CN1153027A - 用于测量烟草的综合介电常数的设备 - Google Patents

Abstract

一种通过因存在烟草产生高频谐振装置失谐的数据分析来测量烟草综合介电常数的设备，包括两个高频谐振器，其各有一壳体，至少一个谐振器具有谐振频率调整装置，该设备还有一控制和数据分析单元，对高频发射装置和/或高频谐振器控制，使两个谐振器被馈送相同频率的高频，在无烟草的情况下处于第一、二谐振器的不同预调谐振频率的中央，在存在烟草的情况下，接收在两个谐振器中高频信号的幅度测量值并以其和值和差值确定烟草综合介电常数，壳体各有一入口和一出口，用以通过烟草加工流，特别是香烟流。

Description

用于测量烟草的综合介电常数的设备

本发明涉及一种用于通过对因存在烟草引起的高频谐振装置失谐的数据分析而测量烟草的综合介电常数的设备，它具有两个分别有一个壳体的高频谐振器，这两个高频谐振器中的至少一个高频谐振器具有一个用于调整谐振频率的调整装置，本发明的设备还具有一个控制和数据分析单元，可用以对一个高频发射装置和/或高频谐振器进行控制，使两个高频谐振器被馈以相同频率的高频场，在不存在烟草的情况下处于第一和第二高频谐振器的不同预调谐振频率的中央，并在存在烟草的情况下接收在两个高频谐振器中收到的高频信号的幅度测量值并在其和值和差值的基础上确定烟草的综合介电常数。

德国专利4342505描述了一种上述类型的测量设备，其中，设有具有第一段和第二段的壳体，其第一段至少在一个具有可传导的材料的半球体中包封固体谐振器，其第二段可让电磁交变场通过。两个高频谐振器可如此相互定位，使具有传导能力的壳体段对高频谐振器屏蔽，防止相互影响并使其让电磁场通过的壳体段面对待测物质。这意味着，只有散射场向外发射并可透入试样(如烟草)，但对小的和快速运动中的试样，如烟草加工工业中的“流”，如香烟流而言，这会损害测试灵敏度和精度。这种连续地被切为单或双使用长度香烟的香烟流由粘合的香烟纸包覆的烟丝流构成。香烟流中的烟草流量(烟草量/单位长度)至少沿较长路径上应尽可能是恒定的。为能控制香烟流中的烟草填充量，须首先检测烟草的流量。为此，当前利用了幅射(β幅射或红外幅射)技术，幅射的衰减是衡量测量范围内的烟草量的尺度。借助高频对烟草流量进行测量的技术也已公开。根据与流量相关的测量信号可对用香烟纸条包覆前的烟草流的形成进行控制，使流量至少近似恒定。为此，采用一个所谓的微调器或均衡器，受与流量相关的测量信号的控制，使该微调器或均衡器从运动中的烟草流中或多或少地除去一些烟草，以便保持流量恒定。譬如美国专利4875494描述了一种相应的设备。

本发明的任务在于继续改进德国专利4342505描述的测量设备。

按照本发明，解决以上任务的技术方案在于，壳体分别具有一个入口和一个出口，用以让烟草加工的烟草流，特别是香烟流通过。烟草加工的其它流包括用于香烟的其它烟料，如合成的烟料、过滤材料或小雪茄烟草或雪茄烟草。

本发明的设备的优点在于具有更高的灵敏度和精度。

从属权利要求描述了本发明的其它实施形式。

借助实施例详细说明本发明。

附图所示为：

图1本发明的一个具有两个壳体的、可传播微波的高频谐振装置的截面图，

图2图1中沿箭头A方向所示谐振装置视图，

图3在两个壳体内有和无充填料时的谐振曲线的变化，

图4用于求得通过壳体的物料的介电常数的实部和虚部的判读电路简图，

图5一个具有两个其内分别有一个介电固体谐振器的壳体的高频谐振装置的截面图。

图1和2示出了一个本发明的高频谐振装置1，该高频谐振装置具有两个以两个壳体2和3为其表现形式的谐振器。这两个壳体为旋转对称结构、在本实施例中为圆柱形结构并且由导电的材料，如铜构成。这些壳体也可具有其它的旋转对称形状或有别于此的形状、如多边形形状。具有图中未示出的、但业已公开的耦合线的同心电缆4和6用于对高频电磁场(微波)进行输入耦合和输出耦合。壳体2和3可包括图中未示出的、用于对谐振频率进行调节的、在最简单的情况下为金属螺钉结构的装置。在这里被强调引用的德国专利43 42505详细描述了高频谐振装置1所实施的、用于确定综合介电常数的测量方法。该方法导致如下用于确定综合介电常数Δε的最终方程： $\mathrm{\Δ\ϵ}\′\mathrm{prop}\frac{F1-F2}{F10+F20}$ 作为综合介电常数ε的实部，其中，三角代表有待测物质通过的壳体2和3与空的壳体之间的差， $\mathrm{\Δ\ϵ}\′\′\mathrm{prop}\frac{F10+F20-(F1+F2)}{F10+F20}$ 作为综合介电常数的虚部，其中，三角(Δ)也代表相同的差。

