CN1278918A

CN1278918A - 水分传感器

Info

Publication number: CN1278918A
Application number: CN98810916A
Authority: CN
Inventors: H·M·戈拉希; M·E·加尔约恩; T·V·布拉洛克
Original assignee: Zellweger Luwa AG
Current assignee: Uster Technologies AG
Priority date: 1997-11-04
Filing date: 1998-10-23
Publication date: 2001-01-03
Anticipated expiration: 2018-10-23
Also published as: BR9813911A; EP1029236B1; WO1999023482A1; JP2001522044A; US6020744A; EP1029236A1; CN1203315C; DE69817007T2; DE69817007D1; TR200001224T2; AR017546A1; AU9554398A; AU751706B2

Abstract

一种装置根据电荷从棉花中流过的速度来测量棉花的水分含量。该装置包括一个水分传感器,它具有第一电极,第二电极和相互交叉在第一和第二电极之间的接地电极。该装置还包括水分含量确定电路,它向第一电极提供第一电荷,并且向第二电极提供第二电荷。水分含量确定电路确定电荷从各自的第一和第二电极通过棉花流到接地电极的速度,并且根据电荷流经棉花的速度来确定棉花的水分含量。借助于向第一电极提供第一电荷,并且向第二电极提供第二电荷,该装置能够在很宽的水分含量范围内精确地测量出棉花的水分含量。这一宽范围是这样实现的,将第一电极上的第一电荷的等级设定在适当的水分等级,它是所需测量范围的上限,而将第二电极上的第二电荷的等级设定在适当的水分等级,它是所需测量范围的下限。

Description

水分传感器

本发明涉及到测量流动材料物理特性的技术领域。本发明特别涉及到对轧棉机中加工的棉花测量其水分含量的技术领域。

确定由轧棉工业生产的棉花纤维质量的一个因素是皮棉在清洁和轧棉过程中存在的水分含量。如果在清洁过程中能够将皮棉的水分含量维持在优选的范围内，皮棉清洁机器就能更高效地工作，并且对棉花纤维的损伤很小。如果能根据皮棉在干燥设备出口处的水分含量而连续地调节皮棉干燥设备，就能将皮棉水分含量维持在优选的范围内。

典型的水分测量系统是根据棉花的电阻来确定水分含量。这种系统从流动的棉花中捕捉棉花的采样，并且将采样压在一个阴极和一个阳极之间。然后，系统测量阴极和阳极之间的电阻。由于棉花的水分含量与棉花的电阻是成反比的，根据凭经验确定的公式就能计算出水分含量。

遗憾的是，电阻测量系统只能在比较小的水分含量范围内保证精确。随着水分含量的增大，电阻会下降。这样，如果系统不能精确地测量小电阻值，测量精度就会变劣。因此，随着水分含量的增大，还需要增大采样的电阻，例如是增大阴极和阳极之间的间隙。反之，随着水分含量的减小，棉花的电阻会增大。通过缩小阴极和阳极之间的间隙从而降低通过采样的电阻，就可以补偿增大的电阻。遗憾的是，这种方案会加重高水分测量的问题。

由于这些相互矛盾的设计问题，典型的水分测量系统是在低水分等级和高水分等级的测量精度之间达成一种折衷。其结果是，这些系统的精确性被限制在靠近预期水分等级范围中心的一个比较小的范围内。如果水分测量系统不能在一个足够宽的水分等级范围内精确地确定水分含量，皮棉干燥机控制系统就只能在棉花中维持小于适当水分等级的水分。如果皮棉干燥机在清洁操作期间不能将水分含量维持在一个最佳范围之内，棉花纤维就会比适当水分等级范围之内的棉花更容易受到损伤。

