用于測量紙和各種含纖維材料的含水量的射頻測量系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于測量紙和各種含纖維材料的含水量的射頻測量系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]可回收的廢物材料在各種工業(yè)領域中作為副產(chǎn)品產(chǎn)生。這些材料通常以稱為捆(bale)的大塊單位被運送到處理站。這些捆具有可變的含水量，而含水量從許多方面來說都是個重要的參數(shù):它對于確定總的質(zhì)量以及對選擇處理材料的方式都是關鍵的。
[0003]用于確定材料的含水量的裝置在公開號為WO 2012/028785的文檔中公開。這種已知的解決辦法包括基于磁共振原理的裝置，其中待測材料被放在磁場中，因而磁場的強度在很大程度上確定可獲得的信號的強度。這種解決辦法能夠測試含氫的材料。通過測量反射能量，三維圖像可以被生成，利用該三維圖像，可以獲得被測體積的含水量。
[0004]這種解決辦法的缺點是昂貴，并且只能測試相對小尺寸的樣本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目標是提供能夠測量不同材料的大尺寸樣本的含水量的射頻測量系統(tǒng)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的測量系統(tǒng)基于如下認識:如果要通過應用射頻信號被測試的材料跨其整個體積都被輻射，則透射通過其/從其反射的信號的衰減量提供用于確定被測材料含水量的足夠信息。
[0007]該測量系統(tǒng)能夠確定跨被測材料的整個深度(被系統(tǒng)“看到”的體積中)存在的平均含水量，并且依賴于其配置，能夠同時測量具有Hl3范圍內(nèi)體積的材料樣本。
[0008]在某些給定的限制內(nèi)，本發(fā)明的測量系統(tǒng)能夠執(zhí)行材料質(zhì)量測試，并且能夠檢測材料瑕疵(fault)。
[0009]在計算過程和應用射頻中執(zhí)行適當?shù)男薷闹?，根?jù)本發(fā)明的測量系統(tǒng)能夠測量不包含(或者只包含可忽略數(shù)量)金屬或者吸收射頻的其它材料的所有材料。
[0010]該測量系統(tǒng)可以優(yōu)選地適用于確定以下材料的含水量:
[0011]-纖維材料，諸如廢紙、木頭、纖維素、植物纖維，等等，
[0012]-農(nóng)作物，例如糧食作物，等等，
[0013]-生物量，諸如小顆粒的燃料、型煤燃料，等等。
[0014]在根據(jù)本發(fā)明的測量系統(tǒng)的情況下，要求被測材料不放在金屬容器中，或者容器應當在頂部打開，因為測量會由于較大金屬物體的存在而受影響。
[0015]材料的含水量是在考慮材料的類型和結(jié)構(gòu)、其它外部條件和已發(fā)表的科學成果的情況下通過評估通過輻射被測材料來獲得的RF參數(shù)來確定的，其中RF參數(shù)諸如衰減、相移、相位旋轉(zhuǎn)。
[0016]本發(fā)明的目標是通過提供射頻測量系統(tǒng)來實現(xiàn)的，其中射頻測量系統(tǒng)包括適于發(fā)送射頻信號的發(fā)射器、適于接收該信號的接收器，以及電源，并且特征在于，它具有適于捕捉和傳輸發(fā)射器和/或接收器的信號的天線，并且還具有控制單元以及信號處理單元。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的射頻測量系統(tǒng)應用基于透射或反射的測量。在后一種情況下，它還包括適于反射由發(fā)射器發(fā)射的、經(jīng)過材料的信號的反射表面。
[0018]基于反射的測量系統(tǒng)包括一個或兩個天線。
[0019]該發(fā)明性射頻測量系統(tǒng)的天線是水平和/或垂直和/或圓形極化的天線。
[0020]射頻測量系統(tǒng)的優(yōu)選實施例包括適于檢測外部環(huán)境濕度并用于發(fā)送測出的數(shù)據(jù)的傳感器，以及適于提高測量準確度并用于防止噪聲信號傳播的循環(huán)器，其中發(fā)射器和接收器側(cè)具有對稱的配置，并且發(fā)射器和/或接收器連接到運行軟件的計算機，該軟件適于控制、數(shù)據(jù)處理和水分計算。
[0021]在根據(jù)本發(fā)明的射頻測量系統(tǒng)的另一種優(yōu)選實施例中，發(fā)射器包括通信外圍設備、微控制器、生成單向RF信號的發(fā)射器、帶通濾波器和信號適配器、信號放大器以及信號衰減器，而接收器包括衰減器、放大器、帶通濾波器和信號適配器、射頻信號接收器、信號發(fā)生解調(diào)器以及通信外圍設備。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的射頻測量系統(tǒng)適于測量廢紙的含水量、應用基于透射的測量，并且包括直通門、布置在該門相對側(cè)處的發(fā)射器和接收器、分別連接到發(fā)射器和接收器的天線、控制單元以及運行軟件的計算機，其中軟件適于處理測出的數(shù)據(jù)并實現(xiàn)連接外圍設備。
