CN104937368B - 用于纺织机的微波谐振器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于测量装置的微波谐振器，其测量在纺织机上，特别是梳理机、并条机或梳棉机上的束状纤维材料(FM)的厚度和/或含水量，所述纤维材料被连续输送通过布置在微波谐振器(1、1’、1”、1”’)的谐振腔(5、5’)的测量空间(6、6’)。根据本发明提出，在谐振腔(5、5’)中沿着测量空间(6、6’)设置至少一个不导电的材料单元(10、10’、10”、10”’、10””、10””’)，材料单元具有：输入端部分(11、11’、11”、11”’、11””、11””’)，其截面积在预设的纤维材料(FM)的运转方向(LR)上是可变化的；和/或，输出端部分(12、12’、12”、12”’、12””、12””’)，其截面积在预设的纤维材料(FM)的运转方向(LR)上是可变化的，其中材料单元(10、10’、10”、10”’、10””、10””’)的输入端部分(11、11’、11”、11”’、11””、11””’)的截面积在纤维材料(FM)的运转方向(LR)上看是增大的和/或材料单元(10、10’、10”、10”’、10””、10””’)的输出端部分(12、12’、12”、12”’、12””、12””’)的截面积在纤维材料(FM)的运转方向(LR)上看是减小的。
Description
本发明涉及一种用于测量装置的微波谐振器，所述测量装置测量在纺织机上，特别是在梳理机、并条机或梳棉机上的束状纤维材料的厚度和/或含水量，所述纤维材料被连续输送通过布置在微波谐振器的谐振腔的测量空间。
在纺织工业中，纤维性能的测量是制造高质量纺织品的必要前提。例如，必不可少的有纤维材料厚度的测量，特别是为了消除一个或多个输送给纺前预处理机的纤维束的不均匀而进行的测量。同样，为了对拉伸过的材料进行质量控制，期望在纺前预处理机的输出端进行此类测量。纤维束厚度的测量值(通常也称为束横截面或束质量)除了用于所述质量控制外也可用于在超过了预定的厚度阈值并因此不能再制造出高质量产品时关停机器。
迄今为止主要使用机械扫描传感器来确定纤维束的束厚度。电容测量元件也是公知的。相对地，一种纤维材料厚度测量的新方法是使用微波。这种情况下，用微波发生器产生微波，最好用计算机在一定范围内改变其频率，所述微波被耦合到微波谐振器的谐振腔，待测量的纤维材料被连续地引导通过所述谐振腔。根据纤维类型，材料厚度和材料的几何形状以及材料的含水量在特征微波频率上产生谐振信号，在去耦合之后可由计算机对所述谐振信号进行分析以确定纤维材料的厚度和/或纤维材料的含水量。用于其它用途的此类方法例如在EP 0 468 023 B1中进行了描述，在此明确地将其公开内容并入本文。此类借助微波的测量技术的优点特别在于，有可能对束状和快速运转的纤维材料进行高精度、无接触的扫描。对纤维材料的机械损伤和因机械测量元件的惯性导致的测量误差被消除。
已经发现，谐振器和被引导通过的纤维材料相互作用方面存在各种问题。为此例如当纤维材料从谐振腔中移除时–例如在机器上没有材料时或者除去了堵塞的束时-空的谐振频率会因谐振腔中的温度下降而随时间变化。因此，当纤维材料被重新引入谐振器时，其会失调且必须被重新调节。其它问题涉及在运行时谐振频率的波动，所述波动也并非源于纤维材料。
因此本发明的任务在于，改善用于测量被输送通过的束状纤维材料的厚度或质量和/或含水量的微波谐振器。
此任务在上述类型的微波谐振器上是这样实现的，即在谐振腔中沿着测量空间设置至少一个不导电的材料单元，该材料单元具有：输入端部分，该输入端部分的截面积在预设的纤维材料的运转方向上是可变化的；和/或，输出端部分，该输出端部分的截面积在预设的纤维材料的运转方向上是可变化的，其中材料单元的输入端部分的截面积在纤维材料的运转方向上看是增大的和/或材料单元的输出端部分的截面积在纤维材料的运转方向上看是减小的。
微波谐振器的谐振腔被理解成当耦合微波时在其中会形成电磁场的空间。谐振腔通常是基本被导电材料包围的空腔，其中导电材料中设置有凹槽用于纤维材料的进口区域和纤维材料的出口区域。通常来说，还设置有凹槽用于耦合微波的耦合装置、微波的去耦装置和/或组合的耦合/去耦装置。测量空间是会将待测量的纤维材料引导通过其中的谐振腔部分。一般来说，测量空间从进口区域延伸至出口区域，其中通常用一个或多个限制元件在结构上将测量空间与剩余的谐振腔分隔开。
此外材料单元被理解成是关于一件式或多件式的材料容积，其中沿着测量空间的意思是，相关材料单元在运转方向上沿测量空间延伸超过至少部分的测量空间长度。
材料单元的横截面是材料单元在垂直于运转方向的平面上的剖面。在这种情况下，具有在预设的纤维材料的运转方向上可变化的截面积的所述材料单元部分被理解成材料单元的这样一个部分，即所述部分的截面积在运转方向上改变超过材料单元延伸的一大部分。
