专利名称：用于检测纤维材料中的如湿度、密度、或杂质存在等特性的凹入微波谐振器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于才企测纤维材料的至少一种特性的装置；涉及该 装置的谐振器；以及涉及用于生产圓柱形的烟草工业制品(特别是 香烟)并且包括这样一种装置的4几器。
更确切地说，本发明涉及用于检测纤维材料的至少一种特性的 装置，并且该装置包括； 一个通道，在^f吏用中沿着该通道在给定方 向上供给纤维材料；以及一个微波谐振器。该谐振器包括至少一 个由导电材料制成的本体；由该本体界定的至少一个腔；用于发射 微波信号的发射装置；以及用于接收微波信号的接收装置。并且， 上述腔至少包含第一介电材料。
这里，"纤维材料，，意指包含纤维的材料，并且优选地选自包 _括烟草和醋酸纤维素的组。
这里，"纤维材料的特性"意指选自包括密度、湿度和杂质的 组的4寺性。
背景技术：
US6452404描述了 一种用于测量烟草湿度的装置，并且该装置 包括一个具有轴向通孔的基本上圓柱形的微波谐振器。上述类型的^r测装置具有相当笨重的缺点，特别是当谐振器的 使用频率相对低时。在这种情形下，公知的谐振器是相当笨重的， 基本上垂直于给定的方向。
当对平行移动且分开较小距离的两根香烟棒的烟草的湿度和/ 或密度进行测量时，公知的相对笨重的谐振器是非常难以定位的。
发明内容
本发明的目的在于提供用于检测纤维材料的至少一种特性的 装置，具有该装置的谐振器，以及用于生产圓柱形的烟草工业制品 并且包括这样一种装置的机器；所有提供的这些至少部分地消除了 上述的缺点，同时〗更宜且容易实施。
根据本发明，提供了用于检测纤维材料的至少一种特性的装 置，具有该装置的谐振器，以及用于生产圓柱形的烟草工业制品并 且包括这样一种装置的机器，如在所附独立权利要求或者在直接或 间接地从属于这些独立权利要求的任一个权利要求中所述。
将参考附图通过示例性的方式描述本发明的多个非限制性的 实施例，在附图中
图1示出了根据本发明的香烟制造机器的一部分的示意性主视 图，其中为了简明而除去了某些部件；
图2示出了根据本发明的湿度和/或密度检测装置的示意性立 体图，其中为了简明而除去了某些部件；
图3示出了图2的装置的纵剖面；
8图4示出了图3的装置的另一个实施例的纵剖面；
图5示出了试验数据曲线图，其中x轴以GHz表示频率，且y 轴表示功率测量；
图6示出了试验数据曲线图，其中x轴以GHz表示频率离差， 且y轴表示功率测量离差；
图7示出了由试验数据的线性插值法描绘的线条，所述试验数 据是通过测量已知密度和湿度的烟草而获得的；x轴表示AA/Ai的 比率，且y轴表示密度；
图8示出了由图1的装置产生的孩吏波场的一个电分量(electric component)的试-验4企测强度的示意图9示出了由图1的装置产生的微波场的另一个电分量的试验 -检测强度的示意图。
具体实施例方式
图1示出了用于生产香烟的机器l的一部分。机器l包括用于 在给定的方向A上沿着通道P送进香烟棒3 (即，用纸包裹的烟草 条)的传送带2，并且香烟棒经过用于检测香烟棒3中的烟草的密 度和/或湿度的检测装置4 (在图1中示意性地示出)。
具体地参考图2和图3，装置4包括用于测量烟草的密度和/ 或湿度的微波谐振器5，该微波谐振器产生具有给定几何形状的微 波场，并发射4企测信号。更确切地说，谐振器5包括连4妄到发生器 7的发射天线6和连接到处理器9的接收天线8。发射天线6和4妄收天线8与方向A交叉地i殳置，优选地是与方 向A垂直设置，以实现对微波场的最佳发射和接收。
谐振器5包括由至少一种导电材料制成的本体10,具体地为 诸如钢的金属；及由本体10界定的腔11。腔ll包含至少一种介电 材料，这种材料是指导电性较差的材料，但是能够相对地有效地维 持电场。介电材料的非限制实例包括空气；液体、固体、泡沫、 或者凝胶体形式的聚合物材料(例如，聚乙烯、或聚胺基甲酸酯， 其可以呈现为固体或凝胶体或泡沫的形式)；有机液体(即，包含 >谈化合物的液体)；以及真空。
