專利名稱：檢測(cè)至少一種物質(zhì)的介電特性的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過(guò)對(duì)由于一種物質(zhì)的存在造成的高頻諧振器的失調(diào)的分析評(píng)價(jià)檢測(cè)至少一種物質(zhì)的介電特性的方法，對(duì)所述高頻諧振器輸入微波，并輸出一個(gè)高頻的受物質(zhì)影響的信號(hào)，以未受物質(zhì)影響的信號(hào)為基準(zhǔn)對(duì)其諧振頻率偏移和衰減進(jìn)行檢定。
此外本發(fā)明還涉及一種檢測(cè)至少一種物質(zhì)的特性的裝置，該裝置帶有一個(gè)諧振器，由一微波信號(hào)發(fā)生器將微波輸入給該諧振器，并由該諧振器輸出一個(gè)高頻的受物質(zhì)影響的信號(hào)，以便以未受物質(zhì)影響的信號(hào)為基準(zhǔn)對(duì)其諧振頻率偏移和衰減進(jìn)行檢測(cè)并且該信號(hào)被輸送給分析評(píng)價(jià)電路。
背景技術(shù)：
在對(duì)煙草進(jìn)行加工時(shí)，尤其在卷煙制造時(shí)，對(duì)涉及每個(gè)流量單位的煙草質(zhì)量和/或煙草濕度的煙草流量進(jìn)行檢測(cè)是很重要的。有時(shí)也還需要對(duì)煙草的介電常數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。
根據(jù)干料量和濕料量的份額通過(guò)相應(yīng)測(cè)量信號(hào)的累加然后求出流量的總量。而且對(duì)食品、化學(xué)品、紡織物、紙張等濕度和質(zhì)量的測(cè)定也尤為重要。
本說(shuō)明書(shū)首兩段中所述的方法和裝置現(xiàn)已公知，例如在DE-PS 40 04 119中已做了記載，其中通過(guò)將微波加入一空腔諧振器中實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)的濕度進(jìn)行檢定。同時(shí)通過(guò)對(duì)待檢測(cè)的樣品范圍內(nèi)的空腔諧振器均分布的特定的選擇可以實(shí)現(xiàn)采用校準(zhǔn)曲線對(duì)一種已知物料相互不受影響地確定物料濕度和物料密度，其中對(duì)通過(guò)諧振曲線的起始點(diǎn)求出的諧振頻率和諧振線的半值寬度進(jìn)行測(cè)定和分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，對(duì)待測(cè)物質(zhì)的特性進(jìn)行迅捷和精確的測(cè)定。相應(yīng)的測(cè)量信號(hào)尤其適用于物質(zhì)分量(例如濕料量或干料量)或總量的測(cè)定，例如煙草加工廠的移動(dòng)的煙草條，尤其是香煙條或過(guò)濾嘴條的測(cè)定。
本發(fā)明提出一種用于確定香煙條內(nèi)的密度的方法，具有以下步驟發(fā)生具有兩種不同頻率的微波；將微波送入一個(gè)諧振器，該諧振器中，通過(guò)香煙條的微波可受影響；將受影響的微波送給一個(gè)分析評(píng)價(jià)電路；并且在這兩種頻率，從受影響的微波中計(jì)算香煙條的密度和/或濕度。
根據(jù)本發(fā)明提出一種通過(guò)對(duì)由于物質(zhì)的存在造成的高頻諧振器的失調(diào)的分析評(píng)價(jià)檢測(cè)至少一種物質(zhì)的一種特性的方法，微波輸送給所述諧振器，并從該諧振器提取高頻的受物質(zhì)影響的信號(hào)，以未受物質(zhì)影響的信號(hào)為基準(zhǔn)對(duì)其諧振頻率偏移和衰減進(jìn)行檢定，其特征在于對(duì)諧振器輸送具有至少兩種不同頻率的微波，通過(guò)諧振器的未受物質(zhì)影響的與受物質(zhì)影響的諧振曲線的比較檢定出諧振頻率偏移并通過(guò)輸入的微波的頻率的諧振曲線振幅的比較測(cè)定出衰減。
有關(guān)本發(fā)明的其它方法步驟為如下對(duì)諧振器不斷輸送至少兩種頻率的微波；微波頻率周期變化；微波頻率通過(guò)由低值向高值和返回低值的不斷切換周期變化；微波頻率通過(guò)不斷和持續(xù)的由低值向高值和返回低值以很小的頻率加以變化；至少兩種頻率的微波輸送給諧振器，這兩種頻率以未受物質(zhì)影響的諧振頻率為中心對(duì)稱地分布；對(duì)諧振器輸送至少兩種頻率的微波，這兩種頻率分布給諧振曲線的相同邊沿；在極限值間的微波頻率以極小的頻率持續(xù)變化；通過(guò)輸出信號(hào)求出諧振曲線的偏移和以振幅降低為表現(xiàn)形式的衰減的偏移，該輸出信號(hào)具有一直流分量和一個(gè)隨擺頻變化的交變分量；與直流分量相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)以及與交變分量相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)分別輸送給計(jì)算級(jí)，在該計(jì)算級(jí)在多項(xiàng)式中對(duì)信號(hào)用常數(shù)計(jì)算得出分信號(hào)，該分信號(hào)通過(guò)相加得出終值；微波的頻率不斷和持續(xù)地由低值向高值并又返回低值變化，其極限頻率至少近似地以諧振曲線的相同邊沿的轉(zhuǎn)折點(diǎn)為中心對(duì)稱；微波不同的頻率產(chǎn)生方法如下，用小頻率對(duì)微波的振幅進(jìn)行調(diào)制；產(chǎn)生的頻帶的基頻率固定在諧振曲線的相同邊沿；經(jīng)調(diào)制產(chǎn)生的兩種頻率的微波不斷輸送給諧振器，此后微波頻率被大幅度降頻并且接著通過(guò)選定的不同頻帶的濾波器求出表示受物質(zhì)影響的諧振頻率的偏移和衰減特性的量；檢測(cè)香煙條內(nèi)切煙的密度/質(zhì)量；檢測(cè)香煙條內(nèi)切煙的介電常數(shù)。
