[发明专利]使用多频微波确定材料模块的水分含量

说明书

技术领域

本发明涉及用于确定材料模块的水分含量的技术，尤其是涉及使用多频微波确定材料模块的水分含量的系统和相应的方法。

背景技术

很多不同种类的自然存在的材料(例如烟叶、棉纤维、木材、咖啡豆、茶叶)以及合成制造材料(例如合成制造纤维)用作各种不同类型的成品(消费品)的制造中的主要原材料。这些种类的原材料在用于制造过程之前必须被收集、存储、运输、并再次存储。给定的制造过程典型地包括很多工序，首先是准备(处理)原材料，然后使用准备好的(经处理的)材料形成实际的成品(消费品)。这些工序很多依赖于原材料的水分含量。例如，如果水分含量过高，原材料可能在使用前的存储或/和运输过程中腐烂。如果水分含量过低，原材料的处理和使用可能是困难的。

棉纤维是上面所列自然存在材料的一个例子，其水分含量在商业(工业)应用中是非常重要的。原棉是棉籽和纤维的混合物，它必须经处理以将所需的棉纤维和棉籽分离。轧棉机用于分离棉纤维和棉籽。轧棉机的高效操作包含控制棉纤维的水分含量。如果棉纤维的水分含量太高，纤维将趋向于形成团而在处理中附着于轧棉机，并且在存储中容易腐烂。如果棉纤维的水分含量太低，纤维将易于产生静电并附着在金属表面。并且具有低水分含量的棉纤维不结实，更常断裂。棉纤维的最适宜水分含量是大约6.5％到大约8％的范围。然而，原棉水分含量的范围可能从低于大约3％到大于大约20％。在轧棉机处理原棉时，需要控制所分离的棉纤维的水分含量以弥补原棉水分含量的大变化。对由处理(轧)原棉产生的分离棉纤维的水分含量的有效控制，需要准确测量初始原棉以及棉纤维的水分含量。

这样的测量可以使用微波辐射来完成。典型地，微波辐射源位于材料模块(例如以捆包或箱的形式)的一侧，这些材料例如是未加工的或处理过的棉或烟草，并且天线位于材料模块的另一相对侧。辐射源波束透射过该模块的一部分，并且由微波接收天线接收，然后该天线产生信号。该信号用于确定该部分模块的水分含量。

与确定材料模块水分含量相关的一个现存的显著问题是，商业捆包的未加工的或/和处理过的材料模块的尺寸和形式通常相对巨大且笨重。上面所列自然存在材料的类型，例如原棉、烟草，典型地以庞大模块(捆包或箱)方式进行捆包、存储以及运输。模块(捆包或箱)可以达到大约3米宽、大约3米高、以及大约6米长，并且重量达到大约7000千克。这样的材料模块可能是分层的(例如在捆包中)或者不分层的(例如在箱中)。通常在捆包中，这些材料层有些疏松，尽管它们可以挤压在一起并由金属或塑料系带捆绑。由于材料模块通常巨大且笨重的尺寸，其中的材料是分层的(捆包形式)或不分层的(箱的形式)，所以单次测量整个模块的水分含量是不可行的。作为替代，如果仅对测量材料模块的一部分测量水分含量，整个模块的水分含量同样不能从单次测量准确地确定，这是因为整个模块的水分含量可能在不同部分间以至少5％的比例变化。因而，需要对整个材料模块的对应非常大量的部分进行非常大量的水分含量测量，而不损坏该模块的材料。

存在有广泛的用于确定材料模块的水分含量的现有技术启示，每种技术在确定水分含量时的准确度和再现性不同，并且对于材料模块的商业(工业)规模操作和处理适用性不同。尽管如此，仍然存在对于现有技术改进的需要，以及需要开发新的技术用于确定材料模块的水分含量。

从而需要一种用于确定材料模块的水分含量的系统和方法，并且这将具有很大的优势。而且，需要这样的发明，其基于多频微波的利用，以特别高的准确度和特别高的再现性确定材料模块的水分含量，并且其易于适用于对材料模块进行商业(工业)规模的操作和处理。还需要这样的发明，其适用于确定材料模块的水分含量，适用于不同种类的自然存在材料(例如烟叶、棉纤维、木材、咖啡豆、茶叶)以及合成制造材料(例如合成制造纤维)，这些材料用作各种不同类型的成品(消费品)的制造中的主要原材料。

发明内容

本发明涉及一种使用多频微波确定材料模块水分含量的系统和方法。本发明基于对多频微波的利用，用于以特别高的准确度和特别高的再现性确定材料模块的水分含量。本发明适用于确定材料模块的水分含量，适用于不同类型的自然存在材料，例如烟叶、棉纤维、木材、咖啡豆、茶叶，以及合成制造材料，例如合成制造纤维，这些材料用作各种不同类型的成品(消费品)的制造中的主要原材料。另外，本发明易于适用于材料模块的商业(工业)规模的操作和处理。