CN102612647A

CN102612647A - 湿度测量

Info

Publication number: CN102612647A
Application number: CN2010800500483A
Authority: CN
Inventors: P·亚库拉; M·塞佩宁; M·沃尔泰纳霍
Original assignee: SENFIT Oy
Current assignee: SENFIT Oy
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2010-11-03
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2030-11-03
Also published as: US20120239210A1; FI20096149A0; CN102612647B; US8725284B2; EP2496934A4; WO2011055015A1; EP2496934A1

Abstract

电磁场调谐和检测装置（102，212，214）在材料空间（400）中并且在至少两个不同方向生成射频电磁场，该射频电磁场适于基于可插入材料空间（400）中的材料（500）以不同的频率在不同的方向谐振；并且信号处理单元（104）被配置为基于每个电磁场的谐振频率和不同方向中的每个谐振的品质而确定材料（500）的湿度含量。当控制工艺时，控制系统包括测量室（100）和置于工艺的每个材料馈送线上的电磁场调谐和检测装置（102）。控制器可以基于每个馈送线上的每个确定的湿度含量而控制工艺。

Description

湿度测量

技术领域

本发明涉及一种测量设备、控制系统、以及测量和控制方法。

背景技术

在例如燃烧生物材料的能量产生工厂中，测量天然原料的材料湿度是重要的。在其它工艺中也需要测量材料湿度。这样的工艺的实例包括其中提炼木浆粗纤维的纸浆蒸煮工艺和预热机械纸浆（TMP）工艺。而且，可以例如从各种矿物中测量湿度。

可以使用射频电磁辐射来测量各种材料的湿度。然而，在湿度确定中存在问题。例如由于介电各向异性、密度、形状和尺寸和/或将要测量的材料的片或样品的非均匀性，测量结果与方向高度相关。该问题妨碍了测量，并且使得通过射频电磁辐射的测量不精确且不可靠。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于测量湿度的改善的方案。这通过一种用于通过电磁辐射从方向相关的材料测量湿度的测量设备实现。该测量设备包括电磁场调谐和检测装置，其被配置为在材料空间中并且在至少两个不同方向生成射频电磁场，该射频电磁场适于基于可插入材料空间中的材料以不同的频率在不同的方向谐振；以及信号处理单元，其被配置为基于每个电磁场的谐振频率和不同方向中的每个谐振的品质而确定材料的湿度含量。

本发明还涉及用于控制工艺的控制系统，所述工艺接收湿度含量变化的方向相关的材料。控制系统包括一个或多个电磁场调谐和检测装置，其适于被放置在工艺的每个材料馈送线上，该电磁场调谐和检测装置被配置为在至少两个不同方向产生射频电磁场，该射频电磁场适于基于可插入材料空间的材料在不同的方向以不同的频率谐振；信号处理单元，其被配置为基于每个电磁场的谐振频率和在每个方向的每个谐振的品质确定在每个馈送线上的材料的湿度含量；以及控制器，其被配置为基于每个馈送线上的每个确定的湿度含量控制工艺。

本发明还涉及一种通过射频电磁辐射从方向相关的材料测量湿度的方法。该方法还包括在至少两个不同方向生成射频电磁场，该射频电磁场基于可插入材料空间的材料在不同的方向以不同的频率谐振；以及基于每个电磁场的谐振频率和在正交方向的每个谐振的品质确定材料的湿度含量。

本发明还涉及用于控制工艺的方法，所述工艺接收湿度含量变化的方向相关的材料。该方法还包括在测量室中在至少两个不同方向产生射频电磁场，该射频电磁场基于可插入材料空间的材料在不同的方向以不同的频率谐振；基于每个电磁场的谐振频率和在不同方向的每个谐振的品质确定材料的湿度含量；以及基于每个馈送线上的每个确定的湿度含量控制工艺。

