CN1178581A - 测定木材的介电特性 - Google Patents

Abstract

一种测定木材烘干窑(10)中木材(12)的介电特性的方法和装置,在电极(16)之间放置木材,经电阻元件(24)向电极施加正弦电压(38),测定所施加的电压(V₁)和跨越电极的电压(V₂)之间的相角(ω)以及这些电压的幅度,并从这些数值确定电极之间复阻抗的相角和幅度。

Description

测定木材的介电特性

本发明涉及测定木材介电特性的方法，特别是为了从中得到木材含水量的测量值，以及用于该方法的装置。

木材的含水量可用木材的湿重与干重之差除以木材的干重来表示。

在木材烘干窑中干燥木材时，通常要求5％至20％的最终含水量。测量木材含水量的传统方法在接近最终含水量时有合理的精度，但在含水量的值较高时精度变得较低。在30％以上含水量的情况下，传统方法变得完全不可靠。

为了适当地控制干燥木材的环境，例如木材烘干窑，在含水量仍然相对较高，例如超过30％时准确地了解木材的含水量很重要。如果准确地了解在这些相对高的值的含水量，则可以明显加速干燥处理，而不在木材中产生不适合的应力。

根据本发明，提供一种测定木材介电特性的方法，该方法包括将木材置于电极之间，向电极施加变化的电信号，测量信号的电学值，并从该测量值测定电极之间复阻抗的相角和幅度。

变化的电信号可以是适宜的正弦电压并可经由电阻元件施加到电极，并测定所施加的电压(即电阻元件前的电压)和跨越电极的电压(即电阻元件后的电压)之间的相角，和所述电压的幅度。由此可得到电极之间复阻抗的相角和幅角。

可以理解，电极之一即支撑木材的结构可以被接地，而该结构是一种导电材料。

可在一个紧靠电极的电子模块中测定测量值，并可在远离电极的数据处理装置中从测量值测定所述复阻抗的相角和幅度，在电子模块和数据处理装置之间有一数据链路。

根据本发明，还提供一种测定木材介电特性的装置，该装置包括一对其间可设置木材的电极，和用于测定电极之间复阻抗的相角和幅度的装置。

根据本发明，还提供一种木材烘干设备，该设备包括一个木材烘干窑和用于测定窑中被烘干木材的含水量的装置，所述装置包括一对窑中木材可放置其间的电极，和用于测定电极之间复阻抗的相角和幅度的装置。

用于测定电极之间复阻抗的相角和幅度的装置可包括与电极之一串联的一个电阻元件，用于经电阻元件向电极施加正弦电压的装置，和用于测定所施加的电压和跨越电极的电压之间的相角和所述电压的幅度的装置。

下面将参考附图通过实例更详细地描述本发明，其中：

图1是根据本发明设置有测量装置的木材烘干窑中木材堆的端面图；

图2是测量装置的方框图；

图3示出确定电压波形；和

图4是电压的相图。

现在更详细地参考附图，参考标号10表示其中具有木材堆12的木材烘干窑。由隔离物将木材12相互隔开分层排列。根据木材的含水量控制烘干窑中的环境。

为准确地测定木材的含水量，烘干窑设置有测量装置，该装置包括在烘干窑外侧，但紧贴烘干窑的电子模块14，一对在烘干窑内部并通过电连线18连接模块14的电极16，和通过数据链路22连接到电子模块14的远程数据处理器20。在此可有多个烘干窑10，每个烘干窑有其自己的电子模块14，各个电子模块可全部连接到同一个数据处理器20。

电极16为金属板形式并简单地插入木材堆12中层与层之间的空间中。本发明一个重要特性是：由于装置的操作不受与物理接触的程度的影响，在电极16插入木材堆前不需对其进行清洁。电极的尺寸和准确位置也不重要。如果改变电极的尺寸和/或位置，所需要的全部工作是重新校正系统。

电子模块14用来测量测定电极16之间复阻抗的相角和幅度所需的值。这是通过下列方式实现的。电子模块14包括一个与电极之一串联的电阻元件24，和一个振荡器26和相关驱动器28，正弦电压可由此经电阻元件施加到电极。振荡器26具有在超声范围内，例如40kHz量级的频率。标号30指示的阻抗表示电极16之间的阻抗。

