专利名称：用于对运动的材料条的特性进行处理和测量的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对烟草加工业的运动的材料条的特性进行处理和测量的装置，该装置包括具有微波谐振器的微波测量机构，通过所述微波谐振器输送或者能够输送所述材料条，其中在输入侧向所述微波谐振器加载或者能够加载由微波发生器用输出频率 4产生的测量信号。此外，本发明涉及一种相应的微波测量机构以及一种用于对烟草加工业的材料条的特性进行处理和测量的方法。本发明尤其涉及烟草加工业中的条形成和条加工的领域，也就是涉及制条机中的香烟条及过滤条的制造。比如在此制造香烟条，方法是首先将烟草抖散到条输送机上，用香烟纸带来包封所述烟草条并且随后从所述烟草条上定尺寸剪切具有多倍使用长度的香烟。 烟草条或者过滤条的形成以及所述条的随后的切割或者定尺寸剪切以较高的速度进行。对于今天的香烟及过滤嘴制造机来说，10m/s的制条速度比较典型，其中对于IOOmm的区段长度来说产生每秒100次的切割节拍。
背景技术：
香烟的质量依赖于香烟条中的烟草的状态。出于这个原因，在此规定对香烟条中的烟草的湿度和密度进行测量并且尤其对密度进行调节。此外在出现突然的且短时间的信号波动的情况下推断出异物的存在，其中接下来剔出相应的条段(Strangabschnitt)。这在现代的香烟制造机中借助于微波测量机构来进行，所述微波测量机构具有至少一个微波谐振器壳体，象比如在DE 10 2004 017 597 B4中所公开的一样将烟草条导送穿过所述微波谐振器壳体，该专利文件的专利申请说明书应该内容完整地接纳在本专利申请中。其中公开了具有构造为空心圆筒的形式的谐振器腔室的谐振器壳体，所述谐振器腔室关于香烟条对称地布置。在此设置了耦合输入天线和耦合输出天线，借助于所述耦合输入天线和耦合输出天线来耦合输入微波信号用于在所述谐振器腔室中激发振动并且又耦合输出所透射的部分。借助于微波谐振器进行的测量利用这样的物理状况，即微波谐振器中的微波场的谐振曲线在微波谐振器中存在材料条的情况下发生变化。原则上测量通过所述谐振器导送的材料条的复合的电介质常数。所述复合的电介质常数具有实数部分和虚数部分或者说量和相位。在所述复合的电介质常数的这两个特征值中，包含了所述条的密度和含水量的信息。密度和含水量的变化导致所述两个特征值的表征的变化并且由此导致所述微波谐振器的谐振曲线的表征的变化。相对于未加载的微波谐振器，在存在条材料的情况下谐振曲线的最大值或者说最小值朝较低的频率移动。此外所述谐振曲线展宽。所述材料条的密度的变化和湿度的变化相应地产生所述谐振曲线的位置、高度和宽度的自身的特别的变化。如果测量所述谐振曲线的至少两个测量参量，那么因此可以在条密度和条湿度的测量值的测量精度及函数上的依赖性的相互关系的范围内彼此独立地确定所述密度和湿度。用于对微波谐振器测量信号进行分析的分析线路从EP O 791 823 A2中得到公开，该专利文件的专利申请说明书同样应该内容完整地接纳到本专利申请中。在此产生多个独立的测量参量，方法是向所述谐振器输送具有至少两种不同的频率的微波，利用所述微波来对谐振曲线的一部分进行扫描。谐振的移动通过所述谐振器的未受到材料影响的谐振曲线与受到材料影响的谐振曲线的比较来检测，并且衰减通过在使用所输送的微波的频率的情况下产生的谐振曲线的振幅的比较来检测。从所测量的信号的级别和沿的陡度中来重新设计烟草条的密度和湿度。关于用于未加载的微波谐振器的谐振曲线如此对微波信号的基频进行调节，使得其处于所述谐振曲线的沿之一的拐点上。经过调制的至少两种频率在相同的沿上处于所述拐点的上方和下方。在数字实例中，作为输入频率，在此列举5. 79GHz和5. 81GHz，也就是 5. 8GHz 士 IOMHz。在所述两种频率之间，每5μ8切换一次，也就是说以IOOkHz的频率进行切换。所述微波输出信号通过循环器和微波二极管来整流并且通过模拟-数字转换器传输给分析机构。这种处理方式在实际上是有限度的。因此在测量时在工作频率固定时在谐振曲线的沿上进行测量，优选在未装载的谐振器的谐振的沿的拐点中进行测量。在谐振器中的材料量较小时，在这种情况下仅仅观察到微小的信号变化，而在材料量较大时则出现较大的也可能导致过调制的信号变化。微小的信号变化意味着，测量的精度变差并且条密度和条湿度的区别效果变差。在出现较小的信号变化时所述系统应该还总是可靠地工作，所述较小的信号变化因此向微波信号处理提出较高的精度要求。由于这些较高的要求，所有组件必须以很高的精度来制造和安装，这相应地引起较高的成本。同样由于较小的信号变化，所述微波线路组件的特征值的比如可能通过构件老化或者通过温度波动及其它外部变化而产生的较小的变化或者说偏移对测量精度产生影响。 这引起这样的后果，即必须经常检查并且必要时重复对系统的精确的校准。对于已知的测量方法来说，必须对微波信号进行整流。这用微波二极管尤其肖特基二极管来进行。这些二极管具有独特的非线性的并且依赖于温度的特性曲线，这会引起系统化的测量误差，所述系统化的测量误差只能不完全地借助于温度测量来校正。这种事实限制了测量精度并且要求独特的调准。在不依赖于此的情况下，在用微波谐振器在谐振频率之外进行测量时应该注意， 为测量所使用的电场的在谐振频率之外的形状不是理想典型地轴向地而是倾斜地在谐振器中定向并且在场的形状方面也还依赖于填装程度、条密度和湿度。这引起测量精度的位置依赖性。因此，在微波测量的基础上发现异物时，按在材料条中的位置有区别地很好地识别出可能在材料条中存在的异物。