本發(fā)明也提出用于用于確定香煙條內(nèi)的密度和/或溫度的裝置，具有一個(gè)產(chǎn)生兩個(gè)不同頻率微波的發(fā)生器；一諧振器，微波從發(fā)生器送向該諧振器；一個(gè)分析評(píng)價(jià)電路，將取自該諧振器的高頻率信號(hào)輸送給分析評(píng)價(jià)電路，以求出香煙條內(nèi)的密度和/或溫度。
本發(fā)明也提出用于檢測(cè)至少一種物質(zhì)的一種特性的裝置，具有產(chǎn)生至少兩個(gè)不同頻率微波的信號(hào)發(fā)生器；一諧振器，由信號(hào)發(fā)生器的微波向該諧振器輸送；一個(gè)分析評(píng)價(jià)電路，將從該諧振器可提取出的高頻信號(hào)輸送給分析評(píng)價(jià)電路，以該諧振器相對(duì)于未受所述物質(zhì)影響的和受所述物質(zhì)影響的狀態(tài)下輸出的信號(hào)進(jìn)行比較，以檢定諧振器的諧振頻率偏移和衰減。
有關(guān)本發(fā)明裝置的進(jìn)一步結(jié)構(gòu)和進(jìn)一步設(shè)計(jì)如下一種用于頻率周期變化的切換裝置，用于把所述信號(hào)發(fā)生器的微波頻率不斷的從低值向高值并又返回低值切換。包括一種用于不斷和持續(xù)的將所述信號(hào)發(fā)生器的微波頻率由低值向高值并且又返回低值的變化的擺頻裝置。一種用于在極限值間變化微波頻率的擺頻裝置。包括一種用于檢測(cè)與諧振頻率偏移和衰減相對(duì)應(yīng)的從諧振器輸送給分析評(píng)價(jià)電路的信號(hào)的直流分量和交變分量的電路裝置。設(shè)置有計(jì)算級(jí)，將與直流分量相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)和與交變分量相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)輸送給計(jì)算級(jí)，用于在多項(xiàng)式中與常數(shù)一起計(jì)算得出分信號(hào)，該分信號(hào)相加得出終值。所述信號(hào)發(fā)生器的調(diào)制裝置用于以很小的頻率對(duì)所述信號(hào)發(fā)生器的微波進(jìn)行調(diào)制。一個(gè)分頻級(jí)，將從諧振器取樣的信號(hào)輸送給分頻級(jí)，和一個(gè)置于分頻級(jí)后用于將選出的經(jīng)分頻的頻帶濾出的濾波裝置，以便求出表示受物質(zhì)影響的諧振頻率偏移和衰減的量。諧振器設(shè)置在一個(gè)金屬機(jī)箱內(nèi)，該機(jī)箱具有使煙草加工廠的煙條，尤其是香煙條穿過(guò)的一個(gè)入口孔及一個(gè)出口孔。機(jī)箱旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。該諧振器設(shè)計(jì)成介電固體諧振器并被置于在機(jī)箱內(nèi)。固體諧振器備有一個(gè)香煙條的通道。備有一個(gè)穿透機(jī)箱的閉合的、管狀的香煙條的通道。由導(dǎo)電材料制的管狀套管圍繞機(jī)箱的入口和出口上的通道。。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，尤其以高速輸送的煙草加工廠的條(煙草、過(guò)濾嘴材料)的量度實(shí)現(xiàn)訊捷和精確的所謂的“在線”檢測(cè)。下面將在附圖中對(duì)照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。


圖中示出圖1檢測(cè)物質(zhì)量度、帶有一個(gè)以剖面示出的、被香煙條穿過(guò)的諧振器裝置的電路裝置，具有兩種不同頻率的微波信號(hào)交替地輸送給諧振器裝置，圖2根據(jù)圖1、依照?qǐng)D1的電路裝置的諧振裝置空載和加載時(shí)的諧振曲線，圖3檢測(cè)物質(zhì)量度、帶有一個(gè)圖1的諧振器裝置的電路裝置，所述諧振器裝置加有擺頻微波信號(hào)，圖4根據(jù)圖1、依照?qǐng)D3的電路裝置的諧振器裝置空載和加載時(shí)的諧振曲線，圖5檢測(cè)由卷煙紙卷繞的煙草料流(香煙條)增量的干料量和/或濕料量的電路裝置，圖6檢測(cè)香煙條增量的介電常數(shù)的電路裝置，圖7用圖1的諧振器裝置檢測(cè)物質(zhì)量度的電路裝置，該諧振的裝置加有三種通過(guò)對(duì)微波信號(hào)的調(diào)制產(chǎn)生的信號(hào)頻率，圖8調(diào)制的微波信號(hào)曲線，圖9根據(jù)圖1，依照?qǐng)D7的電路裝置的諧振器裝置空載和加載時(shí)的諧振曲線，圖10用于通過(guò)調(diào)制產(chǎn)生兩種輸送給諧振器裝置的微波信號(hào)和通過(guò)分頻檢測(cè)特性數(shù)值的電路裝置。