因而就需要有这样一种方法和装置，它能够在一个足够宽的水分等级范围内精确地测量棉花的水分含量，从而适当地控制轧棉机中的皮棉干燥机。

上述和其他需要是用这样一种装置来实现的，它可以测量诸如棉花等材料的水分含量，材料的电阻是材料的水分含量的一个函数。水分含量是根据电荷通过材料的速度来测量的。该装置有一个包含第一电极，第二电极和接地电极的水分传感器。接地电极在第一和第二电极之间是相互交叉的。该装置还包括水分含量确定电路，它向第一电极提供第一电荷，并且向第二电极提供第二电荷。水分含量确定电路确定电荷从各自的第一和第二电极通过材料流到接地电极的速度，并且根据电荷流经材料的速度来确定棉花的水分含量。

借助于向第一电极提供第一电荷，并且向第二电极提供第二电荷，本发明能够在很宽的水分含量范围内精确地测量出棉花的水分含量。这一宽范围是这样实现的，将第一电极上的第一电荷的等级设定在适当的水分等级，它是所需测量范围的上限，而将第二电极上的第二电荷的等级设定在适当的水分等级，它是所需测量范围的下限。这样就避免了根据电阻来测量水分含量时所面临的上述那些典型的问题。

在最佳实施例中，水分含量确定电路具有第一电荷充电电路和第二电极充电电路。第一电极充电电路将第一电容器充电到第一电压电平，每个第一电极都有一个相应的第一电容器。按照这种方式将第一电压电平提供给每个第一电极。同样，第二电极充电电路将第二电容器充电到第一电压电平，每个第二电极都有一个相应的第二电容器。这样就也能将第一电压电平提供给每个第二电极。

水分含量确定电路还包括一个传感器放电定时器，用来确定与第一电极有关的第一放电时间。用第一放电时间测量第一电极上的第一电压电平由于第一电容器的放电而下降到第二电压电平的速度。传感器放电定时器还要确定与第二电极有关的第二放电时间。用第二放电时间测量第二电极上的第一电压电平由于第二电容器的放电而下降到第二电压电平的速度。传感器放电定时器包括一个用来产生周期性时钟脉冲的时钟，和一个在第一电极上的第一电压电平随着第一电容器放电而下降到第二电压电平的同时对时钟脉冲计数的计数器。计数器还要在第二电极上的第一电压电平随着第二电容器放电而下降到第二电压电平的同时对时钟脉冲计数。

最佳实施例的水分含量计算器根据选定的第一和第二放电时间的次数来确定材料的水分含量。选定的第一和第二放电时间处在选定的时钟脉冲范围之内。水分含量计算器采用这样一种方法来确定水分含量，该方法按照以下的公式将选定的第一和第二放电时间与水分含量相联系：

M = \frac{Σ_{m = 1}^{n_{1}} M_{1} (m) + Σ_{m = 1}^{n_{1}} M_{2} (m)}{n_{1} + n_{2}} (1)

其中的M是用按湿量计算的重量百分数表示的材料中的水分含量，M₁(m)是用第m个选定的第一放电时间来确定的材料的水分含量，m是包括1和n₁在内的1和n₁之间的一个整数，而M₂(m)是用第m个选定的第二放电时间来确定的材料的水分含量，m是包括1和n₂在内的1和n₂之间的一个整数。

在其他最优选实施例中，第一和第二电极包括平行的线性导体。每个第一和第二电极导体在电路上与其他所有导体都是绝缘的。接地电极包括离散的平行线性导体，它们与第一和第二电极导体保持平行并且相互绝缘。每个接地电极处在一个接地电位。

本发明还提供了根据电荷流过材料的速度来测量材料的水分含量的一种方法。为第一电极提供第一电荷，为第二电极提供第二电荷。第一和第二电荷通过材料向相互交叉地连接在第一和第二电极之间的接地电极放电。确定电荷从第一和第二电极通过材料流到接地电极的速度。根据电荷流过第一电极的速度，并且根据电荷流过第二电极的速度来确定材料中的水分含量。

