用于测量材料性质的设备及方法

专利名称：用于测量材料性质的设备及方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量纤维材料和非纤维材料的性质的设备。仅为例举而非限制，本发明适于测量正在用加工机械对其进行处理的纤维材料(比如棉花)的水分含量。
背景技术：
就棉花而言，收获时整个大捆皮棉中的水分级别对出售给纺织厂的纤维质量会有重大影响。对于籽棉及皮棉来说，其最佳水分含量能够使轧棉、清棉、打包、安全储存良好并有效地进行。同样地，在其它材料和纤维加工中也会有类似的考虑。在有水分的情况下，为了优化加工和保证纤维质量，外界条件下纤维的水分含量需要与各种加工过程中所施加的干燥量或湿度量相平衡。尽管开发了一种测量纤维水分的设备，并且该设备随后能够测量对纤维的干燥或水分的补给，然而由于上述设备存在测量技术方面的缺陷而没有被广泛采用。目前的水分测量技术的主要缺点是其低准确性和/或需要很长一段时间进行测试。目前，用于测量皮棉水分的技术可以分为五类。当前采用的这些技术通常基于以下之一·热力干燥(重量分析法)；·化学反应分析；·光谱学； 水的电阻或微波传输；·纤维的压缩及回弹性。由于测量速度较低，利用热、化学以及压缩的方法不用于在线应用场合。电阻和微波传输可以用于在线的应用场合或者现场的应用场合。然而，这两种技术都有缺陷。例如，电阻仪表是采用电极探头工作的，这些电极探头受到表面污染物质的影响会改变当前的或短期的未来读数，并且测量值会因极潮湿或极干燥的样本而减小，这会影响电阻读数的准确性。此外，电阻设备仅测量产品的一小部分。因此存在电极污染的问题。微波辐射传输取决于微波发射器与天线之间的具有最小密度的样本。例如，可以将微波设备非常顺利地施加到轧棉工序的任意一端，即籽棉模块一端、装压成包的皮棉模块一端，其中堆积纤维的密度超过100kg/m3。但是，将微波设备施加到材料密度小于Mkg/ m3的传输通道被认为是不可行的。本发明的目的是提供一种替代的测量设备和方法，除了测量别的以外，用于测量材料(比如纤维材料)的水分含量。

发明内容
设备本发明涉及一种用于测量材料的目标性质的设备，所述设备包括
i)电场产生器，使用时，把要测量其目标性质的材料放置在电场中，由所述材料所引起的所述电场的变化提供第一输出，所述第一输出与所述材料的至少两种性质有关，其中至少一种是目标性质，另一种是第二性质；ii)提供与所述材料的所述第二性质有关的第二输出的装置；以及iii)处理单元，用于根据所述第一输出和所述第二输出来确定所述材料的目标物
理性质。在本说明书全文中，术语“处理单元”泛指任何可以处理指令的装置，可以包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、可编程逻辑器件、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或者其它计算装置、通用计算机(例如，PC机)或服务器。由于材料的存在所引起的电场变化可用来确定该材料的性质。电场产生器可以是任何产生电场的电子装置，可以将材料导入该电场中。例如，可以通过感应线圈或电容器板极产生电场。利用感应线圈或电容器极板的优点是电场产生器也可以用作传感器，以检测因所述材料存在于所述电场中所引起的电场变化。然而，也可以使用独立的电场产生器以及传感器。在一种具体实施方式
中，电场产生器是以电容器形式工作的，所述电容器包括至少一对面对面设置、彼此平行、中间以电介质隔开的电容器极板，所述电介质是用空气和所述材料来提供的。在一种具体实施方式
中，目标物理性质是所述材料的水分含量，而第二性质是材料的质量，更确切地说是指电场中的材料的质量。在本说明书全文中，词语“材料的水分”、“材料的水分含量”或其变型是指所述材料吸收的水的质量与材料的总质量的比率。例如，当材料为棉纤维的情况下，棉花的水分含量是棉花所吸收的水的质量与皮棉或籽棉质量的比率。材料吸收的水的质量可以通过任何合适的方法(例如利用标准的热重量分析法)来确定。在一种具体实施方式