具體實(shí)施例方式
圖1示出一種本發(fā)明的高頻諧振器裝置1，該裝置在以剖面示出的機(jī)箱2內(nèi)具有一個(gè)諧振器21。機(jī)箱2是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的，例如是圓柱形的并由諸如銅等導(dǎo)電材料構(gòu)成。但也可以具有其它的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形式或與此稍有不同的形式，例如多邊形并由其它材料制成。公知的同軸電纜4或6，該電纜具有圖中未示出的、但是是公知的耦合環(huán)，用于由信號(hào)發(fā)生器將電磁高頻信號(hào)，優(yōu)選微波信號(hào)的耦合輸入并且用于將高頻場(chǎng)(微波)耦合輸出至分析評(píng)價(jià)裝置。由諸如陶瓷或塑料等介電常數(shù)很高的介電材料(例如由BaO-PbO-Nd2O3-TiO2)構(gòu)成的諧振器21為空心圓柱結(jié)構(gòu)，并由圖中未示出的支架固定在機(jī)箱2內(nèi)。該諧振器具有一個(gè)可與其相對(duì)推移的部分21a，以便可以求出諧振頻率或調(diào)整諧振頻率。通過(guò)介電諧振器21可以提高測(cè)量的靈敏度和精確度。
機(jī)箱2具有一個(gè)入口孔7及一個(gè)出口孔9。一根由卷繞材料12a(尤其是卷煙紙)環(huán)包的煙材料12b(尤其是煙絲條)構(gòu)成的香煙條12在離開(kāi)機(jī)箱2后以公知的方式被切割成香煙，為檢測(cè)其干料量和/或濕料量和/或總料量或其介電常數(shù)，香煙條在一由諸如石英等非導(dǎo)電材料制成的導(dǎo)管13內(nèi)按箭頭15穿過(guò)機(jī)箱2。這樣就可以避免煙草微粒、粉塵等進(jìn)入機(jī)箱2并造成干擾。由金屬等導(dǎo)電材料制成的套管14a、14b可以防止高頻場(chǎng)以干擾的劑量穿過(guò)機(jī)箱2的入口孔和出口孔輻射出。由于導(dǎo)管13和隨之的香煙條12以機(jī)箱軸線17和諧振器21為基準(zhǔn)同心的配置，因而可以實(shí)現(xiàn)具有最佳測(cè)量特性的對(duì)稱結(jié)構(gòu)。由于導(dǎo)管13和隨之的香煙條12經(jīng)通道20穿過(guò)諧振器21，因而進(jìn)一步提高了對(duì)香煙條12測(cè)量的靈敏度和精確度。
信號(hào)發(fā)生器3產(chǎn)出兩種優(yōu)選在千兆赫頻帶的、例如約6千兆赫頻率的的微波信號(hào)，所述信號(hào)通過(guò)同軸電纜4和公知的循環(huán)器18輸送給諧振器裝置1，該循環(huán)器18用于使諧振器21無(wú)法反饋到信號(hào)發(fā)生器3。在圖1中具有頻率f1、f2的微波信號(hào)以在圖2中用uo表示的沒(méi)有煙草通過(guò)時(shí)的機(jī)箱2的諧振曲線的諧振頻率f0為中心相互對(duì)稱。頻率f1、f2或者通過(guò)信號(hào)發(fā)生器3的順序周期地由低頻率f1轉(zhuǎn)移到高頻率f2和返回低頻率f1等切換。這兩個(gè)頻率也可以由頻率稍有不同的兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器一個(gè)接一個(gè)地輸送，其中這兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器一個(gè)接一個(gè)地接通和斷開(kāi)。最后還可以輸送以諧振頻率f0為中頻率的中心相互對(duì)稱的調(diào)頻微波信號(hào)(擺頻)，其中測(cè)量時(shí)只提取頻率f1和f2。
諧振器裝置1的輸出信號(hào)通過(guò)同軸電纜6和循環(huán)器19輸送給微波二極管22，該微波二極管可以選用休利特、帕卡德公司出品的HP 847213型，公司地址71034 Boblingen，Herrenberger Straβe 130，DE，并且該微波二極管將微波信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)。二極管22的輸出信號(hào)U根據(jù)輸送給諧振器21的微波信號(hào)的不同頻率f，形成機(jī)箱2內(nèi)沒(méi)有香煙條12時(shí)工作狀況的諧振曲線uo和機(jī)箱內(nèi)有香煙條12時(shí)工作狀況的諧振曲線u。循環(huán)器19用于防止二極管22對(duì)諧振器21反饋。
