專利名稱：超高頻諧振腔連續測量松散物粒流量的方法
技術領域：
本發明為微波技術在電子秤上的應用，具體是一種使用超高頻諧振腔對松散物料(介質)的流量進行連續測量的方法。
背景技術：
目前，卷煙生產上對煙絲或煙梗流量的測量一般都是采用電子秤進行。該方法測量穩定性差、不易調整、維護和維修工作量大。最近，又報道了兩種連續測量松散物料流量的方法核子秤法和公開號為CN118534A的中國專利文件所述的方法。核子秤法的主要缺點是有微量核輻射。CN118534A所述的方法將物料分為主通道和輔通道，用杠桿秤在輔通道上測量物料重量，是一種接觸式測量，由于樣本與母體之間的離差在測量中始終存在，降低了測量的精度。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的弱點，提供一種無核輻射，測量穩定性好、精度高的無接觸式測量方法，即用超高頻諧振腔連續測量松散物料(介質)流量的方法。
由電磁場理論可知，圖1所示圓柱形金屬諧振腔1內TMmnp模的場分布和諧振頻率分別為Ez＝2E0Jm(kcr)cos mcos βzejωt Hz＝0 fmnp=cϵrμr12π((pπl)2+(xmna)2)]]>kc=xnmam=0,1,2…n=0,1,2…]]>上式中xmn為m階貝塞爾函數Jm(x)的第n個根；m、n和p分別為電磁場沿柱坐標系φ、r和z軸變化的半波數；fmnp為圓柱形金屬諧振腔的諧振頻率；μr為腔內介質的相對磁導率；εr為腔內介質的相對介電常數；L為圓柱形金屬諧振腔的高度；a為圓柱形金屬諧振腔的半徑。選擇圓柱形金屬諧振腔的主模模式TM010，可滿足設計要求。
若在圖1所示金屬腔上開一個園孔，園孔內插入介質管，且在介質管內放入松散物料，如煙絲或煙梗。由于介質管內的松散物料是水、空氣間隙和煙絲或煙梗的混合物，松散物料等效相對介電常數為εr，且ϵr=Σiϵriαi=ϵr1α1+ϵr2α2+ϵr3α3]]>上式中εr1、εr2和εr3分別為水、空氣間隙和煙絲或煙梗的相對介電常數；α1、α2和α3分別為水、空氣間隙和煙絲或煙梗的體積百分比。
理論分析表明圓柱形金屬諧振腔1的主模TM010的諧振頻率為f0=2.405c2πa]]>上式中c為光速；a為圓柱形金屬諧振腔的半徑。若在圓柱形金屬諧振腔上開一個園孔，并在園孔內插入填充滿松散物料(如煙絲或煙梗)的介質管，見圖2所示。由諧振腔的微擾理論知，與空諧振腔比較，此時諧振腔的諧振頻率變化為Δf，且Δff0+Δf=-∫∫∫Δv(ΔϵEE0*+ΔμHH0*)dv∫∫∫v(ϵEE0*+μHH0*)dv]]>上式中Δv為圓柱形金屬諧振腔內介質管和松散物料的體積；微擾后諧振腔內的電磁場為E和H，諧振腔內的介電常數和磁導率變化分別為Δε和Δμ；諧振腔內剩余空間的體積為v；微擾前諧振腔內的電磁場為E0*和H0*，諧振腔內的介電常數和磁導率分別為ε和μ。即圓柱形金屬諧振腔的諧振頻率f(＝f0+Δf)隨腔內松散物料等效相對介電常數εr的增加而減小。
實驗結果如下在圖2所示的實驗條件下，用美國安捷倫公司生產的射頻網絡分析儀8712ET測量結果表明，金屬腔園孔內插入空介質管時，圓柱形金屬諧振腔的諧振頻率f0＝250Mhz；介質管內填充松散物料(煙絲體積占介質管內體積約60％，空氣間隙體積約40％，煙絲含水量12％)后，諧振腔諧振頻率為f＝244Mhz，即諧振腔諧振頻率變化(Δf)范圍等于6Mhz，實驗結果見圖3所示；煙絲體積占介質管內體積比變化或煙絲含水量變化時，諧振腔諧振頻率亦發生變化。即松散物料及其成份比例和含水量的變化對應于諧振腔諧振頻率f的變化，與理論結果一致。