发明内容
因此，相对于现有技术，本发明的任务是，说明用于对烟草加工业的以较高的速度纵轴向运动的材料条的特性进行处理和测量的一种装置、一种测量机构和一种方法，利用所述装置、测量机构和方法比以往更好地遵守前面所提到的精度要求。该任务通过一种用于对烟草加工业的尤其纵轴向运动的材料条的特性进行处理和测量的装置得到解决。该装置包括具有微波谐振器的微波测量机构，通过所述微波谐振器输送或者能够输送所述材料条，其中在输入侧向所述微波谐振器加载或者能够加载由微波发生器用输出频率&产生的测量信号。该装置通过以下方式得到改进，即设置了至少一个分析机构，所述分析机构包括由混频器、低通滤波器和模拟-数字转换器构成的串联线路，其中所述混频器与所述微波谐振器的端口并且与本机振荡器的输出端相连接并且构造用于通过由所述微波谐振器透射或者反射的频率f；的测量信号与由所述本机振荡器产生的局部频率f^的信号的混合来产生频率fIM的差动信号，其中fIM小于&并且相当于频率 f0与fa的差的绝对值，其中所述低通滤波器构造用于让所述混频器的具有中频fa的输出信号通过并且将高频的信号部分滤出。本发明基于这样的基本构思，即在按本发明的装置中借助于外差式方法在得到幅度和相位的情况下将所反射的或者所透射的测量信号向下调制到所述中频fIM。所述中频 fIM不在微波范围内，而是具有小得多的频率尤其处于IMHz与IOOMHz之间优选处于5与 20MHz之间的频率。与比如具有大约6GHz的频率的微波信号不同的是，可以用可支配的快速的A/D转换器来对这种信号进行直接的模拟-数字转换，从而避免类似的构件的通过微波二极管产生的非线性。由于相应较大的信号幅度，将偏移及公差影响降低到最低限度并且由此延长系统检查与再校准之间的周期时间。材料条的加工比如可以是香烟条或者过滤条的制造、添加剂的添加、用包封纸给所述条进行的包封和/或香烟或过滤塞的定尺寸剪切，或者也可以是由纺织纤维来制造条的过程以及条的拉伸。测量结果可以用于如此对制造过程和/或加工过程进行控制，从而实现保持相同的条密度和条湿度，或者将条的相应部分从下一步加工过程中排除出去，所述条的相应部分的密度和湿度处于预先给定的参数之外。可以在反射装置中或者透射装置中测量谐振器的谐振特性，其中对于所述反射装置来说仅仅将谐振器上的一个端口用于耦合输入微波信号并且用于测量，其中对于所述透射装置来说则将微波谐振器上的一个端口用于耦合输入并且将另一个端口用于测量所透射的信号。在微波技术中通过散射参数也就是所谓的“S参数”来描述谐振器的透射及反射特性。在此参数S11描述谐振器的输入端口上的依赖于频率的反射并且S21描述从输入端口到输出端口的透射特性。这两个S参数是频率及条的多元值的电介质常数的多元值的函数。在此可以将S参数描绘为实数部分和虚数部分或者描绘为量和相位。条的密度或者含水量的变化在最后提到的情况中作为所述谐振器的S参数的量和相位的变化起作用。对于所述按本发明使用的外差式调制方法来说，通过调和的微波振荡fo与低频的调和的本机振荡器信号‘之间的混合产生信号的混合频率，所述混合频率由基频&和作为上边带的边带fff^以及作为下边带的
Ι/ο 一/ωΙ所组成。因为所述本机振荡器信号相对于所述输出信号f。仅仅移动了微小的量
也就是所述中频，所以所述两个边带具有频率24士fIM和fIM。通过低通滤波来实现这一点， 即还仅仅具有来自混合频率的频率fIM的信号成为多余。优选设置了至少两个尤其同类的分析机构，所述分析机构各具有一条串联线路， 所述串联线路分别包括混频器、低通滤波器和模拟-数字转换器，其中一个分析机构接收由所述微波谐振器透射的测量信号并且另一个分析机构接收由所述微波谐振器反射的测量信号。通过这种方式尤其借助于同类的分析机构利用按本发明所使用的外差式调制方法来不仅测量S21参数而且测量S11参数。测量值的较大的数目允许进一步提高材料条的密度和湿度的测定的精度。这两个分析机构优选通向布置在后面的共同的分析装置。有利的是，在所述微波发生器与微波谐振器之间布置了绝缘子、循环器、定向耦合器和/或其它的信号分配器。这些结构元件尤其防止通过所反射的微波功率来干扰发生
