專利名稱：測量物料水分的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種物料測量水分的方法及裝置。
背景技術(shù)：
物料水分分析在工業(yè)生產(chǎn)活動中占有相當(dāng)重要的地位。目前常用的測量物料水分的方法包括烘干法、中子法、電容法、紅外反射法和微波法等。這些方法都有一些產(chǎn)品，但都存在一些缺點。烘干法將樣品在規(guī)定條件下加熱，把其中的水分蒸發(fā)掉，再稱量剩下的干物質(zhì)的質(zhì)量，與初始總質(zhì)量進行比較確定水分含量。這種方法原理簡單且能夠得到物料水分的準(zhǔn)確值，但是這種方法制作樣品復(fù)雜，耗時長。中子法通常采用中子慢化法和快中子穿透的方法測量物料中氫元素的含量，再根據(jù)氫元素的含量確定水分含量。這種方法的問題是容易受到物料中有機物影響，而且放射源會輻射中子，存在輻射防護問題。電容法通過測量物料的電導(dǎo)率確定物料的水分含量。這種方法容易受物料本身特性、物料粒度、物料堆積密度等的影響，導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確。紅外反射法根據(jù)在某些波長的條件下，水對紅外光的吸收大于其他波段來測量物料的水分含量。這種方法存在的問題是只能測量淺表面的水分，對于較厚的物料無法準(zhǔn)確測量。微波法包括透射法、反射法和諧振腔法幾種，通過測量物料對微波的作用，例如反射、衰減、相移或諧振等，確定物料的水分含量。使用微波透射法進行水分測量可以獲得較高的測量精度，但是，這種方法受到被測物料的厚度影響較大。為此，現(xiàn)有的一種解決方法為采用放射性測厚的方法進行校正，但是使用放射性很不方便且用戶較難接受；另一種解決方法為采用電子皮帶秤進行流量測量，但是電子皮帶秤輸出量的響應(yīng)時間與微波測量數(shù)據(jù)的響應(yīng)時間差距較大，二者難以在時間上同步，同時電子皮帶秤為接觸式測量，在環(huán)境較惡劣的工業(yè)場所其可靠性較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一，特別是提出一種測量物料水分的
方法及裝置。為達到上述目的，本發(fā)明一方面提出一種測量物料水分的方法，包括以下步驟向所要測量的物料發(fā)射微波信號，并接收透射過所述物料的微波信號；通過超聲測距的方法測量所述物料的厚度；以及根據(jù)所述發(fā)射的微波信號、所述接收的微波信號和所述物料的厚度，確定所述物料的水分含量。在本發(fā)明的一個實施例中，所述通過超聲測距的方法測量所述物料的厚度，進一步包括通過超聲測距傳感器測量所述物料的上表面與所述超聲測距傳感器的距離；再根據(jù)預(yù)先設(shè)定的所述超聲測距傳感器與承載所述物料的皮帶的距離和所述物料的上表面與所述超聲測距傳感器的距離，確定所述物料的厚度。在本發(fā)明的一個實施例中，所述根據(jù)所述發(fā)射的微波信號、所述接收的微波信號和所述物料的厚度確定所述物料的水分含量，進一步包括根據(jù)所述發(fā)射的微波信號和所述接收的微波信號確定微波信號的相位變化和幅度變化；以及根據(jù)所述微波信號的相位變化和幅度變化以及所述物料厚度確定所述物料的水分含量。本發(fā)明的另一面還提供一種測量物料水分的裝置，其特征在于，包括微波信號源，用于產(chǎn)生微波信號；微波網(wǎng)絡(luò)，與所述微波信號源連接，用于將所述微波信號源產(chǎn)生的微波信號分成兩路微波信號；微波發(fā)射天線，與所述微波網(wǎng)絡(luò)連接，用于將所述兩路微波信號中的一路發(fā)射至所要測量的物料；微波接收天線，與所述微波網(wǎng)絡(luò)連接，用于接收透射過所述物料的微波信號；超聲測距傳感器，用于測量所述物料的上表面與所述超聲測距傳感器之間的距離信號；信號處理電路，與所述微波網(wǎng)絡(luò)和所述超聲測距傳感器相連，用于接收所述微波接收天線接收的微波信號、所述兩路微波信號中的另一路以及所述超聲測距傳感器測量的距離信號，并根據(jù)所述微波接收天線接收的微波信號和所述兩路微波信號的另一路確定微波信號的相位變化和幅度變化；以及計算單元，與所述信號處理電路相連，根據(jù)所述超聲測距傳感器測量的距離確定所述物料的厚度，并根據(jù)所述物料的厚度以及所述微波信號的相位變化和幅度變化確定所述物料的水分含量。