本发明第一步是识别出，这种类型的微波谐振器上的测量误差源自于在测量空间中快速运转的纤维材料横向于运转方向不规则地来回运动。第二步是尝试缩小横向于运转方向的测量空间，但尝试的结果是，这样一来在纤维材料与限制元件之间的摩擦大大增大并从而导致限制元件的磨损增加并且也会导致纤维材料受损。本发明的第三步是识别出，横向于运转方向运转的纤维材料的测量误差可追溯到在横向于纤维材料的运转方向的测量空间中的电场值的变化。
这种情况下本发明的第四步是识别出，沿测量空间延伸的材料单元具有：输入端部分，该输入端部分的截面积在纤维材料的运转方向上看是增大的；和/或，输出端部分，该输出端部分的截面积在纤维材料的运转方向上看是减小的，因此适合于在横向方向上均匀化测量空间中的电场值。这样一来有可能改善实际上要达到的测量精度，特别是改善在纤维材料的速度较高时的测量精度。
根据本发明的微波谐振器在原理上适合用于测量所有束状纤维材料，但特别适合用于纤维束、粗纱和纱线，其中也可设想的是，同时一起测量多个束状纤维材料，以便确定例如多个纤维束的总质量。
根据本发明一个有利改进形式提出的是，材料单元的输入端部分的截面积持续增大和/或材料单元的输出端部分的截面积持续减小。在这里持续应理解为，截面积连续地，也就是说没有间断地变化。在原理上也可设想这样的实施例，即其中材料单元的截面积分阶段地增大或减小，结果表明，在截面走势连续的情形下横向于运转方向对电场实现均匀化可实现明显更大的效果，从而使得测量精度被进一步改善。
根据本发明的一个有利改进形式，材料单元的输入端部分和材料单元的输出端部分彼此相邻。也就是说，在输入端部分和输出端部分之间并没有区域配有在运动方向上的主要延伸部分，测量单元在此区域中具有不变的截面。用这种方式可特别有利地影响电场。
根据本发明的一个有利的改进形式提出的是，输入端部分从纤维材料进入谐振腔的进口区域延伸至谐振腔的中间区域，和/或输出端部分从谐振腔的中间区域延伸到纤维材料从谐振腔中出来的出口区域。用这种方式也可特别有利地影响电场。
根据本发明的一个有利的改进形式，输入端部分和输出端部分被构造成彼此镜像对称。镜像对称，也叫平面对称，是三维空间中轴对称的概括。总之三维物体镜像对称的条件是，有这样一个平面，在该平面上物体的镜面反射将反映物体本身。实际情况下，镜像平面可特别垂直于纤维材料的运转方向。这样一来可进一步改善电场的均匀化。
根据本发明的一个有利的改进形式提出的是，将材料单元布置在限制了测量空间的限制元件的远离测量空间的那一侧，该限制元件用于引导纤维材料和/或用于遮盖谐振腔的空腔区域。此类限制元件用于被动引导纤维材料和/或遮盖不属于测量空间的谐振腔空腔，以便特别阻止使测量值失真的颗粒，例如灰尘在其中沉积。若现在将测量单元布置在限制了测量空间的限制元件远离测量空间的那一侧，即特别是布置在被遮盖的空腔中，则会排除纤维材料对材料单元产生的机械影响，从而使得那里不会出现任何磨损。
根据本发明的一个有利的改进形式，材料单元被构造成限制了测量空间的限制元件，用于引导纤维材料和/或用于遮盖谐振腔的空腔区域。通过联合被场均匀化的材料单元和限制元件可减少构造微波谐振器所需的结构化成本且同时实现所需要的场均匀化。
根据本发明的一个有利的改进形式提出的是，材料单元由陶瓷，特别是由氧化铝，由玻璃，特别是由石英玻璃，由包含埋入式陶瓷的复合材料，特别是由或者是由塑料，特别是由聚乙烯制造而成。所述材料的特征在于处于中间区域的介电常数，从而使得用相当少量的材料就可充分影响电场。但会产生足以确保材料单元的机械稳定的材料强度。此外这些材料还具有很小的损耗系数，从而使得微波谐振器的质量仅仅会受到少量影响。此外电气性能和机械性能，例如介电常数或长度在很大程度上不受温度影响，从而使得在工作时出现的温度波动无论如何都会导致次要的测量误差。此外，陶瓷、玻璃和包含埋入式陶瓷的复合材料非常耐磨，从而使得其特别适合用于被构造为限制元件的材料单元。
根据本发明的一个有利的改进形式，谐振腔的形状为圆柱形，特别是椭圆柱形或正圆柱形，其中纤维材料的运转方向与谐振腔的圆柱轴平行而且其中优选将材料单元构造成旋转对称并且与圆柱轴同轴布置。圆柱谐振腔，特别是椭圆柱形或正圆柱形的谐振腔，在所述谐振腔中纤维材料的运转方向与谐振腔的圆柱轴平行，特别适合用于测量截面为圆形或椭圆形的单独束状纤维材料。在这些情况下，测量空间中的电场可通过旋转对称的材料单元，即通过形状相对简单的材料单元被最大程度地均匀化。
根据本发明的一个有利的改进形式提出的是，材料单元具有圆柱形的开口，优选为椭圆柱形或正圆柱形的开口，这些开口与谐振腔的圆柱轴是平行的，优选是同轴的，其中输入端部分的外侧在运转方向上以圆锥状逐渐扩展和/或其中输出端部分的外侧在运转方向上以圆锥状逐渐减小。特别是在圆柱谐振腔中，其中纤维材料的运转方向与谐振腔的圆柱轴平行，通过材料单元这种简单构造的几何形状可用特别简单的方式将测量空间中的电场均匀化。
根据本发明的一个有利的改进形式提出的是，材料单元具有圆柱形的开口，优选为椭圆柱形或正圆柱形的开口，这些开口与谐振腔的圆柱轴是平行的，优选是同轴的，其中输入端部分的外侧在运转方向上呈凸形逐渐扩展和/或其中输出端部分的外侧在运转方向上呈凸形逐渐减小。特别是在圆柱谐振腔中，其中纤维材料的运转方向与谐振腔的圆柱轴平行，通过材料单元的构造成本略高的几何形状可更加有效地使测量空间中的电场均匀化。
