AT14962U1 - Hochfrequenzmesssystem zum Messen des Feuchtigkeitsgehalts von Papier und verschiedenen faserhaltigen Materialien - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochfrequenzmesssystem zum Messen des Feuchtigkeitsgehalts von Papier und verschiedenen faserhaltigen Materialien. Das Hochfrequenzmesssystem gemäß der Erfindung umfasst einen Sender (1), der ausgelegt ist zum Übertagen eines Hochfrequenzsignals (8), einen Empfänger (2), der ausgelegt ist zum Empfangen des Signals (8), und eine Stromversorgungseinheit (9, 9'), dadurch gekennzeichnet, dass es eine Antenne (3, 3'), die ausgelegt ist zum Erfassen und Transferieren des Signals (8) des Senders (1) und/oder des Empfängers (2), eine Steuereinheit (6) und eine Signalverarbeitungseinheit (5) aufweist.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Hochfrequenzmesssystem zum Messen des Feuchtigkeitsgehalts von Papier und verschiedenen faserhaltigen Materialien.

[0002] Recyclebare Abfallmaterialien werden als Nebenprodukte in verschiedenen Gebieten der Industrie erzeugt. Diese Materialien werden in der Regel in als Ballen bekannten Volumeneinheiten zum Verarbeitungsort verschickt. Solche Ballen besitzen einen variablen Feuchtigkeitsgehalt, wobei der Feuchtigkeitsgehalt unter vielen Aspekten ein wichtiger Parameter ist: er ist wichtig zum Bestimmen der Gesamtmasse sowie zum Wählen der Art und Weise, wie das Material verarbeitet wird.

[0003] Eine Vorrichtung zum Bestimmen des Feuchtigkeitsgehalts von Materialien ist aus dem Dokument mit der Veröffentlichungsnummer WO2012/028785 bekannt. Diese bekannte Lösung umfasst eine Vorrichtung auf der Basis des Prinzips der Magnetresonanz, wobei das zu vermessende Material in ein Magnetfeld gegeben wird, und somit bestimmt die Stärke des Magnetfelds in einem großen Ausmaß die Stärke des erhaltbaren Signals. Die Lösung kann Materialien prüfen, die Wasserstoff enthalten. Durch Messen der reflektierten Energie kann ein dreidimensionales Bild generiert werden, mit dem der Feuchtigkeitsgehalt des zu messenden Volumens erhalten werden kann.

[0004] Diese Lösung hat die Nachteile, dass sie teuer ist und nur relativ kleine Proben prüfen kann.

[0005] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Hochfrequenzmesssystems, das den Feuchtigkeitsgehalt von großen Proben von unterschiedlichen Materialien messen kann.

[0006] Das Messsystem gemäß der Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass in dem Fall, dass das unter Einwirkung von Hochfrequenzsignalen zu prüfende Material über sein ganzes Volumen hinweg bestrahlt wird, das Ausmaß der Dämpfung der durch es übertragenen/von ihm reflektierten Signale ausreichend Informationen liefert, um den Feuchtigkeitsgehalt des zu vermessenden Materials anzugeben.

[0007] Das Messsystem kann den mittleren Feuchtigkeitsgehalt bestimmen, der über die ganze Tiefe des zu vermessenden Materials vorliegt (in dem von dem System „gesehenen" Volumen), und kann je nach seiner Konfiguration Materialproben mit einem Volumen im m3-Bereich gleichzeitig messen.

[0008] Innerhalb gewisser gegebener Grenzen kann das erfindungsgemäße Messsystem Materialqualitätsprüfungen durchführen und Materialfehler detektieren.

[0009] Nach dem Ausführen entsprechender Modifikationen beim Berechnungsprozess und den angewendeten Hochfrequenzen kann das Messsystem gemäß der Erfindung alle Materialien vermessen, die keine Metalle oder andere, Hochfrequenzen absorbierende Materialien enthalten (oder nur eine vernachlässigbare Menge davon enthalten).

[0010] Das Messsystem kann bevorzugt zum Bestimmen des Feuchtigkeitsgehalts der folgenden Materialien angewendet werden: [0011] - faserartige Materialien wie etwa Abfallpapier, Holz, Cellulose, Pflanzenfaser usw.

[0012] - Agrarerzeugnisse wie etwa Körnerfrüchte usw., [0013] - Biomasse, Brennstoffe wie etwa Pellets, Brikettbrennstoffe usw.

[0014] Im Fall des Messsystems gemäß der Erfindung ist es unabdingbar, dass das zu vermessende Material nicht in einem Metallbehälter aufbewahrt wird oder der Behälter an der Oberseite offen sein sollte, da die Messung durch die Anwesenheit größerer Metallobjekte beeinflusst wird.

[0015] Der Feuchtigkeitsgehalt des Materials wird durch Auswerten von HF-Parametern be- stimmt, die durch Bestrahlen des zu vermessenden Materials erhalten werden, wie etwa Dämpfung, Phasenverschiebung, Phasendrehung, Berücksichtigung der Art und Struktur des Materials, andere externe Bedingungen und veröffentlichte wissenschaftliche Ergebnisse.

