用于测量水分含量的装置和方法

文档序号:6180828阅读:439来源:国知局
用于测量水分含量的装置和方法
【专利摘要】本发明公开对水分测量(和相关装置)的改进。所述改进可减小目标物体上的表面水分导致的差异。所述装置的实施例包括单个导电特征(例如,板)以及能够从目标物体的电容生成水分含量值的元件。在一个实施例中,所述装置可从散射场电容生成信号。所述装置可使用所述信号的特性(例如,频率)生成对所述水分含量值进行编码的输出值。所述输出值和/或所述输出值编码的信息可在将频率与一个或多个预存储和/或预定的水分含量值相关联的查询表或其他库中查找到。
【专利说明】用于测量水分含量的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于测量水分含量的装置,在一个实施例中,涉及一种将电容与目标的水分含量相关联的装置。
【背景技术】
[0002]已知有许多用于测量木材、混凝土、瓷砖等材料的水分含量的装置。这些装置可以使用插脚,所述插脚能够在与目标物体的表面接触时传导信号(例如,射频(RF)信号)。其他装置可以使用置于目标物体的相对侧卜的导电板。这种类型的装置可以测量目标物体的性质,并且将所测量的性质与水分含量相关。但是,双板构造的问题在于导电板与目标物体之间的水分(例如,水滴)可能导致水分含量测量存在误差。此问题可能导致当存在水滴时,例如只有目标物体表面的某些测试区上存在水滴时,目标物体中的水分含量测量可能存在差异。
[0003]上述内容仅用于说明一般性的背景信息,并不用于确定本发明的范围。

【发明内容】

[0004]本发明描述了对水分测量(以及相关装置)的改进。例如,下述装置的实施例无需采用许多传统装置中所用的双板构造。相反,这些实施例将单个导电特征(例如,导电板)与能够测量目标物体电容的元件结合使用,并且从所测量的电容中生成水分含量值。在一个实施例中,所述装置可以从所测量的电容生成指示性质(例如,频率)的信号。所述装置还可以生成对水分含量值进行编码的输出值,在一个实例中,所述输出值对应于查询表或其他预存储库中的频率值,以及/或者预定的水分含量值。
[0005]在一个实施例中,本发明描述了一种用于测量目标中的水分含量的装置。所述装置包括具有导电材料的测量元件、与所述测量元件相连的转换器元件,以及与所述转换器元件相连的处理元件。在一个实例中,所述处理元件配置用于从所述转换器元件接收信号,所述信号对与所述目标与所述测量元件接触所产生的测量电容相关的频率值进行编码;选择与所述频率对应的水分含量值;并且生成对所述水分含量值进行编码的输出值。
[0006]在一个实施例中,本发明还提供了一种用于操作装置以测量目标的水分含量的方法。所述方法包括以下步骤:接收第一信号,所述第一信号对所述目标的测量电容进行编码;以及响应于所述第一信号生成第二信号。所述第二信号对与测量电容相关的频率值进行编码。所述方法还包括以下步骤:选择与所述频率值对应的水分含量值;以及生成对所述水分含量值进行编码的输出值。
[0007]本发明的简要说明仅用于概述本说明书中公开的根据一个或多个图示实施例的主题,不用作理解权利要求书的指南,也不用于定义或限制本发明的范围,本发明的范围仅由随附的权利要求书界定。所述简要说明用于简要介绍对说明性概念的选择,这些概念将在【具体实施方式】部分中进一步描述。所述简要说明不用于确定本发明的关键特征或主要特征,也不用于帮助确定本发明的范围。本发明并不限于解决发明背景中任何或所有问题的实施方案。
【专利附图】

【附图说明】
[0008]为了理解本发明的特征,可以参考特定实施例来阅读本发明的【具体实施方式】,其中一些实施例在附图中示出。但应注意,附图仅示出了本发明的一些实施例,因此并不用于限定本发明的范围,因为本发明的还包括其他等效的实施例。附图不一定按比例绘制,强调重点一般在于示出本发明特定实施例的特征。在附图中,类似的数字用于指示多幅附图中类似的部分。因此,为了进一步理解本发明,可以参照附图来阅读以下【具体实施方式】,在附图中:
[0009]图1示出了一种用于测量目标的水分含量的装置的示例性实施例的透视图;
[0010]图2示出了图1所示装置的仰视图;
[0011]图3示出了图1所示装置的示意图;