根据本发明的一个有利的改进形式提出的是，将微波谐振器构造成在TM0n0谐振模式下运行，其中n为自然数，优选大于1且特别优选大于2。TM谐振模式(横向磁谐振模式)在圆柱谐振腔中一般被理解成这样的谐振模式，即在其中圆柱轴方向上，此处也就是在运转方向上，没有出现磁场。在一定程度上有利的是，使得在测量纤维材料时主要可对相应的纤维材料与微波电场之间的相互作用进行分析，其中在圆柱轴与运转方向平行的圆柱谐振腔上，所述相互作用在TM谐振模式中特别明显。在这种情况下，脚标n指示的是，电场在横向于圆柱轴的方向上构成了多少个半波。由于技术原因n至少为1，因为在相应的共振情况下形成至少一个所述半波。但结果还表明，当半波数量增加时，即选择更大的n时，在测量空间中更有利地，例如更均匀地形成了电场。其原因在于，对于微波谐振器的给定几何形状而言会产生较大的谐振频率。
根据本发明的一个有利的改进形式提出的是，谐振腔的形状为圆柱形，特别是椭圆柱形或正圆柱形，其中纤维材料的运转方向横向于谐振腔的圆柱轴并且其中测量空间在截面上被构造成长形的槽，其中第一材料单元沿槽的第一宽边布置并且第二材料单元沿槽的对侧第二宽边布置，其中优选将第一材料单元和第二材料单元关于穿过圆柱轴并且平行于运转方向的对称面彼此镜面对称布置。圆柱谐振腔，特别是椭圆柱形或正圆柱形的谐振腔，在其中纤维材料的运转方向横向于谐振腔的圆柱轴并且测量空间被构造成长形的槽，特别适合用于共同测量多个平行运转的束状纤维材料或用于测量一种带长截面的束状纤维材料。在所述情况下，测量空间中的电场可受到沿槽的第一宽边布置的第一材料单元，以及受到沿槽的对侧第二宽边布置的第二材料单元，即受到相对简单的两个材料单元布置的正面影响，例如可以被最大程度地均匀化。在这种情况下，可实现对电场的特别有效的影响，条件是第一材料单元和第二材料单元关于穿过圆柱轴并且平行于运转方向的对称面彼此被镜面对称布置。
根据本发明的一个有利的改进形式提出的是，第一材料单元和/或第二材料单元具有与圆柱轴平行的、基本上是平的内侧，其中相应输入端部分的外侧在运转方向上以楔状逐渐扩展和/或其中相应输出端部分的外侧在运转方向上以楔状逐渐减小。特别是在圆柱谐振腔中，即其中纤维材料的运转方向横向于谐振腔的圆柱轴的圆柱谐振腔中，通过材料单元这种简单构造的几何形状可用特别简单的方式来影响测量空间中的电场，例如使其均匀化。
根据本发明的一种有利的改进形式提出的是，第一材料单元和/或第二材料单元具有与圆柱轴平行的、基本上是平的内侧，其中相应输入端部分的外侧在运转方向上呈凸形逐渐扩展和/或其中相应输出端部分的外侧在运转方向上呈凸形逐渐减小。特别是在圆柱谐振腔中，即其中纤维材料的运转方向横向于谐振腔的圆柱轴的圆柱谐振腔中，通过材料单元的构造成本略高的几何形状可对测量空间中的电场产生更加有效的影响，例如使其均匀化。
根据本发明的一种有利的改进形式提出的是，将微波谐振器构造成在TM0nm谐振模式下运行，其中n大于0，优选大于1且特别优选大于2。TE谐振模式(横向电谐振模式)在圆柱谐振腔中一般被理解成其中在圆柱轴方向上没有出现电场的谐振模式。这在一定程度上有利的是，使得在测量纤维材料时主要可对相应的纤维材料与微波电场之间的相互作用进行分析，其中在圆柱轴横向于运转方向的圆柱谐振腔上，所述相互作用在TE谐振模式中特别明显。在这种情况下，脚标n指示的是，电磁场在横向于圆柱轴的方向上构成了多少个半波。由于技术原因n至少为1，因为在相应的共振情况下形成至少一个所述半波。但结果还表明，当半波数量增加时，即选择更大的n时，在测量空间中更均匀地形成了电场。但是如果选择的n更大，则对于给定谐振腔必须要增大频率。如果n在2和4之间选择的话，这时得到在大小和均匀化之间的较好平衡。脚标m为沿圆柱轴的半波数并且典型为1。本发明的另一方面涉及纺织机，特别是梳理机、并条机或梳棉机，其具有至少一个本发明所述的微波谐振器。产生了上述优点。
此外本发明还涉及用于根据本发明的微波谐振器的材料单元，由此产生上述优点。
从属权利要求中重现的和/或上面阐述的本发明有利的改进形式可以单独或以任意组合形式设置。
下面借助附图详细阐述本发明和其改进形式以及其优点。图中显示：
图1以示意性侧剖视图示出了根据本发明的微波谐振器的第一实施例，
图2以顶视图示出了盖被移除时图1的微波谐振器，
图3以示意性侧剖视图示出了根据本发明的微波谐振器的第二实施例，
图4以顶视图示出了盖被移除时图3的微波谐振器，
图5以示意性侧剖视图示出了根据本发明的微波谐振器的第三实施例，
图6以顶视图示出了上半壳被移除时图5的微波谐振器，
图7以示意性侧剖视图示出了根据本发明的微波谐振器的第三实施例，以及
图8以顶视图示出了上半壳被移除时图7的微波谐振器。
在以下附图中，相互关联的部件具有相同的参考符号。在这里只有那些为了理解本发明而需要的微波谐振器的组成部件具有参考符号。毋庸置疑，根据本发明的微波谐振器可以具有其它的部件和组件。
