專利名稱：使用多頻微波確定材料模塊的水分含量的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于確定材料模塊的水分含量的技術，尤其是涉及使用多頻微 波確定材料模塊的7k分含量的系統和相應的方法。
背景技術：
很多不同種類的自然存在的材料(例如煙葉、棉纖維、木材、咖啡豆、茶 葉)以及合成制造材料(例如合成制造纖維)用作各種不同鄉的成品(消費品) 的制造中的主要原材料。這些種類的原材料在用于制造過程之前必須被收集、存儲、運輸、并再次存儲。給定的制itil程典型地包括很多工序，首先是準對處 理)原材料，然后使用準備好的(經處理的)材料形成實際的成品(消費品)。這些工序很多娜于原材料的7k分含量。例如，如果水始量過高，原材料可能在 4頓前的存儲^/和運輸過程中腐爛。如果7jC始量過低，原材料的處理和使用 可能是困難的。棉纖維是上面所列自然存在材料的一個例子，其水M量在商業(工業)應 用中是非常重要的。原棉是棉籽和纖維的混合物，它必須經處理以將所需的棉 纖維和棉籽分離。軋棉機用于分離棉纖維和棉籽。軋棉機的高效操作包含控制 棉纖維的水分含量。如果棉纖維的水分含量太高，纖維將趨向于形成團而在處 理中附著于軋棉機，并且在存儲中容易腐爛。如果棉纖維的水分含量太低，纖 維將易于產生靜電并附著在金屬表面。并且具有低水分含量的棉纖維不結實，更常斷裂。棉纖維的最適宜水分含量是大約6.5%到大約8%的范圍。然而，原 棉7K分含量的范圍可能從低于大約3%到大于大約20%。在軋棉機處理原棉時， 需要控制所分離的棉纖維的水船量以彌補原棉水將量的大變化。對由處理 (軋)原棉產生的分離棉纖維的水分含量的有效控制，需要準確測量初始原棉以及棉纖維的7K分含量。這樣的觀懂可以4頓微波輻射來完成。典型地，微波輻lt源位于材料模i央 (例如以捆包或箱的形式)的一側，這些材料例如是未加工的或處理過的棉或煙草，并且天線位于材料模±央的另一相對側。輻針源波^M過該模塊的一部分， 并且由微波接收天線接收，然后該天線產生信號。該信號用于確定該部分模塊 的水分含量。與確定材料模塊水M量相關的一個現存的顯著問題是，商業捆包的未加 工的或和處理過的材料模塊的尺寸和形式通常相對巨大且笨重。上面所列自然存在材料的類型，例如原棉、煙草，典型地以龐大模i央(捆包或fl)方式進行捆 包、存儲以及運輸。模i^(捆包或勒可以達到大約3米寬、大約3米高、以及 大約6米長，并且重量達到大約7000千克。這樣的材料模塊可能是分層的(例 如在捆包中)或者不分層的(例如在箱中)。通常在捆包中，這些材料層有些疏松， 盡管它們可以擠壓在一起并由金屬或塑料系帶捆綁。由于材料模塊通常巨大且 笨重的尺寸，其中的材料是分層的(捆包形式)或不分層的(箱的形式)，所以單次 觀懂齡模塊的水始量是不可行的。作為替代，如果頓測量材料模塊的一 部分測量7K船量，整個模塊的水分含量同樣不能從單次觀糧準確地確定，這 是因為整個模塊的水分含量可能在不同部分間以至少5%的比例變化。因而， 需要對整個材料模塊的對應非常大量的部分進行非常大量的水分含量測量，而不損壞該模塊的材料。存在有廣泛的用于確定材料模塊的水將量的現有技術啟示，敏中技術在 確定水分含量時的準確度和再現性不同，并且對于材料模塊的商業(工業)規模 操作和處理適用性不同。盡管如此，仍然存在對于現有技術5爐的需要，以及 需要開發新的技術用于確定材料模塊的7jC分含量。從而需要一種用于確定材料模塊的水分含量的系統和方法，并且這將具有 很大的優勢。而且，需要這樣的發明，其基于多頻微波的利用，以特別高的準 確度和特另搞的再現性確定材料模塊的水分含量，并且其易于適用于對材料模 塊進行商業(工業)規模的操作和處理。還需要這樣的發明，其適用于確定材料 模土央的水船量，適用于不同種類的自然存在材料(例如煙葉、棉纖維、7|^才、 咖啡豆、茶葉)以及合成制造材料(例如合成制造纖維)，這些材料用作各種 不同鄉的成品(消費品)的制造中的主要原材料。