在本发明的最佳实施例中，向第一电极提供第一电荷的步骤中包括将第一电容器充电到第一电压电平并且将第一电压电平提供给第一电极的步骤。向第二电极提供第二电荷的步骤中包括将第二电容器充电到第一电压电平并且将第一电压电平提供给第二电极的步骤。

在某些优选实施例中，确定电荷从第一电极通过材料流到接地电极的速度的步骤中包括确定与第一电极有关的第一放电时间的步骤。用第一放电时间测量第一电极上的第一电压电平随着第一电容器放电而下降到第二电压电平的速度。同样，确定电荷从第二电极通过材料流到接地电极的速度的步骤中包括确定与第二电极有关的第二放电时间的步骤。用第二放电时间测量第二电极上的第一电压电平随着第二电容器放电而下降到第二电压电平的速度。

某些实施例的第一放电时间是在第一电极上的第一电压电平随着第一电容器放电而下降到第二电压电平的同时通过产生周期性的时钟脉冲并且对时钟脉冲计数而确定的。按照同样的方式，第二放电时间是在第二电极上的第一电压电平随着第二电容器放电而下降到第二电压电平的同时通过产生周期性的时钟脉冲并且对时钟脉冲计数而确定的。根据落入一个指定的时钟脉冲范围内的选定的第一和第二放电时间的次数来确定材料的水分含量。

在最佳实施例中，材料的水分含量是用以下的公式根据选定的第一和第二放电时间而确定的：

M = \frac{Σ_{m = 1}^{n_{1}} M_{1} (m) + Σ_{m = 1}^{n_{2}} M_{2} (m)}{n_{1} + n_{2}}, (2)

本发明进一步提供了一种根据电荷流经棉花的速度来测量棉花水分含量的方法。通过对一组第一电容器充电到第一电压电平并且将第一电压电平提供给第一电极而将第一电荷提供给第一电极。每个第一电容器具有大约一微法的电容。通过对一组第二电容器充电到第一电压电平并且将第一电压电平提供给第二电极而将第二电荷提供给第二电极。每个第二电容器具有大约270皮法的电容。第一和第二电荷通过棉花对接地电极放电，接地电极相互交叉在第一和第二电极之间。

第一放电时间和第二放电时间被如下确定。用第一放电时间测量第一电极上的第一电压电平随着第一电容器放电而下降到第二电压电平的速度。同样，用第二放电时间测量第二电极上的第一电压电平随着第二电容器放电而下降到第二电压电平的速度。第一放电时间是通过产生大约2兆赫兹频率的周期性时钟脉冲并且在第一电极上的第一电压电平下降到第二电压电平的过程中对时钟脉冲计数而确定的。按照同样的方式，第二放电时间也是通过产生大约2兆赫兹频率的周期性时钟脉冲并且在第二电极上的第一电压电平下降到第二电压电平的过程中对时钟脉冲计数而确定的。棉花的水分含量是根据落入大约2000到10⁷时钟脉冲范围内的选定的第一和第二放电时间的次数来确定的。时钟脉冲的这一选定范围相当于大约一毫秒到五秒的时间段。确定水分含量的公式是：

M = \frac{Σ_{m = 1}^{n_{1}} M_{1} (m) + Σ_{m = 1}^{n_{2}} M_{2} (m)}{n_{1} + n_{2}}, (3)

其中的M是用按湿量计算的重量百分数表示的棉花的水分含量，

M_{1} (m) = \ln [{(\frac{1.17 \times 10^{13}}{N_{1} (m)})}^{0.663}], - - - - - - (4)

并且

M_{2} (m) = \ln [{(\frac{3.396 \times 10^{9}}{N_{2} (m)})}^{0.663}] . - - - - - - (5)