图1以示意性侧剖视图示出了根据本发明的微波谐振器1的第一实施例，所述微波谐振器在图2中以顶视图示出。微波谐振器1具有壳体2、3、4，壳体由圆形底部2、正圆柱罩形侧壁3和圆形盖板4构成。壳体2、3、4具有导电材料，从而使得构造成被导电包围且基本上封闭的谐振腔5。谐振腔5的一部分被设置成测量空间6，其通过限制元件7与剩余的谐振腔5分隔开。测量空间6被设置用于在其中测量连续在运行方向LR上引导通过的束状纤维材料FM的质量或厚度和/或含水量。在这种情况下，限制元件7被构造用于引导纤维材料FM和/或用于遮盖谐振腔5的空腔区域。
为了测量纤维材料FM，借助耦合装置8将频率有变化的电磁波耦合到谐振腔中。同时，使用去耦装置9将一部分微波从谐振腔5中去耦，以便由此确定谐振曲线。这时可从谐振曲线的谐振频率和谐振曲线的半宽度推断出纤维材料FM的质量和/或含水量，因为谐振频率和半宽度这两个参数会由于纤维材料FM的相互作用且特别是由于微波的电场分量而专门设定。
本发明第一步是识别出，已知的微波谐振器1的测量误差源自于在测量空间6中快速运转的纤维材料FM横向于运转方向LR不规则地来回运动。第二步是尝试缩小横向于运转方向LR的测量空间6，但尝试的结果是，这样一来纤维材料FM与限制元件7之间的摩擦大大增大并从而导致限制元件7的磨损增加并且也会导致纤维材料FM受损。本发明的第三步是识别出，横向于运转方向运动的纤维材料FB的测量误差可追溯到在横向于纤维材料FM的运转方向LR的测量空间6中电场值的变化。
这种情况下本发明的第四步是识别出，沿测量空间6延伸的材料单元10具有：输入端部分11，该输入端部分的截面积在纤维材料FM的运转方向LR上看是增大的；和/或，输出端部分12，该输出端部分的截面积在纤维材料FM的运转方向LR上看是减小的，因此适合于在横向方向上均匀化测量空间6中的电场值。这样一来有可能改善实际上要达到的测量精度，特别是改善在纤维材料FM的速度较高时的测量精度。这种情况下，材料单元10被理解成是关于一件式或多件式的材料容积，其中沿着测量空间6的意思是，相关材料单元10在运转方向上沿测量空间6延伸超过至少部分测量空间6长度。
有利的是提出，材料单元10的输入端部分11的截面积持续增大和/或材料单元10的输出端部分12的截面积持续减小。原理上也可设想这样的实施例，即其中材料单元10的截面积分阶段地增大或减小，结果表明，在截面走势连续的情形下横向于运转方向LR对电场实现均匀化可实现明显更大的效果，从而使得测量精度被进一步改善。
有利的是，材料单元10的输入端部分11和材料单元10的输出端部分12彼此相邻。也就是说，在输入端部分11和输出端部分12之间并没有区域配有在运动方向LR上的主要延伸部分，测量单元10在此区域中具有不变的截面。用这种方式可特别有利地影响电场。
适当地提出，输入端部分11从纤维材料FM进入谐振腔5的进口区域13延伸至谐振腔5的中间区域，和/或输出端部分12从谐振腔5的中间区域延伸到纤维材料FM从谐振腔5中出来的出口区域14。也用这种方式可特别有利地影响电场。
有利的是，输入端部分11和输出端部分12被构造成彼此镜像对称。镜像对称，也叫平面对称，是三维空间中轴对称的概括。总之三维物体镜像对称的条件是，有这样一个平面，在该平面上物体的镜面反射将反映物体本身。实际情况下，镜像平面可特别垂直于纤维材料的运转方向。这样一来可进一步改善电场的均匀化。
在第一实施例中提出，将材料单元10布置在限制了测量空间6的限制元件7的远离测量空间6的那一侧，用于引导纤维材料FM和/或用于遮盖谐振腔5的空腔区域。若现在将测量单元10布置在限制了测量空间6的限制元件7远离测量空间6的那一侧，即特别是布置在被遮盖的空腔中，则会排除纤维材料FM对材料单元10的机械影响，从而使得那里不会出现任何磨损。
优选提出的是，材料单元10由陶瓷，特别是由氧化铝，由玻璃，特别是由石英玻璃，由包含埋入式陶瓷的复合材料，特别是由或者是由塑料，特别是由聚乙烯制造而成。所述材料的特征在于处于中间区域的介电常数，从而使得用相当少量的材料就可充分影响电场。但会产生足以确保材料单元的机械稳定的材料强度。此外这些材料还具有很小的损耗系数，从而使得微波谐振器的质量仅仅会受到少量影响。此外电气性能和机械性能，例如介电常数或长度在很大程度上不受温度影响，从而使得在工作时出现的温度波动无论如何都会导致次要的测量误差。但成本低廉且易于成型的塑料特别适合用于第一实施例的材料单元10，因为在这里重要的不是耐磨性。
适当地将谐振腔5构造成圆柱形，特别是椭圆柱形或正圆柱形，其中纤维材料FM的运转方向LR与谐振腔5的圆柱轴ZA平行而且其中优选将材料单元10构造成旋转对称并且与圆柱轴ZA同轴布置。圆柱谐振腔5，特别是椭圆柱形或正圆柱的谐振腔5，在所述谐振腔中纤维材料FM的运转方向LR与谐振腔5的圆柱轴ZA平行，特别适合用于测量截面为圆形或椭圆形的单独束状纤维材料FM。在这些情况下，测量空间6中的电场可通过旋转对称的材料单元10，即通过形状相对简单的材料单元10被最大程度地均匀化。