ο如果有利地设置了另外的尤其同类的具有一条包括混频器、低通滤波器和模拟-数字转换器的串联线路的分析机构，该分析机构通过布置在输入侧上的绝缘子、循环器、定向耦合器和/或其它信号分配器来接收频率fo的输出信号的耦合输出的部分，那就提供一种信号，从该信号中尤其借助于布置在后面的共同的分析装置能够根据量和相位来直接比较输入信号及输出信号。由此也可以对输出信号的幅度和/或相位方面的偏移进行补偿。优选所述具有串联线路的分析机构相应地为相同类型，从而可以进行直接的比较。相同类型尤其意味着，所述低通滤波器具有相同的滤波曲线并且所述模拟-数字转换器尤其在其阈值和动态范围及动态因数方面彼此协调。优选设置了相位检波器和连接到所述相位检波器上的调节装置，其中所述相位检波器接收所述分析机构的低通滤波器的输出信号，所述分析机构则接收频率&的输出信号的在所述绝缘子或循环器的输入侧耦合输出的部分，其中所述调节装置构造用于如此控制所述本机振荡器的局部频率fm使得具有频率fIM的中频信号与具有频率Ilt5dt的从外部输入的时钟信号之间的相位差等于零。通过这种方式可以将所述局部频率重调到可能带有偏移的输出信号fo，使得不仅输出信号的频率的变化而且其相位的变化都不会在对随后的数字化处理来说决定性的中频fIM方面导致偏移。这种测量由此变得稳定并且在很大程度上不依赖于外部影响。在一种有利的改进方案中设置了控制机构，该控制机构用于根据所述微波谐振器中的当前的谐振频率来跟踪所述输出频率fo。根据所述微波谐振器中的当前的谐振频率来跟踪导入到所述微波谐振器中的输出频率f^，这样做具有多个优点。因此在谐振中用于测量的电场的形状在理想典型的情况下轴向定向，使得测量精度不再依赖于地点或位置。因此比如条中的异物可以在不依赖于其位置的情况下立即很好地识别出来。此外，谐振中的所透射的信号的微波幅度在谐振器中每次出现任意的衰减时为最大。由此将通过构件影响引起的误差影响降低到最低限度。在此存在着另外的优点，即可以在大得多的测量范围内在没有系统转换的情况下进行工作。因为所述控制机构借助于所述模拟-数字转换器的实时记入的测量值来实现频率跟踪，所以可以进行准连续的和准即时的频率跟踪，所述频率跟踪因而具有最小的延时。在一种优选的实施方式中，所述控制机构构造用于将所透射或者反射的信号的相位和/或幅度的数值用作调节参量，其中致力于相位的为零的数值和/或幅度最大值或者幅度最小值。在谐振中，不仅所透射的信号而且所反射的信号的相位都具有过零点。在谐振器中存在材料条时，所述两个相位的频率曲线围绕着过零点具有在很大程度上线性的曲线。出于这个原因，所述相位或者说相位的过零点特别适合作为用于频率跟踪的调节参量。 在数毫秒之后存在着关于相位的信息，从而准即时地根据谐振频率对耦合输入到微波谐振器中的频率进行重调。在这个时间里，烟草条比如仅仅继续运动了一毫米中的一小部分。
有利的是，设置了用于对所述模拟-数字转换器的输出信号进行分析的分析装置，其中该分析装置尤其集成到微处理器中或者集成到所述调节装置中。所述分析装置优选布置在所述模拟-数字转换器的后面。本发明的任务也通过一种用于如前所述的用于对烟草加工业的尤其以较高的速度纵轴向运动的材料条的特性进行处理和测量的装置的微波测量机构得到解决，该微波测量机构包括微波谐振器，通过所述微波谐振器能够输送材料条，其中在输入侧向所述微波谐振器加载或者能够加载用输出频率fo产生的测量信号，该微波测量机构通过以下方式得到改进，即设置了至少一个分析机构，所述分析机构包括由混频器、低通滤波器和模拟-数字转换器构成的串联线路，其中所述混频器与所述微波谐振器的端口并且与本机振荡器的输出端相连接并且构造用于通过由所述微波谐振器透射或者反射的频率fo的测量信号与由所述本机振荡器产生的局部频率的信号的混合来产生频率fIM的差动信号，其中fIM小于&并且相当于频率&与fIM的差的绝对值，其中所述低通滤波器构造用于让所述混频器的具有中频fIM的输出信号通过并且将高频的信号部分滤出。所述微波测量机构具有和所述按本发明的装置相同的特性、特征和优点。最后本发明的任务也通过一种用于对烟草加工业的材料条的特性进行处理和测量的方法得到解决，其中产生具有输出频率f；的测量信号并且将其导入到所述微波谐振器中，该方法通过以下方式得到改进，即通过由所述微波谐振器透射或者反射的频率&的测量信号与由所述本机振荡器产生的局部频率f^的信号的混合来产生具有组合信号，该组合信号具有一个拥有中频fIM的部分，其中fIM小于fo并且相当于频率fo与fIM的差的绝对值，其中在低通滤波器中所述组合信号的中频部分穿透到模拟-数字转换器，而所述组合信号的高频的部分则被滤出。这种方法相当于所述在按本发明的装置和按本发明的测量机构中实施的基于外差式调制法的方法。所述按本发明的方法也提供按本发明的优点，尤其模拟的结构元件比如肖特基二极管的非线性的特性曲线的独立性以及较小的信号幅度的精度的从中产生的非敏感性的优点。所述按本发明的方法提供一些数据，从这些数据中测量散射参数S11和/ 或S12，并且更确切地说根据幅度和/或相位或者说实数部分和/或虚数部分来提供这些数据。幅度和相位包含在较低的中频fIM的信号中，可以对该信号进行直接的模拟-数字转换，使得数字的原始数值已经包含必要的关于幅度和相位的信息。优选借助于用局部频率 ·ω进行的混合来将尤其通过绝缘子、循环器、定向耦合器和/或其它的信号分配器与微波谐振器隔离的频率fo的输出信号向下调制到所述中频fIM 并且通过所述低通滤波器将其传输给模拟-数字转换器。这意味着，没有受到由所述微波谐振器反射的信号部分干扰的输出信号作为直接的参考值以数字化的形式存在并且用作用于所反射的和/或所透射的测量信号的比较值。在此在截取所述输出信号的位置上所述信号借助于绝缘子或者循环器与所反射的信号隔离。优选不仅将所述模拟-数据转换器而且/或者将所述产生频率&的输出信号的振荡器而且或者将所述本机振荡器朝稳频的时间信号同步。这引起这样的结果，也就是将向下调制到中频fIM的输出信号的扫描的相位同步到该输出信号的相位，从而每时每刻都可以以较高的精度来确定信号的相位。由此排除通过所述中频fIM的产生与所述扫描之间的相位移引起的相位的误测量。