在从属权利要求中描述了本发明的优选实施例。

根据本发明的方案使得可以实现多个优点。测量的方向相关性被消除或大大减少，测量变得可靠。

附图说明

现在参考附图结合优选实施例更详细地描述本发明，其中

图1为示出测量设备的框图；

图2示出测量室和电磁场调谐和检测装置；

图3示出测量室，其中相互匹配的调谐切换元件和检测切换元件被设置在相同侧；

图4示出材料空间，其中流动有将要测量的材料；

图5示出被设置有容器的材料空间；

图6示出钻石形测量室；

图7示出立方形测量室；

图8示出被彼此定向的两个谐振器；

图9示出谐振器的切换元件的位置；

图10示出当在谐振器的端部使用切换元件时通过谐振器形成的电场；

图11为图10的电场的俯视图；

图12示出当在谐振器的端部使用切换元件时通过不同倍数（multiple）的TM波形产生的电场；

图13示出当在谐振器的侧面使用切换元件时通过谐振器产生的电场；

图14示出当在材料空间的不同端部使用切换元件时通过谐振器产生的电场；

图15为示出随频率变化的电磁场的强度的线图；

图16示出工艺控制；以及

图17为测量和控制方法的流程图。

具体实施方式

在本申请中，方向相关性指将要测量的材料的宏观、微观和/或分子取向。材料的方向相关性指材料的物理特性，进而测量结果根据测量方向而改变。这样物理特性可以是材料的密度、折射率、均匀性、由材料引起的对辐射的散射、阻尼、在测量方向中的材料中包含的片或颗粒的投影表面积等。所述特性还可以彼此相关。例如，材料中的片和/或颗粒的投影表面积影响辐射的散射进而也影响辐射的阻尼。

宏观取向可以表示，例如，材料包含分离的片，其中大部分根据其形状平行地或同向地布置（settle）。在该情况下，例如，条装片这样布置，使得对于这些片中的大部分，与条同向的纵轴是平行的。该片可以是植物茎、主干、树枝、木屑、树皮等。宏观片指肉眼可见的材料片。

微观取向可以表示，例如，材料包括分离的颗粒，其中大部分根据其形状平行地或同向地布置。在该情况下，例如，纤维状颗粒布置为使得，对于大部分颗粒，与纤维同向的纵轴是平行的。颗粒可以例如是植物纤维或细胞。在正常观察条件下，肉眼不能看到单个微观颗粒。

分子取向可以表示材料的介电各向异性。在晶体中，原子或分子的环境不一定是球形对称的。材料的分子可以例如是极化的，这表示电场在不同的方向不同地作用。

不同的取向导致具有通常各向异性的材料，该各向异性影响电场，并当在不同方向进行测量时产生不同的结果。

射频电磁场辐射可用于从方向相关的材料测量湿度。图1为示出测量设备的框图，该测量装置包括测量室100、电磁场调谐和检测装置102、以及信号处理单元104。测量室100包括至少部分地由例如金属的导电材料形成的壁。导电材料包围其中产生电磁场并形成谐振的三维空间。测量室100可设置一个或多个开孔，所述开孔的最大尺寸小于测量波长，并且通常，每个开孔的尺寸明显小于波长的一半。

电磁场调谐和检测装置102在至少两个不同方向向测量室100产生射频电磁场。电磁场调谐和检测装置102可以在至少两个正交或近似正交的方向向测量室100中产生射频电磁场。

在图1中，方向可以例如是在观察方向从左到右（反之亦然）水平地、竖直地、以及垂直地通过该图。在测量时，将要测量的材料被置于测量室100中，所述测量室例如具有用于材料的材料空间106。在测量室100中，在测量时，辐射与材料相互作用。

测量室100可具有例如立方形或钻石形的形状，从而使得在每个测量方向，调谐切换元件与检测切换元件之间的距离在长度上不同。通常，测量室100的形状不限于任何形状，只要该形状使得可以至少在两个不同方向进行测量。

信号处理单元104被连接到电磁场调谐和检测装置102，装置102检测测量室100中的电磁场。信号处理单元104使得可以在每个正交方向确定电磁场的谐振。从而，信号处理单元104可以基于测量室100的谐振中的每个电磁场的频率和正交方向中的每个谐振的品质确定材料的湿度含量。