适当地提出，材料单元10具有圆柱形的开口，优选为椭圆柱形或正圆柱形的开口，这些开口与谐振腔5的圆柱轴ZA是平行的，优选是同轴的，其中输入端部分11的外侧在运转方向LR上以圆锥状逐渐扩展和/或其中输出端部分12的外侧在运转方向LR上以圆锥状逐渐减小。特别是在圆柱谐振腔5中，其中纤维材料FM的运转方向LR与谐振腔5的圆柱轴ZA平行，通过材料单元10这种简单构造的几何形状可用特别简单的方式将测量空间6中的电场均匀化。
有利地提出，将微波谐振器1构造成在TM0n0谐振模式下运行，其中n为自然数，优选大于1且特别优选大于2。TM谐振模式(横磁模)在圆柱谐振腔5中一般被理解成这样的谐振模式，即在其中圆柱轴ZA方向上，此处也就是在运转方向LR上，没有出现磁场。这在一定程度上有利的是，使得在测量纤维材料FM时主要可对相应的纤维材料FM与微波电场之间的相互作用进行分析，其中在圆柱轴ZA与运转方向LR平行的圆柱谐振腔5上，所述相互作用在TM谐振模式中特别明显。在这种情况下，脚标n指示的是，电场在横向于圆柱轴的方向上构成了多少个半波。由于技术原因n至少为1，因为在相应的共振情况下形成至少一个所述半波。但结果还表明，当半波数量增加时，即选择更大的n时，测量空间5中更有利地，例如更均匀地形成了电场。其原因在于，对于微波谐振器的给定几何形状而言会产生较大的谐振频率。
图3以示意性侧剖视图示出了根据本发明的微波谐振器1’的第二实施例，所述微波谐振器在图4中以顶视图示出。微波谐振器1’大致对应于第一实施例的微波谐振器1。下面只阐述两者的区别。
在第二实施例中，材料单元10’被构造成限制了测量空间6的限制元件7’，用于引导纤维材料和/或用于遮盖谐振腔5的空腔区域。这时图1和2的限制元件7缺省。通过联合被场均匀化的材料单元和限制元件可减少构造微波谐振器1’所需的结构化成本且同时实现所需要的场均匀化。
此外在第二实施例中还提出，材料单元10’具有圆柱形的开口，优选为椭圆柱形或正圆柱形的开口，这些开口与谐振腔5的圆柱轴ZA是平行的，优选是同轴的，其中输入端部分11’的外侧在运转方向LR上呈凸形逐渐扩展和/或其中输出端部分12’的外侧在运转方向LR上呈凸形逐渐减小。特别是在圆柱谐振腔5中，其中纤维材料FM的运转方向LR与谐振腔5的圆柱轴ZA平行，通过材料单元10’的构造成本略高的几何形状可更加有效地使测量空间6中的电场均匀化。此外陶瓷、玻璃和包含埋入式陶瓷的复合材料非常耐磨，从而使得其特别适合用于被构造为限制元件7’的材料单元10’。
图5以示意性侧剖视图示出了根据本发明的微波谐振器1”的第三实施例，所述微波谐振器在图6中以顶视图示出。微波谐振器1”在基本结构中对应于第二实施例的微波谐振器1’。下面只阐述两者的区别。
微波谐振器1”具有导电壳体15、16、17、18，所述壳体由上半壳15、下半壳16、后壁17和前壁18所构成。
这种情况下提出，谐振腔5’的形状为圆柱形，特别是椭圆柱形或者如图所示为正圆柱形，其中具有长形截面的纤维材料FM’的运转方向LR横向于谐振腔5’的圆柱轴ZA’并且其中测量空间6’在截面上被构造成长形的槽6’，其中第一材料单元10”沿槽6’的第一宽边布置并且第二材料单元10”’沿槽6’的对侧第二宽边布置，其中优选将第一材料单元10”和第二材料单元10”’关于穿过圆柱轴ZA’并且平行于运转方向LR的对称面彼此镜面对称布置。圆柱谐振腔5’，特别是椭圆柱形或正圆柱形的谐振腔5’，在其中纤维材料FM的运转方向LR横向于谐振腔5’的圆柱轴ZA’并且测量空间6’被构造成长形的槽6’，特别适合用于共同测量多个平行运转的束状纤维材料，或者如图所示适合用于测量一种带长截面的纤维材料。在所述情况下，测量空间6’中的电场可受到沿槽6’的第一宽边布置的第一材料单元10”，以及受到沿槽6’的对侧第二宽边布置的第二材料单元10”’，即受到相对简单的两个材料单元10”，10”’布置的影响，特别是被均匀化。在这种情况下可实现对电场的特别有效的影响，条件是第一材料单元10”和第二材料单元10”’关于穿过圆柱轴ZA’并且平行于运转方向LR的对称面彼此被镜面对称布置。
适当地提出，第一材料单元10”和/或第二材料单元10”’具有与圆柱轴ZA’平行的、基本上是平的内侧，其中相应输入端部分11”、11”’的外侧在运转方向LR上以楔状逐渐扩展和/或其中相应输出端部分12”、12”’的外侧在运转方向LR上以楔状逐渐减小。特别是在圆柱谐振腔5’中，即其中纤维材料FM的运转方向LR横向于谐振腔5’的圆柱轴ZA’的圆柱谐振腔中，通过材料单元10”、10”’这种简单构造的几何形状可用特别简单的方式来有利地影响测量空间6’中的电场，例如使其均匀化。