中，所述设备包含通路，更适合地是通道的形式，被测量的材料可以穿过该通道传送。例如，所述材料是靠气动沿着所述通道传送的。在一种具体实施方式
中，所述电场横跨所述通路延伸，所述第一输出是基于所述材料沿着所述通道传送并且穿过所述电场时所述电场的变化而产生的。此外，当所述材料穿过电场时，所述装置测量材料的第二性质。虽然所述装置可以是天平甚至是另一个电场产生器，但适宜地，所述装置是估计电场中材料的质量的光学装置。适宜地，该光学装置包括光源和光接收器。所述光源和光接收器安装成使材料至少部分位于所述光源与所述光接收器之间。第二输出是光接收器的输出信号。由遮住所述接收器的材料所引起的接收器接收到的光量变化是所述材料质量的函数。在一种具体实施方式
中，所述光学装置用于将光照射到电场中的材料，所述光可以扩展到紫外线光谱和/或近红外光谱。适宜地，当材料穿过电场时，所述光学装置对所述材料进行照射。在所述设备用于测量纤维(比如棉纤维)的水分含量的情况下，适宜地，电场产生器用来产生电场，该电场对所述材料的存在敏感。对本具体实施方式
而言，我们发现可以调节电场使得该电场适于测量在该电场中具有总质量达到约4000克的棉纤维样本；较合适地，棉纤维样本总质量达到约2000克；甚至更合适地，棉纤维样本总质量在200克至900克之间。这些工作参数适于测量高达20%的天然纤维的水分含量，当纤维为棉花时，该强度的电场变化适于测量的纤维的水分含量为0. 至16% (重量百分比)。在一种具体实施方式
中，电场产生器包含电容器。所述电容器具有带电极板，优选具有包围该通路或该运输通道的宽度尺寸的铜板极。在一种具体实施方式
中，所述设备进一步包含用于将第一输出或第二输出或者它们的组合从模拟信号转换到数字信号的转换器。某些具体实施方式
包含输出转换器，所述输出转换器适于把第一输出与第二输出转化成相同类型的第一输出信号与第二输出信号。例如，在所述第一输出与所述第二输出不是同一类型的情况下，不能直接进行比较，则可以利用输出转换器将上述输出转化为相同类型的输出信号。在一种具体实施方式
中，电容器用于产生电场，第一输出是电容差，第一转换器可用于将电容差转换为电压差信号。如果在该具体实施方式
中，第二输出端表示光信号，然后可以提供第二转换器把来自光检测器的第二输出转换为电压信号。必要的话，还可以提供调节器，使所述第一信号与所述第二信号的幅度能够被调节，从而能够直接进行信号对比。 应当理解，转换器与任何调节器可以利用电子电路来实现，用于每个转换器与调节器的电路结构将会根据具体实施方式
而改变。应当理解，可以根据i)第一输出和第二输出，或者ii)经过转换器转换或者调节器调节之后的第一输出和第二输出，利用由处理单元执行的软件程序确定所述材料的目标性质。可选地，上述(软件程序的)指令也可以以硬件形式执行，例如硬编码到ASIC中或者硬布线到逻辑电路中。可选的具体实施方式
可以使用硬件、固件以及软件的组合来具体实现该处理单元，所述处理单元适于在调节或不调节的情况下根据第一输出及第二输出、 或者电压差信号及电压信号来确定材料的目标性质。在一种具体实施方式
中，所述处理单元根据以下任一组信息计算所述材料的水分含量i)第一输出和第二输出；ii)第一输出信号和第二输出信号；或者iii)第一转换器的电压差信号以及第二转换器的电压信号。在一种具体实施方式
中，所述设备进一步包括用于检测电场中温度的温度传感器。所述温度传感器也可以是任何合适的热电偶装置。当工作温度超出预选的温度上限或温度下限时，来自温度传感器的信号可以传输至处理单元，该处理单元可以启动警报。在一种具体实施方式
中，所述设备进一步包括用于检测电场中空气湿度的湿度传感器。所述处理单元在工作湿度超出预选的湿度上限时，来自所述湿度传感器的信号可以传输至处理单元，该处理单元可以启动警报。在一种具体实施方式
中，处理单元根据温度及湿度传感器的输出估计电场中的相对湿度。在一种具体实施方式
中，处理单元计算水分含量，所述水分含量表示为含有基于下列信息的变量的函数-表示电场变化的第一输出，以及适宜地，所述第一输出是第一转换器的电压差信号；-光学装置的输出形式的第二输出，以及适宜地，所述第二输出是第二转换器的电压信号；以及-电场中相对湿度的估计。在一种具体实施方式