图2更详细地示出测量室100和电磁场调谐和检测装置102。电磁场调谐和检测装置102包括电磁能源212和至少四个切换元件200至210。切换元件200至210可被置于立方形测量室100的侧面，使得可以在至少两个不同方向进行测量。切换元件200至210中的一半可以是调谐电磁场的切换元件200、204、208，而其一半可以是检测电磁场的切换元件202、206、210。切换元件200至210可以是用于产生和检测射频电磁场的任何类型的切换元件。切换元件200至210可以例如是单极天线、缝隙天线、环形天线等。射频电磁能源212向调谐切换元件200、204、208馈送能量，从而在测量室100中产生电磁场。检测切换元件202、206、210又检测通过接收器214接收的不同方向的电磁场。接收器214将来自检测的场的信号转送到信号处理单元104。在该情况中，例如，调谐切换元件200在测量室100中产生电磁场，并且检测切换元件202根据切换方式与矢量214平行地或与矢量214的方向垂直地检测测量室100的电磁场。在该实例中，矢量214、216、218彼此正交。相应地，调谐切换元件204在测量室100中产生电磁场，并且检测切换元件206根据切换方式与矢量216平行地或与矢量216的方向垂直地检测测量室100的电磁场。另外，调谐切换元件208在测量室100中产生电磁场，并且检测切换元件210根据切换方式与矢量218平行地或与矢量218的方向垂直地检测测量室100的电磁场。检测切换元件202、206、208的每个从而被配置为检测相应的至少一个激励切换元件200、204、208的电磁场。当使用彼此正交的场时，场不会在任何显著程度上彼此切换。然而，可能的是，每个检测切换元件202、206、210还检测其它激励切换元件的电磁场，尤其在使用不同的切换元件时。

代替如图2所示将每个匹配的调谐和检测切换元件对相对于彼此放置在测量室100的相对侧，调谐和检测切换元件对也可以被放置在测量室100的相同侧，如图3所示。

可能的是，调谐切换元件200、204、208还用作检测切换元件。在该情况中，不需要分离的检测元件202、206、210。从而可以例如通过循环器或方向切换将切换元件200、204、208向测量室100馈送的方向和它们从测量室进行检测的方向彼此分开，以使得可以测量。

通常，切换元件200至210的至少一些被配置为沿三个正交方向在测量室100中激励电磁场，并且切换元件200至210中的至少一些被配置为在所述三个正交方向检测电磁场。

图4示出这样的实施例，其中将要测量的材料可以在例如管状的材料空间400中流过测量室100。材料空间400包括不导电壁402，从而使得壁402可透过射频电磁辐射，并且从而使得壁不干扰测量。壁402可以由塑料、陶瓷等制成。测量室100包括用于材料空间400的开孔404。开孔404的边缘可设置由导电材料形成的凸出406，用于消除延伸到测量室100外部的材料空间中的电磁场。凸出406可以由例如金属形成。在图4的实例中，具有直管形状的材料空间400被对角地设置在立方形测量室100的两个最远的角之间。根据图2，切换元件200至210可被置于立方形测量室100的侧面。矢量x、y和z指定测量方向并且与测量室100的侧面的法线平行。

图5示出这样的实施例，其中，代替管状材料空间，材料空间400是开放的或可闭合的容器，其中可在测量期间将材料500插入所述容器。在该方案中，测量室100具有开孔502，以使得可以将材料插入材料空间400。通常地，以及在图5的情况中，基于可插入所述材料空间400的材料500，射频电磁场可以在至少两个不同的方向以不同的频率谐振。

图6示出钻石形测量室100。矢量x、y和z指定测量方向。在该实例中，一个测量方向x与管状材料空间400的纵轴平行、且从而也与管状材料空间400中的材料的主要流动方向平行。在不同维度的方向x、y和z中，钻石形状的对角线D_x、D_y和D_z可能长度不同。在该情况中，对角线D_y＝D_x＋△₁，且D_z＝D_x＋△₂＝D_y＋△₃，即，测量室100的长度D在不同的方向中不同。如果测量中使用的至少两个测量D_x和D_y、D_x和D_z、D_y和D_z或者D_x、D_y和D_z彼此不同，则差分△₁、△₂和△₃中的每个的大小可以相等或不同，并且可以具有使用的波长λ的例如25％以下的大小。差分△₁、△₂和△₃可具有例如几毫米或最多几厘米或几分米的大小。测量D_x、D_y和D_z可以例如为几分米。

图7示出立方形测量室100，其与不同维度x、y和z平行的侧面的长度不同，即测量室100的长度在不同维度不同。与钻石形状的方式类似，侧面D_y的尺寸为D_y＝D_x＋△₁，侧面D_z的尺寸为D_z＝D_x＋△₂＝D_y＋△₃，即测量室100的长度D在不同的方向中不同。△₁、△₂和△₃每个的大小可以相等或不同，并且可以具有使用的波长λ的例如25％以下的大小。测量室100可以由从其侧面到侧面延伸的管状材料空间400穿过。可以这样进行测量，使得一个测量方向与管状材料空间400的纵轴平行。其它测量方向与立方形测量空间100的侧面的法线平行。