發明內容本發明涉及一種使用多頻微波確定材料模勤J^分含量的系統和方法。本發明基于對多頻微波的利用，用于以特別高的準確度和特別高的再現性確定材料 模塊的水分含量。本發明適用于確定材料模塊的水分含量，適用于不同類型的 自然存在材料，例如煙葉、棉纖維、T^才、咖啡豆、茶葉，以及合成制造材料， 例如合成制造纖維，這些材料用作各種不同鄉的成品(消費品)的制造中的主 要原材料。另外，本發明易于適用于材料模塊的商業(工業)規模的操作和處理。 因而根據本發明，提供了一種使用多頻微波確定材料模塊水分含量的系 統，該系統包括(a)多頻微波輻射源，適合于鄉由多頻微波構成的微波輻射源波束，i繊射源的至少一部分位于模塊的一側；(b)位于模塊另一相對側的至少一個接收天線，適合于接收出射波束并且產生多頻微波天線信號，該出射波束是經過從輻射源到接收天線的轉變后的源波束；(c)多頻衰減單元，適合于接 收第一部M線信號并且觀懂天線信號的衰減；(d)多頻相移確定器，適合于接 收一部分源波束和第二部欣線信號并且確定源波束和天線信號的相移，該多頻相移確定器包含(l)粗略多頻相移測量器，適合于確定源波束和幾信號的 粗略相移；和(ii)多頻相域確定器，適合于根據該衰 確定該粗略相移的相域 并且產生校正相移；以及(e)多頻j分確定器，適合于根據該校正相移和該衰減 確定該模塊的水分含量。根據下面所描述的本發明優選實施方式的進一步特性，多頻衰減單皿一 步包含多頻衰減測量器，適舒測量纖信號的幅度、比較衰減和恒定幅度 參考信號的幅度、并且確定衰 線信號的幅度與恒定參考信號的幅度之間的 差；和多頻衰減器，適舒根據該差 天線信號進行衰減。根據下面所描述的本發明優選實施方式的進一步特性，多頻相域確定器進 一步包含4頓經驗相域曲線來根據衰減確定相域。根據下面所描述的本發明伏選實施方式的進一步特性，(a)多頻微波輻射源 進一步包含(i)第一源織，適合于導弓l多頻微波的源波束穿過模塊的下部；(ii) 第二源天線，適合于導弓l多頻微波的源波束穿過模塊的上部；和(b)所述至少一 個接收天線是第一和第二多頻接收天線，并且接收天線包含開關，當第一源天 線導弓l源波束時第一接收天線產生天線信號，并且當第二源天線導弓l源波束時 第二接收天線產生天線信號。根據下面所描述的本發明優選實施方式的進一步特性，多頻微波輻lt源進 一步包含電場定向器，該電場定向器適合于相對于模塊來確定源波束的電場方向，從而使得電場的方向部分決定衰減的幅度和相移的幅度。根據下面所描述的本發明im實施方式的進一步特性，多頻水分確定器進一步包含溫度傳感器，適合于確定模塊的溫度；模±央，輸入端，適合于輸 入模塊的類型；和標準化器，適合于根據纟，、模i央類型、校正相移和衰減來 確定水分含量。根據下面所描述的本發明優選實施方式的進一步特性，系統進一步包含傳送器，適合于在多頻微波輻射源和接收天線之間傳送模塊，從而進行多個水分測量；和平均器，適合于平均多個水分測量。根據下面所描述的本發明優選實施方式的進一步特性，該材料模塊的形式 是選自這樣的組，該組包括捆包(bale)和箱(case)。根據下面所描述的本發明優選實施方式的進一步特性，該材料選自包括自 然存在材料和合成制造材料的組。根據下面所描述的本發明優選實 式的進一步特性，該自然存在材料選 自包括煙葉、棉纖維、木材、咖啡豆和茶葉的組。根據下面所描述的本發明優選實施方式的進一步特性，該合成制造材料是 合成制造纖維。根據本發明的另一個方面，提供了一種4頓多頻微波的用于確定材料模塊 7K分含量的方法，該方fe^括(a)由多頻微波輻射源發射由多頻微波構成的微 波輻射源波束，i亥輻射源的至少一部分位于模塊的一側；(b)由位于模塊另一相 對側的至少一個接收天線接收出射波束并且產生多頻微波的天線信號，該出射 波束是經過從輻射源到接收天線的轉變后的源波束；(C)由多頻衰減單元接收第 一部分天線信號并且測量天線信號的衰減；(d)由多頻相移確定器接收一部分源波束和第二部分天線信號并且確定源波束和天線信號的相移，該多頻相移確定器包括(i)粗略多頻相移測量器，用于確定源棘和天線信號的粗略相移；和(ii) 多頻相域確定器，用于根據衰減來確定粗略相移的相域并且產生校正相移；以 及(e)由多頻7JC分確定器根據校正相移和衰減來確定模i央7jC分含量。