中，所述设备进一步包括用于检测所述电场中空气流量的流量传感器。在大多数工作情况下，空气的流量可以等于穿过电场的材料的流量。在一种具体实施方式
中，所述设备进一步包括关于电场的屏蔽部件，以防受到来自外部源的其它电磁场的干扰。本发明还涉及适于用来测量材料的物理性质的设备，该设备包括i)电场产生器，使用时，把要测量其物理性质的材料置于电场中，由所述材料引起的电场变化提供第一输出；ii)提供与所述材料的性质有关的第二输出的装置；以及iii)处理单元，用于根据所述第一输出和所述第二输出确定所述材料的目标性质。在一种具体实施方式
中，所述第一输出信号与电场中材料的至少两种性质有关， 其中至少一种是目标性质，另一种是第二性质。在一种具体实施方式
中，第二输出信号与材料的第二性质有关。处理步骤/方法本发明还涉及适于用来确定材料的目标性质的方法，该方法包括下列步骤a)将材料导入电场中；b)测量由步骤a)导入到所述电场中的材料所引起的电场变化，其中所述电场变化与所述电场中材料的目标性质以及材料的另一个性质有关；c)估计所述材料的另一个性质；d)利用在步骤b)测得的所述电场变化以及根据步骤C)得到的所述材料的其它性质，来确定所述目标性质的值。
具体实施方式
还可包括产生电场的初始化步骤。在一种具体实施方式
中，步骤a)包括传送所述材料穿过所述电场。适宜地，步骤 a)包括靠气动传送所述材料穿过所述电场。适宜地，携带所述材料的气流移动速率达到 30m/s，甚至更适宜地达到20m/s。在一种具体实施方式
中，根据步骤b)，电场变化与所述电场中材料的至少两个性质有关，其中一个是目标性质，而另一个是电场中材料的质量(即，材料本身的质量以及该材料中的水分的质量)。在一种具体实施方式
中，材料的目标性质是该材料的水分含量。电场可以由任何合适的电场产生器产生。电场变化可以利用任何合适的传感器测量。在一种具体实施方式
中，电场变化以电场产生器的输出的形式被检测到。在一种具体实施方式
中，电场是用电容产生的(即由电容器产生)，或者利用感应器感应产生。在一种具体实施方式
中，根据步骤C)对材料性质的估计是基于光学装置的输出进行的，其中所述光学装置的输出表示由该光学装置检测到的材料的质量。在一种具体实施方式
中，光学装置包括光源和光接收器，该光学装置的输出是基于由该光接收器收到的光量。换句话说，对材料的质量的估计包括将材料暴露在光源下，该材料传输或反射的光以及光接收器收到的光是该材料的质量的函数(我们可以假定该质量近似于该材料的干燥质量)。甚至更适宜地，安装光源和光接收器，使材料的至少一部分位于光源与光接收器之间、或者从光源与光接收器之间穿过。我们已经发现光接收器从光源接收到的光量的变化与位于光源与光接收器之间的纤维质量有关。在一种具体实施方式
中，方法包括将电场产生器的输出与光学装置的输出转换为相同类型的第一输出信号与第二输出信号。例如，在所述第一输出与所述第二输出不是同一类型的情况下不能直接进行比较，可以使用输出转换器将该输出转化为同样类型的输出信号。在一种具体实施方式
中，其中，电场变化是利用产生该电场的电容器的电容变化来测量的，电容器的输出可以由电容差转换成电压差信号。换句话说，在电容器被用来产生电场并且测得的电场变化是该电容器的电容的函数的情况下，第一转换器可用于将电容差转换为电压差信号。在一种具体实施方式
中，其中，该材料的另一个性质是基于表示该电场中材料质量的光学装置的输出得到的，该光学装置的输出可以被转换成电压信号。在一种具体实施方式
中，电压差信号或电压信号或者它们两者的幅度被调节，以使电压差信号和电压信号的幅度能够直接进行信号对比。在一种具体实施方式
中，步骤d)包括计算材料的目标性质作为电容器电压差信号以及光学装置电压信号的函数。在一种具体实施方式
中，方法还包括利用温度传感器测量电容器的电场中空气的温度，或者适宜地，测量穿过电容器的电场的气流的温度。在一种具体实施方式
中，方法还包括利用湿度传感器、以及温度传感器的输出估计电容器的电场中空气的相对湿度，或者适宜地，估计穿过电场的气流的相对湿度。在一种具体实施方式
