用于纺织机的微波谐振器的制造方法
【专利说明】用于纺织机的微波谐振器
[0001] 本发明涉及一种用于测量装置的微波谐振器，所述测量装置测量在纺织机上，特 别是在梳理机、并条机或梳棉机上的束状纤维材料的厚度和/或含水量，所述纤维材料被 连续输送通过布置在微波谐振器的谐振腔的测量空间。
[0002] 在纺织工业中，纤维性能的测量是制造高质量纺织品的必要前提。例如，必不可少 的有纤维材料厚度的测量，特别是为了消除一个或多个输送给纺前预处理机的纤维束的不 均匀而进行的测量。同样，为了对拉伸过的材料进行质量控制，期望在纺前预处理机的输出 端进行此类测量。纤维束厚度的测量值（通常也称为束横截面或束质量）除了用于所述质 量控制外也可用于在超过了预定的厚度阈值并因此不能再制造出高质量产品时关停机器。
[0003] 迄今为止主要使用机械扫描传感器来确定纤维束的束厚度。电容测量元件也是公 知的。相对地，一种纤维材料厚度测量的新方法是使用微波。这种情况下，用微波发生器产 生微波，最好用计算机在一定范围内改变其频率，所述微波被耦入微波谐振器的谐振腔，待 测量的纤维材料被连续地引导通过所述谐振腔。根据纤维类型，材料厚度和材料的几何形 状以及材料的含水量在特征微波频率上产生谐振信号，在去耦合之后可由计算机对所述谐 振信号进行分析以确定纤维材料的厚度和/或纤维材料的含水量。用于其它用途的此类方 法例如在EP 0 468 023 B1中进行了描述，在此明确地将其公开内容并入本文。此类借助 微波的测量技术的优点特别在于，有可能对束状和快速运转的纤维材料进行高精度、无接 触的扫描。对纤维材料的机械损伤和因机械测量元件的惯性（TYSgheit )导致的测量误差 被消除。
[0004] 已经发现，谐振器和被引导通过的纤维材料相互作用方面存在各种问题。为此例 如当纤维材料从谐振腔中移除时-例如在机器上没有材料时或者除去了堵塞的束时-空 的谐振频率会因谐振腔中的温度下降而随时间变化。因此，当纤维材料被重新引入谐振器 时，其会失调且必须被重新调节。其它问题涉及在运行时谐振频率的波动，所述波动也并非 源于纤维材料。
[0005] 因此本发明的任务在于，改善用于测量被输送通过的束状纤维材料的厚度或质量 和/或含水量的微波谐振器。
[0006] 此任务在上述类型的微波谐振器上是这样实现的，即在谐振腔中沿着测量空间设 置至少一个不导电的材料单元，该材料单元具有：输入端部分，该输入端部分的截面积在预 设的纤维材料的运转方向上是可变化的；和/或，输出端部分，该输出端部分的截面积在预 设的纤维材料的运转方向上是可变化的，其中材料单元的输入端部分的截面积在纤维材料 的运转方向上看是增大的和/或材料单元的输出端部分的截面积在纤维材料的运转方向 上看是减小的。
[0007] 微波谐振器的谐振腔被理解成当耦入微波时在其中会形成电磁场的空间。谐振腔 通常是基本被导电材料包围的空腔，其中导电材料中设置有凹槽用于纤维材料的进口区域 和纤维材料的出口区域。通常来说，还设置有凹槽用于耦入微波的耦入装置、微波的耦出装 置和/或组合的耦入/耦出装置。测量空间是会将待测量的纤维材料引导通过其中的谐振 腔部分。一般来说，测量空间从进口区域延伸至出口区域，其中通常用一个或多个限制元件 在结构上将测量空间与剩余的谐振腔分隔开。
[0008] 此外材料单元被理解成是关于一件式或多件式的材料容积，其中沿着测量空间的 意思是，相关材料单元在运转方向上沿测量空间延伸超过至少部分的测量空间长度。
[0009] 材料单元的横截面是材料单元在垂直于运转方向的平面上的剖面。在这种情况 下，具有在预设的纤维材料的运转方向上可变化的截面积的所述材料单元部分被理解成材 料单元的这样一个部分，即所述部分的截面积在运转方向上改变超过材料单元延伸的一大 部分。
[0010] 本发明第一步是识别出，这种类型的微波谐振器上的测量误差源自于在测量空间 中快速运转的纤维材料横向于运转方向不规则地来回运动。第二步是尝试缩小横向于运转 方向的测量空间，但尝试的结果是，这样一来在纤维材料与限制元件之间的摩擦大大增大 并从而导致限制元件的磨损增加并且也会导致纤维材料受损。本发明的第三步是识别出， 横向于运转方向运转的纤维材料的测量误差可追溯到在横向于纤维材料的运转方向的测 量空间中的电场值的变化。