由于頻率f1、f2以諧振頻率f0為中心相互對(duì)稱，故由微波二極管22輸出的信號(hào)U10、U20大小相同，其差為零。當(dāng)機(jī)箱2含有測(cè)量物時(shí)，即例如含有香煙條12時(shí)，則既會(huì)產(chǎn)生諧振頻率向低值f的偏移，又會(huì)產(chǎn)生如圖2相應(yīng)曲線u所示的振幅的降低。這時(shí)在采用頻率f1、f2時(shí)由二極管22輸出的信號(hào)U1、U2具有不同的量度，因而兩者的差不再是零，而是諧振頻率偏移越大，此差也就越大。根據(jù)在采用兩個(gè)頻率f1、f2所測(cè)得的信號(hào)計(jì)算出衰減和諧振頻率偏移。因此與在采用各種高頻測(cè)量方法時(shí)相同，在分析評(píng)價(jià)裝置11中可確定出質(zhì)量/密度(與溫度無(wú)關(guān))和濕度(與密度無(wú)關(guān))以及介電常數(shù)。如果將相應(yīng)的信號(hào)累加，就會(huì)求出由干料量和濕料量構(gòu)成的總料量。輸出信號(hào)由二極管22經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器23到達(dá)分析評(píng)價(jià)裝置11。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，例如由Maxim集成產(chǎn)品公司出口的MX 7672-03型，公司地址120 San Gabriel Grive，Sunnyvale，CA，94086，對(duì)二極管22的輸出信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化。另外模/數(shù)轉(zhuǎn)換器還起著門電路的作用，這是因?yàn)橹挥性谒深l率控制裝置24通過(guò)線路25獲得一通路脈沖時(shí)，才允許信號(hào)通過(guò)。頻率控制裝置24將高度不同的電壓脈沖加在信號(hào)發(fā)生器3上，該電壓脈沖對(duì)輸出信號(hào)的頻率加以影響，即將其從高值頻率(f2)切換低值頻率(f1)并且又切換成高值頻率(f2)。為避免過(guò)渡現(xiàn)象的出現(xiàn)，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器23只有在較高的或較低的頻率f2或f1的確加在諧振器裝置1上時(shí)，才得到通路信號(hào)。
圖3和圖4示出本發(fā)明的一種方案，其中在千兆赫頻帶(例如約6千兆赫)的信號(hào)發(fā)生器3的微波輸出信號(hào)的頻率被一個(gè)頻率控制裝置24正弦周期變化。在圖4a中示出頻率f的瞬時(shí)變化。本身可以是例如幾百千赫的頻率的中頻率fm，根據(jù)正弦曲線在頻率范圍Δf中恒定變化。如圖4b所示，中頻率fm優(yōu)選在機(jī)箱2中沒(méi)有煙草的情況下求出的諧振曲線uo的轉(zhuǎn)折點(diǎn)Uow上。二極管22的輸出信號(hào)U在沒(méi)有煙草的諧振器裝置中，在值Uomin與Uomax之間變化，所述二極管通過(guò)循環(huán)器18、諧振器裝置1和循環(huán)器19加有信號(hào)發(fā)生器3的微波信號(hào)。在加載情況下，即諧振器裝置1內(nèi)加有煙草時(shí)構(gòu)成具有值Umin、Umax的衰減曲線u。Uomit和Umit是在頻率fm處取樣的中值。fo是諧振器裝置1不加載情況時(shí)的諧振頻率，f是加載時(shí)的諧振頻率。
如圖4 C所示，在二極管22上可以為諧振器裝置1的不加載狀況和加載狀況在時(shí)間t軸上對(duì)信號(hào)U取樣，該信號(hào)分別具有一直流分量Uog或Ug和一個(gè)交變分量Uoa或Ua。
由圖3中可以看出，用在諧振器裝置，加有煙草時(shí)由二極管22輸出的信號(hào)對(duì)直流分量濾波器26和交變分量濾波器27加載。通過(guò)后置的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器28和29對(duì)濾波器26或27的輸出信號(hào)數(shù)字化并將此信號(hào)加到分析評(píng)價(jià)裝置11上。
一種特殊的電路裝置用于一旦中頻率fm偏移離開(kāi)諧振曲線uo的轉(zhuǎn)移點(diǎn)時(shí)使頻率控制裝置24通過(guò)線路31獲得一個(gè)修正信號(hào)。通過(guò)修正信號(hào)使信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)的頻率fm重新被置于值Uow上，該值與諧振曲線uo的轉(zhuǎn)折點(diǎn)相符。
通過(guò)在諧振器裝置1中未用煙草加載和用煙草加載的情況時(shí)直流分量Uog與Ug間以及交變分量Uoa與Ua間的比較，在分析評(píng)價(jià)裝置11中，如圖5和圖6所示，求出煙草的特性(它的濕料量和干料量及其介電常數(shù))。