在本發(fā)明的一個實施例中，所述微波發(fā)射天線與所述微波接收天線中心同軸地設(shè)置。在本發(fā)明的一個實施例中，所述裝置還包括機架，承載所述物料的皮帶穿過所述機架，所述微波發(fā)射天線位于所述機架的頂部上。在一個實施例中，所述微波接收天線位于所述機架的底部上；在另一個實施例中，所述微波發(fā)射天線位于所述機架的底部上，所述微波接收天線位于所述機架的頂部上。在本發(fā)明的一個實施例中，所述裝置還包括分別位于所述機架的頂部和底部上的第一微波天線箱和第二微波天線箱，所述微波發(fā)射天線和所述微波接收天線分別位于所述第一微波天線箱和第二微波天線箱中。在本發(fā)明的一個實施例中，在位于所述機架的頂部的微波天線箱的下表面設(shè)有第一開口，在位于所述機架的底部的微波天線箱的上表面設(shè)有第二開口。所述第一開口和所述第二開口使用微波可透過的材料遮擋。在本發(fā)明的一個實施例中，所述超聲測距傳感器設(shè)置在所述皮帶的上方的機架上，并與所述皮帶的上表面存在預(yù)定的距離，所述超聲測距傳感器向下發(fā)射超聲，且所述超聲測距傳感器與所述微波發(fā)射天線沿所述皮帶的運行方向前后地設(shè)置，所述超聲測距傳感器向下發(fā)射超聲。在本發(fā)明的一個實施例中，所述裝置還包括位于所述機架的背部的機箱，所述微波信號源、所述微波網(wǎng)絡(luò)和所述信號處理電路位于所述機箱中。本發(fā)明通過將超聲測距技術(shù)與微波透射技術(shù)相結(jié)合，利用超聲測距技術(shù)測量的物料厚度信息與微波的相位變化和幅度變化信息確定物料的水分含量，提高水分測量的精度。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1為本發(fā)明實施例的測量物料水分的方法的流程圖；圖2為本發(fā)明實施例的測量物料水分的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖3為本發(fā)明一個實施例的測量物料水分的裝置的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。如圖1所示為本發(fā)明實施例的測量物料水分的方法的流程圖，該方法包括以下步驟步驟S101，向所要測量的物料發(fā)射微波信號，并接收透射過物料的微波信號。步驟S102，通過超聲測距的方法測量物料的厚度。在本發(fā)明的一個實施例中，通過超聲測距傳感器測量物料的上表面與該超聲測距傳感器的距離Cl1，再由于超聲測距傳感器與承載物料的皮帶之間的距離d2是預(yù)先設(shè)定已知的，因此用d2減去Cl1可得物料的厚度。步驟S103，根據(jù)發(fā)射的微波信號、接收的微波信號和物料的厚度，確定物料的水分含量。具體地，首先，將發(fā)射的微波信號和接收的微波信號進行比較確定微波信號的幅度變化和相位變化；然后，根據(jù)微波信號的幅度變化和相位變化以及物料的厚度確定物料的水分含量。本發(fā)明的方法通過采用超聲測距的方法測量物料的厚度信息，由于超聲波的特性，超聲測距傳感器的響應(yīng)時間與微波測量數(shù)據(jù)的響應(yīng)時間基本能夠保持同步，并且超聲測距的方法能夠獲得較可靠的物料厚度信息，因此，結(jié)合此物料厚度信息確定物料的水分含量，能夠提高水分測量的精度。為實現(xiàn)上述實施例，本發(fā)明還提供一種測量物料水分的裝置。