[0023]另一種優(yōu)選實施例適于測量類似材料的廢紙的含水量、應用基于反射的測量，其中被測材料放在通過測量系統(tǒng)的門的反射表面上，具有適于傳送由發(fā)射器發(fā)射的信號和到接收器的反射信號并位于門的頂欄上的天線、控制單元以及運行軟件的計算機，其中軟件適于處理測出的數(shù)據(jù)并實現(xiàn)連接外圍設備。
【附圖說明】
[0024]根據(jù)本發(fā)明的射頻測量系統(tǒng)的優(yōu)選實施例參考附圖來詳細地解釋，其中:
[0025]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的射頻測量系統(tǒng)的實施例的邏輯圖，
[0026]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的射頻測量系統(tǒng)的第二種實施例的邏輯圖，
[0027]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的射頻測量系統(tǒng)的第三種實施例的邏輯圖，
[0028]圖4說明了根據(jù)本發(fā)明的射頻測量系統(tǒng)的第一種實施例的配置，
[0029]圖5說明了根據(jù)本發(fā)明的射頻測量系統(tǒng)的第二種實施例的配置，
[0030]圖6說明了在基于透射的測量的情況下根據(jù)本發(fā)明的射頻測量系統(tǒng)的操作，
[0031]圖7說明了在基于反射的測量的情況下根據(jù)本發(fā)明的射頻測量系統(tǒng)的操作，
[0032]圖8說明了圖4所示射頻測量系統(tǒng)對測量廢紙的含水量的應用，
[0033]圖9說明了圖5所示射頻測量系統(tǒng)對測量廢紙的含水量的應用，及
[0034]圖10、11示出了含水量和測出的/計算出的參數(shù)之間的關系的圖。
【具體實施方式】
[0035]根據(jù)本發(fā)明的射頻測量系統(tǒng)應用兩種測量設置，分別基于透射和反射。
[0036]圖1說明了基于透射的測量設置的邏輯圖。在基于透射的測量期間，發(fā)射器I生成經(jīng)連接的天線3朝接收器2的天線3發(fā)射的射頻信號。待測材料4位于發(fā)射器I的天線3和接收器2的天線3之間。由發(fā)射器I的天線發(fā)射的無線電信號8在其經(jīng)過材料4時被更改，更改后的信號被接收器2的天線3檢測，并且被接收器2處理。接收器2處理后的信號首先饋送到控制單元6，其次饋送到信號處理單元5。材料4的含水量是通過評估由信號處理單元5處理的信號獲得的。
[0037]圖2說明了基于反射的雙天線測量設置的邏輯圖。在基于反射的測量的情況下，射頻信號由發(fā)射器I生成，并且經(jīng)連接到其的天線3發(fā)射。所發(fā)射的信號經(jīng)過待測材料4。信號從位于待測材料4邊界處的反射表面7反射，并且通過接收器2的天線3饋送到接收器2。然后，接收器2接收到的信號被饋送到控制單元6，并且饋送到信號處理單元5，由此獲得材料4的含水量。圖2中所示的布置包括兩個天線3，但是基于反射的測量可以只應用一個天線3來執(zhí)行。圖3示出了這種布置的邏輯圖。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的測量系統(tǒng)可以應用圖1-3中給出的任何一種邏輯布置來實現(xiàn)。
[0039]該發(fā)明性測量系統(tǒng)能夠同等地測量靜態(tài)的材料4以及運動的材料4的含水量。在材料4處于運動的情況下，材料4的最大速度是通過測量系統(tǒng)的速度(數(shù)據(jù)評估所需的時間)以及通過待測材料4的長度確定的。但是，該發(fā)明性測量系統(tǒng)能夠?qū)崟r測量和數(shù)據(jù)評估。
[0040]測量會話的持續(xù)時間在0.5和2秒之間變化。
[0041]測量信號具有1mW的功率，具有80dB的動態(tài)范圍，操作在MHz-GHz頻率范圍內(nèi)。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的測量系統(tǒng)可以包括水平、垂直或圓形極化的天線3。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的測量系統(tǒng)是低功率射頻設備，該設備只在測量期間發(fā)射無線電信號。
[0044]適于