因为填充空的壳体的空气的介电常数约等于1，所以Δε′和Δε"是衡量ε′和ε"的很精确的尺度。按照图3，在空壳体2和3时，借助谐振曲线f10、f20以及在壳体被待测物质填充或被待测物质通过时借助谐振曲线f1、f2来求得F1、F2、F10、F20的数值。谐振曲线是这样形成的，即壳体2和3中的谐振频率ω10和ω20被调得稍低于和稍高于馈给两个壳体的微波的工作频率ω。在壳体充有待测物质的情况下，两条谐振曲线的谐振频率向较低的频率推移一个Δω量。此外，因为微波通过待测物质被衰减，谐振频率的幅值降低一个ΔA量。在工作频率ω一致和壳体结构相同的情况下，在空的壳体时，F10和F20的数值(如取自同心电缆6处的、经过检波的微波的电压)的大小是相同的。值F1譬如作为处于充有物料的壳体2的同心电缆6处的、经过检波的微波的电压被检测。值F1譬如是处于充有物料的壳体3的同心电缆6处的、经过检波的微波的检测电压。值F2譬如是处于充有物料的壳体3的同心电缆6处的、经过检波的微波的检测电压。

借助图4所示的电路装置描述了在值ε的综合相加中产生的值ε′和ε"的求得。

为了防止高频的(特别是千兆赫范围内的，如约6千兆赫的)微波反馈，一个微波发生器31经由一个公开的环形器32把微波输送给壳体2和3的同心电缆4。受壳体中的物料的影响的输出信号经过环形器33和34被输往微波二极管36和37，微波二极管36和37，譬如为设在德国Boblingen(邮编为71034)的Hewlett-Packard公司的HP 8472B型，并把高频微波转换成与F1和F2相应的直流电压信号。壳体2的被一个放大器38放大的直流电压信号以及壳体3的被一个放大器39放大的直流电压信号被输往一个用以形成F1和F2的差的差分电路41。差分电路41的输出信号被输往一个除法器42，此外，一个加法器43的输出信号也被输往该除法器42。加法器43的输出信号相当于由恒定的信号F10和F20构成的和。在除法器42中，通过减法器41的差分信号和加法器43的累加信号相除形成的信号相当于待测物质的综合介质常数ε的实部ε′。

在加法器44中，由放大器38和39的输出信号形成一个累加信号，该累加信号被输往一个减法器46，在该减法器46中，从加法器43输出的信号中减去以上累加信号。加法器43的输出信号被输往一个除法器47，在该除法器47中形成减法器46和加法器43的输出信号的商。

除法器47的输出信号相当于综合介电常数ε的虚部ε"，而综合介电常数ε在一个综合加法器48中可由ε′和ε"形成。可由相当于这些关系的电信号中求出在一个通过壳体的香烟流中的烟草的质量和/或湿度值。

为此，壳体2和3分别具有一个入口7、8和一个出口9、11。香烟流12在一由不导电材料，如石英制成的管形导向装置13中被导向，沿箭头15方向通过壳体。从而，避免烟末、灰尘或类似物质进入壳体2和3导致故障。由导电材料，如金属制成的管形套管14、16防止高额场通过壳体2和3的进、出口造成有障碍的幅射。

通过导向装置13及香烟流12与壳体轴线17的同心设置，得到了一个具有最佳测量性能的对称结构。

图5所示的设备与图1和图2所示的设备的区别在于，壳体2和3尚分别包括附加的、圆柱形的、譬如由一种适宜的陶瓷材料制成的、介电谐振器21及22。谐振器21及22可通过图中未示出的垫板定位。导向装置13及香烟流12可经过通路23和24通过谐振器21及22。譬如为能求得谐振频率，谐振器21具有一个可相对于谐振器21移动的部分21a。谐振器22也可具有一个相应的，可相对移动的部分。通过介电谐振器21和22，可进一步提高测量的灵敏度和精度。

Claims (7)

1.一种通过对因存在烟草引起的高频谐振装置失谐的数据分析而测量烟草的综合介电常数的设备，包括分别有一个壳体的两个高频谐振器，这两个高频谐振器中至少有一个高频谐振器具有一个调整谐振频率的调整装置，本发明的设备还具有一个控制和数据分析单元，用于对一个高频发射装置和/或高频谐振器进行控制，使两个高频谐振器被馈以相同频率的高频场，在不存在烟草的情况下，处于第一、第二高频谐振器的不同预调谐振频率的中央，在存在烟草的情况下，接收在两个高频谐振器中收到的高频信号的幅度测量值并在其和值和差值的基础上确定烟草的综合介电常数，其特征在于，壳体(2、3)分别具有一个入口(7、8)和一个出口(9、11)，用以通过烟草加工流，特别是香烟流(12)。

2.按照权利要求1所述的设备，其特征在于，谐振器分别具有一个有利地对称的壳体(2、3)，用于高频电场的导线(4)通入壳体(2、3)并且用于接收测量信号的导线(6)从壳体(2、3)中引出。

3.按照权利要求1和/或2所述的设备，其特征在于，壳体为旋转对称的结构，特别是圆柱结构并且入口和出口是与壳体(2、3)  的轴线(17)同心设置的。

4.按照以上权利要求之一项或多项所述的设备，其特征在于，在壳体内设有介电固定谐振器(21、22)。

5.按照权利要求4所述的设备，其特征在于，固定谐振器(21、22)具有为香烟流(12)而设的通路(23、24)。

6.按照以上权利要求之一项或多项所述的设备，其特征在于，设有一个用于香烟流(12)的、通过壳体(2、3)和根据情况通过固体谐振器(21、22)的、封闭的管式导向装置(13)。

7.按照以上权利要求之一项或多项所述的设备，其特征在于，由导电材料，特别是金属制成的管形套管(14、16)包围壳体(2、3)的入口和出口(7、8、9、11)。

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