中，步骤d)包括计算电场中材料的水分含量，该水分含量表示为下列参数的函数i)电容器的电压差信号；ii)光学装置的电压信号；iii)相对湿度的估计值。在一种具体实施方式
中，步骤d)包括利用下列公式计算材料的水分含量Moisture = f (Mcap, Mlight，H, T)+k其中，· Mcap是用电容器的输出(比如，上述电压差信号)表示的质量，· Mlight是用光传感器的输出(比如，上述电压信号)表示的质量，· H是湿度，· T是温度，· k是代表由具体设备的几何结构和传感器决定的多个参数的常数。应该理解，根据经验确定的常数(k-lq、k2、k3、kn)在校准过程中将会增大，并且可以随因子(比如电容传感器/电容器的尺寸、不同类型的光传感器、湿度和温度传感器)而变化。在一种具体实施方式
中，步骤e)的测定或计算是利用处理单元执行的。虽然所述方法可以适用于多种不同类型的材料，然而当材料为纤维(比如棉纤维)的情况下，目标物理性质是该纤维的水分含量。电场对电场中重达大约4000克的纤维总质量敏感；适宜地，对重达2000克的纤维总质量敏感；甚至更适宜地，对300克到800克范围内的纤维总质量敏感。在材料为棉纤维并且以测量该纤维的水分含量为目的的情况下，步骤e)适宜地包括以士 0.5%的精度(水的重量/所述纤维重量)确定该水分含量，甚至更适宜地达到士 0. 25%的精度。在一种具体实施方式
中，方法可以包括控制通过穿过该电场的材料的流量。在一种具体实施方式
中，方法可以包括控制穿过该电场的空气湿度。在一种具体实施方式
中，方法可以包括控制电场。在一种具体实施方式
中，方法可以包括测量下述工作条件中的任何一种或者它们的组合，并且当工作条件超出预设的工作条件极限时启动警报。根据本发明，提供了一种用于确定棉纤维的水分含量的方法，所述方法包括以下步骤a)输送棉纤维流穿过电容器的电场；b)测量由所述纤维穿过电场所引起的电容器的电容变化；c)根据对电场中纤维的光学测量估计电场中纤维的质量；以及d)根据步骤b)测得的电容变化以及步骤C)测得的材料质量，来确定纤维的水分含量。根据光学测量估计电场中纤维质量的步骤，可以通过将光学测量的值与已知的参考数据集合(比如，经称重的棉纤维样本的参考数据)比较来实施。根据本发明，还提供了一种用于确定材料的物理性质的方法，所述方法包括以下步骤a)将材料导入电容器的电场中；b)测量由步骤a)将给定质量的材料导入电场所引起的电容器的电容变化；以及c)根据步骤b)测得的相对于电场中所述类型材料的已知参考数据集合的电容变化，来确定物理性质的绝对值。
应当理解，本发明方法，无论是最宽泛的形式还是具体实施方式
，也可以包括上述标题为“设备”下的任何特征或者特征的组合。同样，本发明的设备，无论是最宽泛的形式还是具体实施方式
，也可以包括上述标题为“处理步骤/方法”下的任何特征或者特征的组
I=I O


现在结合附图对本发明进行说明，其中图1是根据优选的实施方案用于测量轧棉机管道中流动的棉纤维的水分的示意性立体图；图2是如图1所示的具有电容器极板和光学装置、用于测量棉纤维水分含量的设备的工作元件的示意性分解图；图3是与图1和图2所示设备有关的电器元件的框图；图4是用于将图2和图3所示电容的输出转换为与电容中的材料质量有关的电压
10差信号的第一转换器的电路图；图5是用于调节由图4电路所提供的电压差信号的幅度的调整电路；图6是用于将图2和图3所示光学装置的光检测器/接收器的输出转换为与电场中材料质量的光学测量有关的电压信号的电路图；图7是用于调节由图6电路所产生的电压信号的幅度的调节电路；图8是展示根据本发明具体实施方案的方法的一些主要步骤的框图；以及图9是展示根据可选的具体实施方案的方法的步骤的框图。