[0016] Die Aufgabe der Erfindung wird erfüllt durch Bereitstellen eines Hochfrequenzmesssystems, das Folgendes umfasst: einen Sender, der ausgelegt ist zum Übertragen eines Hochfrequenzsignals, einen Empfänger, der ausgelegt ist zum Empfangen des Signals und eine Stromversorgung und ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine Antenne besitzt, die ausgelegt ist zum Erfassen und Transferieren des Signals des Senders und/oder des Empfängers, und auch eine Steuereinheit sowie eine Signalverarbeitungseinheit aufweist.

[0017] Das Hochfrequenzmesssystem gemäß der Erfindung wendet übertragungs- oder reflexionsbasierte Messungen an. Im letzteren Fall umfasst es auch eine Reflexionsoberfläche, die ausgelegt ist zum Reflektieren des vom Sender emittierten Signals, das durch das Material hindurchtritt.

[0018] Das reflexionsbasierte Messsystem umfasst eine oder zwei Antennen.

[0019] Die Antennen des erfindungsgemäßen Hochfrequenzmesssystems sind horizontal und/ oder vertikal und/oder zirkular polarisierte Antennen.

[0020] Eine bevorzugte Ausführungsform des Hochfrequenzmesssystems umfasst einen Sensor, der ausgelegt ist zum Detektieren einer externen Umgebungsfeuchtigkeit und zum Übertragen der gemessenen Daten, und einen Zirkulator, der ausgelegt ist zum Verbessern der Messgenauigkeit und zum Verhindern der Ausbreitung von Rauschsignalen, wobei die Seiten des Senders und des Empfängers eine symmetrische Konfiguration besitzen und der Sender und/oder der Empfänger mit einem Computer verbunden sind, auf dem eine Software läuft, die ausgelegt ist für die Steuerung, Datenverarbeitung und Feuchtigkeitsberechnung.

[0021] Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Hochfrequenzmesssystems gemäß der Erfindung besteht der Sender aus einem Kommunikationsperipheriegerät, einem Mikrocontroller, einem Sender, der ein unidirektionales HF-Signal generiert, einem Bandpassfilter und Signaladapter, einem Signalverstärker und einem Signaldämpfungsglied, während der Empfänger aus einem Dämpfungsglied, einem Verstärker, einem Bandpassfilter und Signaladapter, einem Hochfrequenzsignalempfänger, einem signalgenerierenden Demodulator und einem Kommunikationsperipheriegerät besteht.

[0022] Das Hochfrequenzmesssystem gemäß der Erfindung ist ausgelegt zum Messen des Feuchtigkeitsgehalts von Abfallpapier, wendet eine übertragungsbasierte Messung an und umfasst ein Durchlasstor, einen Sender und Empfänger, die auf gegenüberliegenden Seiten des Tors angeordnet sind, Antennen, die jeweils mit dem Sender und dem Empfänger verbunden sind, eine Steuereinheit und einen Computer, auf dem eine Software läuft, die ausgelegt ist zum Verarbeiten von Messdaten und Implementieren von Verbindungsperipheriegeräten.

[0023] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist ausgelegt zum Messen des Feuchtigkeitsgehalts von Abfallpapier aus ähnlichen Materialien, Anwenden von reflexionsbasierten Messungen, wobei das zu vermessende Material auf einer reflektierenden Oberfläche platziert wird, die durch das Tor des Messsystems geschickt wird, mit einer Antenne, die ausgelegt ist zum Übermitteln des von dem Sender emittierten Signals und des reflektierten Signals an den Empfänger und angeordnet ist auf der oberen Stange des Tors, einer Steuereinheit und einem Computer, auf dem eine Software läuft, die ausgelegt ist zum Verarbeiten von Messdaten und Implementieren von Verbindungsperipheriegeräten.

[0024] Bevorzugte Ausführungsformen des Hochfrequenzmesssystems gemäß der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich erläutert. Es zeigen: [0025] Fig. 1 das Logikdiagramm einer Ausführungsform des Hochfreuqenzmess- systems gemäß der Erfindung, [0026] Fig. 2 das Logikdiagramm einer zweiten Ausführungsform des Hochfre quenzmesssystems gemäß der Erfindung, [0027] Fig. 3 das Logikdiagramm einer dritten Ausführungsform des Hochfre quenzmesssystems gemäß der Erfindung, [0028] Fig. 4 die Konfiguration einer ersten Ausführungsform des Hochfrequenz messsystems gemäß der Erfindung, [0029] Fig. 5 die Konfiguration einer zweiten Ausführungsform des Hochfrequenz messsystems gemäß der Erfindung, [0030] Fig. 6 den Betrieb des Hochfrequenzmesssystems gemäß der Erfindung im

Fall einer übertragungsbasierten Messung, [0031] Fig. 7 den Betrieb des Hochfrequenzmesssystems gemäß der Erfindung im

Fall einer reflexionsbasierten Messung, [0032] Fig. 8 die Anwendung des in Fig. 4 gezeigten Hochfrequenzmesssystems zum Messen des Feuchtigkeitsgehalts von Abfallpapier, [0033] Fig. 9 die Anwendung des in Fig. 5 gezeigten Hochfrequenzmesssystems zum Messen des Feuchtigkeitsgehalts von Abfallpapier, und [0034] Figuren 10, 11 Diagramme, die die Beziehung zwischen Feuchtigkeitsgehalt und den gemessenen/berechneten Parametern zeigen.