有利地提出，将微波谐振器构造成在TM0nm谐振模式下运行，其中n大于0，优选大于1且特别优选大于2。TE谐振模式(横电模)在圆柱谐振腔中一般被理解成其中在圆柱轴方向上没有出现电场的谐振模式。这在一定程度上有利的是，使得在测量纤维材料时主要可对相应的纤维材料与微波电场之间的相互作用进行分析，其中在圆柱轴横向于运转方向的圆柱谐振腔上，所述相互作用在TE谐振模式中特别明显。在这种情况下，脚标n指示的是，电磁场在横向于圆柱轴的方向上构成了多少个半波。由于技术原因n至少为1，因为在相应的共振情况下形成至少一个所述半波。但结果还表明，当半波数量增加时，即选择更大的n时，测量空间中更均匀地形成了电场。但是如果选择的n更大，则对于给定谐振腔必须要增大频率。如果n在2和4之间选择的话，这时得到在大小和均匀化之间的较好平衡。脚标m为沿圆柱轴的半波数并且典型为1。
毋庸置疑，在与微波谐振器1类似的微波谐振器1”上可以设置一个或多个限制元件7。
图7以示意性侧剖视图示出了根据本发明的微波谐振器1”’的第四实施例，所述微波谐振器在图8中以顶视图示出。微波谐振器1”’在基本结构中对应于第三实施例的微波谐振器1”。下面只阐述两者的区别。
在第四实施例中提出，第一材料单元10””和/或第二材料单元10””’具有与圆柱轴ZA’平行的、基本上是平的内侧，其中相应输入端部分11””、11””’的外侧在运转方向LR上呈凸形逐渐扩展和/或其中相应输出端部分12””、12””’的外侧在运转方向LR上呈凸形逐渐减小。特别是在圆柱谐振腔5’中，其中纤维材料FM的运转方向LR横向于谐振腔5’的圆柱轴ZA’，通过材料单元10””、10””’构造成本略高的几何形状可对测量空间6’中的电场产生更加有效的影响，例如使其均匀化。
Claims (69)
1.一种用于测量装置的微波谐振器，所述测量装置测量在纺织机上的束状纤维材料的厚度和/或含水量，所述束状纤维材料被连续输送通过布置在所述微波谐振器的谐振腔中的测量空间，其特征在于，在所述谐振腔中沿着所述测量空间设置至少一个不导电的材料单元，
所述材料单元具有：输入端部分，所述输入端部分的截面积在所述束状纤维材料的预设的运转方向上是变化的；和/或，输出端部分，所述输出端部分的截面积在所述束状纤维材料的所述预设的运转方向上是变化的，
其中所述材料单元的所述输入端部分的截面积在所述束状纤维材料的运转方向上看朝远离所述测量空间的方向增大和/或所述材料单元的所述输出端部分的截面积在所述束状纤维材料的运转方向上看朝向所述测量空间减小。
2.如权利要求1所述的微波谐振器，其特征在于，所述纺织机是梳理机、并条机或梳棉机。
3.如权利要求1或2所述的微波谐振器，其特征在于，所述材料单元的所述输入端部分的截面积持续增大和/或所述材料单元的所述输出端部分的截面积持续减小。
4.如权利要求1或2所述的微波谐振器，其特征在于，所述材料单元的所述输入端部分和所述材料单元的所述输出端部分彼此相邻。
5.如权利要求3所述的微波谐振器，其特征在于，所述材料单元的所述输入端部分和所述材料单元的所述输出端部分彼此相邻。
6.如前述权利要求1-2和5中任一项所述的微波谐振器，其特征在于，所述输入端部分从所述束状纤维材料进入谐振腔的进口区域延伸至所述谐振腔的中间区域，和/或所述输出端部分从所述谐振腔的中间区域延伸到所述束状纤维材料从谐振腔中出来的出口区域。
7.如权利要求3所述的微波谐振器，其特征在于，所述输入端部分从所述束状纤维材料进入谐振腔的进口区域延伸至所述谐振腔的中间区域，和/或所述输出端部分从所述谐振腔的中间区域延伸到所述束状纤维材料从谐振腔中出来的出口区域。
8.如权利要求4所述的微波谐振器，其特征在于，所述输入端部分从所述束状纤维材料进入谐振腔的进口区域延伸至所述谐振腔的中间区域，和/或所述输出端部分从所述谐振腔的中间区域延伸到所述束状纤维材料从谐振腔中出来的出口区域。
9.如前述权利要求1-2、5和7-8中任一项所述的微波谐振器，其特征在于，所述输入端部分和所述输出端部分被构造成彼此镜面对称。
10.如权利要求3所述的微波谐振器，其特征在于，所述输入端部分和所述输出端部分被构造成彼此镜面对称。
11.如权利要求4所述的微波谐振器，其特征在于，所述输入端部分和所述输出端部分被构造成彼此镜面对称。
12.如权利要求6所述的微波谐振器，其特征在于，所述输入端部分和所述输出端部分被构造成彼此镜面对称。
13.如前述权利要求1-2、5、7-8和10-12中任一项所述的微波谐振器，其特征在于，所述材料单元被布置在限制了所述测量空间的限制元件的远离所述测量空间的那一侧，所述限制元件用于引导所述束状纤维材料和/或用于遮盖所述谐振腔的空腔区域。
14.如权利要求3所述的微波谐振器，其特征在于，所述材料单元被布置在限制了所述测量空间的限制元件的远离所述测量空间的那一侧，所述限制元件用于引导所述束状纤维材料和/或用于遮盖所述谐振腔的空腔区域。
15.如权利要求4所述的微波谐振器，其特征在于，所述材料单元被布置在限制了所述测量空间的限制元件的远离所述测量空间的那一侧，所述限制元件用于引导所述束状纤维材料和/或用于遮盖所述谐振腔的空腔区域。
16.如权利要求6所述的微波谐振器，其特征在于，所述材料单元被布置在限制了所述测量空间的限制元件的远离所述测量空间的那一侧，所述限制元件用于引导所述束状纤维材料和/或用于遮盖所述谐振腔的空腔区域。