如圖2所示為本發(fā)明實施例的測量物料水分的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，包括微波信號源10、微波網(wǎng)絡(luò)20、微波發(fā)射天線30、微波接收天線40、超聲測距傳感器50、信號處理電路60和計算單元70。微波信號源10用于產(chǎn)生微波信號。微波網(wǎng)絡(luò)20與微波信號源10連接，用于將微波信號源10產(chǎn)生的微波信號分成兩路。微波發(fā)射天線30與微波網(wǎng)絡(luò)20連接，用于將兩路微波信號中的一路發(fā)射至所要測量的物料。微波接收天線40與微波網(wǎng)絡(luò)20連接，用于接收透射過物料的微波信號。超聲測距傳感器50用于測量物料的上表面與其之間的距離。信號處理電路60與微波網(wǎng)絡(luò)20和超聲測距傳感器50相連，用于接收微波接收天線40接收的微波信號、兩路微波信號中的另一路以及超聲測距傳感器40測量的距離，并根據(jù)微波接收天線40接收的微波信號和兩路微波信號中的另一路確定微波信號的相位變化和幅度變化。計算單元70與信號處理電路60相連，根據(jù)超聲測距傳感器50測量的距離確定物料的厚度，并根據(jù)物料的厚度以及微波信號的相位變化和幅度變化確定物料的水分含量。在本發(fā)明的一個實施例中，微波接收天線40與微波發(fā)射天線30中心同軸地設(shè)置。下面將詳細描述本發(fā)明一個實施例的測量物料水分的裝置的結(jié)構(gòu)圖和操作流程， 以使得本發(fā)明的方面和優(yōu)點更加的明顯。如圖3所示為本發(fā)明一個實施例的測量物料水分的裝置的結(jié)構(gòu)圖，該裝置包括 機架1，微波信號源10、微波網(wǎng)絡(luò)20、微波發(fā)射天線30、微波接收天線40、超聲測距傳感器 50、信號處理電路60、計算機70。承載物料12的皮帶13穿過機架1，微波發(fā)射天線20設(shè)置在機架1的頂部，微波接收天線30設(shè)置在機架1的底部且與微波發(fā)射天線20中心同軸。 微波網(wǎng)絡(luò)20有四個端口，微波信號源10、微波接收天線40、微波發(fā)射天線30與信號處理電路60分別通過一個端口接入微波網(wǎng)絡(luò)20。超聲測距傳感器50接入信號處理電路60。信號處理電路60有一個接口與電源連接，另一個接口與計算機70串口連接。在本實施例中，微波發(fā)射天線30和微波接收天線40可與皮帶13的中心處同軸。 機架1可為C型機架，也可為其他形狀的機架。此外，在本實施例中，為了避免灰塵與水等對微波天線及其電接頭的影響，可在機架1的頂部設(shè)置有第一微波天線箱9，在機架1的底部設(shè)置有第二微波天線箱11，微波發(fā)射天線30設(shè)置在第一微波天線箱9內(nèi)，微波接收天線40設(shè)置在第二微波天線箱11內(nèi)。應(yīng)理解，微波發(fā)射天線30和微波接收天線40的位置也可以互換，例如微波發(fā)射天線30設(shè)置在第二微波天線箱11內(nèi)，微波接收天線40設(shè)置在第一微波天線箱9內(nèi)。此外，為了方便微波的發(fā)射和接收，可在第一微波天線箱9的下表面設(shè)有第一開口，在第二微波天線箱11的上
表面設(shè)有第二開口，再為了防塵防水等，可使用微波可透的材料遮擋住第一開口和第二開□。在本發(fā)明實施例中，超聲測距傳感器50設(shè)置在皮帶13的上方的機架1上，且與皮帶13的上表面之間具有預(yù)定的距離，該預(yù)定的距離可變。超聲測距傳感器50與微波發(fā)射天線30沿皮帶13的運行方向前后地設(shè)置，且超聲測距傳感器50向下發(fā)射超聲。在本實施例中，為了防止灰塵、水、電磁干擾等對電路器件損傷，還可在機架1的背部設(shè)置有機箱14，微波信號源10、微波網(wǎng)絡(luò)20與信號處理電路60設(shè)置在機箱11內(nèi)。