有利地通过相位检波器和调节装置来如此控制所述本机振荡器的局部频率，使得具有频率fIM的中频信号与从外部输入的时钟信号fc^k之间的相位差等于零。从中获得中频fIM的能够数字化处理的信号，该信号具有恒定的频率和相应的相位，该相位不依赖于所述输出信号fo与本机振荡器信号 ·ω之间的相对的相位移，而是仅仅依赖于所述微波谐振器中的相位移。在一种优选的改进方案中，将输出频率&调节到微波谐振器中的当前的谐振频率。在一种优选的替代方案中，借助于所透射的信号的相位来进行所述调节，其中通过所述输出频率fo的调整来致力于相位的为零的数值。这相当于上面已经描述的借助于S11分量或者说S21分量的相位特性曲线的过零点进行的调节。这种替代方案很精确并且很快。作为替代方案规定，所述调节借助于所透射的和/或所反射的信号的最大值或最小值的位置来进行，其中周期性地在两个数值之间转换所述输出频率，如此对所述两个数值进行调整，使得所述输出频率f^交替地处于谐振最大值或者最小值的上方和下方，其中致力于在使用这两种频率时达到相同的信号幅度。与被跟踪的本机振荡器信号&之间的混合而后产生具有恒定的频率fIM的信号， 该信号在频率fo的转换的节拍中改变其幅度和相位。在这种情况下，所述调节参量是在这两种情况下幅度的最小的或者说消失的差。因为谐振频率的偏移在这两种频率的幅度之间导致表征的差，该差为正或为负，所以该调节参量也很好地适合于根据微波谐振器中的谐振频率来跟踪激励频率。作为替代方案，同样有利地致力于谐振曲线的斜率的为零的数值。一种作为替代方案的调节方案有利地规定，在测量S21参数时调节到最大的信号幅度并且/或者在测量 S11参数时调节到最小的信号幅度。所述按本发明的装置、测量机构和方法，除了能够有利地应用在烟草加工业之外比如也能够有利地应用在纺织业中，比如在绵纤维和塑料纤维在梳理机和牵伸机构中平行定向和均勻处理时用在纺纱准备中。
下面在不限制普遍的发明构思的情况下借助于实施例参照附图对本发明进行描述，其中关于所有在文字说明中未详细解释的按本发明的细节请明确参照附图。附图示出如下
图1是申请人的“PR0T0S”类型的香烟制条机的示意性的结构， 图2是微波谐振器的示意性的横截面示意图，
图3是在谐振器被填充和未被填充的情况下所述散射参数S21和S11的幅度的依赖于频率的曲线，
图4是在谐振器被填充和未被填充的情况下散射幅度S21和S11的相位的依赖于频率的曲线，
图5是一种按本发明的测量机构的示意性的线路装置，
图6是另一种按本发明的测量机构的示意性的线路装置，并且
图7是另一种按本发明的具有频率跟踪功能的测量机构的示意性的线路装置。在以下附图中，相应相同的或者同类的元件或者说相应的部件用相同的附图标记来表示，从而放弃相应的重复的介绍。
具体实施例方式在图1中对申请人的“PR0T0S”类型的香烟制条机的原理结构进行解释。从闸门 1一份一份地向预分配器2供给松散的烟草。所述预分配器2的卸料辊3在受控制的情况下向储备容器4补充烟草，一个构造为无限输送带的大倾角输送机5从所述储存容器4中取出烟草并将其供应给堆装井筒6。销钉辊(Stiftwalze)7从所述堆装井筒6中取出相同的烟草流，所述烟草流由下料辊8从所述销钉辊7的销钉中打出并且甩到作为无限输送带导送的并且以恒定的速度旋转的分散布9上。将在所述分散布9上形成的烟草纤维网甩进筛选装置11中，所述筛选装置11产生气幕，较大的或者较重的烟草部分穿过所述气幕，而所有其它的烟草颗粒则被所述气幕的气流引导到由销钉辊12和壁体13所构成的漏斗14中。由所述销钉辊12将烟草朝条输送机17甩进烟草槽16中，烟草借助于吸入到负压室18中的空气保持在所述条输送机17 上并且作为烟草条而抖散。平整机或者说整理机19基本上由一对布置在所述烟草条的输送方向的平面中的旋转的盘片和一个转向器构成，所述平整机或者说整理机19将过剩的烟草从烟草条上移走并且将如此形成的烟草条分切到所期望的厚度。随后将所述烟草条放到在同步中被导送的香烟纸带21上，所述香烟纸带21从卷筒22上拉下并且通过印刷机组23来导送。将所述香烟纸带21放到被驱动的规型输送带 24上，该规型输送带M将所述烟草条和香烟纸带21输送穿过规型结构沈，方法是将所述香烟纸带围绕着烟草条来折叠，从而还有一条棱边突出，该棱边由未示出的涂胶装置以已知的方式来涂胶。随后使粘合缝闭合并且由串联接缝板(TandemnahtpHtte) 27对其进行干燥。如此形成的香烟条28经过对所述平整机19进行控制的条密度测量仪四，并且由刀片装置31切割为双重长度的香烟32。