[0012]图4示出了一种用于测量目标中的水分含量的方法的示例性实施例的流程图;以及
[0013]图5示出了一种用于校准测量目标的水分含量的装置的校准设备的实例。
【具体实施方式】
[0014]总的来说,下述装置的实施例可以将目标物体的电容转换成水分含量值。这些实施例利用散射场效应或者泄漏电容来生成一个或多个第一信号,所述第一信号反映目标物体的测量电容。进一步处理这些信号可以生成一个或多个第二信号,所述第二信号指示与测量电容相关的所选频率值。在一个实施例中,下述装置可以从水分含量值及相关所选频率值的预存储表中选择和/或分配水分含量值。
[0015]图1示出了计量表100的示例性实施例,所述计量表能够测量诸如木材、混凝土、瓷砖等目标102的水分含量。计量表100具有外壳104,所述外壳采用手持式装置的形式,但是也可以采用需要的多种形式。计量表100还具有显示器106以及一个或多个可致动元件(例如,第一按钮108和第二按钮110),用于在计量表100与用户之间接收和传达输入和输出值。
[0016]从图2中可以清楚地看出,其中图2示出了图1所示计量表100的仰视图,计量表100包括测量元件112,所述测量元件有助于测量目标102(图1)的水分含量。测量元件112包括板114,所述板固定到外壳104和/或计量表100的其他结构。如上所述,以及在下文中,板114用作平行板电容器的一部分。但是,与包括两个板以形成平行板电容器的传统装置不同,计量表100只需要一个板(例如,板114)。这种单板布置简化了计量表100的结构。此外,计量表100可以提供更准确且一致的水分含量读数,因为单板构造不易受干扰,例如来自目标102表面上水分的干扰。
[0017]在一个实施例中,板114固定到外壳内和/或外壳上以露出表面116。在实施期间,当计量表100处于收集水分含量数据的位置时,表面116与目标102 (图1)的外表面接触。例如,当计量表100处于接触位置时,第一按钮108和/或第二按钮110的后续致动使得计量表100获取与目标102 (图1)的水分含量相关的数据。
[0018]图3示出了计量表100的示意图,以便重点描述本发明装置的示例性部件和元件。在图3所示的实例中,板114与处理元件118相连,所述处理元件可以向显示器110生成输出值。输出值的实例向最终用户传达信息,以便用户了解目标102的水分含量。在一个实施例中,处理元件118包括转换器元件120和控制元件122。控制元件122的实例可以包括微处理器以及相关的计算装置。还可能需要存储器以根据需要存储数据和可执行指令。计算装置可以执行一个或多个可执行指令,例如,以便指示计量表100获取并显示目标102(图1)的水分含量。电源124提供电气信号(例如,电流、电压等),以为计量表100的部件供给能量。
[0019]图4不出了用于测量图1、2和3所不计量表100上的水分含量的方法200。方法200包括在步骤202中接收对电容测量值进行编码的第一信号,以及在步骤204中从指示所选频率值的第一信号生成第二信号。所述方法200还包括在步骤206中选择与所选频率值对应的水分含量值;以及在步骤208中生成对所述水分含量值进行编码的输出值。
[0020]生成第一信号的步骤(例如,在步骤202中)通过使用计量表100测量目标102的电容来实施。电容反映了目标102的介电常数差异,所述介电常数又随着目标102的水分含量的增加和减少而变化。在一个实施例中,计量表100通过形成平行板电容器(如上所述)的一部分来测量电容,其中所述平行板电容器包括第一导电板、第二导电板,以及置于两者之间的电介质。如图3所不,板114和目标102分别用于第一导电板和电介质。但是,实现本发明的计量表100并不需要具有第二导电板的物理表现。相反,在测量期间手持计量表100的最终用户的手实际上即构成第二导电板。所述第二或“实质”导电板形成穿过目标102的平行板电容器的散射场和/或泄露电容的返回路径。
[0021]为生成第二信号(例如,在步骤204中),转换器元件120可以包括电路和/或一组离散的电气元件,用于使得第二信号指示特定信号参数,所述信号参数包括所选的频率值。所述电路/元件的实例包括定时电路(例如,555定时器、施密特触发器、RC电路等)。在一个实例中,这些定时电路可以接收第一信号,使用和/或响应于所述第一信号以将所选的频率值分配给第二信号。使用所选频率值可以解决有关噪声和其他离散干扰的问题,所述问题可能经常干扰并消除水分含量读数的准确性。