可以以例如泡沫塑料的泡沫的不导电材料填充测量室100。使用的塑料可以例如是聚氨酯或发泡聚苯乙烯。发泡可以使得材料的相对介电常数近似等于空气的介电常数。填充材料不一定需要任何分离的管，但是管状材料空间400可以是填充测量室100的材料中的腔。有待测量的材料样品可以例如通过传送带在管状材料空间400中移动为连续流，或者可以将分离的样品放置在通过传送带承载的样品管形瓶中。使用传送带使得可以在线测量。腔状材料空间400的纵轴可以是直的或弯曲的。

通常，可以认为，在具有上述形状的测量室100中，电磁场至少在材料空间中是均匀的，这有助于可靠测量。通过使用一个或多个腔700可以在不同测量方向中使得电磁场甚至更均匀，其中每个腔700处于除了材料样品的实际流动方向之外的至少一个方向中。腔700可以处于相对于实际材料空间400的方向正交的两个方向中，或者处于其他校正测量的方向和位置中。可以通过测试测量来确定最佳的位置和方向。每个腔700为其中没有材料样品被放置或可移动的空间，但是如果在该腔700中填充电特性接近将要测量的材料的介电材料将是有用的。

沿壁的内表面的法线方向，测量室100的壁的内表面之间的距离可以例如是在测量中使用的辐射的波长的一半或者其倍数。在数学表示中，其可以表示为L=nλ/2，其中n为正整数。另一方面，测量设备可以使用大于材料的片尺寸的波长，从而使得从片散射的辐射较低。测量频率可以小于1GHz或者如果将要测量的材料的片的最大测量在几厘米的量级则甚至小于500MHz。同样，如果片或颗粒较小，测量频率可以大于1GHz。经验法则是，在测量中使用的辐射的波长必须是材料的片的平均最大测量的至少例如约5到10倍。

在高湿度含量下，在特定情况中，无线电波的路线可能围绕将要测量的材料，此时，在谐振器测量中，应变得更小的Q值可能随着湿度的增加而开始增加。为了防止该情况，可以对材料进行射频电磁辐射，使得辐射不再能够绕过将要测量的材料。在一个实施例中，选择波形使得电磁辐射穿透将要测量的材料。在一个实施例中，将导电材料设置在将要测量的材料周围以防止电磁辐射绕过将要测量的材料。

图8示出这样的结构，其中可以将通过电磁辐射进行的在不同方向中的测量实施为，使得电磁辐射不绕过样品。谐振器结构可包括相互对齐的两个谐振器部件800、802。谐振器部件800、802可以是柱形、方形或矩形的中空结构，在其之间可放置具有或不具有将要测量的材料500的材料空间400。可以对谐振器部件800、802填充例如塑料或陶瓷的介电材料。材料空间400可具有矩形或方形形状或者可以是圆柱形部分。将要测量的材料500可以模制为平坦形状并被置于谐振器部件800、802之间，从而使得电场不能绕过材料500。

可以通过改变切换方式而使用不同的波形使有待测量的材料500受到不同方向的电磁场。为了馈送和接收，可以使用单极天线，但是也可以通过缝隙馈送的切换环（switching loop）或其它切换方式实施馈送。利用单极天线900根据图9切换谐振器的端部的电场，取决于材料500的TM波形的倍数，获得图10或图12的波形。图11示出来自上述的图10的波形。在根据10和11的方案中，包括谐振器部件800、802的谐振器和材料空间400可以是开放的或闭合的。在闭合的方案中，将要测量的材料500或材料空间400的边缘设置有导电材料，即，对测量区域的边界进行短路。在开放的方案中，不使用导电材料来限制电磁场。图10的波形同时具有在x和y方向中的场，并且在图12的情况中，还具有在z方向的场。在图12的实施例中，谐振器通常是开放的，然而其也可以用作为闭合的。在图12的情况中，也可以在相同的谐振器中并排放置馈送和接收元件。

