专利名称：微波离线物料湿度和密度测量方法
技术领域：
本发明涉及一种微波测量技术，尤其涉及一种微波离线物料湿度和密度测量方法。
背景技术：
在一些工业生产过程中，湿度和密度是决定产品品质的关键因素。其测量和控制直接关系到产品质量和生产效率。实时、非接触、无损伤测量是目前湿度和密度测量的重要要求和研究方向。50年代初，英国人Waston发现，微波透过墙体所产生的衰减量与墙体的湿度呈线性关系，并且提出利用微波方法测量物料的湿度。从此，微波在湿度测量领域有了新的发展。和传统的物料密度测量方法如称重法、核照射法以及物料湿度测量方法如红外线法、烘干法相比较，以微波为手段的物料湿度和密度测量具有快速、实时、在线及非接触和无损伤的特点，因而已得到广泛的应用。微波测量密度及湿度的方法通常有透射法、反射法和谐振法三种。透射法和反射法设备较简单，但其受外界环境的影响较大、测量精度较低。谐振法测量精度高、受外界环境的影响小，但其测量设备较为复杂。
发明内容
本发明旨在提供一种新颖的湿度和密度测量方法，以代替传统的称重法和核放射法来测量物料密度，同时代替红外线法或烘干法来测量物料湿度。特别是，本发明提供了一种用于测量一腔体内的被测物料的湿度和密度的方法， 包括测量所述腔体为空腔时输入的微波的第一谐振频率和第一谐振幅度；定标以确定多个定标参数；将被测物料放入所述腔体；测量在放入被测物料时输入的微波的第二谐振频率和第二谐振幅度；以及根据所述多个定标参数、所述第一和第二谐振频率之差以及所述第一和第二谐振幅度之差来计算所述被测物料的湿度和密度。根据一优选实施例，在上述方法中，所述定标以确定多个定标参数的步骤包括分别利用至少两个已知密度和湿度且密度相同而湿度不同的第一组样品来确定与湿度相关的第一组定标参数；以及分别利用至少两个已知密度和湿度的第二组样品来确定与密度相关的第二组定标参数。根据一优选实施例，在上述方法中，所述定标以确定多个定标参数的步骤是基于等式Ψ = a(AA/AF)+b ;P = cAF(W)+d ；其中，Ψ表示被测物料的湿度，P表示被测物料的密度，A表示微波的谐振幅度，F表示微波的谐振频率，a和b表示所述第一组定标参数，c和d表示所述第二组定标参数。根据一优选实施例，在上述方法中，测量所述第一和第二谐振幅度的步骤利用等值点平均法。根据一优选实施例，在上述方法中，所述确定与湿度相关的第一组定标参数的步骤包括测量在放入第一组样品时输入的微波的谐振频率和谐振幅度；将在放入该第一组样品时输入的微波的谐振频率和谐振幅度分别减去所述第一谐振频率和所述第一谐振幅度以获得所述ΔΑ和所述AF;基于所述第一组样品的已知密度和湿度、所获得的ΔΑ和 Δ F和所述等式Ψ = a ( Δ A/ Δ F) +b来确定所述第一组定标参数a和b。根据一优选实施例，在上述方法中，所述被测物料为烟支。本发明的方法能对一定形状的物料进行快速、实时、非接触及无损伤的测量。微波测量方法是一种解决这个问题的较好的方法。本发明的方法具有检测速度快，测量结果准确，可靠性高，对操作者人体安全的特点。本发明通常可用于各种非金属材料的实时检测， 用来对物料在线测量装置进行抽样校准和定标。特别是，本发明尤其适合用于烟支生产过程中的离线检测，用于烟支密度和湿度的抽样校准和定标。应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的， 并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。
包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分， 附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中图1示出了适用于本发明的微波检测装置的结构示意图。图2示出了 F与A的实验曲线图。图3示出了本发明的方法的示意性流程图。
具体实施例方式本发明是基于如下所述的微波技术原理做出的。现在将详细参考附图描述本发明的实施例。微波在一个金属制成的容器(亦称微波谐振腔)内具有谐振特性。对于一个空的微波谐振腔，当其几何形状确定后，其谐振频率和谐振幅度也是确定的。但当在该谐振腔内部分或全部填充有其它非金属物料(亦称介质材料)时，其谐振频率和谐振幅度会因填充的介质材料的介电常数、介质的多少和形状的不同而产生不同的变化。这种变化对于所填充的介质材料的不同所产生的响应的十分敏感的。因此，可以利用对微波谐振腔的谐振频率和谐振幅度的测量来快速、精确地测出微波谐振腔内所填充的介质材料的密度和湿度。介质材料在微波谐振腔内的对谐振腔谐振频率和谐振幅度的影响是由于介质材料的介电常数不同而产生的。介质材料的介电常数通常是一个复数ε = ε ‘ -j ε 〃(1)其虚部ε “表示微波能量通过介质材料时的损耗；而实部ε ‘表示微波能量在介质材料中的储存。另一方面，湿度通常可表示为
权利要求
1.一种用于测量一腔体内的被测物料的湿度和密度的方法，包括a.测量所述腔体为空腔时输入的微波的第一谐振频率和第一谐振幅度；b.定标以确定多个定标参数；c.将被测物料放入所述腔体；d.测量在放入被测物料时输入的微波的第二谐振频率和第二谐振幅度；以及e.根据所述多个定标参数、所述第一和第二谐振频率之差以及所述第一和第二谐振幅度之差来计算所述被测物料的湿度和密度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定标以确定多个定标参数的步骤包括 分别利用至少两个已知密度和湿度且密度相同而湿度不同的第一组样品来确定与湿度相关的第一组定标参数；以及分别利用至少两个已知密度和湿度的第二组样品来确定与密度相关的第二组定标参数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述定标以确定多个定标参数的步骤是基于等式Ψ = a ( Δ A/ Δ F) +b ； P = cAFW+d ；其中，Ψ表示被测物料的湿度，P表示被测物料的密度，A表示微波的谐振幅度，F表示微波的谐振频率，a和b表示所述第一组定标参数，c和d表示所述第二组定标参数。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，测量所述第一和第二谐振幅度的步骤利用等值点平均法。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定与湿度相关的第一组定标参数的步骤包括测量在放入第一组样品时输入的微波的谐振频率和谐振幅度； 将在放入该第一组样品时输入的微波的谐振频率和谐振幅度分别减去所述第一谐振频率和所述第一谐振幅度以获得所述ΔΑ和所述AF;基于所述第一组样品的已知密度和湿度、所获得的ΔΑ和AF和所述等式Ψ =a(AA/ Δ F) +b来确定所述第一组定标参数a和b。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述被测物料为烟支。
全文摘要
本发明提供了一种用于测量一腔体内的被测物料的湿度和密度的方法，包括测量所述腔体为空腔时输入的微波的第一谐振频率和第一谐振幅度；定标以确定多个定标参数；将被测物料放入所述腔体；测量在放入被测物料时输入的微波的第二谐振频率和第二谐振幅度；以及根据所述多个定标参数、所述第一和第二谐振频率之差以及所述第一和第二谐振幅度之差来计算所述被测物料的湿度和密度。该方法能对一定形状的物料进行快速、实时、非接触及无损伤的测量，且尤其适合用于烟支生产过程中的离线检测。
文档编号G01N22/04GK102207469SQ20101013495
公开日2011年10月5日 申请日期2010年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者张跃武, 王会石, 闵晨, 陈林 申请人:上海恒博自动化设备有限公司