[0035] Das Hochfrequenzmesssystem gemäß der Erfindung wendet im Wesentlichen zwei Messaufbauten an, die jeweils auf Übertragung und Reflexion basieren.

[0036] Fig. 1 veranschaulicht das Logikdiagramm des übertragungsbasierten Messaufbaus. Während übertragungsbasierter Messungen generiert der Sender 1 ein Hochfrequenzsignal 8, das über die angeschlossene Antenne 3 zur Antenne 3' des Empfängers 2 emittiert wird. Das zu vermessende Material 4 befindet sich zwischen der Antenne 3 des Senders 1 und der Antenne 3' des Empfängers 2. Das von der Antenne des Senders 1 emittierte Funksignal 8 wird bei Durchgang durch das Material 4 verändert, wobei das veränderte Signal 8 von der Antenne 3' des Empfängers 2 detektiert wird und vom Empfänger 2 verarbeitet wird. Das vom Empfänger 2 verarbeitete Signal 8 wird zuerst der Steuereinheit 6 und als nächstes der Signalverarbeitungseinheit 5 zugeführt. Der Feuchtigkeitsgehalt des Materials 4 wird durch Auswerten des von der Signalverarbeitungseinheit 5 verarbeiteten Signals 8 erhalten.

[0037] Fig. 2 veranschaulicht das Logikdiagramm eines reflexionsbasierten Doppelantennen-Messaufbaus. Im Fall von reflexionsbasierten Messungen wird das Hochfrequenzsignal 8 vom Sender 1 generiert und über die daran angeschlossene Antenne 3 emittiert. Das emittierte Signal 8 tritt durch das zu vermessende Material 4 hindurch. Das Signal 8 wird von der an der Grenze des zu vermessenden Materials 4 angeordneten reflektierenden Oberfläche 7 reflektiert und wird durch die Antenne 3' des Empfängers 2 dem Empfänger 2 zugeführt. Das vom Empfänger 2 empfangene Signal 8 wird dann der Steuereinheit 6 und der Signalverarbeitungseinheit 5 zugeführt, um dadurch den Feuchtigkeitsgehalt des Materials 4 zu erhalten. Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung enthält zwei Antennen 3, 3', doch kann die reflexionsbasierte Messung durch Anwenden nur einer Antenne 3 ausgeführt werden. Fig. 3 zeigt das Logikdiagramm einer derartigen Anordnung.

[0038] Das Messsystem gemäß der Erfindung kann durch Anwenden einer beliebigen der in Figuren 1-3 präsentierten Logikanordnungen implementiert werden.

[0039] Das erfindungsgemäße Messsystem kann gleichermaßen den Feuchtigkeitsgehalt von stationären Materialien 4 sowie von in Bewegung befindlichen Materialien 4 messen. Falls sich das Material 4 in Bewegung befindet, wird die Höchstgeschwindigkeit des Materials 4 durch die Geschwindigkeit des Messsystems (die für die Datenauswertung erforderliche Zeit) sowie durch die Länge des zu vermessenden Materials 4 bestimmt. Das erfindungsgemäße Messsystem ist jedoch auch zu einer Echtzeitmessung und -datenauswertung in der Lage.

[0040] Die Dauer einer Messsitzung variiert zwischen 0,5 und 2 Sekunden.

[0041] Das Messsignal besitzt eine Leistung von 10 mW mit einem Dynamikbereich von 80 dB bei Betrieb in den MHz-GHz- Frequenzbereichen.

[0042] Das Messsystem gemäß der Erfindung kann horizontal, vertikal oder zirkular polarisierte Antennen 3, 3' umfassen.

[0043] Das Messsystem gemäß der Erfindung ist eine leistungsarme Hochfrequenzeinrichtung, die Funksignale ausschließlich während der Zeit der Messungen emittiert.

[0044] Ein Sensor 11, der ausgelegt ist zum Detektieren von Umgebungsfeuchtigkeit und Umgebungstemperatur sowie zum Messen der Temperatur des zu vermessenden Materials 4, ist ein wichtiger Teil des erfindungsgemäßen Messsystems. Diese Werte werden für die Feuchtigkeitsgehaltsberechnung verwendet.

[0045] Die Konfiguration einer Ausführungsform des Messsystems gemäß der Erfindung, implementiert als ein übertragungsbasiertes Doppelantennen-Messsystem, ist in Fig. 4 gezeigt.