通过利用单极天线902根据图9切换电场，在x方向获得根据图13且根据TE波形的电场；并且，相应地，通过利用单极天线904切换电场，获得y方向的场。图13的方案用作开放配置。在与图13相似的方案中，电场与y轴平行。相应地，可以根据图9、或者在相同的谐振器部件中并排地、或者在谐振器的另一侧相对地设置单极天线。

通过利用探头906根据图9切换电场，根据图14，在测量区域获得z方向的电场。在图14的实施例中，谐振器可用作闭合配置。这样的闭合谐振器防止电磁场绕过装在材料空间400中的材料500。

通过利用探针908根据图9切换电场，在测量区域中获得根据图10而不是根据图12的选择性电场。

在一个实施例中，可以将发射侧和接收侧置于材料500的不同侧，以确保对传输谐振进行测量，而不是对一侧的反射谐振进行测量。根据图8，可以在导电壁上在每个方向闭合测量室。在在线实施中，两个壁可以是开放的以允许材料流动通过。另外，如果将要测量的材料是平面状或片状的，可以移除全部的壁，在该情况中，射频辐射不可能绕过样品。

通常，可以认为，如果将要测量的材料的形状是平面状的，从而其维度主要位于两个方向中，那么，在两个方向中的测量是足够的。如果将要测量的材料显然是三维的，可以从三个不同的方向进行测量。如果将要测量的材料的两个最小正交度量的比值小于1:3，则认为该材料是平面状的。或者可选地，如果上述比值为1:5以下，则可以确定将要材料的材料是平面状的。例如，一平板可具有下面的度量：长2m，宽0.1m，以及厚0.02m。在该情况中，两个最小正交量度的比值为0.02m/0.1m=0.2=1/5<1:3。因此，可以认为这样的平板是平面状的，并且可以通过使用在两个不同方向中灵敏的测量来测量该平板。

在图15中，曲线1500示出测量室100或材料空间400中没有将要测量的材料时的电磁场的强度A，而曲线1502示出当从一个方向测量时在具有将要测量的材料的测量室中电磁场1502的随频率f变化的强度。在垂直轴上以任选的对数刻度示出信号的强度A，而在水平轴上以任选的线性刻度示出信号的频率f。可以通过在预定频带上扫描射频电磁能源212的波长而测量测量室100的谐振。在该情况中，预定频带包括谐振频率。信号处理单元104可以测量随频率变化的测量室100的射频辐射的检测强度，以确定谐振频率和谐振品质。谐振频率f_r为检测的电磁场最强处的频率。在曲线1500上，谐振频率f_r1的强度较大，且谐振频带△f_r1较窄。在曲线1502上，谐振频率f_r2的强度较小，且谐振频带△f_r2较宽。概括地说，两种不同的材料通常具有不同的谐振频率f_r、谐振频率f_r的强度A、以及谐振频带△f_r的宽度。谐振频带△f_r的宽度确定谐振的品质并且经常用于确定谐振的品质。

可以例如基于其中测量信号的效率下降3dB（即约最大值的50％）的频带的宽度来确定谐振频带的宽度。谐振的品质由品质因数Q指示，例如可通过公式Q=f_r/△f_r来计算该品质因数Q。除了材料的湿度，测量参数Q和f_r也受到材料的密度和量的影响，该影响可以通过计算（calculatory）方式补偿。这使得可以从材料样品仅测量湿度。测量参数Q和f_r的维度越多，对湿度的测量的精度越高。例如可以对在每个维度的方向中测量的参数Q和f_r取均值。

除了确定谐振频带的宽度之外，或者代替确定谐振频带的宽度，信号处理单元104还可以从谐振频率的强度A确定谐振的品质。如果通过自由振荡的振荡器（其锁定谐振而没有频率扫描）产生谐振，将难于确定谐振频带宽度。在该情况中，可通过测量谐振频率强度来代替谐振频带宽度确定。

可以根据测量的谐振频率及其品质在每个正交方向确定与将要测量的材料的测量方向无关的湿度K。数学上，可以如下表达湿度K的公式：

K=f(f_r1,△f_r1,f_r2,△f_r2,f_r3,△f_r3)，

其中f_r1表示在第一正交方向的谐振频率，f_r2表示在第二正交方向的谐振频率，f_r3表示在第三正交方向的谐振频率，△f_r1表示在第一正交方向的谐振频带的宽度，△f_r2表示在第二正交方向的谐振频带的宽度，以及△f_r3表示在第三正交方向的谐振频带的宽度。函数f还可以通过模拟理论地确定或实验地确定。还可以以下面的方式表达湿度：