ffiil執行步驟或程序、子步驟或子程序以實施本發明，實施方式選自包括 手動、半自動、全自動及其結合的組，包含系統單元、系統子單元、器件、組 件、子組件、機構、結構、部件、元件以及外圍設備、工具、附件和材料的使 用和操作，以選自包括手動、半自動、全自動及其結合的組的方式。此外，依據用于實施所公開發明 實施方式的實際步驟菊呈序、子步驟或子禾將、系 統單元、系統子單元、器件、組件、子組件、機構、結構、部件、元件以及外圍設備、工具、附件和材料，il5^頓硬件、軟件、敏和其集成組合來執行該 步驟^f呈序、子步驟或子程序，以及通過^ffi硬件、軟件、敏和其集成組合來 操作該系統單元、系統子單元、器件、組件、子組件、機構、結構、部件、元 件以及外圍設備、工具、附件和材料。
這里通過例子的形式并參考附圖對本發明進行描述。對于附圖的詳細參 考，應當強調的是M例子的形式進行特定的顯示并且僅僅是為了對本發明的 優選實施方式進行示例性描述，并且其呈現源于提供對于本發明原理的和概念 的方面的被認為是最有用并且易于理解的描述。在這一點上，沒有試圖超越理 解本發明所必需的細節而顯示本發明的結構細節，該描述結合附圖使本領域技 術人員明了，本發明的多種形式可以如何在實踐中實現。在附圖中.-圖l歸意圖，解釋了捆包形式的材料模塊的例子，其水始量通過實施本發明的系統和方法來確定；圖2^意圖，解釋了箱形式的材料模塊的例子，其水M量ilil實施本發明的系統和方法來確定；以及圖3是示意(椅圖，解釋了根據本發明的用于確定如圖1和2所示材料模 塊的7jC始量的系統的示例雌實施方式。
具體實施方式
本發明涉及一種使用多頻微波確定材料模塊的7K分含量的系統和方法。本 發明基于對多頻微波的利用，用于以特別高的準確度和特別高的再現性來確定 材料模塊的水分含量。本發明適用于確定材料模塊的水分含量，適用于例如煙 葉、棉纖維、^t才、咖啡豆和茶葉的各種不同類型的天然存在的材料，以及例 如合成制造纖維的各種合成制造材料，這些材料用作各種不同類型的成品(消費 品)的制造中的主要原材料。此外，本發明易于適用于對材料模塊進行商業(工 業)規模的操作和處理。本發明使用多頻微波確定材料模塊水分含量的系統包括如下主要部件及其功能(a)多頻微波輻針源，適合于發射由多頻微波構成的微波輻射源波束，該 輻針源的至少一部分位于模塊的一側；(b)位于模塊的另一相對側的至少一個接 收天線，適合于接收出射波束并且產生多頻微波天線信號，該出射波束是經過 從輻射源到接收天線的轉變后的源波束；(C)多頻衰減單元，適舒接收第一部 欣線信號并且觀糧天線信號的衰減；(d)多頻相移確定器，適合于接收一部分 源波束以及第二部分天線信號，并且適合于確定源波束和天線信號的相移，該 多頻相移確定器包括(O粗略多頻相移測量器，適合于確定源波束和天線信號 的粗略相移；和(ii)多頻相域確定器，適舒根據該衰減來確定該粗略相移的相 域，并且適合于產生經校正的相移；以及(e)多頻7k分確定器，適合于根據該校 正相移和該衰減來確定該模塊的水分含量。本發明使用多頻微波確定材料模i央7jC分含量的相應方^&括如下主要步驟 ^!