圖5示出根據(jù)圖3的對(duì)質(zhì)量/密度值的測(cè)定時(shí)對(duì)圖4a至圖4c的信號(hào)Ua、Ug在分析評(píng)價(jià)裝置11中的處理。信號(hào)Ua在下面與在圖4c中所示的交變分量Ua的檢波值相符。信號(hào)首先以數(shù)字形式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器SUg、SUa中。這些信號(hào)被抽樣裝置順序詢問(wèn)，該順序與香煙條12的增量，例如1mm相符。這意味著，在生產(chǎn)速度為10000×60mm長(zhǎng)的香煙的香煙條/分鐘時(shí)，抽樣頻率為100微秒，即每100微秒抽取一次存儲(chǔ)器SUg和SUa內(nèi)的值(信號(hào))。數(shù)值用更短的傳輸脈沖Ig和Ia傳輸?shù)接?jì)算級(jí)Rg和Ra，在計(jì)算級(jí)數(shù)值利用常數(shù)計(jì)算得出輸出值A(chǔ)g和Aa。該計(jì)算可以簡(jiǎn)單的方式利用多項(xiàng)式a+bUg＝Ag及c+dUa＝Aa實(shí)現(xiàn)。常數(shù)a、b、c和d可以通過(guò)參數(shù)的設(shè)定求出，其中對(duì)香煙針對(duì)配屬的Ug和Ua值利用通過(guò)稱量精確的求出的質(zhì)量/密度進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)不同的密度/質(zhì)量與配屬的值Ug和Ua之間的關(guān)系求出常數(shù)。原則上講，也可以采用高階多項(xiàng)式或其它的函數(shù)。輸出信號(hào)Ag和Aa被輸送給加法器Ad，其輸出信號(hào)Ae與密度/質(zhì)量相符。當(dāng)由Ad輸出的信號(hào)Ae與質(zhì)量/密度的精確的值有偏差時(shí)，修正器Kg可以把一個(gè)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)求出的修正信號(hào)Ak輸出給另一個(gè)加法器Add，該加法器的輸出信號(hào)Aed將更為精確地與煙草條的密度/質(zhì)量值相符。同樣也可以根據(jù)圖1的電路裝置進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，在該裝置中微波信號(hào)發(fā)生器3將兩個(gè)頻率f1和f2一個(gè)接一個(gè)地輸送給諧振器裝置1。被一個(gè)接一個(gè)的輸出的信號(hào)然后可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器SUg、SUa中，以便取樣。根據(jù)圖5的電路裝置的分析評(píng)價(jià)是通過(guò)接入第三個(gè)存儲(chǔ)器SU3實(shí)現(xiàn)的，其中信號(hào)U1、U2(圖7)輸送給存儲(chǔ)器SUg＝SU1和SUa＝SU2。用R1、R2、R3標(biāo)示計(jì)算級(jí)，用r1、r2、r3標(biāo)示其輸出信號(hào)。
對(duì)煙草條的煙草濕度的測(cè)量信號(hào)的分析評(píng)價(jià)基本上可以用同樣的方式進(jìn)行。替代采用確定的已知質(zhì)量(密度/質(zhì)量)，香煙用特定的已知濕度量，即用不同的相對(duì)濕度值進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。
圖6示出根據(jù)圖3用于測(cè)定香煙條12的介電常數(shù)ε的分析評(píng)價(jià)裝置11的圖4a至4c的信號(hào)Ua、Ug。為此信號(hào)Ug和Ua首先中間存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器SUg和SUa中。如圖3所示，這些信號(hào)周期地并以短的時(shí)間間隔取樣，即利用傳輸脈沖Ig和Ia存儲(chǔ)器內(nèi)容被傳輸給計(jì)算級(jí)。其中根據(jù)SUg的數(shù)值傳輸給實(shí)部的計(jì)算級(jí)R′g和虛部的計(jì)算級(jí)R″g。同樣根據(jù)SUa的數(shù)值也被傳送到實(shí)部計(jì)算級(jí)R′a和虛部計(jì)算級(jí)R″a。在計(jì)算級(jí)用常數(shù)將傳輸?shù)闹涤?jì)算得出輸出值E′g(實(shí)部)和E″g(虛部)以及E′a(實(shí)部)和E″a(虛部)。在計(jì)算級(jí)利用多項(xiàng)式進(jìn)行計(jì)算，多項(xiàng)式的常數(shù)通過(guò)對(duì)樣品香煙的介電常數(shù)的實(shí)部和虛部的測(cè)定加以確定。與實(shí)部相符的輸出信號(hào)E′g和E′a被傳送給加法器A′d，虛部E″g和E″a被傳送給加法器A″d。相加的信號(hào)得出介電常數(shù)的實(shí)部ε′及其虛部ε″。用V標(biāo)示由ε′和ε″構(gòu)成復(fù)數(shù)量ε的已知的電路。必要時(shí)由與圖5中kg相應(yīng)的圖中未示出的修正器輸出根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)求出的修正信號(hào)。復(fù)數(shù)的介電常數(shù)值通過(guò)ε′和ε″的矢量相加算出。
圖7至圖9示出本發(fā)明的一種方案，其中信號(hào)發(fā)生器3輸出一個(gè)微波信號(hào)，優(yōu)選在千兆赫頻帶，例如在約6千兆赫的一個(gè)微波信號(hào)，該微波信號(hào)作為載頻輸送給調(diào)制裝置36，在該調(diào)制裝置中微波信號(hào)用至少一個(gè)由探測(cè)器37輸出的頻率很低的正弦波信號(hào)進(jìn)行調(diào)幅。由Adams Russel Anzac Division工廠出品的MDC-177器件適用于作為通過(guò)調(diào)幅產(chǎn)生二次頻率信號(hào)的調(diào)制裝置36，公司地址80 Cambridge Street，Burlington，Maryland，USA。數(shù)值范例對(duì)5.8千兆赫用10兆赫進(jìn)行調(diào)制，得出5.790千兆赫和5.810千兆赫。也可以用相同的器件作為混頻器47，以便對(duì)千兆赫頻率進(jìn)行降頻混頻。數(shù)值范例對(duì)輸入頻率5.790千兆赫和5.810千兆赫用5.765千兆赫混頻，得出25兆赫和45兆赫。