所述香烟32由具有受控制的支臂33的转交装置 34转交给过滤嘴装配机37的接纳滚筒36，在所述过滤嘴装配机36的切割滚筒38上将所述香烟32用圆盘刀分割为单根香烟。无限的输送带39、41将过剩的烟草输送到布置在所述储存容器4下面的容器42中，送回的烟草又被所述大倾角输送机5从该容器42中取出。图2示出了合适的谐振器壳体的示意性的横截面示意图。部分切开的沿箭头50 的方向运动的香烟条观由填料51和由香烟纸构成的包封层52所组成，所述香烟条观穿过所述谐振器壳体M，为了检测所述填料51的至少一种特性比如质量或者湿度而将微波输送给所述谐振器壳体M。所述谐振器壳体M具有空心圆筒56的形式的空心体，该空心圆筒56的内部空间或者说谐振器腔室57关于香烟条观对称布置。用于封闭之用的盖子 58旋紧在所述空心圆筒56上。可以用较薄的镀金层62来对所述谐振器壳体M的谐振器腔室57进行气相喷镀， 所述镀金层62可靠地防止对测量值恒定性有不利影响的腐蚀形成现象并且同时由于良好的导电性能而限制了有害的趋肤效应。保护管63用于相对于所述香烟条观在机械方面对谐振器腔室57进行隔绝并且用于防止谐振器腔室57受到污染，该保护管63有利地由聚芳基醚酮(PAEK)类的物质比如聚醚-醚-酮(PEEK)所制成。所述保护管63在其端部63a之一上漏斗状地扩径，在该端
10部上所述条28进入到所述谐振器壳体M中。所述谐振器壳体M在所述谐振器腔室57的外部管状地(56a、58a)在两侧沿条 28的方向向外延伸，用于防止微波从谐振器腔室57中泄出。所述谐振器壳体M也管状地 (56b、58b)稍许向里延伸。通过隔离环64与空心圆筒56隔绝的耦合输入天线66用于耦合输入由微波发生器产生的微波。通过隔离件67与空心圆筒56隔绝的耦合输出天线68用于耦合输出应该输送给未示出的分析线路的微波。优选如此选择所导入的微波信号的频率，从而在谐振中所述空腔57中的微波场的幅度在中心处也就是在香烟条观的位置上具有最大值。如果所导入的频率与谐振频率不符，那么所述幅度在所述耦合输入天线66的位置上具有最大值并且朝所述耦合输出天线68的方向减小。在此所述微波场在所述香烟条观的横截面的范围内具有减小的幅度特性曲线，也就是说是不均勻的。在图3和4中以模拟图示出了理想典型的无损失的谐振器的散射参数S11和S21的幅度和相位。X轴代表着所导入的微波信号的频率并且在5GHZ与6. 5GHz之间运动。在所述模拟图中用零来假设未布线的或者说空的谐振器的固有衰减。在图3中在Y轴上示出了具有处于0与1之间的数值的相对幅度。用附图标记 69a°和69b°表示的曲线相应于未加载的谐振器。在此69a°代表着依赖于频率的所透射的分量也就是S21参数的曲线，该分量对于大约6. 23GHz的频率来说具有数值为1的最大值。 在此由此存在着完全的透射。用于在谐振器未加载时的散射参数S11的拥有附图标记69b° 的相应的反射曲线在此具有数值为0的最小值。在这个最小值之外，所述参数S11具有接近于1的数值，由此几乎存在着完全的反射。如果用材料条比如香烟条观穿过所述谐振器，那么谐振频率就朝较低的频率移动，在所示出的实例中朝大约5. 8GHz移动。这不仅适用于S21参数69a而且适用于S11参数 69b。同时所述两条谐振曲线展宽。此外S21的幅度在谐振中减小，S11的幅度则增大。因此所述S21参数的曲线还仅仅达到大约0. 7的最大值，而反射也就是说S11参数则在谐振中上升到0.3。在此未示出，在无损失的情况下，也就是说在谐振器中没有材料的情况下，参量
“Ι2+N2 Γ在整个频率范围内拥有绝对值ι，而其在有损失的情况下在谐振中具有比
1小的绝对值，其中对于谐振频率来说达到所述最小值。与1之间的差是用于在谐振器中实现的损耗功率的尺度。这个数值在谐振中总是最大。在图4中示出了在加载的和未加载的状态中相对于在图3中示出的谐振曲线的相位曲线。在未加载的状态中，所述在频率较低时以数值+ η /2开始的S21参数的相位曲线 70a°对于6. 23GHz来说具有过零点，而后对于较高的频率来说朝数值-π /2会聚。相应的 S11参数70b°则以较小的负值开始并且如此接近于谐振频率，使得其数值朝-η /2的方向减小。在横穿所述谐振频率时，相位突变并且拥有数值+ η/2。对于还更高的频率来说，所述数值又朝0的方向减小。在此假设了没有每种损失的理想的微波谐振器。在给微波谐振器加载的情况下，产生S21参数的相位曲线70a，所述相位曲线70a的过零点相对于未加载的情况70a°朝较低的大约5. 8GHz的谐振频率移动。此外，所述过零点的陡度有些减小。所述S11参数的相位曲线70b由于谐振的展宽并且由于在存在材料条时谐振器中的损失而相对于未加载的情况明显变化。在这种情况下，所述S11参数也首先在频率较低时以较小的负值开始，而后在接近于谐振频率时拥有较大的负值。但是没有从数值-π/2到+ π的突变，而是产生具有正的斜率的过零点。就在横穿零位线之后不久，所述 S11的相位70b在加载的情况下拥有大约0. 5的正的最大值，而后反转并且对于较高的频率来说又趋向于方向0。