呈序以及部件及其功能(a)由多頻微波輻射源發射由多頻微波構成的微波輻 針源波束，該輻針源的至少一部分位于模塊的一側；(b)由位于模塊另一相對側 的至少一個接收天線接收出射波束并且產生多頻微波天線信號，該出射波束是 經過從輻射源到接收天線的轉^的源波束；(c)由多頻衰減單元接收第一部分 天線信號并且測量天線信號的衰減；(d)由多頻相移確定器接收一部分源波束和 第二部分天線信號，并且確定源波束和天線信號的相移，該多頻相移確定器包 括(i)粗略多頻相移測量器，用于確定源波束和天線信號的粗略相移；和(ii)多 頻相域確定器，用于根據該衰減確定該粗略相移的相域，并且產生經校正的相 移；以及(e)由多頻7k分確定器根據該校正相移和該衰減來確定該模塊的水分含應當了解，本發明在應用中不限于下面示意描述和附圖所說明的一些細 節，如系統單元、系統子單元、器件、組件、子組件、機構、結構部件、元件、 構造的鄉、組成、結構、排列、順序和數量，以及系統的外圍設備、工具、 附件和材料，或者系統操作或方法的一些細節，如步驟織呈序的順序、次序、 數量，以及子步驟或子禾聘。從而，本發明可以有其它的實施例并且以多種方式實踐或實施。雖然可以 用與這里所示意性描述的那些等價或對以的系統單元、系統子單元、器件、組 件、子組件、結構、結構、部件、元件、構造以及外圍設備、工具、附件和材 料、以及步驟或程序、子步驟或子程序來實踐或檢驗本發明，這里示意性描述并舉例說明了適合的系統單元、系統子單元、器件、組件、子組件、機構、結 構、部件、元件和構造以及外圍設備、工具、附件和材料、以及步驟^f呈序、 子步驟或子程序。同樣應當了解，這里貫穿本公開內容所使用的技斜財斗學用語、術語、或 /和習語，具有如本發明所屬技術領域的技術人員一般理解的一致或者相似的含 意。這里貫穿本公開內容所采用的措詞、術語和表示，是出于描述的目的而不 應當認為是限定。此外，在上面背景技術部分所介紹的、定義的、描述的、衝 和示例的所有的技 財斗學的用語、術語、或和習語，同樣地或類似地可以用 于本發明優選實施方式的示例性描述、例子、和后附的權利要求中。另外，這里所用的術語"大約"是指相關數值的±10%。對于本發明的使用多頻微波確定材料模塊的水分含量的系統和方法，參考 下面的示例性描述和附圖可以更好地理解其細節，包括系統單元、系統子單元、 器件、組件、子組件、機構、結構、部件、元件和構造以及外圍設備、工具、 附件和材料、以及步驟或程序、子步驟或子程序，以及示例優選實施方式、替 代tti&實M^式、具體構造的操作和實施，及其附加和可選的方面、性質、特 征。在下面對本發明的示例性描述中，包含充分理解以便"實現"所公開發明 的利用和實施所需的主要的或首要的系統單元、系統子單元、器件、組件、子 組件、機構、結構、部件、元件和構造以及外圍設備、工具、附件和材料及其 功能，以及主要的或首要的步驟或程序、子步驟或子程序。因此，對于本領域 技術人員容易理解的、本發明所屬領域相關的現有技術*和技術文獻中可以獲 得的內容，這里至多簡要地說明，這些內容包括各種可能的預備的、中間的、 次要的、衝和可選的、系統單元、系統子單元、器件、組件、子組件、機構、 結構、部件、元件和構造以及外圍設備、工具、附件和材料、*和其功能、或 /和步驟或程序、敏和子步驟或子程序。參見附圖，圖1和2是不同形式材料模塊的示意性示例，其水M量可以M5i執行本發明來測量和確定。圖i示出了捆包12形式的材料模±央io。捆包12由壓縮的材料層14構成，可選擇用至少一個系帶15捆在一起。針系帶15 可以由塑料或金屬制成。層14可以是任何合成或有機材料，包括但不限于煙 草、棉花、紙、加工^#、茶葉和合成纖維。為了測量捆包12的水船量，捆包12可以分成至少一個、優選為多個區域16，例如J-l的區域到J=N的區 域。各個第J個區域16包括至少一個測量點18， {雄多個測量點18。在每個 測量點18處確定該部分捆包12的水分含量。圖2顯示了箱20形式的材料模決10。箱20不同于捆包12，沒有限定的 層。然而，箱20也可以分為至少一個、4爐多個區域22，例如丁=1的區域到 T=N的區域。lH鄰，旨第T個區域22也可以再分為至少一個、優選多個測 量點24。在每個測量點24處確定該部^f昏20的水始量(見圖2下勒。圖3歸意(椅圖，顯示了根據本發明的系統的示例優選實施方式，這里 標記為系統26，用于確定如圖1或2所示材料模塊的7KM量。