在圖8中示出在時(shí)間橫坐標(biāo)上的調(diào)幅微波信號(hào)Umod曲線。該調(diào)幅的微波信號(hào)由信號(hào)發(fā)生器3高頻的微波波u和疊加的調(diào)制波構(gòu)成，后者形成正弦包絡(luò)曲線h。調(diào)幅微波信號(hào)經(jīng)循環(huán)器18、諧振器裝置1和循環(huán)器19到達(dá)信號(hào)分配裝置38的輸入端e，例如休利特，帕卡德公司出品的HP功率分配器11667B型，公司地址Herrenberger Straβe 130，71034 Bb′blingen，DE。如圖9所示，調(diào)幅信號(hào)在例中產(chǎn)生三個(gè)頻帶，即基頻帶的頻率f2和邊頻帶的頻率f1、f3。針對(duì)空載諧振器裝置1的諧振曲線uo基頻率的優(yōu)選調(diào)整應(yīng)使其落在Uo的轉(zhuǎn)折點(diǎn)Uw上。相應(yīng)的在被諧振器裝置內(nèi)的煙草衰減的諧振曲線u上的信號(hào)U1、U2和U3采用如下方式求出，信號(hào)分配裝置38的輸入信號(hào)通過(guò)三個(gè)輸出端a、b、c輸送給濾波裝置39a、39b、39c，這些濾波裝置的調(diào)整應(yīng)使其可以分別通過(guò)頻帶的頻率f1、f2、f3的一個(gè)信號(hào)，所述諧振曲線將根據(jù)其諧振頻率偏移?？梢圆捎肕axim集成產(chǎn)品公司出品的MAX274型作為濾波裝置，公司地址120 San GabrielDrive，Sunnyvale，CA 94086。各個(gè)后置的二極管22a、22b、22c用于生成直流電壓信號(hào)，該直流電壓信號(hào)分別通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器41a、41b、41c數(shù)字化并被輸送給一個(gè)分析評(píng)價(jià)裝置11。
原則上講有兩個(gè)以上述方式求出的衰減的諧振曲線u的信號(hào)(U1、U2，U1、U3，U2、U3)足以確定濕料量或干料量。但在此也可以采用三個(gè)信號(hào)。另外也可以通過(guò)調(diào)制產(chǎn)生兩個(gè)以上的邊頻率并對(duì)相應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。
對(duì)根據(jù)圖7至9的方案可稍有改動(dòng)，使中頻率帶的頻率f2不在諧振曲線uo的邊沿上，而在其頂端，即在頻率fo上。在此情況時(shí)邊頻率帶f1和f3的頻率相互對(duì)稱，從而可對(duì)其信號(hào)U1、U3根據(jù)圖10的配置進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。
圖10示出本發(fā)明的一種方案，其中信號(hào)發(fā)生器3輸出帶有千兆赫頻率帶頻率的微波信號(hào)。在調(diào)制裝置36中，與圖5和6所述類似，信號(hào)由一加在輸入端a的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，從而產(chǎn)生多個(gè)帶有相互緊密鄰近頻率的微波信號(hào)，這些信號(hào)被輸送給諧振器裝置1的放大器46。如圖1和2所示，微波信號(hào)以空載諧振器裝置1的諧振頻率為中心相互對(duì)稱。原則上講也可以由兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器發(fā)送不同頻率的單獨(dú)的微波信號(hào)。同樣通過(guò)圖中未示出的循環(huán)器(與上述圖中的標(biāo)記18和19相符)實(shí)現(xiàn)去耦。在由香煙條穿過(guò)的諧振器裝置1中的微波信號(hào)受到影響后，微波信號(hào)的高頻在所謂的混頻器47中被一個(gè)加在混頻器輸入端a上的信號(hào)大幅度降頻。兩個(gè)具有很低的頻率的選出的特征信號(hào)通過(guò)濾波器裝置39a，39b輸送給二極管22a，22b，這兩個(gè)二極管輸出相應(yīng)的直流電壓。該直流電壓通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器41a，41b被數(shù)字化并且接著被輸送給分析評(píng)價(jià)裝置11。由于采用了降頻方法，因而對(duì)所選出的頻率帶可以采用較為簡(jiǎn)單的、窄帶的濾波器。
微波二極管22的信號(hào)取決于煙草的溫度。為進(jìn)行補(bǔ)償依照本發(fā)明將對(duì)煙草溫度利用已知的方法抽樣，例如利用在諧振器裝置1中的溫度傳感器。溫度傳感器也可以安裝在卷煙機(jī)的制備煙草條12的前置段，例如在其分配器中。甚至也可以采用紅外射線溫度計(jì)，該溫度計(jì)對(duì)準(zhǔn)香煙條切割后的香煙端部并對(duì)煙草的溫度直接進(jìn)行檢測(cè)。