K＝f₁(f_r1,△f_r1)＋f₂（f_r2,△f_r2）＋f₃（f_r3,△f_r3)；

这里，函数f₁、f₂和f₃可以通过模拟理论地确定或实验地确定。

所述方案还可以分解为下面的形式，其中每个函数f_i在以下方式中被分为两个函数f_ij：

K＝f₁₁f_r1+f₁₂Δf_r1+f₂₁f_r2+f₂₂Δf_r2+f₃₁f_r3+f₃₂Δf_r3；

这里，同样，函数f₁、f₂和f₃可以通过模拟理论地确定或实验地确定。

另外，可通过用系数k₁₁、k₁₂、k₂₁、k₂₂、k₃₁和k₃₂代替函数f₁₁、f₁₂、f₂₁、f₂₂、f₃₁和f₃₂而将湿度K表示为线性相关性。

K＝k₁₁f_r1+k₁₂Δf_r1+k₂₁f_r2+k₂₂Δf_r2+k₃₁f_r3+k₃₂Δf_r3；

这里，同样，系数k₁₁、k₁₂、k₂₁、k₂₂、k₃₁和k₃₂可以通过模拟理论地确定或实验地确定。上述公式的另一个目的是表示，可以将湿度至少近似地确定为不同方向中的适当加权的谐振频率的加权均值，其中还考虑谐振的带宽（或者谐振的振幅）。另外，可以使得湿度的值为几个连续测量的均值从而更精确。

可以以完全对应的方式确定将要测量的材料的密度T。密度关于频率和谐振带宽的线性相关性可以例如以下面的方式表达：

T＝p₁₁f_r1+p₁₂Δf_r1+p₂₁f_r2+p₂₂Δf_r2+p₃₁f_r3+p₃₂Δf_r3，

其中系数p可以通过模拟理论地确定或者实验地确定。在所有情况中，可以用谐振振幅A_r1、A_r2、A_r3或其组合影响g（△f_r1,△f_r2,△f_r3,A_r1,A_r2,A_r3）代替谐振带宽△f_r1、△f_r2、△f_r3，其中函数g可以通过模拟理论地确定或实验地确定。当在例如作为连续流的管状材料空间的方向中进行测量时，在管的方向比在其它方向存在更多的材料。在计算中使用的加权系数或函数中也可以考虑该差别。

图16示出工艺控制。通过三个馈送线1602、1604、1606将材料馈送到工艺1600。工艺1600例如可以是燃烧工艺，对其馈送诸如生物材料的燃烧材料，所述生物材料例如为碎屑、锯末、切块、树皮、泥炭、各种生物废料等。可以通过测量设备1608、1610、1612以上述方式测量在每个馈送线1602、1604、1606上的材料的湿度含量，并且每个馈送线1602、1604、1606的湿度数据可以被馈送到控制器1614。控制器1608可以与馈送线1602、1604、1606的湿度含量成反比地控制每个馈送线1602、1604、1606上的材料馈送。在该情况中，控制器1608控制致动器1616，所述致动器1616控制每个馈送线1602、1604、1606的馈送量，并且可以根据来自控制器1608的控制命令增加、保持或减少通过每个馈送线1602、1604、1606对工艺1600馈送的材料的量。如果馈送线1602、1604、1606是传送带等，致动器1616（其可以是马达，诸如电动马达）可以增加、保持或减少传送带的速度以改变具体馈送线的材料馈送的量。控制器1614可以限制其上的材料的湿度含量不超过预定危险阈值的馈送线1602、1604、1606的材料馈送。在该情况中，材料过干而可能导致例如爆炸危险。控制器1614可以减少湿度含量超过预定阈值的至少一个馈送线1602、1604、1606的材料馈送。在该情况中，材料过湿或过潮从而可能损害工艺1600的工作。例如，降低燃烧工艺的效率。

当工艺1600是材料燃烧工艺，当材料的湿度含量处于预定限值或超过预定限值时，控制器1614可以对燃烧工艺增加燃料。在该情况中，控制器1614可以控制致动器1618（其可以是阀），以使得更多的燃料（诸如燃油）被加入所述工艺。类似地，当材料的湿度含量低于预定限值时，控制器1614可以减少燃烧工艺中的燃料的量。控制器1614然后可以控制致动器1618（其可以是阀），以减少馈送到工艺的燃料。