在以上的公式中，n₁是处在选定范围之内的选定的第一放电时间的个数，n₂是处在选定范围之内的选定的第二放电时间的个数。M₁(m)是用第m个选定的第一放电时间来确定的棉花的水分含量，m是包括1和n₁在内的1和n₁之间的一个整数。M₂(m)是用第m个选定的第二放电时间来确定的棉花的水分含量，m是包括1和n₂在内的1和n₂之间的一个整数。N₁(m)是时钟脉冲中的第m个选定的第一放电时间，而N₂(m)是时钟脉冲中的第m个选定的第二放电时间。

根据以下结合着附图参照最佳实施例的详细说明就可以看出本发明的优点，附图是没有标尺的，在所有附图中用相同的符号来表示相同或是相似的元件，附图如下：

图1是一个水分传感器探针的透视图；

图2是水分传感器探针的边沿图；

图3是水分传感器的功能性框图；以及

图4是第一电极充电电路和第二电极充电电路的一个示意图。

本发明被用来测量棉花的水分含量，例如是在轧棉工业中加工的棉花。尽管本发明的详细描述是针对棉花纤维的水分测量而言的，本发明显然还可以用于测量具有大流量特点的其他材料的水分含量，这种材料可以压在一个平面上，并且其电导率是由水分含量所确定的，且在一定的测量范围之内。

参见图1，在图中表示了本发明的水分传感器(用8表示)的最佳实施例。水分传感器8包括具有一个平面测量面20的测量块9。测量块9是用不导电的高电阻材料制成的，具有很低的吸水性，例如是Teflon。构成测量块9的材料应该能在长时间暴露于水的情况下仍然维持其不导电性。在测量块9的内部有一个传感器电极的阵列，它是由第一电极11a-11b和第二电极10a-10f构成的。第一电极11a-11b和第二电极10a-10f是用高导电性的金属例如铜，铝或是不锈钢制成的平行的线性导体。将第一电极11a-11b和第二电极10a-10f嵌入测量块9内，使电极的边沿暴露在测量面20上。

嵌入测量块9内的还有一个接地电极12a-12i的阵列，它们是在第一电极11a-11b和第二电极10a-10f的阵列内部相互交叉的离散的平行线性导体。如图1所示，每个第一电极和第二电极的侧面分别有两个接地电极12a-12i。全部在电路上接地的接地电极12a-12i也是用高导电金属制成的。接地电极也具有暴露在测量面20上的边沿。

尽管在下文中描述了一种具有两个第一电极11a-11b，六个第二电极10a-10f和九个接地电极12a-12i的水分检测装置，本发明显然并不会受到具体的电极数量的限制。对接地电极数量的一个限制是它的数量应该比第一和第二电极的总数至少多一个。

在一种典型的应用中，可以将测量块9装在一个管道，管子或是导管的内壁上，让棉花从管中流过。尽管图1中表示的测量面20是平面的，测量面20也可以是曲面的，例如是一段圆筒或是圆锥面。只要能让需要测量水分含量的材料充分接触到测量面20，测量面20的形状并不重要。

图2是测量块9的最佳实施例的一个边沿图，让棉花13的采样贴着测量面20。应该让棉花13能持续地接触到第一电极11a-11b，第二电极10a-10f和接地电极12a-12i。如果在第一电极11a-11b上出现正电荷(用符号“+”表示)，在第一电极11a-11b和接地电极12a-12i之间就会产生一个电位。同样，如果在第二电极10a-10f上出现正电荷，在第二电极10a-10f和接地电极12a-12i之间就会产生一个电位。

如果棉花13是完全干燥的，它应该基本上不导电，并且从第一电极11a-11b或是第二电极10a-10f到接地电极12a-12i之间没有明显的电荷流动。然而，随着棉花13水分含量的增大，其电导率也会增大。因此，随着棉花13水分含量的增大，电荷从第一电极11a-11b和第二电极10a-10f流到接地电极12a-12i的速度也会增大。如图2所示，电荷倾向于从正电荷电极例如是第一电极11a(如箭头所示)流向最近的两个接地电极例如是接地电极12c和12d。随着电荷流向接地电极12a-12i，如果第一电极11a-11b和第二电极10a-10f上的电荷得不到补充，第一电极11a-11b和第二电极10a-10f上的电位相对于接地电极12a-12i上的电位就会逐渐下降。

