[发明专利]利用微波相位和衰减确定含水量

说明书

发明领域和背景

本发明涉及确定保持在筒管或锥体上的材料的含水量的装置和方法，更具体地说，涉及确定保持在含有中空芯的某种结构上的不同种类的材料的含水量的装置和方法。

多种不同种类的合成材料以及有机材料是用于构造许多不同方法制造的产品的结构的基础。在制造过程中使用这些材料之前，必须将这些材料收集到一起、运输并存储。制造过程本身可要求多种工序，首先，准备原材料，然后，在形成实际产品时使用加工过的材料。许多的这些工序取决于所述材料的含水量。例如，如果含水量太高，所述材料在使用之前，在存储和运输期间就可能分解。如果含水量太低，就可能给加工和使用所述材料带来困难。

依赖于它们的含水量情况的合成材料和有机材料包括棉花、纸张、绒毛、种子、药物和有机合成纤维。作为一个例子，可考虑棉花，尽管人们知道对于上述的任何材料也可给出类似的例子。处理棉花，以便将所需要的棉花与诸如种子那样的污染材料分开，然后，将棉花纺成纤维，用于纺织制造业。对于要成功地进行这样的加工和纺织，棉花纤维应该具有均匀的、即不太高也不太低的含水量。例如，低含水量的纤维太弱，更经常折断。

用于生产纺织品的棉花纤维的最佳含水量在纺织之前为从6．5％到8％，而在筒管上或在锥体上时为6％到10％，这取决于后续工艺步骤的要求。这样，纺织品中的有效的含水量的控制就取决于精确测量纤维的含水量。

筒管本身的内部结构造成了难以测量缠绕于其上的材料的含水量。围绕着筒管的纤维层常常并非是平行的，这就可能人为地改变了被传送的束流的情况，因此，也改变了筒管的表观含水量。这样，在计算材料的含水量时就必须考虑筒管的内部结构。

为了补偿所有这些潜在的、测量上的假象，可采用微波来进行水分测量。典型的情况是，微波辐射源位于棉花筒管的一侧，而天线位于该筒管的对面的那侧。发送辐射源的束流穿过一部分筒管，并由接收天线接收，然后，这会产生一个信号。这个信号用来确定那部分筒管的含水量以及该筒管的质量的均匀性。美国专利U．S．5，621，330中公开了一种用于进行这样的水分测量的方法，这里，引用这篇专利的全文作为参考。

不过，要进行这样的测量是困难的，这是因为筒管本身结构的原因。典型的棉花筒管具有一个中空芯。这个中空芯显著地干扰了微波辐射所做的测量，并降低了现有技术的装置和方法的有效性。进一步，筒管上的棉花纤维还具有该纤维本身的内部结构的许多的不均匀性。这明显地使得使得测量更困难。此后，术语“筒管”就是指具有一个中空芯的、实际上可以是任何三维形状的一种结构。

当然，不仅仅是棉花才是要运输、存储和在筒管上进行加工的材料，纸张、药物、绒毛纤维、丝的纤维和有机纤维也都是必须合成材料和有机材料，这些材料构成了许多不同产品的基础。这些材料的每一种也都可以进行运输并存储在筒管上。每一中材料的含水量可影响加工、存储和制造。进而，这些材料的每一种都形成了不同的结构。也就是说，纸的筒管可具有与棉花的筒管极为不同的内部结构。这样，水分测量装置就必须能够补偿所有这些不同类型的结构对于所测得的含水量的影响。

这样，就普遍认识到需要、并且是是极为有益地拥有一种测量材料的筒管含水量的装置，这种装置可对筒管的中空芯进行补偿、还可确定所述材料的内部结构，并且能够对于所述材料本身校正这样的测量结果。

发明概述

按照本发明，提供了一种测量在筒管上的材料的含水量的方法，该筒管的特征是具有一个中空芯，该方法包括下述步骤：(a)发送许多实际上是穿过一部分筒管的微波，这使得微波本身成为被发送的微波；(b)接收所发送的微波，这使得微波成为所接收的微波；(c)从所接收的微波确定相移和衰减；(d)至少对一部分在筒管上的材料重复步骤(a)到(c)，这使得能够得到许多相移和许多衰减；(e)至少采用一种实验系数，这种实验系数是从一组由所述筒管的重量、该筒管的温度、该筒管的形状以及所述材料的类型所构成的因素中选取的，以便校正上述许多衰减，产生许多校正过的衰减；(f)由上述校正过的那些衰减计算所述材料原始的含水量；(g)对由上述中空芯所导致的假象校正上述的许多相移，这使得所述的许多相移成为许多校正过的相移；(h)从所校正过的那些相移确定上述材料的密度；以及(i)从上述密度并由上述的原始的含水量计算所述材料的最终的含水量。