上述的第一微波天線箱9、第二微波天線箱11和機箱14可通過焊接的方式固定在機架1上，當(dāng)然也可通過其他固定方式固定在機架1上。此外，第一微波天線箱9、第二微波天線箱11和機箱14也可安裝在不同的位置上，例如，機箱14可安裝在機架1的附近的任何位置上。參考圖2和圖3，在測量時，載有物料12的皮帶13穿過機架1，此時，微波信號源 10發(fā)出微波信號，微波信號經(jīng)過微波網(wǎng)絡(luò)20功率分配后分成兩路，一路(圖2所示的微波信號A)進入微波發(fā)射天線30，另一路作為參考信號(圖2所示的參考信號)。進入微波發(fā)射天線30的微波信號透射過皮帶13上的物料12后進入微波接收天線40，微波接收天線 40將接收的微波信號輸入給微波網(wǎng)絡(luò)20(即，圖2中所示的微波信號B)，再經(jīng)過微波網(wǎng)絡(luò) 20與之前的另一路微波信號(即，參考信號)一同進入信號處理電路60。超聲測距傳感器 50將測距信號送入信號處理電路60。信號處理電路60根據(jù)參考信號和微波信號B確定微波信號的幅度變化與相位變化，并根據(jù)測距信號確定測距信息，然后將微波信號的幅度變化和相位變化以及測距信息發(fā)送到計算機70中。計算機70根據(jù)測距信息獲取物料的厚度信息，再連同幅度變化和相位變化一起進行物料水分計算。應(yīng)理解，本發(fā)明的裝置還可以與自動控制系統(tǒng)相連，使得自動控制系統(tǒng)根據(jù)測量結(jié)果控制物料中的水分調(diào)節(jié)。本發(fā)明通過將超聲測距技術(shù)與微波透射技術(shù)相結(jié)合，利用超聲測距技術(shù)測量的物料厚度信息與微波的相位變化和幅度變化信息確定物料的水分含量，提高水分測量的精度。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求
1.一種測量物料水分的方法，其特征在于，包括以下步驟向所要測量的物料發(fā)射微波信號，并接收透射過所述物料的微波信號；通過超聲測距的方法測量所述物料的厚度；以及根據(jù)所述發(fā)射的微波信號、所述接收的微波信號和所述物料的厚度，確定所述物料的水分含量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量物料水分的方法，其特征在于，所述通過超聲測距的方法測量所述物料的厚度，進一步包括通過超聲測距傳感器測量所述物料的上表面與所述超聲測距傳感器的距離；以及根據(jù)預(yù)先設(shè)定的所述超聲測距傳感器與承載所述物料的皮帶的距離和所述物料的上表面與所述超聲測距傳感器的距離，確定所述物料的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量物料水分的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述發(fā)射的微波信號、所述接收的微波信號和所述物料的厚度確定所述物料的水分含量，進一步包括根據(jù)所述發(fā)射的微波信號和所述接收的微波信號確定微波信號的相位變化和幅度變化；以及根據(jù)所述微波信號的相位變化和幅度變化以及所述物料厚度確定所述物料的水分含量。
4.一種測量物料水分的裝置，其特征在于，包括微波信號源，用于產(chǎn)生微波信號；微波網(wǎng)絡(luò)，與所述微波信號源連接，用于將所述微波信號源產(chǎn)生的微波信號分成兩路微波信號；微波發(fā)射天線，與所述微波網(wǎng)絡(luò)連接，用于將所述兩路微波信號中的一路發(fā)射至所要測量的物料；微波接收天線，與所述微波網(wǎng)絡(luò)連接，用于接收透射過所述物料的微波信號；超聲測距傳感器，用于測量所述物料的上表面與所述超聲測距傳感器之間的距離；信號處理電路，與所述微波網(wǎng)絡(luò)和超聲測距傳感器連接，用于接收所述微波接收天線接收的微波信號、所述兩路微波信號的另一路以及所述超聲測距傳感器測量的距離信號， 