所述S21参数的相位曲线70a和所述S11参数的相位曲线70b的过零点在过零点的紧挨着的环境中很好地适合用作用于频率跟踪的调节参量。在图5中表明了用于实现外差式调制方法的按本发明的线路装置的第一种实施例。在合成器或者微波发生器71中，作为输出信号产生具有比如大约6GHz的频率&的微波信号。在耦合器72中将该信号划分为两个信号。将这两个信号之一通过绝缘子或者说循环器73或者功能类似的线路部分输送给微波谐振器M的输入端口。在所述微波谐振器 54的输出端口上接收在所述微波谐振器M中所透射的信号，并且将其导送给混频器74，在该混频器74中所透射的信号与本机振荡器75的本机振荡器信号相混合。所述本机振荡器信号拥有频率‘，该频率U细微地低于所述输出信号fo比如比所述输出信号fo低IOMHz。所述混频器74通过两个分别具有大约6GHz的频率的信号&和具有大约5. 99GHz 或者说6. OlGHz的频率的信号 ·ω的混合产生两个分别具有频率11. 99GHz或者说12. OlGHz 以及IOMHz的边带。将这个混合频率输送给低通滤波器78，该低通滤波器78仅仅让中频 fIM在这里的实施例中也就是IOMHz的信号穿透到模拟-数字转换器79。在图5中同样示出，所述循环器73具有第三端口，该第三端口借助于用三角形来表示的负载电阻来终止。这意味着，由所述微波谐振器M的输入端口反射的信号没有导回给所述微波发生器71并且对其产生干扰，而是完全接收在所述负载中。因此所述微波发生器71完全与所反射的信号隔离。直接在所述微波发生器71的输出端上并且在所述循环器73的输入端上部分地耦合输出所述输出信号fo并且将其导送给混频器74’，该混频器74’作为第二输入信号和所述第一混频器74 一样得到所述本机振荡器75的相同的本机振荡器信号fM。将所述混频器 74’的组合信号通过低通滤波器78’输送给模拟-数字转换器79’。由此，利用来自所述模拟-数字转换器79、79’的数据，存在着不仅关于通过所述微波谐振器64所透射的信号的幅度和相位而且关于未受干扰的输出信号fo的幅度和相位的结论，从而可以非常精确地确定所述散射参数S21的幅度和相位。也将这些信号输送给分析装置82，该分析装置82比如求得所述条的湿度和/或密度。为了使所述中频信号fIM稳定，设置了调节回路或者说相位调节环路 (PLL "phase-locked loop”)，该调节回路具有根据“时钟”信号来同步的相位检波器76以及调节装置77。所述相位检波器检测到中频信号fIM与时间信号f—k之间相位移，而所述也可以称为环路滤波器的调节装置77则利用这种相位移，用于通过传递函数来如此调整所述本机振荡器75的频率，从而使所述相位移返回到零或者说保持在零左右。所述模拟-数字转换器79中的所测量的相位移由此仅仅归因于所述微波谐振器M中的相位移。借助于本机振荡器信号的相位反馈和频率控制，也一同完成所述输出信号fo的离开本机振荡器75 的频率漂移。在图5中用虚线示出了控制及同步线路。具有频率&和&的信号的混合引起这样的结果，即中频fIM的输出信号不仅包含来自所述微波谐振器M的所透射的信号的幅度而且包含其相位。由此所述经过数字化处理的中频信号fIM不仅包含所述散射参数S21的幅度而且包含其相位(参照图3和4)。利用可以关于外部的时钟信号同步的扫描电路，可以按照图5中的线路根据量和相位来确定所述参数、。在图6中示出了另一种按本发明的线路装置，其中现在示出了两个具有由混频器、低通滤波器和模拟-数字转换器构成的串联线路的分析机构。在图5中仅仅所透射的信号经受相应的混合、滤波和数字化处理，与图5不同的是，按照图6在循环器73中在第三端口上也耦合输出由所述微波谐振器M反射的信号并且使其经受相应的混合、低通滤波和数字化处理。为此，混频器74’ ’和所述混频器74和74’ 一样得到所述本机振荡器75的相同的本机振荡器信号。在所述混频器74’，上连接着所述低通滤波器78，，和模拟-数字转换器79’ ’。通过这种方式，不仅所述包含散射参数S21的幅度和相位的信号与生成的信号相类似，而且包含散射参数S11的幅度和相位的信号也与生成的信号相类似。所获得的测量冗余进一步改进材料条中的密度和湿度的测量的精度。在图7中示出了按图5的线路装置的一种改进方案。作为在图5中示出的组件的补充，设置了尤其构造为数字的信号处理器的微处理器80的形式的控制机构，该控制机构作为控制信号得到由所述模拟-数字转换器79和79’求得的经过数字化处理的测量值。 因为所述微处理器80由此包含所有关于、散射参数的相位的信息，所以该微处理器80能够触发所述微波发生器71并且如此将其频率调整到f^，从而将相位调节到所述S21散射参数的相位的过零点。由此所述导入到微波谐振器M中的微波信号始终处于当前的谐振中。 此外，所述微处理器80产生用于所述相位检波器76的同步信号。这种类型的控制很快且很精确。所有提到的特征，也包括那些仅仅从附图中获知的以及单个的在与其它特征的组合中公开的特征都单独地并且在组合中视为对本发明来说重要的特征。按本发明的实施方式可以通过各个特征或者多个特征的组合来实现。附图标记列表
1闸门
2预分配器
3卸料辊
