17。在空心圓筒體6的一種導(dǎo)電的非金屬材料的情況下，耦合天線16和18需要絕緣環(huán)或者絕緣裝置14和17。
附圖標(biāo)記列表1煙卷?xiàng)l 8b蓋板的內(nèi)延伸部分2填料 12金層3包皮 13保護(hù)管4諧振器外殼 13a保護(hù)管入口5運(yùn)動(dòng)方向 14絕緣環(huán)6空心圓筒體 16輸入天線6a空心圓筒體的外延伸部分 17絕緣裝置6b空心圓筒體的內(nèi)延伸部分 18輸出天線7諧振器室8蓋板8a蓋板的外延伸部分
權(quán)利要求
1.用于測(cè)定煙草加工業(yè)的一個(gè)煙卷?xiàng)l(1)的至少一個(gè)特性的諧振器外殼(4)，其特征在于，該諧振器外殼(4)的主要決定該諧振器的造型的部分至少部分地由非金屬材料制成。
2.按照權(quán)利要求1所述的諧振器外殼(4)，其特征在于，該諧振器外殼(4)的主要決定該諧振器的造型的部分具有一個(gè)熱膨脹系數(shù)，該系數(shù)至少在20℃至40℃的溫度范圍內(nèi)小于10-6K-1。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的諧振器外殼(4)，其特征在于，該諧振器外殼(4)的主要決定諧振器的造型的部分至少部分地由一種玻璃陶瓷制成。
4.按照權(quán)利要求1所述的諧振器外殼(4)，其特征在于，該諧振器外殼(4)的主要決定諧振器的造型的部分至少部分地由一種玻璃制成。
5.按照權(quán)利要求1所述的諧振器外殼(4)，其特征在于，該諧振器外殼(4)的諧振器室(7)至少成段地具有一個(gè)對(duì)稱(chēng)的空心體的形狀。
6.按照權(quán)利要求1所述的諧振器外殼(4)，其特征在于，該諧振器外殼(4)的界定諧振器的表面至少部分地用一種具有高導(dǎo)電能力的耐腐蝕材料進(jìn)行涂覆。
7.按照權(quán)利要求6所述的諧振器外殼(4)，其特征在于，用于所述涂覆的材料主要由金制成，或者至少包含金。
8.按照權(quán)利要求1所述的諧振器外殼(4)，其特征在于，所述非金屬材料是導(dǎo)電的。
9.按照權(quán)利要求1所述的諧振器外殼(4)，其特征在于，該諧振器外殼基本上完全由所述非金屬材料制成。
10.具有一個(gè)按照權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的諧振器外殼(4)的測(cè)量設(shè)備。
11.至少在20℃至40℃的溫度范圍內(nèi)其熱膨脹系數(shù)小于10-6K-1的非金屬材料在對(duì)于一個(gè)諧振器外殼(4)的主要決定該諧振器造型的部分的至少一部分中的應(yīng)用，該應(yīng)用用于無(wú)溫度調(diào)節(jié)地測(cè)定煙草加工業(yè)的一個(gè)煙卷?xiàng)l(1)的至少一個(gè)特性。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)定煙草加工工業(yè)的一個(gè)煙卷?xiàng)l(1)的至少一個(gè)特性的諧振器外殼(4)。此外，本發(fā)明還涉及一種材料用于一個(gè)諧振器外殼的一部分的應(yīng)用。本發(fā)明在于，所述諧振器外殼(4)的主要決定諧振器的造型的部分至少部分地由非金屬材料制成。
文檔編號(hào)A24C5/34GK1679419SQ20051006385
公開(kāi)日2005年10月12日 申請(qǐng)日期2005年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月7日
發(fā)明者D·施勒德?tīng)?申請(qǐng)人:豪尼機(jī)械制造股份公司