具体实施例方式现在将结合附图对本发明优选实施例中的设备和方法进行说明。附图中所示的设备和方法也特别适用于测量由气动或利用其它手段(包括重力)流动的棉纤维(比如散棉纤维)的水分含量。然而应当了解，本发明也可以用其它类型的材料或纤维来实施，还可以用于测量被测材料的其它性质。例如，上述设备和方法也可用于籽棉、通过轧花机轧过的种子以及其它颗粒。参照图1和2，所述设备包括通道或管道，可以对现有的轧棉设备的通道或管道进行改造，从而能够进行纤维的在线测试或者现场测试。可以根据需要改变上述通道的尺寸， 以适于具体类型的轧棉设备。特别是，图中所示的通道9被设计安装到棉花加工设备的轧花机机座与清棉机之间的通道上，而且使其适于使空气中拖拽的纤维流沿着通道9流动。 清棉机的通道为150mm到MOOmm数量级的长方形通道。所述设备包括电容、光学装置。所述电容是合适地安装于玻璃纤维上的通道9上下侧的两对铜电容器极板1的形式。所述光学装置是分别位于通道的上侧和左侧的LED 2 和LED 4的阵列形式，以及分别位于通道9的底部和右侧并且与数字微处理单元10以及个人电脑相连的光接收器或光学图像传感器3、5。板极之间的空气或任何其它材料作为电容器极板1之间的电介质。这样，将材料导入到电容器极板之间的空隙中，通过改变该电介质(继而可以观察到电容器的电容发生变化)会引起电场变化。在使用时，棉纤维穿过电容器板极1的电场传输。向电容器施加脉冲式激励。利用转换器将电容器的电容变化从模拟信号转换为数字信号，并提供给微处理器。电容变化是纤维质量以及纤维水分含量的函数。理想地，由穿过电场的纤维所引起的电场变化是根据电容变化求解的。在实践中，我们已经发现电场可以提供0. 015克级别的分辨率，即，电场中200克棉纤维样品的0. 或0. 2克。我们也已经发现可以在板极之间流通的空气中拖拽重达4000克的纤维。已经证明上述操作参数适于测量接近0%的很低的相对湿度下的约0.1% (重量百分比)的纤维水分含量，到几乎100%的相对湿度下的约16% (重量百分比)的纤维水分含量。在电容器极板顶部(以及可选地在电容器极板底部)的LED 2的阵列与脉冲电流源连接，所述脉冲电流源能够随时间产生较大的光输出并且降低环境光对传感器的影响。 位于通道侧面的附加的一组LED 4也与脉冲电流源相连，但是适于在与LED 2频率不同的频率下工作。采用不同的开关光频率，从而使得能够利用简单的快速傅里叶变换分析(FFT) 来区分两种光源。
一旦LED与光接收器之间出现大重量的纤维，可以通过增加电流脉冲的幅度以及调节光接收器的对数放大器来增大光功率。如果采用了较大重量的材料，并且透射的光能被纤维吸收，可以利用来自移动的纤维上表面的散射光来预测质量流量。来自LED 2或LED 4的、未被穿过通道9的纤维遮挡的光辐射被光接收器3和5 检测到。我们发现上述光被接收器3和5接收到，并且因此光接收器的输出与任何时刻穿过通道9的纤维的质量有关。此外，如图2所示，在电容器极板外部的LED 2和LED 4以及光接收器3、5的具体布置，确保了光学装置检测到的纤维的质量是电容器的电场中纤维的质量。所述多孔的电容器极板1位于玻璃或者玻璃纤维板上的通道9的两侧，以避免它们接触到通道9或管道底部。在电容器极板上安装盖子，以尽量减小外部电磁场对穿过电容器极板之间的纤维的影响。两组电容器极板测量穿过通道的材料(玻璃纤维)、空气以及材料(即在所述板极之间移动的棉花及其水分)的介电常数。ε totalS cotton+moisture ^ airhumidity ^ fibreglass(丄)电容器极板之间的介电常数的明显变化与棉花及棉花水分的介电常数的变化有关。与通道中空气湿度变化有关的介电常数的变化引起了一些寄生电容。然而，可以通过考虑在所述通道中测得的温度和湿度来校正寄生电容，由此，我们成功实现了上述装置。因此，上述装置的总电容可以用如下等式表示
权利要求
1.一种用于测量材料的目标性质的设备，所述设备包括i)电场产生器，使用时，把要测量其目标性质的材料放置在电场中，由所述材料所引起的所述电场的变化提供第一输出，所述第一输出与所述材料的至少两种性质有关，其中至少一种是目标性质，另一种是第二性质； )提供与所述材料的所述第二性质有关的第二输出的装置；以及iii)处理单元，用于根据所述第一输出和所述第二输出来确定所述材料的目标物理性质。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述目标性质是所述材料的水分含量，所述第二性质是电场中材料的质量或者穿过所述电场的材料的质量。