4储存容器
5大倾角输送机
6堆装井筒
7销钉辊
8下料辊
9分散布
11筛选装置
12销钉辊
13壁体
14漏斗 16 烟草槽CN 102539449 A17条输送机
18负压室
19整理机
21香烟纸带
22卷筒
23印刷机组
24规型输送带
26规型结构
27串联接缝板
28香烟条
29条密度测量仪
31刀片装置
32双重长度的香烟
33支臂
34转交装置
36接纳滚筒
37过滤嘴装配机
38切割滚筒
39输送带
41输送带
42容器
50运动方向
51填料
52包封层
54谐振器壳体
56空心圆筒
56a空心圆筒56的外部延伸
56b空心圆筒56的内部延伸
57谐振器腔室
58盖子
58a盖子58的外部延伸
58b盖子58的内部延伸
62镀金层
63保护管 63a保护管入口
64隔离环
66耦合输入天线
67隔离件
68耦合输出天线69a加载的谐振器壳体的量阵21|
69a°未加载的谐振器壳体的量^S21I
69b加载的谐振器壳体的量丨知丨
69b°未加载的谐振器壳体的量
70a加载的谐振器壳体的相位(S21)
70a°未加载的谐振器壳体的相位(S21)
70b加载的谐振器壳体的相位(S11)
70b°未加载的谐振器壳体的相位(S11)
71微波发生器
72定向耦合器
73循环器 74、74’、74’，混频器
75本机振荡器
76相位检波器
77调节装置
78、78’、78’，低通滤波器
79、79’、79’，模拟-数字转换器
80调节机构
81微处理器
82分析装置
1权利要求
1.用于对烟草加工业的运动的材料条(28)的特性进行处理和测量的装置，该装置包括具有微波谐振器(54)的微波测量机构(29)，通过所述微波谐振器(54)输送或者能够输送所述材料条(28)，其中在输入侧向所述微波谐振器(54)加载或者能够加载由微波发生器(71’)用输出频率f；产生的测量信号，其特征在于，设置了至少一个分析机构(74、78、 79 ；74，、78，、79，；74，，、78，，、79，，)，所述分析机构(74、78、79 ；74，、78，、79，；74，，、78”、 79’ ’)包括由混频器(74、74’、74’ ’)、低通滤波器(78、78’、78’ ’)和模拟-数字转换器(79、 79’、79’’)构成的串联线路，其中所述混频器(74、74’、74’’)与所述微波谐振器(54)的端口并且与本机振荡器(75)的输出端相连接并且构造用于通过由所述微波谐振器(54)透射或者反射的频率&的测量信号与由所述本机振荡器(75)产生的局部频率 ·ω的信号的混合来产生频率fIM的差动信号，其中fIM小于&并且相当于频率&与&的差的绝对值，其中所述低通滤波器(78、78’、78’，)构造用于让所述混频器(74、74’、74’ ’)的具有中频fIM的输出信号通过并且将高频的信号部分滤出。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，设置了至少两个各具有串联线路的分析机构(74、78、79 ；74，，、78，，、79，，)，所述串联线路分别包括混频器(74、74’ ’ )、低通滤波器 (78,78")和模拟-数字转换器(79、79’，)，其中分析机构(78、79)接收由所述微波谐振器 (54)透射的测量信号并且另外的分析机构(78’ ’、79’ ’)则接收由所述微波谐振器(54)反射的测量信号。
3.按权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述混频器(71)与所述微波谐振器(54) 之间布置了绝缘子、循环器(73)、定向耦合器(72)和/或其它的信号分配器。
4.按权利要求3所述的装置，其特征在于，设置了另外的具有串联线路的分析机构 (77’、78’、79’)，所述串联线路包括混频器(74’)、低通滤波器(78’)和模拟-数字转换器 (79’)，所述分析机构(77’、78’、79’)通过布置在输入侧的绝缘子、循环器(73)、定向耦合器(72)和/或其它的信号分配器来接收频率f^的输出信号的耦合输出的部分。
5.按权利要求4所述的装置，其特征在于，设置了相位检波器(76)和连接到该相位检波器(76)上的调节装置(77)，其中所述相位检波器(76)接收所述分析机构(74’、78’、79’) 的低通滤波器(78’)的输出信号，所述分析机构(74’、78’、79’)则接收频率f^的输出信号的在所述绝缘子或循环器(73)的输入侧耦合输出的部分，其中所述调节装置(77)构造用于如此控制所述本机振荡器(75)的局部频率 ·ω，使得频率fIM的向下混合的中频信号与频率fcad的时钟信号之间的相位差等于零。
6.按权利要求1所述的装置，其特征在于，设置了控制机构(80)，该控制机构(80)用于根据所述微波谐振器(54)中的当前的谐振频率来跟踪所述输出频率&。
7.按权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制机构(80)构造用于将由所述微波谐振器(54)所透射的或者所反射的信号的相位(70a)和/或幅度的数值用作调节参量，其中致力于相位的为零的数值和/或幅度最大值或幅度最小值。