[0046] Es sei angemerkt, dass wir versuchen, eine symmetrische Anordnung für das erfin-dungsgemäße Messsystem bereitzustellen, damit die individuellen Einheiten auf flexible Weise miteinander verbunden werden können.

[0047] Das in Fig. 4 dargestellte Messsystem besteht aus einer komplexen Sendereinheit 1 und Empfängereinheit 2.

[0048] Das in Fig. 4 dargestellte Messsystem umfasst eine komplexe Sendereinheit 1 und Empfängereinheit 2, die mit separaten, eigenen Stromversorgungen 9, 9' ausgestattet sind. Da der Sender 1 und der Empfänger 2 mit einem relativ großen Abstand beabstandet sind, können die Versorgungsleitungen Störungen ausgesetzt sein. Dem wird entgegengetreten, indem die Stromversorgungen 9, 9' in der unmittelbaren Nähe des Senders 1 und des Empfängers 2 angeordnet werden. Um eine Kommunikation zwischen der Sendereinheit 1 und der Empfängereinheit 2 zu gestatten, ist eine weitere HF-Leitung 10, die ausgelegt ist zum Übermitteln eines Referenzsignals 8a vom Sender 1 zum Empfänger 2, vorgesehen.

[0049] Ein jeweiliger Sensor 11, der die Temperatur des Materials 4 und die Umgebungsfeuchtigkeit misst, ist mit dem Sender 1 und/oder dem Empfänger 2 verbunden, wobei das System auch einen Zirkulator 12 umfasst, der das von dem Sender 1 kommende Signal 8 zur Antenne 3 übermittelt. Das von der Antenne 3 übertragene Funksignal 8 tritt durch die Probe des zu vermessenden Materials 4 hindurch und erreicht die Antenne 3' des Empfängers 2. Das Messsystem umfasst weiterhin einen Zirkulator 12', der ausgelegt ist zum Übermitteln des Signals der Antenne 3' zum Empfänger 2. Der Zirkulator 12' ist im Wesentlichen aus Sicherheitszwecken aufgenommen, um die Ausbreitung von Störsignalen in unerwünschten Richtungen zu verhindern.

[0050] Im Fall des übertragungsbasierten Messsystems nach Fig. 4 fungiert der Zirkulator 12' als ein Isolator. Falls dies erforderlich ist, kann ein Isolator anstelle des Zirkulators 12' aufgenommen werden.

[0051] Der Sender 1 und der Empfänger 2 sind auf symmetrische Weise konfiguriert und sind beide an einen Computer 15 angeschlossen, auf dem eine Steuerungs-, Datenverarbeitungsund Feuchtigkeitsgehaltsberechnungssoftware 14 läuft.

[0052] Es sei hier angemerkt, dass aufgrund einer derartigen Konfiguration das Messsystem gemäß der Erfindung durch Anwenden entweder des Senders 1 und/oder des Empfängers 2 betrieben und gesteuert werden kann.

[0053] Dank der symmetrischen Konfiguration kann das erfindungsgemäße Messsystem so leicht wie möglich installiert und angepasst werden, damit es verschiedenen Bedingungen genügt.

[0054] In Fig. 5 ist eine weitere, reflexionsbasierte Ausführungsform des Messsystems gemäß der Erfindung dargestellt. Das reflexionsbasierte Messsystem ist gemäß der in Figuren 2 und 3 gezeigten Logikanordnung aufgebaut, die entweder eine einzelne Antenne oder zwei Antennen umfassen kann.

[0055] Die Anordnung des in Fig. 5 gezeigten Systems unterscheidet sich von der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass der Sender 1 und der Empfänger 2 eine einzelne Stromversorgung 9, einen einzelnen gemeinsamen Zirkulator 12 und einen einzelnen gemeinsamen Sensor 11 besitzen.

[0056] Wie oben erwähnt wurde, kann bei dem übertragungsbasierten Messaufbau der Zirkulator 12 des Empfängers 2 durch einen Isolator ersetzt werden, während im Fall der reflexionsbasierten Messung unter Verwendung einer einzelnen Antenne der Zirkulator 12 unverzichtbar ist, da er die Richtungen der Eingangs- und Ausgangssignale 8 der Antenne 3 trennt.

[0057] Der Betrieb des Messsystems gemäß der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Figuren 6, 7 beschrieben.

[0058] In den Zeichnungen geben Pfeile Kommunikationsverbindungen an, wobei gestrichelte Pfeile die Anordnungsoptionen anzeigen, die durch die symmetrische Konfiguration ermöglicht werden.

[0059] Im Fall des in Fig. 6 gezeigten Messsystems besitzen die Sendereinheit 1 und die Empfängereinheit 2 ähnliche interne Konfigurationen. Auf der Seite des Senders 1 wird ein entsprechend frequenzamplitudenmoduliertes Signal generiert, das von dem Sender 1 je nach dem Signalpegel auf der Seite des Empfängers 2 verstärkt oder gedämpft wird.