[0011] 这种情况下本发明的第四步是识别出，沿测量空间延伸的材料单元具有：输入端 部分，该输入端部分的截面积在纤维材料的运转方向上看是增大的；和/或，输出端部分， 该输出端部分的截面积在纤维材料的运转方向上看是减小的，因此适合于在横向方向上均 匀化测量空间中的电场值。这样一来有可能改善实际上要达到的测量精度，特别是改善在 纤维材料的速度较高时的测量精度。
[0012] 根据本发明的微波谐振器在原理上适合用于测量所有束状纤维材料，但特别适合 用于纤维束、粗纱和纱线，其中也可设想的是，同时一起测量多个束状纤维材料，以便确定 例如多个纤维束的总质量。
[0013] 根据本发明一个有利改进形式提出的是，材料单元的输入端部分的截面积持续增 大和/或材料单元的输出端部分的截面积持续减小。在这里持续应理解为，截面积连续地， 也就是说没有间断地变化。在原理上也可设想这样的实施例，即其中材料单元的截面积分 阶段地增大或减小，结果表明，在截面走势连续的情形下横向于运转方向对电场实现均匀 化可实现明显更大的效果，从而使得测量精度被进一步改善。
[0014] 根据本发明的一个有利改进形式，材料单元的输入端部分和材料单元的输出端部 分彼此相邻。也就是说，在输入端部分和输出端部分之间并没有区域配有在运动方向上的 主要延伸部分，测量单元在此区域中具有不变的截面。用这种方式可特别有利地影响电场。
[0015] 根据本发明的一个有利的改进形式提出的是，输入端部分从纤维材料进入谐振腔 的进口区域延伸至谐振腔的中间区域，和/或输出端部分从谐振腔的中间区域延伸到纤维 材料从谐振腔中出来的出口区域。用这种方式也可特别有利地影响电场。
[0016] 根据本发明的一个有利的改进形式，输入端部分和输出端部分被构造成彼此镜像 对称。镜像对称，也叫平面对称，是三维空间中轴对称的概括。总之三维物体镜像对称的条 件是，有这样一个平面，在该平面上物体的镜面反射将反映物体本身。实际情况下，镜像平 面可特别垂直于纤维材料的运转方向。这样一来可进一步改善电场的均匀化。
[0017] 根据本发明的一个有利的改进形式提出的是，将材料单元布置在限制了测量空间 的限制元件的远离测量空间的那一侧，该限制元件用于引导纤维材料和/或用于遮盖谐振 腔的空腔区域。此类限制元件用于被动引导纤维材料和/或遮盖不属于测量空间的谐振腔 空腔，以便特别阻止使测量值失真的颗粒，例如灰尘在其中沉积。若现在将测量单元布置在 限制了测量空间的限制元件远离测量空间的那一侧，即特别是布置在被遮盖的空腔中，则 会排除纤维材料对材料单元产生的机械影响，从而使得那里不会出现任何磨损。
[0018] 根据本发明的一个有利的改进形式，材料单元被构造成限制了测量空间的限制元 件，用于引导纤维材料和/或用于遮盖谐振腔的空腔区域。通过联合被场均匀化的材料单 元和限制元件可减少构造微波谐振器所需的结构化成本且同时实现所需要的场均匀化。
[0019] 根据本发明的一个有利的改进形式提出的是，材料单元由陶瓷，特别是由氧化铝， 由玻璃，特别是由石英玻璃，由包含埋入式陶瓷的复合材料，特别是由TMM?,或者是由塑 料，特别是由聚乙烯制造而成。所述材料的特征在于处于中间区域的介电常数，从而使得用 相当少量的材料就可充分影响电场。但会产生足以确保材料单元的机械稳定的材料强度。 此外这些材料还具有很小的损耗系数，从而使得微波谐振器的质量仅仅会受到少量影响。 此外电气性能和机械性能，例如介电常数或长度在很大程度上不受温度影响，从而使得在 工作时出现的温度波动无论如何都会导致次要的测量误差。此外，陶瓷、玻璃和包含埋入式 陶瓷的复合材料非常耐磨，从而使得其特别适合用于被构造为限制元件的材料单元。
[0020] 根据本发明的一个有利的改进形式，谐振腔的形状为圆柱形，特别是椭圆柱形或 正圆柱形，其中纤维材料的运转方向与谐振腔的圆柱轴平行而且其中优选将材料单元构造 成旋转对称并且与圆柱轴同轴布置。圆柱谐振腔，特别是椭圆柱形或正圆柱形的谐振腔，在 所述谐振腔中纤维材料的运转方向与谐振腔的圆柱轴平行，特别适合用于测量截面为圆形 或椭圆形的单独束状纤维材料。在这些情况下，测量空间中的电场可通过旋转对称的材料 单元，即通过形状相对简单的材料单元被最大程度地均匀化。
[0021] 根据本发明的一个有利的改进形式提出的是，材料单元具有圆柱形的开口，优选 为椭圆柱形或正圆柱形的开口，这些开口与谐振腔的圆柱轴是平行的，优选是同轴的，其中 输入端部分的外侧在运转方向上以圆锥状逐渐扩展和/或其中输出端部分的外侧在运转 方向上以圆锥状逐渐减小。特别是在圆柱谐振腔中，其中纤维材料的运转方向与谐振腔的