如果第一电极11a-11b上的电位从一个初始值下降到一个低值所需要的时间是已知的，就可以确定电荷从第一电极11a-11b流向接地电极12a-12i的速度。同样，如果第二电极10a-10f上的电位从一个初始值下降到一个低值所需要的时间是已知的，就可以确定电荷从第二电极10a-10f流向接地电极12a-12i的速度。这样就能根据电荷流经棉花13的速度来确定棉花13的水分含量。

图3是按照本发明最佳实施例的一个水分含量确定电路6的功能性框图。在图中同样表示了与接地电极阵列相互交叉的第一电极11a-11b和第二电极10a-10f。在最佳实施例中，第一电极11a-11b与第二电极10a-10f实际上是相同的。然而，第一电极11a-11b被连接到第一电极充电电路上，而第二电极10a-10f被连接到第二电极充电电路上。为了清楚起见，在图3中仅仅表示了连接到第一电极11a上的一个第一电极充电电路14a，以及连接到第二电极10c上的一个第二电极充电电路30c。不言而喻的是，另一个第一电极11b连接到在图3中没有表示的一个第一电极充电电路上，它与第一电极充电电路14a是相同的，没有必要表示在图中。不言而喻的是，其他的第二电极10a，10b，10d，10e和10f被连接到其他第二电极充电电路上，它们在图3中同样没有表示，但是最好还是与第二电极充电电路30c相同。

继续参见图3，水分测量是通过由电极放电定时器48在线46上向第一电极充电电路14a发送一个开始充电信号而启动的。第一电极充电电路14a包括一个电荷发生器16a，它通过节点22a连接到第一电极11a和第一电容器18a。第一电容器18a的另一端是接地的。在电荷发生器16a接收到开始充电信号时，电荷发生器16a就产生存储在第一电容器18a中的第一电荷。在图3中用充电电流26a来表示从电荷发生器16a流向第一电容器18a的电荷。当电荷发生器16a通过线46从电极放电定时器48接收到一个停止充电信号时，电荷发生器16a就停止产生电荷，并且存储在第一电容器18a中的第一电荷开始放电。

如图3所示，第一电容器18a上的电荷有三种可能的路径：回到电荷发生器16a，去往一个电压比较器24a，或者是去往第一电极11a。由于电压比较器24a和电荷发生器16a的输入阻抗与第三种选择相比可能比较高，唯一的路径就是通过第一电极11a对地放电的路径。在图3中用放电电流28a来表示从第一电容器18a流向第一电极11a的电荷。这样，第一电容器18a上的电荷就会从第一电极11a通过棉花13流向最近的接地电极12c和12d。这一放电电流一直持续到第一电容器18a上的电荷耗尽为止，或者是一直到电流28a中断。

随着放电电流28a从节点22a上流出，节点22a上的电压从电极放电定时器48发出放电信号的那一瞬时所处的第一电压电平开始下降。在比较器24a中将节点22a的电压和一个参考电压V_R相比较。电极放电定时器48包括用来检测线60c上的初始逻辑电压电平的一个计数器50c。电极放电定时器48还包括一个时钟52，在最佳实施例中，它产生大约2MHz的周期性时钟脉冲。显然，根据指定的测量时间也可以采用其他的时钟速率。包括时钟52和计数器50c在内的电极放电定时器48最好是用一个微处理器式的计算机构成。

