專利名稱:微波離線物料濕度和密度測量方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種微波測量技術(shù),尤其涉及一種微波離線物料濕度和密度測量方法。
背景技術(shù):
在一些工業(yè)生產(chǎn)過程中,濕度和密度是決定產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵因素。其測量和控制直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。實(shí)時(shí)、非接觸、無損傷測量是目前濕度和密度測量的重要要求和研究方向。50年代初,英國人Waston發(fā)現(xiàn),微波透過墻體所產(chǎn)生的衰減量與墻體的濕度呈線性關(guān)系,并且提出利用微波方法測量物料的濕度。從此,微波在濕度測量領(lǐng)域有了新的發(fā)展。和傳統(tǒng)的物料密度測量方法如稱重法、核照射法以及物料濕度測量方法如紅外線法、烘干法相比較,以微波為手段的物料濕度和密度測量具有快速、實(shí)時(shí)、在線及非接觸和無損傷的特點(diǎn),因而已得到廣泛的應(yīng)用。微波測量密度及濕度的方法通常有透射法、反射法和諧振法三種。透射法和反射法設(shè)備較簡單,但其受外界環(huán)境的影響較大、測量精度較低。諧振法測量精度高、受外界環(huán)境的影響小,但其測量設(shè)備較為復(fù)雜。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種新穎的濕度和密度測量方法,以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的稱重法和核放射法來測量物料密度,同時(shí)代替紅外線法或烘干法來測量物料濕度。特別是,本發(fā)明提供了一種用于測量一腔體內(nèi)的被測物料的濕度和密度的方法, 包括測量所述腔體為空腔時(shí)輸入的微波的第一諧振頻率和第一諧振幅度;定標(biāo)以確定多個(gè)定標(biāo)參數(shù);將被測物料放入所述腔體;測量在放入被測物料時(shí)輸入的微波的第二諧振頻率和第二諧振幅度;以及根據(jù)所述多個(gè)定標(biāo)參數(shù)、所述第一和第二諧振頻率之差以及所述第一和第二諧振幅度之差來計(jì)算所述被測物料的濕度和密度。根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例,在上述方法中,所述定標(biāo)以確定多個(gè)定標(biāo)參數(shù)的步驟包括分別利用至少兩個(gè)已知密度和濕度且密度相同而濕度不同的第一組樣品來確定與濕度相關(guān)的第一組定標(biāo)參數(shù);以及分別利用至少兩個(gè)已知密度和濕度的第二組樣品來確定與密度相關(guān)的第二組定標(biāo)參數(shù)。根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例,在上述方法中,所述定標(biāo)以確定多個(gè)定標(biāo)參數(shù)的步驟是基于等式Ψ = a(AA/AF)+b ;P = cAF(W)+d ;其中,Ψ表示被測物料的濕度,P表示被測物料的密度,A表示微波的諧振幅度,F(xiàn)表示微波的諧振頻率,a和b表示所述第一組定標(biāo)參數(shù),c和d表示所述第二組定標(biāo)參數(shù)。根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例,在上述方法中,測量所述第一和第二諧振幅度的步驟利用等值點(diǎn)平均法。根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例,在上述方法中,所述確定與濕度相關(guān)的第一組定標(biāo)參數(shù)的步驟包括測量在放入第一組樣品時(shí)輸入的微波的諧振頻率和諧振幅度;將在放入該第一組樣品時(shí)輸入的微波的諧振頻率和諧振幅度分別減去所述第一諧振頻率和所述第一諧振幅度以獲得所述ΔΑ和所述AF;基于所述第一組樣品的已知密度和濕度、所獲得的ΔΑ和 Δ F和所述等式Ψ = a ( Δ A/ Δ F) +b來確定所述第一組定標(biāo)參數(shù)a和b。根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例,在上述方法中,所述被測物料為煙支。本發(fā)明的方法能對一定形狀的物料進(jìn)行快速、實(shí)時(shí)、非接觸及無損傷的測量。微波測量方法是一種解決這個(gè)問題的較好的方法。本發(fā)明的方法具有檢測速度快,測量結(jié)果準(zhǔn)確,可靠性高,對操作者人體安全的特點(diǎn)。本發(fā)明通??捎糜诟鞣N非金屬材料的實(shí)時(shí)檢測, 用來對物料在線測量裝置進(jìn)行抽樣校準(zhǔn)和定標(biāo)。特別是,本發(fā)明尤其適合用于煙支生產(chǎn)過程中的離線檢測,用于煙支密度和濕度的抽樣校準(zhǔn)和定標(biāo)。應(yīng)當(dāng)理解,本發(fā)明以上的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都是示例性和說明性的, 并且旨在為如權(quán)利要求所述的本發(fā)明提供進(jìn)一步的解釋。