由于多个原因，湿度测量是必需的。有待在能量生成中燃烧的材料的湿度含量的变化阻碍燃烧并降低了能量生成的效率。材料过干又可能导致例如爆炸危险。另外，对将要燃烧的材料的定价基于其产生的能量，而所述产生的能量与材料的湿度含量相关。

图17为示出测量和控制方法的流程图。在测量的步骤1700中，在至少两个不同的方向产生射频电磁场，该电磁场基于可插入材料空间的材料在不同的方向以不同的频率谐振。在步骤1702，基于每个电磁场的谐振频率和在正交方向的每个谐振的品质确定材料的湿度含量。控制工艺的方法还包括步骤1704，其中基于在每个馈送线上的每个确定的湿度含量控制工艺。

图17中所示的方法可以实施为逻辑电路方案或计算机程序。计算机程序可以被置于计算机程序分布设备中以用于分布该程序。计算机程序分布设备可通过数据处理设备读取，并且其编码计算机程序命令以控制性能测量系统的工作。

分布设备又可以是本身已知的用于分布计算机程序的方案，例如可由数据处理设备读取的介质、程序存储介质、可由数据处理设备读取的存储器、可由数据处理设备读取的软件分布包、可由数据处理设备读取的信号、可由数据处理设备读取的数据通信信号、或者可由数据处理设备读取的压缩软件包。

尽管上文根据附图参考实例描述了本发明，显然，本发明不限于此，而是可以在所附权利要求的范围中以多种方式变化。

Claims

1.一种用于通过电磁辐射从方向相关的材料（500）测量湿度的测量设备，其特征在于，该测量设备包括

电磁场调谐和检测装置（102，212，214），其被配置为在材料空间（400）中并且在至少两个不同方向生成射频电磁场，该射频电磁场适于基于可插入材料空间（400）中的材料（500）以不同的频率在不同的方向谐振；以及

信号处理单元（104），其被配置为基于每个电磁场的谐振频率和不同方向中的每个谐振的品质而确定材料（500）的湿度含量。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电磁场调谐和检测装置（102、212、214）包括相互对齐的第一谐振器部件（800）和第二谐振器部件（802）；并且

所述第一谐振器部件（800）和第二谐振器部件（802）适于被放置在材料空间（400）的相对侧上。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电磁场调谐和检测装置（102、212、214）被配置为在至少两个正交方向生成射频电磁场。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，当将要测量的材料是平面状时，所述测量设备被配置为在两个不同的方向在所述材料空间（400）中生成射频电磁场。

5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，当将要测量的材料是三维材料时，所述测量设备被配置为至少在三个不同的方向在所述材料空间（400）中生成射频电磁场。

6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，基于在不同方向有所不同的测量室（100）或材料空间（400）的维度，所述电磁场适于在不同方向以不同频率谐振。

7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，基于不同方向中的不同波形，所述电磁场适于在不同方向以不同频率谐振。

8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电磁场调谐和检测装置（102）包括辐射源（212）和至少三个切换元件（200至210）；所述切换元件的至少一些（200、204、208）被配置为在不同方向激励电磁场，且所述切换元件中的至少一些（202、206、210）被配置为在所述方向检测电磁场。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述电磁场调谐和检测装置（102、212、214）包括至少三个激励切换元件（200、204、208）和至少三个检测切换元件（202、206、210）；所述检测切换元件（202、206、210）的每个被调谐以检测一个激励切换元件（200、204、208）的电磁场。

10.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电磁场调谐和检测装置（102、212、214）被配置为在预定频带上扫描射频辐射的频率，并且信号处理单元（104）被配置为测量随频率变化的射频辐射的强度，以确定谐振频率和谐振品质。

11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述测量设备被配置为使用大于材料（500）的片尺寸的波长。

12.一种用于控制工艺的控制系统，所述工艺接收湿度含量变化的方向相关的材料，其特征在于，所述控制系统包括

一个或多个电磁场调谐和检测装置（102、212、214），其适于被放置在工艺的每个材料馈送线（1602至1606）上，该电磁场调谐和检测装置（102）被配置为在至少两个不同方向产生射频电磁场，该射频电磁场适于基于可插入材料空间（400）的材料（500）在不同的方向以不同的频率谐振；