在停止充电信号被发送给电荷发生器16a时，计数器50c开始对时钟脉冲计数，同时检测线60c上的电压电平。在最佳实施例中，线60c上的第一电压电平是一个逻辑高电平，例如是5伏。随着第一电容器18a放电，比较器24a的正输入端上的电压电平下降。当比较器24a正输入端上的电压电平下降到接近参考电压V_R的电平时，比较器24a输出端上的电压就会下降到逻辑低电平。当比较器24a的输出电压电平也就是线60c上的电压下降到逻辑低电平时，计数器50c停止计数。这样就能用计数器50c随着比较器24a的正输入端从第一或是初始值下降到第二或是后续值而对时钟脉冲数计数来确定与第一电极11a有关的第一放电时间。

在图3中还表示了第二电极充电电路30c，它包括通过节点36c连接到一个第二电极10c上的电荷发生器32c和第二电容器34c。电压比较器38c的正输入端也连接到接点36c上，比较器38c的输出连接到线60d上。第二电极充电电路30c的工作方式与上述的第一电极充电电路14a类似。然而，这两个传感器充电电路之间的一个明显差别在于电容器18a和34c的大小不同。由于存在电容值上的差别，在第二电容器34c上产生的第二电荷比第一电容器18a上形成的第一电荷要小。在下文中将要具体说明电荷电平的这一差别及其对本发明的操作的影响。

继续参见图3，在第一电极放电电流28a和28b流动时，计数器50c和50f分别检测线60c和60f上的电压电平，并且确定代表着与第一电极11a和11b有关的第一放电时间的脉冲计数值。在第二电极放电电流42a-42f流动时，计数器50a，50b，50d，50e，50g和50h分别检测线60a，60b，60d，60e，60g和60h上的电压电平，并且确定代表着与第二电极10a-10f有关的第二放电时间的脉冲计数值。这八个脉冲计数值被提供给一个水分含量计算器56。

由微处理器式的计算机构成的水分含量计算器56根据来自计数器50a-50h的这八个脉冲计数值确定棉花13的水分含量。水分含量计算器56首先排除落在指定的时钟脉冲范围之外的任何脉冲计数值。在最佳实施例中，这一指定的范围是2000到10⁷个脉冲。在使用选定的2MHz时钟时，这一范围相当于大约一毫秒到五秒的一个时间窗口。因此，在最佳实施例中，只有脉冲计数不小于2000并且不大于10⁷的选定的放电时间才能用来确定水分含量。水分含量计算器使用这些选定的放电时间按照以下的公式来确定棉花13的水分含量：

M =

\frac{Σ_{m = 1}^{n_{1}} M_{1} (m) + Σ_{m = 1}^{n_{1}} M_{2} (m)}{n_{1} + n_{2}}, (6)

其中的M是用湿量百分数表示的水分含量。上述公式中的M₁(m)是用第一电极11a和11b的总共n₁个选定的第一放电时间当中的第m个选定的第一放电时间来确定的棉花水分含量百分数。M₂(m)是用第二电极10a-10f的总共n₂个选定的第二放电时间当中的第m个选定的第二放电时间来确定的棉花水分含量百分数。M₁(m)是用下式来确定的：

M_{1} (m) = \ln [{(\frac{1.171 \times 10^{13}}{N_{1} (m)})}^{0.663}], - - - - - - - (7)

其中的N₁(m)是用来自第一电极的时钟52的脉冲代表的第m个选定的第一放电时间。

M₂(m)是用下式来确定的：

M_{2} (m) = \ln [{(\frac{3.396 \times 10^{9}}{N_{2} (m)})}^{0.663}], - - - - - - (8)

其中的N₂(m)是用来自第二电极的时钟52的脉冲代表的第m个选定的第二放电时间。公式中给定的系数是为大约6．9伏的初始电压值和大约4．64伏的低电压值确定的。也可以确定针对其他电压值的系数。

在本发明的最佳实施例中，n₁是2，而n₂是6。然而，显而易见的是，按照本发明的确定水分含量的方法并不仅限于任何特定的n₁或是n₂值。另外，本发明也不仅限于n₁和n₂值之间的任何特定关系。