8 按权利要求1所述的装置，其特征在于，设置了用于对所述模拟-数字转换器(79、 79’、79’’)的输出信号进行分析的分析装置(82)，其中所述分析装置(82)尤其集成到微处理器(80)中或者集成到调节装置(77)中。
9.微波测量机构，用于一种按权利要求1到8中任一项所述的用于对烟草加工业的运动的材料条(28)的特性进行处理和测量的装置，该微波测量机构包括微波谐振器(54)，通过所述微波谐振器(54)能够输送所述材料条(28)，其中在输入侧向所述微波谐振器(54) 加载或者能够加载由所述微波发生器(71’)用输出频率&产生的测量信号，其特征在于， 设置了至少一个分析机构(74、78、79 ；74，、78，、79，；74，，、78，，、79，，)，所述分析机构(74、 78,79 ；74，、78，、79，；74，，、78，，、79，，)包括由混频器(74、74，、74，，)、低通滤波器(78、 78’、78’’)和模拟-数字转换器(79、79’、79’’)构成的串联线路，其中所述混频器(74、74’、 74’’)与所述微波谐振器(54)的端口并且与本机振荡器(75)的输出端相连接并且构造用于通过由所述微波谐振器(54)透射或者反射的频率&的测量信号与由所述本机振荡器 (75)产生的局部频率的信号的混合来产生频率fIM的差动信号，其中fIM小于&并且相当于频率fo与4。的差的绝对值，其中所述低通滤波器(78、78’、78’，)构造用于让所述混频器(74、74’、74’ ’)的具有中频fIM的输出信号通过并且将高频的信号部分滤出。
10.用于对烟草加工业的材料条(28)的特性进行处理和测量的方法，所述材料条(28) 通过微波谐振器(54)来输送，其中产生具有输出频率&的测量信号并且将其导入到所述微波谐振器(54)中，其特征在于，通过由所述微波谐振器(54)所透射的或所反射的频率&的测量信号与由本机振荡器(75)产生的局部频率 ·ω的信号的混合来产生组合信号，该组合信号具有拥有中频fIM的部分，该中频fIM小于fo并且相当于所述频率fo和的差的绝对值，其中在低通滤波器(78、78’、78’ ’)中让所述组合信号的中频部分穿透到模拟-数字转换器(79、79’、79’ ’)，而将所述组合信号的高频的部分滤出。
11.按权利要求10所述的方法，其特征在于，借助于用所述局部频率‘进行的混合来将通过绝缘子、循环器(73)、定向耦合器(80)和/或其它信号分配器与所述微波谐振器 (54)隔离的频率f^的输出信号向下调制到所述中频fIM并且通过低通滤波器(78’)将其传输到模拟-数字转换器(79 ’)上。
12.按权利要求10所述的方法，其特征在于，通过相位检波器(76)和调节装置(77)来如此控制所述本机振荡器的局部频率，使得频率fIM的中频信号与从外部输入的时钟信号 f。1()。k之间的相位差等于零。
13.按权利要求12所述的方法，其特征在于，将所述输出频率&朝所述微波谐振器 (54)中的当前的谐振频率调节。
14.按权利要求13所述的方法，其特征在于，借助于所透射的或所反射的信号的相位 (70a)来进行所述调节，其中通过所述输出频率&的调整来致力于相位的为零的数值。
15.按权利要求12所述的方法，其特征在于，借助于所透射的和/或所反射的信号 (69a、69b)的最大值和最小值的位置来进行所述调节，其中周期性地在两个数值之间转换所述输出频率fo，如此对所述两个数值进行调整，使得所述输出频率交替地处于谐振最大值或者最小值的上方和下方，其中致力于在使用这两种频率时达到相同的信号幅度。
16.按权利要求12所述的方法，其特征在于，借助于所透射的和/或所反射的信号 (69a、69b)的最大值和最小值的位置来进行所述调节，其中通过所述输出频率fQ的调整来致力于谐振曲线的斜率的为零的数值。
17.按权利要求12所述的方法，其特征在于，在测量所述S21参数时调节到最大的信号幅度并且/或者在测量所述S11参数时调节到最小的信号幅度。
全文摘要
本发明涉及用于对运动的材料条的特性进行处理和测量的装置及方法，该装置包括具有微波谐振器的微波测量机构，通过其能输送材料条，在输入侧向微波谐振器能加载由微波发生器用输出频率f0产生的测量信号。此外涉及相应的微波测量机构。突出之处在于，设置了至少一个分析机构，它包括由混频器、低通滤波器和模拟-数字转换器构成的串联线路，混频器与微波谐振器的端口且与本机振荡器的输出端连接且构造用于通过由微波谐振器透射或反射的频率f0的测量信号与由本机振荡器产生的局部频率fLO的信号的混合来产生频率fIM的差动信号，fIM小于f0且相当于频率f0与fIM的差的绝对值，低通滤波器构造用于让混频器的具有中频fIM的输出信号通过且将高频的信号部分滤出。
文档编号A24C5/00GK102539449SQ201110298438
公开日2012年7月4日 申请日期2011年9月28日 优先权日2010年9月28日
发明者D.施勒德 申请人:豪尼机械制造股份公司