[0060] Die Sendereinheit 1 besteht aus Kommunikationsperipheriegeräten 17 - wobei I2C-, PC-, RS485-, USB-Einrichtungen den Datenfluss und Kommunikation zwischen Einheiten bereitstellen -, einem Mikrocontroller 18, der ausgelegt ist zum Steuern der diesem zugewiesenen Einrichtungen und zum Durchführen einer Kommunikation zwischen dem Sender 1 und dem Empfänger 2 und er empfängt auch Fernsteuerbefehle, sendet Messdaten aus, führt eine Signalabtastung durch und führt die Steuerbefehle aus; einem Sender 1a, der das zu übertragende gewünschte Signal generiert, einem Bandpassfilter und Signaladapter 19, einem Modulator 20, der ausgelegt ist zum Modulieren von HF-Signalen, einem Signalverstärker 21 und einem Signaldämpfungsglied 22.

[0061] Die Empfängereinheit 2 besteht aus einem Signaldämpfungsglied 22', einem Verstärker 21', einem Bandpassfilter und Signaladapter 19', einem Empfänger 2a, einem Demodulator 16, der ausgelegt ist zum Demodulieren des HF-Signals und somit Erzeugen des Messsignals, und einem Kommunikationsperipheriegerät 17'.

[0062] Das System justiert sich selbst, um das größtmögliche Messsignal zu erhalten, ohne die Elektronik zu sättigen.

[0063] Je nach der Breite und dem Feuchtigkeitsgehalt der zu vermessenden Materialprobe ist es zweckmäßig, verschiedene Signalpegel zum Messen des Feuchtigkeitsgehalts der Materialprobe 4 anzulegen.

[0064] Nach dem Hindurchtreten durch die Komponenten des Senders 1 und des Zirkulators 12, ausgelegt zum Steuern der Richtung des HF-Signals, wird das Signal der Antenne 3 zugeführt, die das Signal 8 emittiert, wobei es durch die zu vermessende Materialprobe 4 zur empfängerseitigen Antenne 3' übertragen wird, von wo aus das Signal dem Demodulator 16 durch den Signalverstärker 21' und das Dämpfungsglied 22' zugeführt wird, und schließlich erscheinen das I- und das Q-Signal am Ausgang des Demodulators 16.

[0065] Die PC-Anwendung empfängt nur das gemessene I- und Q-Signal, auf der Basis dessen sie die Dämpfung und Phasenverschiebung berechnet, die beim Hindurchtreten des Signals 8 durch die Probe auftraten, wobei die Werte dann zum Berechnen des Feuchtigkeitsgehalts der Probe verwendet werden.

[0066] Fig. 7 veranschaulicht ein reflexionsbasiertes Messsystem.

[0067] Die Konfiguration des in Fig. 7 veranschaulichten Messsystems ist im Wesentlichen die gleiche wie die Konfiguration des in Fig. 6 gezeigten Systems. Die Messung wird unter Einsatz einer einzelnen Antenne 3 durchgeführt, wobei die Sendereinheit 1 und die Empfängereinheit 2 eine einzelne gemeinsame Stromversorgung 9 besitzen.

[0068] Wie aus der obigen Erörterung ersichtlich ist, besitzt das System gemäß der Erfindung eine flexible, modulare Konfiguration, die immer an die aktuelle Aufgabe und die aktuellen Bedingungen angepasst werden kann.

[0069] Die Messung des Feuchtigkeitsgehalts spielt auf vielen Gebieten der Industrie eine wichtige Rolle. Eines solcher Industriefelder ist die Papierindustrie. Die Papierherstellung beinhaltet die Verarbeitung großer Mengen an Abfallpapier. Abfallpapier wird in Ballen, die einen variablen Feuchtigkeitsgehalt besitzen, an die Papierfabrik verschickt. Die Ballen werden unter Verwendung von Lieferwagen und Lastkraftwagen verschickt.

[0070] Die Anwendung des Messsystems gemäß der Erfindung gestattet das Untersuchen der ankommenden Lieferung über ihren ganzen Querschnitt hinweg.

[0071] Die Figuren 8 und 9 veranschaulichen die Konfiguration eines derartigen Messsystems.

[0072] Die ankommenden Ballen werden zusammen mit dem Transportmittel durch ein Tor 24 geschickt. Der Sender 1, der Empfänger 2 sowie die mit dem Sender 1 und dem Empfänger 2 verbundenen Antennen 3 und 3' sind auf beiden Seiten des Tors 24 angeordnet. Eine Steuereinheit 6 und ein Computer 15, auf dem eine Fremdsoftware 14 läuft, sind mit dem Sender 1 verbunden.

[0073] Fig. 8 veranschaulicht ein übertragungsbasiertes Messsystem, wobei das von dem Sender 1 emittierte Signal 8 durch eine Antenne 3 in der Richtung einer auf der anderen Seite des Tors 24 angeordneten Antenne 3' weitergeleitet wird, wobei das Signal 8 dabei durch die das Tor kreuzenden Ballen hindurchtritt. Die Messung selbst wird wie in Fig. 6 dargestellt durchgeführt.