3.如权利要求1或2所述的设备，其中，所述设备包括通路，靠气动或者重力传送待测量的材料穿过所述通路。
4.如权利要求3所述的设备，其中，所述电场横跨所述通路延伸，所述第一输出是基于传送所述材料穿过所述电场时所述电场中的变化。
5.如权利要求1至4中任一项所述的设备，其中，提供所述第二输出的所述装置是光学装置，所述光学装置估计所述电场中所述材料的质量。
6.如权利要求5所述的设备，其中，所述光学装置包括光源和光接收器，所述光源和所述光接收器设置成使得至少部分所述材料位于所述光源与所述光接收器之间，所述第二输出是所述光接收器的输出。
7.如权利要求1-6中任一项所述的设备，其中，所述电场产生器包括电容器。
8.如权利要求7所述的设备，其中，所述电容器包括至少一对面对面安装、彼此平行、 中间以电介质隔开的电容器极板，所述电介质是由电容器极板之间的空气和所述材料来提供的。
9.如权利要求1至8中任一项所述的设备，其中，所述设备进一步包括转换器，所述转换器将第一输出和第二输出之一或者两者的组合从模拟信号转换为数字信号。
10.如权利要求1至9中任一项所述的设备，其中，所述设备包括输出转换器，所述输出转换器适于将所述第一输出与所述第二输出转换为相同类型的第一输出信号与第二输出信号，以便直接对它们进行比较。
11.如权利要求1至10中任一项所述的设备，其中，当所述电场是由电容器产生并且所述第一输出是电容差时，所述设备包括用于将第一输出转换为电压差信号的第一转换器。
12.如权利要求1至11中任一项所述的设备，其中，当所述第二输出是光学装置的输出时，所述设备包括第二转换器，所述第二转换器用于将来自所述光学装置的所述第二输出转换为电压信号。
13.如权利要求11或12所述的设备，其中，所述设备包括用于调节所述第一输出及所述第二输出的幅度、和/或所述电压差信号以及所述电压信号的幅度的调节器，从而能够直接进行信号比较。
14.如权利要求10至13中任一项所述的设备，其中，所述处理单元根据下列信息计算所述材料的水分含量i)所述第一输出信号以及所述第二输出信号，或者ii)所述第一转换器的电压差信号以及所述第二转换器的电压信号。
15.如权利要求1至14中任一项所述的设备，其中，所述设备包括用于检测电场中温度的温度传感器。
16.如权利要求1至15中任一项所述的设备，其中所述设备包括用于检测电场中空气湿度的湿度传感器。
17.如权利要求15或16所述的设备，其中，所述处理单元根据所述温度传感器及所述湿度传感器的输出来估计所述电场中的相对湿度。
18.如权利要求11、12和17中任一项所述的设备，其中，所述处理单元计算出所述水分含量，所述水分含量为包括基于下列信息的变量的函数-所述第一转换器的电压差信号；-所述第二转换器的电压信号；以及-所述电场中的相对湿度的估计。
19.如权利要求1至18中任一项所述的设备，其中，所述设备包括用于检测电场中空气流量的流量传感器。
20.如权利要求1至19中任一项所述的设备，其中，所述设备包括关于所述电场的屏蔽部件，以避免来自外部源的其它电磁场的干扰。
21.一种用于确定材料的目标性质的方法，该方法包括下列步骤a)将材料导入电场中；b)测量由步骤a)导入到所述电场中的材料所引起的电场变化，其中所述电场变化与所述电场中材料的目标性质以及材料的另一个性质有关；c)估计所述材料的所述另一个性质；d)利用步骤b)测得的所述电场变化以及步骤c)确定的所述材料的所述另一个性质， 来确定所述目标性质的值。
22.如权利要求21所述的方法，其中，所述方法包括产生所述电场的初始化步骤。
23.如权利要求21或22所述的方法，其中，步骤a)包括靠气动或者重力传送所述材料穿过所述电场。
24.如权利要求21至23中任一项所述的方法，其中，根据步骤b)所述的电场变化与所述电场中的所述材料的至少两个性质有关，其中一个性质是所述目标性质，另一个性质是所述电场中所述材料的质量。