在本发明的典型应用中，水分含量计算器56将水分含量值M提供给轧棉机器内部的一个水分控制系统54。水分控制系统54是例如皮棉干燥机的一种装置，它使用水分含量值来调节棉花的水分含量，尽量减少棉花纤维的损伤，并且提高轧棉机的工作效率。这一水分含量值还被提供给一个水分含量显示器58，例如是一个可供操作人员观察的数字显示器。

如上所述，第一电极充电电路14a和第二电极充电电路30c之间的一个差别在于电容器18a和34c的大小不同。在最佳实施例中，第一电极充电电路14a包括一个一微法的电容器18a，而第二电极充电电路30c包括一个270皮法的电容器34c。第一电容器18a的电荷存储容量大约是第二电容器34c的3700倍。因此，当这两个电容器18a和34c被充电到相同的初始电压电平时，第一电容器18a所需要的放电时间比第二电容器34c的放电时间长。如果两个放电电流28a和42c流过具有相同电导率的路径例如是棉花13的采样时也是这样。

通过对相同的棉花水分含量采用具有不同放电时间的电容器18a和34c，就可以增大在选定的放电时间内能够测量的水分含量范围。例如，如果棉花13的采样具有14．9％的水分含量，在一微法电容器18a上的电位从6．9伏下降到4伏需要大约一毫秒。一毫秒相当于2MHz时钟52的2000个脉冲，这一值处在选定的放电时间范围之内。然而，如果棉花13的采样只有3．9％的水分含量，一微法电容器18a从6．9伏放电到4．64伏就需要2MHz时钟52的3×10¹⁰个脉冲(四小时以上)。这样长的放电时间对于快速测量水分的需要来说是不可能的，因而会落在选定的放电时间范围之外。

另一方面，270皮法的电容器34c上的6．9伏初始电位在通过具有3．9％水分含量的棉花13放电时，下降到4．64伏需要大约9．48×10⁶个脉冲(大约五秒)。由于轧棉机中典型的水分控制系统需要在每分钟内将水分测量值更新许多次，由270皮法的电容器34c所提供的小于五秒的放电时间最适合低水分测量。然而，270皮法对于测量具有高水分含量的棉花来说并不是合适的容量。例如，第二电容器34c在通过14．9％水分含量的棉花13放电时只需要2MHz时钟52的不到一个脉冲。这样的放电时间对于用最佳实施例的时钟52来分辨来说可能是太短了。

上述的例子说明了本发明的双重范围水分检测方案的补充特征。如果将第二电极充电电路设计成能够测量3．9％到9．5％的水分，并且将第一电极充电电路设计成能够测量9．3％到14．9％的水分，本发明的最佳实施例就能精确地测量11％宽度范围内的水分含量。这样，本发明的水分测量范围就能比现有技术装备的测量范围扩大两倍以上。

从上文中可以看出，如果包括另外的多组电极，并且用比最佳实施例中所用的电容器更大或是更小的电容器充电，本发明的水分检测范围还可以进一步扩展。例如，可以用包括大于一微法的电容器的第三电极充电电路为一组第三电极充电。第三电极上的电荷水平可以将水分测量范围扩展到比14．9％更高的水分等级。同样，也可以用包括小于270皮法的电容器的第四电极充电电路为一组第四电极充电。第四电极上的电荷水平可以将水分测量范围扩展到比3．9％更低的水分等级。在某一点上，电容器的大小可能会降到使漏电流变成更敏感因素的地步。然而，在此时可以使用具有更小的漏电流的电路。由此就可以看出，本发明的范围并没有受到仅仅两个电极充电电平的限制。