[0074] Die für den Systembetrieb erforderliche Verdrahtung ist in dem hohlen Inneren des Tors 24 installiert, wobei sich Datenfernübertragungseinheiten sowie Steuerkomponenten des Systems auf der Seite des Senders 1 befinden. Die Steuereinheit 6 kann in einer Ausführungsform als eine Softwareanwendung implementiert werden, die von dem von einem Bediener betätigten Computer 15 ausgeführt wird, wobei die Software 14 ausgelegt ist zum Steuern der Messsitzung bei Benutzerintervention und zum Durchführen einer Datenauswertung und Feuchtigkeitsgehaltsberechnung.

[0075] Fig. 9 veranschaulicht eine Ausführungsform, die reflexionsbasierte Messungen ausführt, wobei das zu vermessende Material 4 auf einer Metalloberfläche (Reflexionsoberfläche 7) platziert wird, die sich beispielsweise auf der Plattform eines Lieferwagens oder Lastwagens befindet, wobei das Material 4 entweder das Tor 24 kreuzt oder am Tor 24 für die Dauer der Messung angehalten wird.

[0076] Gemäß dieser Ausführungsform befinden sich der Sender 1, der Empfänger 2 sowie die Steuer- und Messmittel auf der gleichen Seite des Tors 24, wobei die zum Empfangen und Emittieren von Funksignalen 8 ausgelegte Antenne 3 auf dem oberen Abschnitt des Tors 24 angeordnet ist. Das Messsystem von Fig. 9 arbeitet auf eine identische Weise zu der, die bezüglich Fig. 7 präsentiert wurde.

[0077] Aufgrund solcher Umstände wie etwa der Variation zwischen den verschiedenen Fällen angewendeter Komponenten, der Variation, die sich aus dem Montieren der Komponenten, den verschiedenen Messaufbauten, verschiedenen HF-Kabellängen, unterschiedlicher relativer Positionierung der Antennen usw. ergibt, muss während der Produktion und Inbetriebnahme des Messsystems gemäß der Erfindung jedoch berücksichtigt werden, dass zwei beliebige gegebene Systeme immer verschiedene Werte messen werden. Zudem kann auch die Nichtlinearität der Komponenten ein Problem während der Messungen präsentieren. Um diese Probleme zu eliminieren, ist ein Kalibrierungsverfahren bereitgestellt worden, das dazu führt, dass die von einer gegebenen Messung ausgegebenen Werte tatsächlich nur von den Charakteristika des zu vermessenden Materials, von der Antenne (Fig. 3) oder zwischen den beiden Anten nen (Figuren 1-2) angeordnet, abhängen, wobei die äußeren Effekte und die oben erwähnten Variationen des Messsystems sich so vollständig wie möglich aufheben.

[0078] Das Kalibrierungsverfahren speichert im Wesentlichen die Ergebnisse der „leeren" Messung und subtrahiert sie dann von den Ergebnissen der „Material anwesend"-Messung, wobei die Ergebnisse nur durch die „Material anwesend"-Messung beeinflusst werden.

[0079] Zum Berechnen des Feuchtigkeitsgehalts kann die Messung bei einer einzelnen Frequenz oder einer beliebigen Anzahl von Frequenzen mit willkürlichen Bandbreiten durchgeführt werden. Zudem kann ein gegebenes Material mehrmals in verschiedenen Positionen vermessen werden, und auf der Basis der Menge von Messungen kann das System eine vollständige Datenauswertung und Feuchtigkeitsgehaltsberechnung durchführen. Je nach den Benutzereinstellungen kann das System mehrere Feuchtigkeitsgehaltswerte auf der Basis von mehreren Messungen liefern, kann aber auch einen einzelnen Feuchtigkeitsgehaltswert liefern, der allgemein das zu vermessende Material charakterisiert. Falls mehrere Feuchtigkeitsgehaltswerte für verschiedene Positionen der vermessenen Materialprobe geliefert werden, kann auch die Verteilung der Feuchtigkeit innerhalb der Probe geprüft werden.

[0080] Beispielsweise werden im Fall eines Systems, das zum Messen des Feuchtigkeitsgehalts von Abfallpapier angewendet wird (siehe Fig. 8), die folgenden Parameter zum Bestimmen des Feuchtigkeitsgehalts verwendet: [0081] - im Fall von Ballenlieferungen: Ballengewicht, physische Abmessungen, Materialtyp, [0082] - gemessene HF-Parameter, [0083] - Umgebungstemperatur, Temperatur des Materials, Feuchtigkeit (zum Berechnen der notwendigen Kompensationen erforderlich).