信号处理单元（104），其被配置为基于每个电磁场的谐振频率和在每个方向的每个谐振的品质确定在每个馈送线（1602至1606）上的材料（500）的湿度含量；以及

控制器（1614），其被配置为基于每个馈送线（1602至1606）上的每个确定的湿度含量控制工艺（1600）。

13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述电磁场调谐和检测装置（102、212、214）被配置为在至少两个正交方向生成射频电磁场。

14.如权利要求12所述的系统，其特征在于所述工艺（1600）是材料（500）燃烧工艺。

15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，当材料（500）的湿度含量处于预定限值或超过预定限值时，控制器（1614）被配置为对燃烧工艺增加燃料，当材料（500）的湿度含量低于预定限值时，所述控制器（1614）被配置为减少所述燃烧工艺中的燃料。

16.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述控制器（1614）被配置为限制湿度含量低于预定危险阈值的馈送线（1602至1606）的材料馈送。

17.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述控制器（1614）被配置为与馈送线（1602至1606）的湿度含量成反比地控制每个馈送线（1602至1606）上的材料（500）馈送。

18.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述控制器（1614）被配置为减少湿度含量超过预定阈值的至少一个馈送线（1602至1606）的材料馈送。

19.一种通过射频电磁辐射从方向相关的材料（500）测量湿度的方法，其特征在于，该方法包括：

在至少两个不同方向生成（1700）射频电磁场，该射频电磁场基于可插入材料空间（400）的材料（500）在不同的方向以不同的频率谐振；以及

基于每个电磁场的谐振频率和在正交方向的每个谐振的品质确定（1702）材料（500）的湿度含量。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，在至少两个正交方向生成射频电磁场。

21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，当将要测量的材料是平面状时，在两个不同的方向在所述材料空间（400）中生成射频电磁场。

22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，当将要测量的材料是三维材料时，至少在三个不同的方向在所述材料空间（400）中生成射频电磁场。

23.如权利要求19所述的方法，其特征在于，通过切换元件的至少一些（200、204、208）在不同方向激励电磁场，且通过切换元件中的至少一些（202、206、210）在所述不同方向检测电磁场，其中电磁场调谐和检测装置（102）包括辐射源（212）和至少两个切换元件（200至210）。

24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述电磁场调谐和检测装置（102）包括至少三个激励切换元件（200、204、208）和至少三个检测切换元件（202、206、210），所述检测切换元件（202、206、210）的每个被调谐以检测一个激励切换元件（200、204、208）的电磁场。

25.如权利要求19所述的方法，其特征在于，通过电磁场调谐和检测装置（102）在预定频带上扫描射频辐射的频率，并且通过信号处理单元（104）测量随频率变化的射频辐射的强度，以确定谐振频率和谐振品质。

26.如权利要求19所述的方法，其特征在于，以大于材料（500）的片尺寸的波长进行测量。

27.一种用于控制工艺的方法，所述工艺接收湿度含量变化的方向相关的材料（500），其特征在于，该方法包括：

在测量室（100）中在至少两个不同方向产生（1700）射频电磁场，该射频电磁场基于可插入材料空间（400）的材料（500）在不同的方向以不同的频率谐振；

基于每个电磁场的谐振频率和在不同方向的每个谐振的品质确定（1702）材料（500）的湿度含量；以及

基于每个馈送线（1602至1606）上的每个确定的湿度含量控制（1704）所述工艺。

28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，在至少两个正交方向生成射频电磁场。

29.如权利要求27所述的方法，其特征在于所述工艺（1600）是材料（400）燃烧工艺。

30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，当材料（500）的湿度含量处于预定限值或超过预定限值时，对所述燃烧工艺增加燃料，当材料（500）的湿度含量低于预定限值时，减少所述燃烧工艺中的燃料。

31.如权利要求27所述的方法，其特征在于，限制湿度含量低于预定危险阈值的馈送线（1602至1606）的材料馈送。

32.如权利要求27所述的方法，其特征在于，与馈送线（1602至1606）的湿度含量成反比地控制每个馈送线（1602至1606）上的材料（500）馈送。

33.如权利要求27所述的方法，其特征在于，减少湿度含量超过预定阈值的至少一个馈送线（1602至1606）的材料馈送。