17.如权利要求9所述的微波谐振器，其特征在于，所述材料单元被布置在限制了所述测量空间的限制元件的远离所述测量空间的那一侧，所述限制元件用于引导所述束状纤维材料和/或用于遮盖所述谐振腔的空腔区域。
18.如权利要求1-2、5、7-8和10-12中任一项所述的微波谐振器，其特征在于，所述材料单元被构造成限制了所述测量空间的限制元件，用于引导所述束状纤维材料和/或用于遮盖所述谐振腔的空腔区域。
19.如权利要求3所述的微波谐振器，其特征在于，所述材料单元被构造成限制了所述测量空间的限制元件，用于引导所述束状纤维材料和/或用于遮盖所述谐振腔的空腔区域。
20.如权利要求4所述的微波谐振器，其特征在于，所述材料单元被构造成限制了所述测量空间的限制元件，用于引导所述束状纤维材料和/或用于遮盖所述谐振腔的空腔区域。
21.如权利要求6所述的微波谐振器，其特征在于，所述材料单元被构造成限制了所述测量空间的限制元件，用于引导所述束状纤维材料和/或用于遮盖所述谐振腔的空腔区域。
22.如权利要求9所述的微波谐振器，其特征在于，所述材料单元被构造成限制了所述测量空间的限制元件，用于引导所述束状纤维材料和/或用于遮盖所述谐振腔的空腔区域。
23.如前述权利要求1-2、5、7-8、10-12、14-17和19-22中任一项所述的微波谐振器，其特征在于，所述材料单元由陶瓷、塑料、玻璃和包含埋入式陶瓷的复合材料中的一种制造而成。
24.如权利要求3所述的微波谐振器，其特征在于，所述材料单元由陶瓷、塑料、玻璃和包含埋入式陶瓷的复合材料中的一种制造而成。
25.如权利要求4所述的微波谐振器，其特征在于，所述材料单元由陶瓷、塑料、玻璃和包含埋入式陶瓷的复合材料中的一种制造而成。
26.如权利要求6所述的微波谐振器，其特征在于，所述材料单元由陶瓷、塑料、玻璃和包含埋入式陶瓷的复合材料中的一种制造而成。
27.如权利要求9所述的微波谐振器，其特征在于，所述材料单元由陶瓷、塑料、玻璃和包含埋入式陶瓷的复合材料中的一种制造而成。
28.如权利要求13所述的微波谐振器，其特征在于，所述材料单元由陶瓷、塑料、玻璃和包含埋入式陶瓷的复合材料中的一种制造而成。
29.如权利要求18所述的微波谐振器，其特征在于，所述材料单元由陶瓷、塑料、玻璃和包含埋入式陶瓷的复合材料中的一种制造而成。
30.如权利要求23所述的微波谐振器，其特征在于，所述陶瓷是氧化铝，所述塑料是聚乙烯，所述玻璃是石英玻璃，所述包含埋入式陶瓷的复合材料是
31.如权利要求24-29中的任一项所述的微波谐振器，其特征在于，所述陶瓷是氧化铝，所述塑料是聚乙烯，所述玻璃是石英玻璃，所述包含埋入式陶瓷的复合材料是
32.如前述权利要求1-2、5、7-8、10-12、14-17、19-22和24-30中任一项所述的微波谐振器，其特征在于，所述谐振腔的形状为圆柱形，其中所述束状纤维材料的运转方向与所述谐振腔的圆柱轴平行而且其中将所述材料单元构造成旋转对称并且与所述圆柱轴同轴布置。
33.如权利要求3所述的微波谐振器，其特征在于，所述谐振腔的形状为圆柱形，其中所述束状纤维材料的运转方向与所述谐振腔的圆柱轴平行而且其中将所述材料单元构造成旋转对称并且与所述圆柱轴同轴布置。
34.如权利要求4所述的微波谐振器，其特征在于，所述谐振腔的形状为圆柱形，其中所述束状纤维材料的运转方向与所述谐振腔的圆柱轴平行而且其中将所述材料单元构造成旋转对称并且与所述圆柱轴同轴布置。
35.如权利要求6所述的微波谐振器，其特征在于，所述谐振腔的形状为圆柱形，其中所述束状纤维材料的运转方向与所述谐振腔的圆柱轴平行而且其中将所述材料单元构造成旋转对称并且与所述圆柱轴同轴布置。
36.如权利要求9所述的微波谐振器，其特征在于，所述谐振腔的形状为圆柱形，其中所述束状纤维材料的运转方向与所述谐振腔的圆柱轴平行而且其中将所述材料单元构造成旋转对称并且与所述圆柱轴同轴布置。
37.如权利要求13所述的微波谐振器，其特征在于，所述谐振腔的形状为圆柱形，其中所述束状纤维材料的运转方向与所述谐振腔的圆柱轴平行而且其中将所述材料单元构造成旋转对称并且与所述圆柱轴同轴布置。
38.如权利要求18所述的微波谐振器，其特征在于，所述谐振腔的形状为圆柱形，其中所述束状纤维材料的运转方向与所述谐振腔的圆柱轴平行而且其中将所述材料单元构造成旋转对称并且与所述圆柱轴同轴布置。
39.如权利要求23所述的微波谐振器，其特征在于，所述谐振腔的形状为圆柱形，其中所述束状纤维材料的运转方向与所述谐振腔的圆柱轴平行而且其中将所述材料单元构造成旋转对称并且与所述圆柱轴同轴布置。
40.如权利要求31所述的微波谐振器，其特征在于，所述谐振腔的形状为圆柱形，其中所述束状纤维材料的运转方向与所述谐振腔的圆柱轴平行而且其中将所述材料单元构造成旋转对称并且与所述圆柱轴同轴布置。
41.如权利要求32所述的微波谐振器，其特征在于，所述圆柱形是椭圆柱形或正圆柱形。
42.如前述权利要求33-40中任一项所述的微波谐振器，其特征在于，所述圆柱形是椭圆柱形或正圆柱形。