`[0022]在一个实例中,选择水分含`量值(例如,在步骤206中)的步骤可以将所选频率值与水分含量值相关。在一个实例中,控制元件122将频率输出值与计量表100的存储器和/或库中预存储和/或提供的水分含量值相关。预存储的水分含量值可以位于包括所选频率值的查询表和/或刻度尺中,在一个实例中,所述查询表和/或刻度尺可以包括一个或多个相应水分含量值。
[0023]下表1示出了查询表的一个实例:
[0024]表1
【权利要求】
1.一种用于测量目标中的水分含量的装置,所述装置包括: 包括导电材料的测量元件; 与所述测量元件相连的转换器元件; 与所述转换器元件相连的处理元件; 其中所述处理元件配置用于从所述转换器元件接收信号,所述信号对与所述目标和所述测量元件接触产生的测量电容相关的频率值进行编码,以选择与所述频率对应的水分含量值,并且生成对所述水分含量值进行编码的输出值。
2.根据权利要求1所述的装置,其中所述转换器元件包括与所述处理元件相连的定时电路,并且其中所述定时电路响应于所述测量电容生成所述频率值。
3.根据权利要求2所述的装置,其中所述定时电路包括555定时电路。
4.根据权利要求2所述的装置,其中所述定时电路包括施密特定时电路。
5.根据权利要求2所述的装置,其中所述定时电路包括RC电路。
6.根据权利要求1所述的装置,进一步包括与所述处理元件相连的显示器,其中所述处理元件配置用于在所述显示器上显示所述输出值。
7.根据权利要求6所述的装置,其中所述输出值包括显示在所述显示器上的所述水分含量值的数值。
8.根据权利要求6所述的装置,其中所述输出值包括显示在所述显示器上的所述水分含量值的图形表示。
9.根据权利要求1所述的装置,进一步包括存储在存储器上的查询表,其中所述处理元件配置用于访问所述查询表以选择所述水分含量值。
10.根据权利要求9所述的装置,其中所述查询表将水分含量值与定义所述目标的所述水分含量的相对范围的水分含量值关联。
11.根据权利要求1所述的装置,其中所述测量元件包括具有表面的板,并且其中所述板形成平行板电容器的一部分,所述平行板电容器包括作为所述平行板电容器的第一导电板的所述板、所述目标、以及将所述目标与所述第一导电板结合的所述平行板电容器的第二导电板的虚拟表现。
12.根据权利要求11所述的装置,其中所述测量电容利用所述平行板电容器的散射场。
13.根据权利要求1所述的装置,进一步包括容纳一个或多个所述测量元件、所述转换器元件、所述测量元件、所述处理元件以及所述存储器的外壳。
14.一种用于操作装置以测量目标的水分含量的方法,所述方法包括: 接收第一信号,所述第一信号对穿过所述目标的散射场测量值进行编码; 响应于所述第一信号生成第二信号,所述第二信号对与所述散射场测量值关联的频率值进行编码; 选择与所述频率值对应的水分含量值;以及 生成对所述水分含量值进行编码的输出值。
15.根据权利要求14所述的方法,进一步包括访问查询表以选择所述水分含量值,所述查询表包括将水分含量值与频率值关联的一个或多个条目。
16.根据权利要求14所述的方法,进一步包括:接收校准信号;以及 将所述一个或多个校准信号与水分含量值匹配, 其中所述校准信号的所述频率值对应于所述目标的已知水分含量值。
17.根据权利要求16所述的方法,其中所述校准信号对应于使所述装置生成所述已知水分含量的所述频率值的材料滑块的厚度。
18.根据权利要求14所述的方法,其中所述测量电容利用平行板电容器的散射场,所述平行板电容器包括第一导电板、第二导电板以及两者之间的所述目标,并且其中所述第一导电板包括物理表现,并且所述`第二导电板包括能够传导所述散射场的虚拟表现。
【文档编号】G01N27/22GK103776877SQ201310507240
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月24日 优先权日:2012年10月24日
【发明者】R.彻兰, M.V.钱德 申请人:通用电气公司
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