如图2和图3所示，本体10基本上为圆柱环形(circular cylindrical annular shape)并且限定了一个管月空12，该管月空与本体 10基本上同轴并且至少局部地限定了一个通道13，在Y吏用中沿着 该通道送进香烟棒3。
腔ll具有与方向A平行的L形截面，并且包括基本上与方 向A平4于的一个部分14;以及与方向A交叉(特别i也，基本上与 方向A垂直)的一个部分15。部分15具有连纟妄至部分14的一个 末端16;和与末端16相对并面向通道13的一个开放的末端17， 即没有被导电材料界定。更确切地说，末端17由通道13划界。在 优选的实施例中，平4亍于方向A来测量末端17,其为0.5毫米至3 毫米长，更优选地为1毫米长。
部分14和部分15分别为环形，且基本上4皮此同轴并与本体10 同轴。更确切地说，部分14和部分15分别为基本上圆柱形的。
本体10包括两个半壳18和19，当这两个半壳结合的时候就限 定了腔ll。半壳18和半壳19是环形的并且由紧固件连接，具体地 为两个螺4丁 (未示出)。
10谐振器5基本上是一个同轴谐振器，其中部分14作为短路传 输线路，而半壳18和19在部分15处限定了电容(capacitance)。
本体10包括壁24，该壁将部分14与通道13分隔开，并且 该壁具有一个端面25、和与端面25交叉且至少部分地限定通道13 的一夕卜表面26;以及壁27，该壁4立于部分14的与壁24相只寸一俯J 上并且具有一内表面28。端面25部分地限定了部分15，且宽度(基 本上垂直于方向A进行测量)大于或等于(优选地大于)内表面 28与外表面26之间的距离的一半(在部分15处平行于所述宽度测 量)。更确切地说，外表面26基本上平行于内表面28,并且基本上 垂直于端面25;并且上述宽度和距离是相对于本体10的沿着管腔 12延伸的纵向轴线而径向地测量。
谐振器5还包括由介电材料制成的分隔器(separator) 20,该 分隔器基本上为圆柱环形，并且基本上与本体10以及部分14和部 分15同轴。更确切地，说，分隔器20在末端17处容纳于部分15内 部，并且被塑造成基本上防止烟草颗粒进入腔11中。优选地，分 隔器20的介电材料的介电常数与腔11的部分14内部的介电材料 的介电常H不同。在一个优选的实施例中，腔11包含空气；而分 隔器是聚乙烯。
在未示出的可替换的实施例中，月空11具有平4亍于方向A的T
形截面。
在可替换的实施例中，腔11包含〗氐压空气(即，低于大气压 力)，或者为真空。
图8示意性地示出了由谐振器5产生的樣t波场的垂直于方向A 的电分量的强度；图9示意性地示出了由谐振器5产生的微波场的 平行于方向A的电分量的强度；且较黑的区域指示了较大的强度。如图8和图9中所示，在腔11的部分15中和在部分15处的通道 13的部分中，微波场特别地强。场在部分15处的集中主要是由于 腔11的特别的几何形状，其与腔11中的介电材料的类型相反。
谐振器5(特别地为腔11 )的特定几何元素(geometrical element) 允许孩i波场频率的变化而没有改变本体10的径向尺寸。关于这一 点，重要的是注意到增加部分14的长度为减小微波场频率作了 准备，从而能够获得相对小的谐振器5,并且这也能够用来对香烟 制造机器提供便利，其中两个或者更多个平行的香烟棒3在香烟制 造才几器上并排地前进。
关于樣"皮场频率的变化，上面涉及的端面25的宽度与内表面 28与外表面26之间的距离之间的尺寸关系是特别地有利的。
在实际使用中，当香烟棒3穿过装置4时，谐振器5产生^f鼓波 场，该微波场被香烟棒3中的烟草干扰，则谐振器发出与千扰相关 的检测信号。此时，处理器9将检测信号与参考凄t据项进行比哞交。 更确切地说，处理器9确定作为检测信号的函数的检测数据项，进 而将该检测数据项与参考数据项进行比较。当4企测信号与参考数据 项之间的差值超过一给定的临界值时，就发出指示香烟棒3的缺陷 部分的误差信号；在这种情形中，在装置4下游并连接到处理器9 的一个废料单元(图中未示出)去除了香烟棒3的缺陷部分。