系統26包含 多頻微波輻身中源28，示出在模塊10的一側。多頻微波輻身中源28 包含至少 一個源天線30，用于發射由多頻微波構成的源波束32。多頻源波束32被引導 穿過模決10，并從模塊10穿出為出射波束34。出射波束34由至少一個接收 天線36接收。接收天線36位于基本上與源天線30相對的模±央10的一側。接收天線36接收出射波束34之后，接收天線36產生多頻微波天線信號 38。然后，信號38^A多頻衰減單元40。多頻衰減單元40包含多頻衰減測 量器42，其測量天線信號38的衰減。當多頻源波束32會Si模塊10時，多頻 源波束32發生衰減。衰減的程度由多頻源波束32所遇到的元素質量(elementaiy mass) (S卩材料模塊10的質量)決定，并且由多頻源波束32所遇到的材料模 塊10的水M量決定。從而，多頻衰減測量器42實際上測量多頻源波束32 中各種多頻因經過模塊10而衰減的程度。至少部分天線信號38 入到多頻相移確定器44，其在天線信號38所 魁寸的多頻中的每一個頻率處確定微波的相移。這些相移實際上是因多頻源波 束32經過模塊10所造成的相移，從而每一個相移是源波束32所劃寸的給定 頻率的微波的相位與出射波束34中相應微波的相位之間的差值。多頻中每一 頻率的微波的衰減^和相移P根據下面的等式1和2確定^ = 8.68(aL) 等式i其中A是模塊10的長度，《是模塊10的衰減因子；以及尸=(〃-A) 等式2 其中和々。分別，于模i央10和空氣的相位因子。然后由多頻7K分確定器46利用天線信號38的衰減和相移來確定模塊10多頻水分確定器46使用下面的等式3-6來確定模塊10的水分含量。在這 些等式中，^競減、尸是相移、『是水船量、A/是模塊10的元素質量。 等式3和4積分得到等式5和6。從而計算出水M量『。<formula>formula see original document page 14</formula>為了提高測量和確定材料模塊10水分含量時的準確度和再現性，可以對 系統26增加許多可選的特征。多頻衰減單元40優選包含多頻衰減器48。多頻 衰減器48的功能是衰減由天線信號38所發送的多頻微波，使得天線信號38 變為經衰減的天線信號50。然后耦合器52將經衰減的天線信號38分為兩部分。 第一部分衰M^線信號50 iSA到多頻相移確定器44。第二部分衰減天線信號 50 ,i"KA到多頻衰減測量器42。多頻衰減測量器42 確定衰^^線信 號50的多頻微波的幅度與恒定參考信號的對應多頻微波的幅度之間的差值。 對應幅度間的該差值確定了多頻衰減器48對天線信號38的衰繊呈度，使得對 天線信號38的衰減保持基本恒定。這種恒定性是多頻相移確定器44的恰當工 作所需的，這將在下面描述。如上面所魁啲，多頻相移確定器44確定源波束32的多頻微波的相位與 出射波束34的相應多頻微波的相位之間的差值或相移。多頻相移確定器44優 選包含混頻器56，其輸出的信號正比于源波束32與出射被束34 (如天線信號 38所代表的)之間的相移。為了使混頻器56接收部分源波束32，多頻微波輻 針源28 j腿包含第二耦合器58，用于將源波束32分為兩部分。第一部分源波 束32如上所述那樣穿過模塊10。第二部分源波束32進入混頻器56。多頻相移確定器44沿繼包含多頻信號相移測量器60。多頻信號相移確 定器60根據混頻器56的輸出信號來測量源波束32與出射波束34之間的相移。 為了獲得最準確的7jC分含量測量，多頻相移測量器60可選地包含多個部件， 以補償多頻微波相移測量中的誤差。這些部f^含粗略多頻相移測量器62，其確定多頻微波的粗略相移。然后，多頻相域確定器64根據天線信號38的衰減 來確定每個粗略相移的相域并且產生校正相移。當直接根據多頻源波束32和 多頻出射波束34 (如天線信號38所代表的)來測量時，每個相移僅可以在0 到2n之間變化。然而，正確的相移實際上位于2n(n-l)和2nn之間，可能是 0至lj 2 k ，但也可能是例如4 n至lj 6 n 。