為避免在諧振器裝置中水冷凝，根據(jù)本發(fā)明可對(duì)諧振器裝置加熱。
根據(jù)本發(fā)明可以采用基準(zhǔn)二極管對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的漂移進(jìn)行補(bǔ)償，或者必要時(shí)可采用一輔助諧振器裝置進(jìn)行補(bǔ)償。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)也可以對(duì)諧振順裝置1稍有改動(dòng)，其中金屬機(jī)箱2不是閉合的，而是至少具有一個(gè)微波可以穿透的面，例如陶瓷的面，通過(guò)此面微波可以到達(dá)相鄰的介質(zhì)，例如該介質(zhì)是由切煙構(gòu)成的。采用此方式也可以測(cè)量那些不是在閉合的用封包材料封包的諸如香煙條12的條內(nèi)的物質(zhì)，例如松散材料的質(zhì)量/密度和/或其溫度或其介電常數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種用于確定香煙條內(nèi)的密度的方法，具有以下步驟發(fā)生具有兩種不同頻率的微波；將微波送入一個(gè)諧振器，該諧振器中，通過(guò)香煙條的微波可受影響；將受影響的微波送給一個(gè)分析評(píng)價(jià)電路；并且在這兩種頻率，從受影響的微波中計(jì)算香煙條的密度和/或濕度。
2.依照權(quán)利要求1的方法，其特征在于對(duì)諧振器不斷輸送兩種頻率的微波。
3.依照權(quán)利要求1的方法，其特征在于微波頻率周期變化。
4.依照權(quán)利要求3的方法，其特征在于微波頻率通過(guò)由低值向高值和返回低值的不斷切換周期變化。
5.依照權(quán)利要求3的方法，其特征在于微波頻率通過(guò)不斷和持續(xù)的由低值向高值和返回低值加以變化。
6根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)的方法，其特征在于兩種頻率的微波輸送給諧振器，這兩種頻率以未受物質(zhì)影響的諧振頻率為中心對(duì)稱地分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于對(duì)諧振器輸送兩種頻率的微波，這兩種頻率分布給諧振曲線的相同邊緣。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于在極限值間的微波頻率持續(xù)變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于通過(guò)輸出信號(hào)求出諧振曲線的偏移和以振幅降低為表現(xiàn)形式的衰減的偏移，該輸出信號(hào)具有一直流分量和一個(gè)交變分量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于與直流分量相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)(Ug)以及與交變分量相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)(Ua)分別輸送給計(jì)算級(jí)，在該計(jì)算級(jí)在多項(xiàng)式中對(duì)信號(hào)用常數(shù)計(jì)算得出分信號(hào)，該分信號(hào)通過(guò)相加得出終值。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中的一項(xiàng)的方法，其特征在于微波的頻率不斷和持續(xù)地由低值向高值并又返回低值變化，其極限頻率至少近似地以諧振曲線的相同邊緣的轉(zhuǎn)折點(diǎn)為中心對(duì)稱。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求1-5中一項(xiàng)的方法，其特征在于微波不同的頻率產(chǎn)生方法如下，用小頻率對(duì)微波的振幅進(jìn)行調(diào)制。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于產(chǎn)生的頻率帶的基頻率固定在諧振曲線的相同邊緣。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求1-5中的一項(xiàng)的方法，其特征在于經(jīng)調(diào)制產(chǎn)生的兩種頻率的微波不斷輸送給諧振器，此后微波頻率被大幅度降頻并且接著通過(guò)選定的不同頻率帶的濾波器求出表示受物質(zhì)影響的諧振頻率的偏移和衰減特性的量。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求1-5中的一項(xiàng)的方法，其特征在于檢測(cè)香煙條內(nèi)切煙的密度或質(zhì)量。
16.根據(jù)上述權(quán)利要求1-5中的一項(xiàng)的方法，其特征在于檢測(cè)香煙條內(nèi)切煙的介電常數(shù)(ε)。