现在将具体地参照图5和图6更清楚地解释谐4展器5和处理器 9的操作。谐振器5定期地执行扫描(sweep )以使微波场中的微波 的频率在1GHz与300GHz之间变化。孩t波的频率优选地在2Hz至 3GHz之间变化，以避免加热在微波场中的烟草和/或任何生物组织。
图5 (其中x轴表示孩丈波频率，而y轴表示功率测量值)示出 了在微波场内基本上没有物体时获得的参考信号的参考曲线CR。参考曲线cr的峰值在给定的参考频率Ar赴，并且在中间峰值高度处 具有参考4展幅Br。
图5还示出了各个检测信号的响应曲线Cj、 Cii、 Ciii。每个响应 曲线均具有峰值检测频率Ai、及在中间峰值高度处的检测振幅Bi， 这两个数值取决于香烟棒3 —部分的湿度和密度。
在实际使用中，处理器9接收^r测信号并确定峰值;险测频率 Ai和4企测4展幅Bp然后对它们进^f于处理以将^r测信号与参考^:据项比较。
优选地，处理器9确定峰值检测频率Ai与参考频率AR之间的 第一偏差A"以及才企测l展幅Bi与参考振幅BR之间的第二偏差BA。 在这样的情况下，根据以下的等式计算香烟棒3的检测湿度
其中，(p与检测湿度直接成比例。关于这一点，需要指出的是， 在示出了沿x轴的第一偏差A厶和沿y轴的第二偏差B^的试-验曲线 图(如图6中所示)中，与香烟棒3的连续部分(湿度基本上相同) 的检测信号相关的多个点基本上沿着相同的线分布。
在已经计算了纟企测湿度的情况下，优选地，处理器9确定烟草 的检测密度，该密度为检测湿度和第一偏差A,或第二偏差B,的函 数。更确切地说，使用由预先根据实验确定的多条曲线(具体地， 多条直线)T(图7)计算密度，并且每条曲线在恒定的给定湿度(因 此为恒定的给定cp)下限定了作为比率A,/Ai的函数的密度图 (pattern )(在图7中以p指示)。此时，将检测密度与参考密度比较；并且，当检测密度与参考 密度之间的差值超过临界值时，发出一误差信号。
可替换地，谐振器5和处理器9可以如以下文献其中之一所述 的那样的才喿作DE202005010375、 EP791823、 EP902277。
在图4中所示的另一实施例中，谐振器5包括分离的、基本上 平4亍六面体形的两个子单元21和22;并且每个子单元21、 22均包 括各自的本体IO，本体具有两个导电材料的各自的半壳体18、 19， 且两个半壳体18、 19界定了各自的腔11。
每个腔11均采用基本上不对称的T形，并且包含为固体介电 材料(具体地，聚乙烯或聚氨基曱酸酯)的元件23。
在另外一个未示出的实施例中，每个腔11均是L形。
每个腔11均包括部分14和部分15，而本体10包括壁24， 该壁分隔部分14与通道13，并具有端面25、和与端面25交叉且 至少部分;也限定通道13的外表面26;以及壁27，该壁4立于部分14 的与壁24相对一侧上并且具有内表面28。端面25部分地限定部分 15,并且宽度(基本上垂直于方向A来测量)大于或等于(优选地 大于)内表面28与外表面26之间的距离的一半(在部分15处平 行于所述宽度来测量)。更确切地说，外表面26基本上平行于内表 面28，并且基本上垂直于端面25;并且上述宽度和距离是相对于 本体10的沿着管腔12延伸的纵向轴线而径向地测量。
在这种情形中，也可以通过简单i也改变部分14的长度来改变
樣史波场频率。
在未示出的可替换的实施例中，腔ll仫 f义包含空气。在未示出的另外的实施例中，本体10 —体地形成，与包括两
个半壳体的情形相反。
在未示出的可替换的实施例中，限定了腔11的本体10包括 第一导电材料，比如钢；及第二导电材料，比如铝或因瓦合金。例 如，本体10的半壳体18可以由第一导电材并牛制成，而半壳体19 由第二导电材料制成，或者半壳体18的一些部分可以由第一导电 材料制成，而半壳体19的一些部分由第二导电材料制成。
适当地选择第 一和第二导电材料和/或由第 一或第二导电材料 制成的半壳体部分的位置将使金属材料的本体10的热膨胀最小化，
乂人而防止由本体io界定的"空ii的形a犬的改变。
尽管上面的描述涉及使用装置4来检测和测量烟草密度和/或 湿度，应当指出的是，本发明的教导也可以用来为确定其他类型的 纤维材料的至少一种特性才是供便利。例如，装置4可以安装在香烟 过滤嘴(filter)制造机器和/或雪茄制造机器中。