因此，必須確定相域或者說n的數值。 禾IJ用經驗相域曲線皿行這種確定，該經驗相域曲線將多頻天線信號38的衰 減關聯到恰當的相域。然后將正確的相移發送到多頻水分確定器46并被其使 用。為了使相移測量準確，天線信號38的衰減必須保持基本恒定。否則，多 頻源波束32和天線信號38之間的比較會被天線信號38的衰MA為改變。如上面提到的， 一旦已經測量相移和衰減，多頻7K分確定器46就確定材 料模塊10的水分含量。多頻水分確定器46 包含用于測量材料模塊10的 溫度的溫度傳感器66。模±央10的 優選由模±央，輸入端68輸入到多頻水 分確定器46。模塊10的類型由模±央10的材料和模塊10的形式(例如捆包12 或箱20)來確定。最后，多頻7K分確定器46伏選包含多頻標準化器70。多頻 標準化器70優選包含對經驗函數72的使用。經驗函數72用于根據材料模i央10 的溫度、模決10的類型、以及上面計算的衰減和相移來確定模塊10的水M上面的描述將材料模塊10 7jC分含量的測量作為單個水分測量皿行。然 而，4繼進行多個這樣的觀懂并且由平均器74來平均。如上面參考圖1所示 意描述的，材料的捆包12可以分為多個區域16。 #區域16 再分為多個 測量點18。在齡測量點18處，根據上面的描述確定該部分捆包12的水船 量，從而進行多個測量并由平均器74平均。對于箱20、區域22和測量點24 可以進行對以的討論。然后優選將這些平均測量與校準曲線進行比較，以獲得 材料模塊10的7jC分含量。可選地，為了便于進fi^樣的多個測量，系統26可 以包含傳送器，例如傳送帶(未示出)或貨車(未示出)，以在多頻微波輻射源28 和接收天線36之間傳送材料捆包12。可選地，多頻微波輻射源28還可以包含第二源天線76。同樣可iii也，系 統26還可以包含第二接收織78。可iti也，振蕩器80控制第一開關82和第 二開關84。當模±央10對于單次測量來說過高時，這些可選的部件用于分兩部分或兩區^e測量材料模塊10的7jC始量。首先，振蕩器80翻轉第一開關82， {蝶一源天線30導弓l多頻源波束32穿過模塊10的下部，^t!轉第二開關84， ^m—接收天線36產生多頻1^波天線信號38。圖2顯示了這種特定的配置， 用于測量模塊10下部的水分含量。接下來，振蕩器80翻轉第一開關82，使第 二源天線76導弓l多頻源波束32穿過模塊10的上部。振蕩器80還翻轉第二開 關84，使第二接收天線78產生多頻微波天線信號38。于是測量了模塊10上 部的水分含量。多頻微波輻lt源28還可任選包含多個部件，用于通過操縱源波束32的電 場強度的方向而使水分含量測量的靈敏度最大化。多頻微波輻射、源28可以包 含電場定向器86。電場定向器86確定多頻源波束32的電場強度相對于模i央10 的方向，從而使得電場強度的方向部分地決定了多頻微波的衰減幅度和相移幅 度。如果模塊10具有層14(例如圖1所示，對于材f糊包)，當電場強度基本 垂直于模塊10的層14時，獲得天線信號38的多頻微波的基本上最大的衰減 j和基本上最大的相移尸。當電場^^基本平行于模塊10的層14時，獲得天 線信號38的多頻微波的基本上最小的衰減^和基本上最小的相移P。即使模 塊10沒有分層14，根據所測材料相對于電場強度的取向，改變電場強度的方 向仍會改^線信號38的多頻微波的衰減和相移。電場定向器86根據來自多 頻衰減測量器42的反饋來確定電場纟販的方向。這樣，如果天線信號38的衰 減小，電場定向器86可以改變電場強度的方向以補償這樣的效果。顯然，這 在銜K分觀糧的靈敏度和準確度最大化方面具有明顯優勢，并且進而利于確定 材料模塊10的水M量。如上面所示例描述和舉例說明的，本發明具有多種有利的和有優勢的方 面、特性和特征，其基于敏和源于上面所示例描述的新顆性和獨創性的主要方 面。本發明用于以特別高的準確度和特別高的再現性確定材料模塊的水分含 量。而且，本發明易于適用于材料模塊的商業(工業)規模的操作和處理。