17.用于用于確定香煙條內(nèi)的密度和/或溫度的裝置，具有一個(gè)產(chǎn)生兩個(gè)不同頻率微波的發(fā)生器；一諧振器，微波從發(fā)生器送向該諧振器；一個(gè)分析評(píng)價(jià)電路，將取自該諧振器的一個(gè)高頻率信號(hào)輸送給分析評(píng)價(jià)電路，以求出香煙條內(nèi)的密度和/或溫度。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其特征在于包括一種用于使頻率周期變化的切換裝置，用于把所述信號(hào)發(fā)生器的微波頻率不斷的從低值向高值并又返回低值切換。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其特征在于包括一種用于不斷和持續(xù)的將所述信號(hào)發(fā)生器的微波頻率由低值向高值并且又返回低值變化的擺頻裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其特征在于包括一種用于在極限值間變化所述信號(hào)發(fā)生器的微波頻率的擺頻裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的裝置，其特征在于包括一種用于檢測(cè)與諧振頻率偏移和衰減相對(duì)應(yīng)的從諧振器輸送給分析評(píng)價(jià)電路的信號(hào)的直流分量和交變分量的電路裝置。
22.根據(jù)權(quán)利要求19至21中的一項(xiàng)的裝置，其特征在于設(shè)置有計(jì)算級(jí)(Rg，Ra)，將與直流分量相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)(Ug)和與交變分量相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)(Ua)輸送給該計(jì)算級(jí)(Rg，Ra)，用于在多項(xiàng)式中與常數(shù)一起計(jì)算得出分信號(hào)，該分信號(hào)相加得出終值。
23.根據(jù)權(quán)利要求17至21中的一項(xiàng)的裝置，其特征在于所述信號(hào)發(fā)生器的調(diào)制裝置用于對(duì)所述信號(hào)發(fā)生器的微波進(jìn)行調(diào)制。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的裝置，其特征在于一個(gè)分頻級(jí)，將從諧振器取樣的信號(hào)輸送給分頻級(jí)，和一個(gè)置于分頻級(jí)后的用于將選出的經(jīng)分頻的頻率帶濾出的濾波裝置，以便求出表示受物質(zhì)影響的諧振頻率偏移和衰減的量。
25.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其特征在于諧振器(21)設(shè)置在一個(gè)金屬機(jī)箱(2)內(nèi)，該機(jī)箱具有使煙草加工廠的香煙條(12)穿過(guò)的一個(gè)入口孔(7)及一個(gè)出口孔(9)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的裝置，其特征在于所述機(jī)箱(2)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。
27.根據(jù)權(quán)利要求25、26中的一項(xiàng)的裝置，其特征在于該諧振器(21)設(shè)計(jì)成介電固體諧振器并被置于在所述機(jī)箱(2)內(nèi)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的裝置，其特征在于固體諧振器(21)備有一個(gè)香煙條(12)的通道(20)。
29.根據(jù)權(quán)利要求25、26中的一項(xiàng)的裝置，其特征在于備有一個(gè)穿透所述機(jī)箱(2)的閉合的、管狀的香煙條(12)的通道(13)。
30.根據(jù)權(quán)利要求25、26中的一項(xiàng)的裝置，其特征在于由導(dǎo)電材料制的管狀套管(14a，14b)圍繞所述機(jī)箱(2)的入口和出口上的通道。
全文摘要
推薦一種檢測(cè)煙草的密度/質(zhì)量及介電常數(shù)的方法和裝置，對(duì)諧振器輸送具有兩種不同頻率的微波，通過(guò)對(duì)未受物質(zhì)影響的與受物質(zhì)存在影響的諧振器的諧振曲線的比較檢定出諧振頻率偏移并且通過(guò)對(duì)在輸送的微波的頻率的情況下諧振曲線振幅的比較檢定出衰減，從受影響的微波中計(jì)算香煙條的密度和/或濕度。采用所述的方法和裝置可以迅捷、準(zhǔn)確地對(duì)上述物質(zhì)的高速移動(dòng)的料流進(jìn)行檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01N22/04GK1670515SQ20051006505
公開(kāi)日2005年9月21日 申請(qǐng)日期1997年2月19日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月20日
發(fā)明者H·莫拉, J·托比耶斯, A·諾亞克 申請(qǐng)人:豪尼機(jī)械制造股份公司