通过适当地处理4全测信号，本发明的教导也可以用于确定纤维 材料中的杂质(例如，塑料和/或金属颗粒)的存在和/或杂质量。
权利要求
1. 一种用于检测纤维材料的至少一种特性的装置，包括通道(13)，在使用中、在给定的第一方向(A)上沿着所述通道供给所述纤维材料；以及微波谐振器(5)，所述谐振器(5)包括至少一个由至少第一导电材料制成的本体(10)、由所述本体(10)界定的至少一个腔(11)、用于发射微波信号的发射装置(6)、及用于接收微波信号的接收装置(8)；所述腔(11)至少包含第一介电材料；所述谐振器(5)至少部分地限定所述通道(13)；并且所述装置(4)的特征在于，所述腔(11)包括基本上平行于所述给定的方向(A)纵向延伸的第一部分(14)、及从所述第一部分(14)延伸并与所述给定的方向(A)交叉的第二部分(15)；所述第二部分(15)具有连接至所述第一部分(14)的第一末端(16)、及与所述第一末端(16)相对且面向所述通道(13)的开放的第二末端(17)。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二部分(15 )基本上垂直于所述给定的方向(A)延伸。
3. 根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述第二部分U5)由所述通道(13 )划界。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述腔(11 )具有平行于所述给定的方向(A)的L形截面。
5. 根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述腔(11 )具有平4于于所述纟会定的方向(A)的T形截面。
6. 才艮据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述第一介 电材料包括空气。
7. 根据权利要求6所述的装置，其中，所述腔(11 )中的空气的 压力在1 atm以下。
8. 根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述第一介 电材料基本上是真空。
9. 根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述第一介 电材料基本上是聚乙烯。
10. 根据权利要求1至9中任一项所述的装置，还包括由第二介 电材料制成的分隔器(20);所述分隔器(20)在所述第二末 端(17)处容纳于所述第二部分(15)的内部。
11. 根据权利要求10所述的装置，其中，所述分隔器(20)被设 计成基本上防止纤维材料颗粒进入所述腔(11 )。
12. 根据权利要求10或11所述的装置，其中，所述第二介电材料 具有与所述第一介电材料不同的介电常数。
13. 根据权利要求1至12中任一项所述的装置，其中，所述本体(IO)具有由第一导电材料制成的第一部分、及由第二导电材 料制成的第二部分。
14. 根据权利要求1至13中任一项所述的装置，其中，所述谐振 器(5)是同轴谐振器。
15. 根据权利要求1至14中任一项所述的装置，其中，所述谐振 器(5)包括短路传输线路和电容。
16. 根据权利要求1至15中任一项所述的装置，其中，所述本体(IO)包括第一壁(24),所述第一壁将所述第一部分(14) 与所述通道(13 )分隔开，并且具有端面(25)和与所述端面(25)交叉并至少部分;也限定所述通道(13 )的外表面(26); 以及第二壁(27),所述第二壁位于所述第一部分(14)的与 所述第一壁(24)相对的一侧上并具有内表面(28);所述端 面(25)部分地限定所述第二部分(15)，并且基本上垂直于 所述给定的方向(A)而测得的所述端面的宽度大于或等于所 述内表面(28)与所述外表面(26)之间的距离的一半，所述 距离在所述第二部分(15)处平行于所述宽度而测得。