包括附圖是為提供對本發(fā)明進(jìn)一步的理解,它們被收錄并構(gòu)成本申請的一部分, 附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例,并與本說明書一起起到解釋本發(fā)明原理的作用。附圖中圖1示出了適用于本發(fā)明的微波檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2示出了 F與A的實(shí)驗(yàn)曲線圖。圖3示出了本發(fā)明的方法的示意性流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是基于如下所述的微波技術(shù)原理做出的。現(xiàn)在將詳細(xì)參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。微波在一個(gè)金屬制成的容器(亦稱微波諧振腔)內(nèi)具有諧振特性。對于一個(gè)空的微波諧振腔,當(dāng)其幾何形狀確定后,其諧振頻率和諧振幅度也是確定的。但當(dāng)在該諧振腔內(nèi)部分或全部填充有其它非金屬物料(亦稱介質(zhì)材料)時(shí),其諧振頻率和諧振幅度會(huì)因填充的介質(zhì)材料的介電常數(shù)、介質(zhì)的多少和形狀的不同而產(chǎn)生不同的變化。這種變化對于所填充的介質(zhì)材料的不同所產(chǎn)生的響應(yīng)的十分敏感的。因此,可以利用對微波諧振腔的諧振頻率和諧振幅度的測量來快速、精確地測出微波諧振腔內(nèi)所填充的介質(zhì)材料的密度和濕度。介質(zhì)材料在微波諧振腔內(nèi)的對諧振腔諧振頻率和諧振幅度的影響是由于介質(zhì)材料的介電常數(shù)不同而產(chǎn)生的。介質(zhì)材料的介電常數(shù)通常是一個(gè)復(fù)數(shù)ε = ε ‘ -j ε 〃(1)其虛部ε “表示微波能量通過介質(zhì)材料時(shí)的損耗;而實(shí)部ε ‘表示微波能量在介質(zhì)材料中的儲(chǔ)存。另一方面,濕度通??杀硎緸?br>
權(quán)利要求
1.一種用于測量一腔體內(nèi)的被測物料的濕度和密度的方法,包括a.測量所述腔體為空腔時(shí)輸入的微波的第一諧振頻率和第一諧振幅度;b.定標(biāo)以確定多個(gè)定標(biāo)參數(shù);c.將被測物料放入所述腔體;d.測量在放入被測物料時(shí)輸入的微波的第二諧振頻率和第二諧振幅度;以及e.根據(jù)所述多個(gè)定標(biāo)參數(shù)、所述第一和第二諧振頻率之差以及所述第一和第二諧振幅度之差來計(jì)算所述被測物料的濕度和密度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述定標(biāo)以確定多個(gè)定標(biāo)參數(shù)的步驟包括 分別利用至少兩個(gè)已知密度和濕度且密度相同而濕度不同的第一組樣品來確定與濕度相關(guān)的第一組定標(biāo)參數(shù);以及分別利用至少兩個(gè)已知密度和濕度的第二組樣品來確定與密度相關(guān)的第二組定標(biāo)參數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法,其特征在于,所述定標(biāo)以確定多個(gè)定標(biāo)參數(shù)的步驟是基于等式Ψ = a ( Δ A/ Δ F) +b ; P = cAFW+d ;其中,Ψ表示被測物料的濕度,P表示被測物料的密度,A表示微波的諧振幅度,F(xiàn)表示微波的諧振頻率,a和b表示所述第一組定標(biāo)參數(shù),c和d表示所述第二組定標(biāo)參數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法,其特征在于,測量所述第一和第二諧振幅度的步驟利用等值點(diǎn)平均法。
5.如權(quán)利要求3所述的方法,其特征在于,所述確定與濕度相關(guān)的第一組定標(biāo)參數(shù)的步驟包括測量在放入第一組樣品時(shí)輸入的微波的諧振頻率和諧振幅度; 將在放入該第一組樣品時(shí)輸入的微波的諧振頻率和諧振幅度分別減去所述第一諧振頻率和所述第一諧振幅度以獲得所述ΔΑ和所述AF;基于所述第一組樣品的已知密度和濕度、所獲得的ΔΑ和AF和所述等式Ψ =a(AA/ Δ F) +b來確定所述第一組定標(biāo)參數(shù)a和b。
6.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述被測物料為煙支。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于測量一腔體內(nèi)的被測物料的濕度和密度的方法,包括測量所述腔體為空腔時(shí)輸入的微波的第一諧振頻率和第一諧振幅度;定標(biāo)以確定多個(gè)定標(biāo)參數(shù);將被測物料放入所述腔體;測量在放入被測物料時(shí)輸入的微波的第二諧振頻率和第二諧振幅度;以及根據(jù)所述多個(gè)定標(biāo)參數(shù)、所述第一和第二諧振頻率之差以及所述第一和第二諧振幅度之差來計(jì)算所述被測物料的濕度和密度。該方法能對一定形狀的物料進(jìn)行快速、實(shí)時(shí)、非接觸及無損傷的測量,且尤其適合用于煙支生產(chǎn)過程中的離線檢測。
文檔編號G01N22/04GK102207469SQ20101013495
公開日2011年10月5日 申請日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者張躍武, 王會(huì)石, 閔晨, 陳林 申請人:上海恒博自動(dòng)化設(shè)備有限公司