[0084] Die Berechnung des Feuchtigkeitsgehalts basiert im Wesentlichen auf der Tatsache, dass ein gegebener Materialtyp unterschiedliche dielektrische Eigenschaften im Fall von unterschiedlichen Feuchtigkeitsgehaltswerten besitzt, wobei die dielektrischen Eigenschaften aus den Ergebnissen der HF-Messung berechnet werden können, und aus den dielektrischen Eigenschaften einer gegebenen Probe kann ihr Feuchtigkeitsgehalt bestimmt werden.

[0085] Beispielsweise hängen die dielektrischen Eigenschaften von Cellulose, Papier, Pappe und anderen cellulosebasierten Materialien von der Molekül- und physischen Struktur sowie von der chemischen Zusammensetzung ab. Zu weiteren Faktoren, die die Messung beeinflussen, zählen unter anderem: Dichte, Feuchtigkeitsgehalt, Holzkomponenten, Anisotropie, Menge und Zusammensetzung von Materialien, während der Celluloseherstellung zugefügte und entfernte Materialien, Klebe-, Füll- und Färbematerialien sowie externe Parameter wie etwa die Frequenz der elektromagnetischen Strahlung, die Orientierung des Stärkevektors des elektrischen Felds und die Temperatur.

[0086] Die Beziehung zwischen Feuchtigkeitsgehalt und den gemessenen/berechneten Parametern ist in Figuren 10 und 11 gezeigt.

[0087] Zusätzlich dazu, dass sie den Feuchtigkeitsgehalt messen kann, besitzt das Messsystem eine weitere wichtige Funktionalität. Mit dem während der Messsitzung gesammelten, statistisch ausgewerteten Daten kann bestimmt werden, ob das gemessene Material wirklich das Material ist, das es zu sein scheint und/oder behauptet zu sein scheint oder ob es davon verschieden ist. Die Zusammensetzung einer größeren Materialprobe kann beispielsweise bestimmt werden, ohne sie auseinanderzunehmen.

[0088] Zum Zweck des besseren Verständnisses wird das folgende Beispiel vorgelegt: [0089] Im Fall des in Fig. 8 dargestellten Abfallpapiermesssystems wird Papier an den Verarbeitungsort als Volumenlieferung mit einem Volumen von mehreren m3 versandt. Die Sendung enthält verschiedene Papierarten, die verschiedene Messergebnisse liefern. Das System kann detektieren, ob die Ballen unterschiedliche Materialien auf der Außenseite und Innenseite besitzen, da in diesem Fall die Messungen von dem Wert differieren werden, der für die gegebene

Materialqualität charakteristisch ist. Es ist noch leichter zu detektieren, ob der Papierballen innen hohl ist oder ein größeres Metallstück verbirgt.

[0090] Zusätzlich zu dem Messen des Feuchtigkeitsgehalts kann das Messsystem gemäß der Erfindung deshalb als eine sekundäre Funktionalität unter spezifischen Bedingungen auch Materialqualitätsprüfungen durchführen und Diskrepanzen detektieren.

[0091] Das Messsystem gemäß der Erfindung besitzt die folgenden Vorteile: [0092] - niedrige Strahlungspegel, sehr niedriges Arbeitstastverhältnis, Betrieb weit unter

Grenzpegeln, [0093] - es ist kosteneffektiv, leicht, klein, kann auf modulare Weise leicht installiert werden, [0094] - ein signifikanter Integrationsgrad wurde beim Entwickeln der Mikrowellenkomponen ten erzielt, wobei sich so gut wie alle der wichtigen Komponenten auf einer einzelnen PCB befinden, [0095] - es kann in einem großen Frequenzbereich betrieben werden, [0096] - es besitzt keine mechanischen oder beweglichen Teile, [0097] - es kann zum Messen des Feuchtigkeitsgehalts eines Volumenmaterials von mehre ren m3 angewendet werden, [0098] - anstelle des Messens von Oberflächeneigenschaften oder des Messens einer Probe von nur minimaler Größe kann es den mittleren Feuchtigkeitsgehalt durch Messen über die ganze Tiefe einer großen Probe detektieren, [0099] - Effekte der äußeren Umgebung und die durch Schwingungen von Elektronikkompo nenten verursachten Effekte können durch Anwenden eines Kalibrierungsverfahrens aufgehoben werden, [00100] - es kann flexibel an die Bedingungen der Messung angepasst werden und ist sowohl zu Übertragungs- als auch reflexionsbasierten Messungen in der Lage.