17. 根据权利要求16所述的装置，其中，所述外表面(26)基本 上平行于所述内表面(28 )，并且基本上垂直于所述端面(25 )。
18. 根据权利要求17所述的装置，其中，所述本体(10)为圓柱 环形，并且限定了至少部分地限定所述通道(13 )的管腔(12); 所述宽度和所述距离相对于所述本体(10)的沿着所述管腔(12)延伸的纵向轴线而径向地测量。
19. 根据权利要求1至13中任一项所述的装置，其中，所述本体(10)为环形，并且限定了至少部分地限定所述通道(13 )的 管腔(12)。
20. 根据权利要求19所述的装置，其中，所述本体(10)基本上为圓片主形。
21. 根据权利要求19或20所述的装置，其中，所述腔(11 )的所 述第一部分(14)和第二部分(15)分别为环形。
22. 根据权利要求21所述的装置，还包括由介电材料制成的分隔 器(20);所述分隔器(20)在所述第二末端(17)处容纳于 所述第二部分(15 )的内部，并且防止纤维材泮牛颗4立进入所述 腔(11)中；并且所述分隔器呈环形。
23. 根据权利要求21或22所述的装置，其中，所述第一部分(14) 和第二部分(15)以及所述分隔器(20)各自为圓柱形。
24. 根据权利要求19至23中任一项所述的装置，其中，所述本体(10)包括两个环形的半壳(18、 19)，当所述两个半壳组合 时就限定了所述腔。
25. 根据权利要求1至17中任一项所述的装置，其中，所述谐振 器(5 )包括相互分隔开的第一子单元(21 )和第二子单元(22 ); 所述第一子单元(21 )包括由至少一种导电材料制成的第一本 体(10)、由所述第一本体(10)限定的第一腔(11 )、以及所 述发射装置(6);而所述第二子单元(22)包括由至少一种导 电材料制成的第二本体(10)、由所述第二本体(10)限定的 第二腔(11 )、以及所述接收装置(8 )。
26. 才艮据权利要求25所述的装置，其中，所述第一本体和所述第 二本体(10)基本上均为平行六面体形。
27. 根据权利要求25或26所述的装置，其中，所述第一腔和所述 第二腔(11 )均为T形。
28. 根据权利要求25或26所述的装置，其中，所述第一腔和所述 第二腔(11 )均为L形。
29. 根据权利要求1至28中任一项所述的装置，还用于检测纤维 材料，特别是烟草，的密度和/或湿度。
30. —种用于检测纤维材料的至少一种特性的装置，包括通道(13)，在使用中、在给定的第一方向(A)上沿着所述通道 供给所述纤维材料；以及微波谐振器(5),所述谐振器(5) 包括至少一个由导电材料制成的本体(10 )、由所述本体(10 ) 界定的至少一个腔(11 )、用于发射微波信号的发射装置(6)、 及用于接收微波信号的接收装置(8 );所述腔(11 )包含至少 一种介电材料；所述谐振器(5 )至少部分地限定所述通道(13 ); 并且所述装置(4)的特征在于，所述介电材料选自包括空气 和真空的组。
31. 根据权利要求30所述的装置，还如同权利要求1至29中任一 项所限定的装置。
32. 根据权利要求1至31中任一项所述的装置，其中，所述发射 装置(6)包括与所述给定的方向(A)交叉定向的发射天线(6)。
33. 根据权利要求1至32中任一项所述的装置，其中，所述接收 装置(8)包括与所述给定的方向(A)交叉定向的接收天线(8)。
34. —种微波谐振器，如同权利要求1至33中任一项所限定的微波谐振器。
35. —种用于生产圆柱形的烟草工业制品的才几器，包括才艮据权利要 求1至33中任一项所述的装置(4)。
全文摘要
一种用于检测烟草的密度和/或湿度和/或杂质存在的微波装置(4)，该装置(4)具有同轴的凹入谐振器(5)，该谐振器包括具有轴向通孔(13)的基本上圆柱形的金属本体(10)，和在本体(10)内部的L形腔(11)。谐振器的内腔被抽空或用诸如空气或聚合物的介电材料填充。
文档编号A24C5/34GK101512328SQ200780032384
公开日2009年8月19日 申请日期2007年8月2日 优先权日2006年8月3日
发明者马尔科·迪奥尼吉 申请人:吉第联合股份公司