另一方面，在松散物料的體積一定時，經過實驗測量后證明松散物料的重量對應于松散物料、水和空氣間隙的體積百分比。故圓柱形金屬諧振腔1諧振頻率f的變化對應于松散物料的重量變化，校準定標后即可用于測量松散物料的重量。再增加一只實時連續測量松散物料流速的速度傳感器，即可連續測量松散物料(介質)的流量。校準定標過程如下靜態時，對不同煙絲或煙梗、不同填充密度及不同含水量時諧振腔的頻偏Δf進行測量，列表存入計算機，完成定標校準過程；動態連續測量時，在取樣時刻計算機從RS-232口讀出物料流經諧振腔時的諧振頻率的頻偏Δf，經查表等處理后即知該時刻介質管內煙絲或煙梗的重量。
本發明方法如下1、中間開孔的圓柱形金屬諧振腔內設置一中空介質管，介質管外設有速度傳感器，2、事先對不同物料、不同填充密度及不同含水量時諧振腔的頻偏Δf進行測量，列表存入計算機，完成定標校準過程；3、使松散物料連續流過中空介質管，在取樣時刻從計算機讀出物料流經諧振腔時的頻偏Δf，經查表等處理后即知該時刻介質管內松散物料的重量。
根據上面的方法，本專業的普通技術人員就可以實施本發明技術，實現發明目的。
本發明的優點與電子秤比較，本發明測量穩定性好、易調整、免維護；與核子秤比較，本發明無核輻射；與公開號為CN118534A的發明專利介紹的方法比較，本發明是一種無接觸式測量，測量穩定性好、易調整、免維護，測量精度高(優于千分之五)。
圖1為圓柱形金屬諧振腔及其坐標系。
圖2為內設置一中空介質管的圓柱形金屬諧振腔。
圖3為在圖2所示的實驗條件下的測量結果圖4實施例中的裝置結構示意圖。
圖5實施例中的電路框圖。
具體實施例方式
見圖4和5，為一用超高頻諧振腔連續測量煙絲或煙梗流量的方法實施例。圓柱形金屬諧振腔3的高度為200mm，半徑為450mm，材質是不銹鋼。中空介質管4的長度為900mm，內徑為140mm，壁厚為10mm，材質是PVC管。速度傳感器5為微波多普勒速度傳感器。磁偶合環6為半徑50mm的園形環，用直徑為3mm的銅線繞制。圖4中空心箭頭表示測量時煙絲或煙梗的流動方向。
該實施例中，超高頻諧振電路含有超高頻諧振腔，高性能濾波器，放大器，自動增益控制器和自動移相控制器。
以上實施例僅對發明做進一步的說明，而本發明的范圍不受所舉實施例的局限。
權利要求
1.一種超高頻諧振腔連續測量松散物料流量的方法，其特征是(1)中間開孔的圓柱形金屬諧振腔內設置一中空介質管，介質管外設有速度傳感器，(2)事先對不同物料、不同填充密度及不同含水量時諧振腔的頻偏Δf進行測量，列表存入計算機，完成定標校準過程，(3)使松散物料連續流過中空介質管，在取樣時刻從計算機讀出物料流經諧振腔時的頻偏Δf，經查表等處理后即知該時刻介質管內松散物料的重量。
2.如權利要求1所說的方法，其特征是所說的松散物料為煙絲或煙梗。
3.如權利要求1所說的方法，其特征是從計算機RS-232口讀出物料流經諧振腔時的諧振頻率的頻偏Δf。
4.如權利要求1所說的方法，其特征是速度傳感器為微波多普勒速度傳感器。
5.如權利要求1所說的方法，其特征是超高頻諧振電路含有超高頻諧振腔，高性能濾波器，放大器，自動增益控制器和自動移相控制器。
6.如權利要求1所說的方法，其特征是中空介質管為PVC管。
全文摘要
本發明為微波技術在電子秤上的應用，具體是一種使用超高頻諧振腔對松散物料(介質)的流量進行連續測量的方法。中間開孔的圓柱形金屬諧振腔內設置一中空介質管，介質管外設有速度傳感器，事先對不同物料、不同填充密度及不同含水量時諧振腔的頻偏Δf進行測量，列表存入計算機，完成定標校準過程使松散物料連續流過中空介質管，在取樣時刻從計算機讀出物料流經諧振腔時的頻偏Δf，經查表等處理后即知該時刻介質管內松散物料的重量。本發明方法測量穩定性好、易調整、免維護，無核輻射，測量精度高(優于千分之五)。
文檔編號G01G11/00GK1391087SQ0212507
公開日2003年1月15日 申請日期2002年7月9日 優先權日2002年7月9日
發明者黃銘, 王樹興, 李攀, 羅清敏, 徐信榮, 陳玉林, 鄧宇斌, 陳秋水, 王保平, 馬映紅, 金云英 申請人:云南昆船電子設備有限公司