此外，本發明適用于確定各種不同類型的合成的和自然存在的材料的材料模i央zKM量，如煙葉、棉纖維、木材、咖啡豆、茶葉，以及例如合成制造纖維的合成制 造材料，這些材料用作各種不同鄉的成品灘費品)的制造中的主要原材料。基于上面對新穎性和獨創性的說明，以及有利的和有優勢的方面、特性和 特征，本發明成功:t艘力于并且克服多種缺點柳艮制，并且擴展了用于確定材料模i^^分含量的現有技術的范圍。應當理解，為了清楚起見而在不同的實施方式中描述的本發明的特定方面和特性，還可以組合在單個實施方式中。相反，為了簡要起見而在單個實施方 式中描述的本發明的各種方面和特性，還可以獨立地提供或者以任何恰當的子 集組合方式提供。雖然結合特定的實施方^S:其例子對本發明進行了描述，顯然對于本領域 技術人員來說顯而易見有許多的替換、修改和變型。因此，意圖包括落入后附 權利要求范圍的所有這些替換、修改和z翅。
權利要求
1、一種使用多頻微波確定材料模塊的水分含量的系統，包括(a)多頻微波輻射源，適合于發射由多頻微波構成的微波輻射源波束，所述輻射源的至少一部分位于模塊的一側；(b)位于模塊另一相對側的至少一個接收天線，適合于接收出射波束并且產生多頻微波天線信號，所述出射波束是經過從所述輻射源到所述接收天線的轉變后的所述源波束；(c)多頻衰減單元，適合于接收第一部分所述天線信號并且測量所述天線信號的衰減；(d)多頻相移確定器，適合于接收一部分所述源波束和第二部分所述天線信號，并且確定所述源波束和所述天線信號的相移，所述多頻相移確定器包含(i)粗略多頻相移測量器，適合于確定所述源波束和所述天線信號的粗略相移；和(ii)多頻相域確定器，適合于根據所述衰減來確定所述粗略相移的相域，并且產生經校正的相移；以及(e)多頻水分確定器，適合于根據所述校正相移和所述衰減來確定該模塊的水分含量。
2、 如權利要求l所述的系統，其中，所述多頻衰減單元進一步包含.-多頻衰減測量器，適合于測量所述天線信號的幅度、比較所述衰減和恒定幅度參考信號的幅度、并且確定所皿W^信號的幅度與所述恒定參考信號 的所述幅度之間的差；和多頻衰減器，適M根據所述差，所述，信號進行衰減。
3、 如權利要求1所述的系統，其中，所述多頻相域確定器進一步包含使 用經驗相域曲線來根據所述衰減確定所述相域。
4、 如權利要求l所述的系統，其中， (a)所述多頻微波輻針源進一步包含(i) 第一源天線，適合于導引所述多頻微波的所述源波束穿過該模 塊的下部；(ii) 第二源天線，適合于導引所述多頻微波的所述源波束穿過該模塊的上部；和(b)所述至少一個接收天線是第一和第二接收天線，并且所述接收天線包 含開關，當所述第一源天線導弓斷述源波束時，所述第一接收天線產生所述天 線信號，并且當所述第二源天線導引所述源波束時，所述第二接收天線產生所 述天線信號。
5、 如權利要求1所述的系統，其中，所述多頻微波輻射源進一步包含電 場定向器，該電場定向器適合于相對于該模i^je確定所述源波束的電場方向， 使得所述電場的所述方向部分決定所述衰減的幅度和所述相移的幅度。
6、 如禾又利要求1所述的系統，其中所述多頻7jC分確定器進一步包含 、皿傳感器，適合于確定該模塊的溫度；模士央鄉輸入端，適合于輸入該模塊的鄉；禾口標準化器，適合于根據所述溫度、所述模i央類型、所述校正相移和所述衰 確定水分含量。
7、 如才又利要求1所述的系統，進一步包含傳送器，適合于在所述多頻微波輻射源和所述接收天線之間傳送該模塊， 從而進行多個水分測量；禾口平均器，適合于平均所述多個7k分測量。
8、 如權利要求l所述的系統，其中，該材料模塊魏自捆包和箱。
9、 如權利要求1所述的系統，其中，該材料選自自然存在材料和合成制 造材料。
10、 如權利要求9所述的系統，其中，所述自然存在材料選自煙葉、棉纖 維、木材、咖啡豆和茶葉。
11、 如權利要求9所述的系統，其中，所述合成制造材料是合成制造纖維。