43.如权利要求32所述的微波谐振器，其特征在于，所述材料单元具有圆柱形的开口，所述开口与所述谐振腔的圆柱轴是平行的，其中所述输入端部分的外侧在运转方向上以圆锥状逐渐扩展和/或其中所述输出端部分的外侧在运转方向上以圆锥状逐渐减小。
44.如权利要求42所述的微波谐振器，其特征在于，所述材料单元具有圆柱形的开口，所述开口与所述谐振腔的圆柱轴是平行的，其中所述输入端部分的外侧在运转方向上以圆锥状逐渐扩展和/或其中所述输出端部分的外侧在运转方向上以圆锥状逐渐减小。
45.如权利要求33-41中任一项所述的微波谐振器，其特征在于，所述材料单元具有圆柱形的开口，所述开口与所述谐振腔的圆柱轴是平行的，其中所述输入端部分的外侧在运转方向上以圆锥状逐渐扩展和/或其中所述输出端部分的外侧在运转方向上以圆锥状逐渐减小。
46.如权利要求43或44所述的微波谐振器，其特征在于，所述圆柱形的开口为椭圆柱形或正圆柱形的开口，并且所述开口与所述谐振腔的圆柱轴是同轴的。
47.如权利要求45所述的微波谐振器，其特征在于，所述圆柱形的开口为椭圆柱形或正圆柱形的开口，并且所述开口与所述谐振腔的圆柱轴是同轴的。
48.如权利要求32所述的微波谐振器，其特征在于，所述材料单元具有圆柱形的开口，所述开口与所述谐振腔的圆柱轴是平行的，其中所述输入端部分的外侧在运转方向上呈凸形逐渐扩展和/或其中所述输出端部分的外侧在运转方向上呈凸形逐渐减小。
49.如权利要求42所述的微波谐振器，其特征在于，所述材料单元具有圆柱形的开口，所述开口与所述谐振腔的圆柱轴是平行的，其中所述输入端部分的外侧在运转方向上呈凸形逐渐扩展和/或其中所述输出端部分的外侧在运转方向上呈凸形逐渐减小。
50.如权利要求33-41中任一项所述的微波谐振器，其特征在于，所述材料单元具有圆柱形的开口，所述开口与所述谐振腔的圆柱轴是平行的，其中所述输入端部分的外侧在运转方向上呈凸形逐渐扩展和/或其中所述输出端部分的外侧在运转方向上呈凸形逐渐减小。
51.如权利要求48或49所述的微波谐振器，其特征在于，所述圆柱形的开口为椭圆柱形或正圆柱形的开口，并且所述开口与所述谐振腔的圆柱轴是同轴的。
52.如权利要求50所述的微波谐振器，其特征在于，所述圆柱形的开口为椭圆柱形或正圆柱形的开口，并且所述开口与所述谐振腔的圆柱轴是同轴的。
53.如权利要求32所述的微波谐振器，其特征在于，所述微波谐振器被构造成在TM0n0谐振模式下运行，其中n为自然数。
54.如权利要求43所述的微波谐振器，其特征在于，所述微波谐振器被构造成在TM0n0谐振模式下运行，其中n为自然数。
55.如权利要求48所述的微波谐振器，其特征在于，所述微波谐振器被构造成在TM0n0谐振模式下运行，其中n为自然数。
56.如权利要求53-55中任一项所述的微波谐振器，其特征在于，所述n大于1。
57.如权利要求56所述的微波谐振器，其特征在于，所述n大于2。
58.如权利要求1-2、5、7-8、10-12、14-17、19-22和24-30中任一项所述的微波谐振器，其特征在于，谐振腔的形状为圆柱形，其中所述束状纤维材料的运转方向横向于所述谐振腔的圆柱轴，并且其中所述测量空间在截面上被构造成长形的槽，其中所述材料单元的第一材料单元沿所述槽的第一宽边布置并且所述材料单元的第二材料单元沿所述槽的对侧第二宽边布置，其中将所述第一材料单元和所述第二材料单元关于穿过所述圆柱轴并且平行于运转方向的对称面彼此镜面对称布置。
59.如权利要求58所述的微波谐振器，其特征在于，所述圆柱形是椭圆柱形或正圆柱形。
60.如权利要求58所述的微波谐振器，其特征在于，所述第一材料单元和/或所述第二材料单元具有与所述圆柱轴平行的、基本上是平的内侧，其中相应的所述输入端部分的外侧在运转方向上以楔状逐渐扩展和/或其中相应的所述输出端部分的外侧在运转方向上以楔状逐渐减小。
61.如权利要求58所述的微波谐振器，其特征在于，所述第一材料单元和/或所述第二材料单元具有与所述圆柱轴平行的、基本上是平的内侧，其中相应的所述输入端部分的外侧在运转方向上呈凸形逐渐扩展和/或其中相应的所述输出端部分的外侧在运转方向上呈凸形逐渐减小。
62.如权利要求58所述的微波谐振器，其特征在于，所述微波谐振器被构造成在TM0nm谐振模式下运行，其中n大于0。
63.如权利要求60所述的微波谐振器，其特征在于，所述微波谐振器被构造成在TM0nm谐振模式下运行，其中n大于0。
64.如权利要求59或61所述的微波谐振器，其特征在于，所述微波谐振器被构造成在TM0nm谐振模式下运行，其中n大于0。
65.如权利要求62或63所述的微波谐振器，其特征在于，所述n大于1。
66.如权利要求65所述的微波谐振器，其特征在于，所述n大于2。
67.一种纺织机，其特征在于，包括至少一个如前述权利要求中任一项所述的微波谐振器。
68.如权利要求67所述的纺织机，其特征在于，所述纺织机是梳理机、并条机或梳棉机。
69.一种材料单元，其用于如权利要求1至61中任一项所述的微波谐振器。
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