电子模块14还包括一个经精密缓冲器34连接到驱动器28的输出，和经精密缓冲器36连接到电极之一的超快比较器32，另一个电极接地。

在图3中以标号38指示施加电压(即，驱动器28的输出)的波形，而跨越电极16(即，电阻元件24之后)的电压的波形在图3中由参考标号40表示。在图4中，所施加电压38是由相量V₁表示的，并且跨越电极的电压由相量V₂表示。由于阻抗30是一个复阻抗，电压V₁和V₂之间存在相差，在图4中由角度ω表示该相差。图4中的Vr是跨越电阻元件24的电压。

比较器32用来分别将正弦电压38和40转换成方波电压42和44。

电子模块14还包括一个“异”(XOR)电路46，其输出在图3中以标号48表示。输出48的RMS值与电压38和40之间的相差成正比变化。缓冲器34和36的输出以及XOR电路46的输出经多路复用器50送到RMS-DC转换器52。与所施加信号的频率相比，多路复用路50具有相对低的取样速度。

RMS-DC转换器52的输出54经数据链路22转送到数据处理器20。

利用下面的等式确定阻抗30的相角：

a＝V₂·cosω

b＝V₂·sinω

d＝V₁/{-a·(a/b-b)}

c＝a·d/b

Cx＝d/{R·2πf}

Rx＝R/(c-1)

其中，V₁是所施加电压的幅度；

      V₂是跨越电极的电压的幅度；

      ω是电压V₁和V₂之间的相差；

      R是串联电阻元件24；

      f是所施加电压的频率；

      Cx是复阻抗30的电容分量的值；和

      Rx是复阻抗30的电阻分量。假设阻抗的电容和电阻分量并联。

在复阻抗包括与电容分量Cx并联的电感分量(Lx)的情况下，可通过在两个不同频率测量复阻抗从Cx独立地确定Lx的值。

应该理解，可利用其它方法测定复阻抗30的相角和幅度。

通过在数据处理器20中适当的数据处理得到木材的含水量。

Claims (10)

1.一种测定木材介电特性的方法，其特征在于，它包括步骤：在电极(16)之间设置木材(12)，向电极施加变化的电信号，测量信号的电学值，和从该测量值测定电极之间复阻抗的相角和幅度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，变化的电信号是经电阻元件(24)施加到电极(16)的正弦电压(38)；和测量值是所施加的电压(V₁)和跨越电极的电压(V₂)之间的相角(ω)，和所述电压的幅度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在紧贴电极的电子模块(14)中确定测量值；在远离电极的数据处理装置(20)中从测量值确定所述复阻抗的相角和幅度；在电子模块和数据处理装置之间有一个数据链路(22)。

4.用于测定木材介电特性的测量装置，其特征在于：包括一对其间可放置木材(12)的电极(16)，和用于测定电极之间复阻抗的相角和幅度的装置(14、20)。

5.一种包括有一个木材烘干窑(10)和用于测定窑中所干燥木材(12)的介电特性的装置的木材烘干设备，其特征在于，所述装置包括一对窑内木材可放置其间的电极(16)，和用于测定电极之间复阻抗的相角和幅度的装置(14、20)。

6.根据权利要求5所述的木材烘干设备，其特征在于，用于测定电极之间复阻抗的相角和幅度的装置包括一个与电极(16)之一串联的电阻元件(24)，用于经电阻元件向电极施加正弦电压(38)的装置(26、28)，和用于测定所施加的电压(V₁)与跨越电极的电压(V₂)之间的相角(ω)和所述电压幅度的装置(34…46)。

7.根据权利要求6的述的木材烘干设备，其特征在于，电阻元件(24)和用于测定所施加的电压(V₁)和跨越电极的电压(V₂)之间的相角(ω)和所述电压的幅度的装置(34…46)构成靠近电极的电子模块(14)的一部分，并且其进一步包括一个远离电极的数据处理装置(20)，用于从测量值确定所述复阻抗的相角和幅度；在电子模块和数据处理装置之间有一数据链路(22)。

8.一种基本如本文所描述和说明的测定木材介电特性的方法。

9.一种基本如本文所描述和说明的测定木材介电特性的测量装置。

10.一种基本如本文所描述和说明的木材烘干设备。

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