12、 一種{柳多頻微波來確定材料模塊的水始量的方法，包括(a) 由多頻微波輻射源劃寸由多頻微波構成的微波輻射源波束，所述輻射源 的至少一部分位于模塊的一側；(b) 由位于模塊另一相對側的至少一個接收天線接收出射波束并且產生多 頻微波天線信號，所述出射波束是經過從所述源天線到所述接收天線的轉變后 的所述源波束；(c) 由多頻衰減單元接收第一部分所述天線信號并且測量所述天線信號的衰(d) 由多頻相移確定器接收一部分所述源波束和第二部分所述天線信號并且確定所述源波束和所述天線信號的相移，所述多頻相移確定器包括(l)粗略多頻相移測量器，用于確定所述源波束和所述天線信號的 粗略相移；和(ii)多頻相域確定器，用于根據所述衰減確定所述粗略相移的相域， 并且產生經校正的相移；以及(e) 由多頻水分確定器根據所述校正相移和所述衰減來確定該模塊水分含
13、 如權利要求12所述的方法，其中，所述多頻衰減單繊一步包含 多頻衰減測量器，適合于測量所述天線信號的幅度、比^^ 述衰減和恒定幅度參考信號的幅度、并且確定所述衰 線信號的幅度與所述恒定參考信號 的所述幅度之間的差；和多頻衰減器，適合于根據所述差，所述天線信號進行衰減。
14、 如權利要求12所述的方法，其中，所述多頻相域確定器進一步包含^ffl經驗相域曲線來根據所述衰減確定所述相域。
15、 如權禾腰求12所述的方法，其中(a) 所述多頻微波輻針源進一步包含.-(i) 第一源天線，適合于導引所述多頻微波的所述源波束穿過該模 塊的下部；(ii) 第二源天線，適合于導弓l所述多頻微波的所述源波束穿過該模 塊的上部；和(b) 所述至少一個接收天線是第一和第二接收天線，并且所述接收天線包 含開關，當所述第一源天線導弓斷述源波束時，所述第一接收天線產生所述天 線信號，并且當所述第二源天線導弓l所述源波束時，所述第二接收天線產生所 述天線信號。
16、 如權利要求12所述的方法，其中，所述多頻微波輻針源進一步包含 電場定向器，該電場定向器適合于相對于模塊確定所述源波束的電場方向，從 而所述電場的所述方向部分決定所述衰減的幅度和所述相移的幅度。
17、 如權禾腰求12所述的方法，其中，所述多頻7K分確定器進一步包含、鵬傳感器，適合于確定該模塊的溫度； 模土央鄉輸入端，適合于輸入該模塊的鄉；禾口標準化器，適合于根據所述溫度、所述模±央類型、所述校正相移和所述衰 確定水^量。
18、 如權利要求12所述的方法，進一步包含由傳送器在所述多頻微波輻射源和所述接收天線之間傳送該模塊，從而進 行多個水分測量；禾B由平均器平均所述多個7尺分測量。
19、 如權利要求12所述的方法，其中，該材料模塊的形式是選自捆包和箱。
20、 如權利要求12所述的方法，其中，該材料選自自然存在材料和合成 制造材料。
21、 如權利要求20所述的方法，其中，所述自然存在材料選自煙葉、棉 纖維、木材、咖啡豆和茶葉。
22、 如權利要求20所述的方法，其中，所述合成制造材料是合成制造纖維。
全文摘要
使用多頻微波確定材料模塊(10)的水分含量的系統和相應方法，包含(a)多頻微波輻射源(28)，用于發射由多種頻率構成的微波輻射源波束(32)，該輻射源(28)的至少一部分位于模塊(10)的一側；(b)位于模塊(10)另一相對側的接收天線(36)，用于接收出射波束(34)并且產生多頻微波天線信號(38)；(c)多頻衰減單元(40)，用于接收第一部分天線信號(38)并且測量天線信號(38)的衰減；(d)多頻相移確定器(44)，用于接收源波束(32)和第二部分天線信號(38)并且確定源波束(32)和天線信號(38)的相移；以及(e)多頻水分確定器(46)，用于根據校正相移和衰減來確定模塊(10)的水分含量。
文檔編號G01N22/04GK101315339SQ20071012884
公開日2008年12月3日 申請日期2007年5月28日 優先權日2007年5月28日
發明者A·格林沃德, D·S·莫舍, V·韋斯坦 申請人:邁康有限公司