25.如权利要求21至M中任一项所述的方法，其中，所述材料的所述目标性质是所述材料的水分含量。
26.如权利要求21至25中任一项所述的方法，其中，所述电场变化以所述电场产生器的输出的形式被检测到。
27.如权利要求21至沈任一项所述的方法，其中，所述电场由电容产生，即通过电容器产生，或者通过感应器感应地产生。
28.如权利要求21至27中任一项所述的方法，其中，根据步骤c)对所述材料的所述另一个性质的估计是基于装置的输出，其中所述装置的输出表示由所述装置检测到的所述材料的质量。
29.如权利要求观所述的方法，其中，所述装置是光学装置，所述光学装置包括光源和光接收器，所述光学装置的输出是基于由所述光接收器接收到的光量，所述光量取决于由所述材料传输的光或者反射的光。
30.如权利要求沈或观所述的方法，其中，所述方法包括将所述电场产生器的输出和所述装置的输出转换为相同类型的第一输出信号和第二输出信号，从而能够直接比较上述输出信号。
31.如权利要求27所述的方法，其中，当电场变化是通过产生该电场的电容器的电容变化而测得时，将所述电容器的输出从电容差转换为电压差信号。
32.如权利要求四所述的方法，其中，当所述材料的所述另一个性质是基于表示所述电场中材料质量的光学装置的输出，所述光学装置的输出能够转换成电压信号。
33.如权利要求31或32所述的方法，其中，所述电压差信号和所述电压信号之一或两者的幅度被调节成能够直接进行信号比较的所述电压差信号和所述电压信号的幅度。
34.如权利要求31或32所述的方法，其中，步骤d)包括计算所述材料的目标性质，所述材料的目标性质表示为所述电容器的电压差信号和所述光学装置的所述电压信号的函数。
35.如权利要求21至34中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括利用温度传感器测量所述电场中空气的温度。
36.如权利要求35所述的方法，其中，所述方法还包括利用温度传感器以及湿度传感器的输出来估计所述电场中空气的相对湿度。
37.如权利要求31、32和36中任一项所述的方法，其中所述材料的所述目标性质是水分含量，步骤d)包括计算电场中所述材料的水分含量，所述材料的水分含量为下列参数的函数i)所述电容器的所述电压差信号；ii)所述光学装置的电压信号；iii)相对湿度估计。
38.如权利要求31、32和36中任一项所述的方法，其中所述目标性质是水分含量，步骤 d)包括用如下公式计算的所述材料的水分含量Moisture = f (Mcap, Mlight, H, T)+k其中， Mcap是由上述电容器的输出表示的质量，比如由上述电压差输出信号表示的质量， Mlight是由上述光传感器的输出表示的质量，比如由上述电压信号表示的质量， H是湿度， T是温度， k是代表了由具体设备的几何结构和传感器决定的多个参数的常数。
39.如权利要求1至38中任一项所述的方法，其中，步骤e)是利用处理单元执行的。
40.如权利要求37或38所述的方法，其中，所述电场具有适于测量棉纤维的水分含量达到重量百分比16%的电场强度。
41.如权利要求40所述的方法，其中步骤d)包括以水的重量为棉纤维重量的士0.5% 的精度测定所述水分含量。
42.如权利要求21至41中任一项所述的方法，其中，所述方法包括控制穿过所述电场的材料的流量。
43.如权利要求21至42中任一项所述的方法，其中，所述方法包括控制穿过所述电场的空气的湿度。
44.如权利要求21至43中任一项所述的方法，其中，所述方法包括控制所述电场。
全文摘要
本发明涉及一种用于测量材料性质(比如棉纤维的水分含量)的设备和方法。实施方式尤其适用于在输送棉纤维穿过通道(比如所述轧棉机的通道)时测定棉纤维的水分含量的绝对值。所述实施方式将大面积的电容器极板与光检测器结合。
文档编号G01R27/26GK102272588SQ200980152184
公开日2011年12月7日 申请日期2009年12月22日 优先权日2008年12月22日
发明者安杰·克拉列维斯奇, 斯图尔特·戈登 申请人:棉花集水社区合作研究中心有限公司