并根據(jù)所述微波接收天線接收的微波信號和所述兩路微波信號的另一路確定微波信號的相位變化和幅度變化；計算單元，與所述信號處理電路相連，根據(jù)所述超聲測距傳感器測量的距離信號確定所述物料的厚度，并根據(jù)所述物料的厚度以及所述微波信號的相位變化和幅度變化確定所述物料的水分含量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測量物料水分的裝置，其特征在于，所述微波發(fā)射天線與所述微波接收天線中心同軸地設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測量物料水分的裝置，其特征在于，還包括機架，承載所述物料的皮帶穿過所述機架。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量物料水分的裝置，其特征在于，所述微波發(fā)射天線位于所述機架的頂部上，所述微波接收天線位于所述機架的底部上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量物料水分的裝置，其特征在于，所述微波發(fā)射天線位于所述機架的底部上，所述微波接收天線位于所述機架的頂部上。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測量物料水分的裝置，其特征在于，還包括分別位于所述機架的頂部和底部的第一微波天線箱和第二微波天線箱，所述微波發(fā)射天線和所述微波接收天線分別設(shè)置在所述第一微波天線箱和所述第二微波天線箱中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的測量物料水分的裝置，其特征在于，在位于所述機架的頂部的微波天線箱的下表面設(shè)有第一開口，在所述位于機架的底部的微波天線箱的上表面設(shè)有第二開口。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的測量物料水分的裝置，其特征在于，所述第一開口和所述第二開口使用微波可透過的材料遮擋。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量物料水分的裝置，其特征在于，所述超聲測距傳感器設(shè)置在所述皮帶的上方的機架上，并與所述皮帶的上表面存在預(yù)定的距離，且所述超聲測距傳感器與所述微波發(fā)射天線沿所述皮帶的運行方向前后地設(shè)置，所述超聲測距傳感器向下發(fā)射超聲波。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量物料水分的裝置，其特征在于，還包括位于所述機架的背部的機箱，所述微波信號源、所述微波網(wǎng)絡(luò)和所述信號處理電路位于所述機箱中。
全文摘要
本發(fā)明提出一種測量物料水分的方法及裝置。其中，該方法包括以下步驟向所要測量的物料發(fā)射微波信號，并接收透射過所述物料的微波信號；通過超聲測距的方法測量所述物料的厚度；以及根據(jù)所述發(fā)射的微波信號、所述接收的微波信號和所述物料的厚度，確定所述物料的水分含量。本發(fā)明通過將超聲測距技術(shù)與微波透射技術(shù)相結(jié)合，利用超聲測距技術(shù)測量的物料厚度信息與微波的相位變化和幅度變化信息確定物料的水分含量，提高水分測量的精度。
文檔編號G01N22/04GK102175696SQ20111003590
公開日2011年9月7日 申請日期2011年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月10日
發(fā)明者孫宇, 楊潔, 林謙, 梁漫春, 衣宏昌 申請人:清華大學(xué)