LISTE DER BEZUGSZAHLEN 1 Sender 1a HF-Sendermittel 2 Empfänger 2a HF-Empfängermittel 3,3' Antenne 4 Material 5 Signalverarbeitungseinheit 6 Steuereinheit 7 reflektierende Oberfläche 8 Funksignal 8a Funksignal 9,9' Stromversorgung 10 HF-Leitung 11 Sensor 12, 12' Zirkulator 13 14 Software für Datenverarbeitung, Steuerung und Feuchtigkeitsberechnung 15 Computer 16 Demodulator 17, 17' Kommunikationsperipheriegerät 18, 18' Mikrocontroller 19, 19' Bandpassfilter und Signaladapter 20 Modulator 21,21' HF-Signalverstärker 22,22' HF-Signaldämpfungsglied 24 Tor

Claims (13)

Ansprüche

1. Hochfrequenzmesssystem zum Bestimmen des Feuchtigkeitsgehalts verschiedener Materialien, das Folgendes umfasst: einen Sender (1), der ausgelegt ist zum Übertragen eines Hochfrequenzsignals (8), einen Empfänger (2), der ausgelegt ist zum Empfangen des Signals (8), und eine Stromversorgungseinheit (9, 9'), dadurch gekennzeichnet, dass es eine Antenne (3, 3') aufweist, die ausgelegt ist zum Erfassen und Transferieren des Signals (8) des Senders (1) und/oder des Empfängers (2), eine Steuereinheit (6) und eine Signalverarbeitungseinheit (5).

2. Hochfrequenzmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für eine übertragungsbasierte Messung das Material (4) zwischen dem Sender (1) und dem auf der gegenüberliegenden Seite davon angeordneten Empfänger (2) angeordnet ist und ein vom Sender (1) emittiertes Signal (8) durch das Material (4) hindurch- und in den Empfänger (2) eintritt.

3. Hochfrequenzmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für eine reflexionsbasierte Messung Sender (1) und Empfänger (2) auf der gleichen Seite des Materials (4) so angeordnet sind, dass ein vom Sender (1) emittiertes Signal (8) durch das Material (4) durchtritt, an der Grenze des Materials (4) reflektiert wird und in den Empfänger (2) eintritt.

4. Hochfrequenzmesssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es eine oder zwei Antennen (3, 3') enthält.

5. Hochfrequenzmesssystem nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennen (3, 3') horizontal und/oder vertikal und/oder zirkular polarisierte Antennen (3, 3') sind.

6. Hochfrequenzmesssystem nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin einen Sensor (11) umfasst, der ausgelegt ist zum Detektieren einer externen Umgebungsfeuchtigkeit und zum Übertragen der Messdaten.

7. Hochfrequenzmesssystem nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin einen Zirkulator (12, 12') umfasst, der ausgelegt ist zum Verbessern der Messgenauigkeit und zum Verhindern der Ausbreitung von Rauschsignalen.

8. Hochfrequenzmesssystem nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Seite des Senders (1) und des Empfängers (2) eine symmetrische modulare Konfiguration aufweisen, wobei der Sender (1) und/oder der Empfänger (2) mit einem Computer (15) verbunden sind, auf dem eine Software (14) läuft, die ausgelegt ist für die Steuerung, die Datenverarbeitung und die Feuchtigkeitsberechnung.

9. Hochfrequenzmesssystem nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (1) aus Kommunikationsperipheriegeräten (17), einem Mikrocontroller (18), einem Sender (1a), der ausgelegt ist zum Generieren eines HF-Signals, einem Modulator (20), einem Signalfilter, einem Signaladapter (19), einem Signalverstärker (21) und einem Signaldämpfungsglied (22) besteht.

10. Hochfrequenzmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (2) aus einem Dämpfungsglied (22'), einem Verstärker (21'), einem Filter, einem Signaladapter (19'), einem HF-Empfänger (2a), einem Demodulator (16) und Kommunikationsperipheriegeräten (17') besteht.

11. Hochfrequenzmesssystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Filter (19, 19') Bandpassfilter sind.

12. Hochfrequenzmesssystem, das ausgelegt ist zum Messen des Feuchtigkeitsgehalts von Abfallpapier aus anderen ähnlichen Materialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine übertragungsbasierte Messung anwendet und ein Durchlasstor (24), einen Sender (1) und einen Empfänger (2), auf gegenüberliegenden Seiten des Tors (24) angeordnet, Antennen (3, 3'), die jeweils mit dem Sender (1) und mit dem Empfänger (2) verbunden sind, eine Steuereinheit (6) und einen Computer (15), auf dem Software (14) läuft, die ausgelegt ist zum Verarbeiten von Messdaten und Implementieren von Verbindungsperipheriegeräten, umfasst.

13. Hochfrequenzmesssystem, das ausgelegt ist zum Messen des Feuchtigkeitsgehalts von Abfallpapier aus anderen ähnlichen Materialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine reflexionsbasierte Messung anwendet und ein Durchlasstor (24), einen Sender (1) und einen Empfänger (2), die an dem Tor (24) angeordnet sind, sowie eine Antenne (3, 3'), die an einem einzelnen Ort angeordnet ist und ausgelegt ist zum Übertragen des von dem Sender (1) emittierten Signals (8) und des reflektierten Signals (8) in den Empfänger (2), eine Steuereinheit (6) und einen Computer (15), auf dem Software (14) läuft, die ausgelegt ist zum Verarbeiten von Messdaten und Implementieren von Verbindungsperipheriegeräten, umfasst. Hierzu 5 Blatt Zeichnungen