其他显而易见的情况还有，提供给最佳实施例的第一和第二电极的不同的电荷水平也可以利用其他不同手段而非不同大小的电容器来实现。只要在放电之前为第一和第二电极提供不同的初始电压电平，就可以获得不同的电荷水平。例如，在一个变更的实施例中，为第一电极提供第三电压电平，为第二电极提供第四电压电平，而第三电压电平比第四电压电平高。第一电极上较高的初始电压电平使得第一电极上的电荷水平比第二电极上的电荷水平高。在这一变更的实施例中，第一放电时间是通过测量第一电极随着放电电流从第一电极流到接地电极而从第三电压电平下降到第五电压电平所需的时间来确定的。同样，第二放电时间是通过测量第二电极随着放电电流从第二电极流到接地电极而从第四电压电平下降到第六电压电平所需的时间来确定的。这一变更实施例中的第五和第六电压电平可以是相同或是不同的电压电平。

参见图4，图中给出了第一电极充电电路14a的最佳实施例的更详尽的说明。以下的说明同样可以用于与充电电路14a功能相同的第一电极充电电路14b。从水分测量的充电部分开始，电极放电定时器48将线46上的电压设定在一个逻辑高电平。线46被连接到一个固体开关器件138，例如是Analog Devices制造的序号为ADG419的器件，它响应逻辑高电平将固体开关134a和134b驱动到图4中所示的位置：开关134a闭合，开关134b打开。在这一状态下，运算放大器(opamp)102正输入端即节点100上的电压与齐纳二极管140正端上的节点141处在相同的电压电平。opamp 102的输出通过电阻122和二极管116及114连接到节点22a上。opamp 102的负输入，第一电容器18a和第一电极11a也连接到节点22a上。opamp 102是一个为第一电容器18a充电的差分输入放大器，直到节点22a上的电压接近等于节点100上的电压。

节点22a上的电压也就是第一电容器18a和棉花采样13上的电压同样出现在opamp 104的正输入端上。opamp 104是一个单位增益缓冲器，它的阻抗很高的输入连接到节点22a上。opamp 104的输出驱动比较器24a，一个防护环118(在图4中用虚线表示)，以及二极管112和114的阳极。防护环118用来尽量减小印刷电路板上的表面漏电流。opamp 104的输出通过电阻124连接到二极管114的阳极，在电容器18a放电期间让二极管114的的电压接近零伏，这样就能尽量减少通过二极管114的漏电流。节点147上的参考电压V_R(大约是4．7伏)被提供给比较器24a的负输入端。在电容器18a放电到第二电压的时候，比较器24a的输出从电容器18a持续放电期间的逻辑高电平下降到逻辑低电平。电阻128和130将比较器24a的输出逻辑电平削弱到适合通过缓冲opamp 108发送的一个电平。缓冲器108的输出出现在线60c上。如图3所示，线60c连接到电极放电定时器48的计数器50c的输入端。在本发明的最佳实施例中，线60c上的初始电压电平是逻辑高电平。

电极放电定时器48从它将线46设定为高逻辑电压的时刻开始等待大约100毫秒，在这段时间内为第一电容器18a充电，然后将线46上的电压设定到逻辑低电平。这时，开关器件138就会改变状态，开关134a打开，开关134b闭合。在这种状态下，opamp 102被接地，而opamp 102输出端上的电压电平会下降。第一电容器18a上的电荷寻找阻抗最低的路径接地，产生一个从第一电极11a通过棉花13流到接地电极12c和12d的放电电流28a。很少量的电荷流经opamp 102的负输入端，opamp 104的正输入端和反向偏置的二极管114，这些元件都具有很高的阻抗。

几乎是在同时，电极放电定时器48将线46上的电压设定到逻辑低电平，计数器50c复位到零，并且开始对时钟脉冲计数。计数器50c连续计数，直到线60c上的电压下降到逻辑低电平。然后用水分含量计算器56读出计数器50c的值，将其作为变量N₁(1)。

尽管是为了清楚而在图4中仅仅表示了一个第一电极充电电路14a的电路图，本发明的最佳实施例还包括另一个连接到第一电极11b上的第一电极充电电路14b。第一电极充电电路14b与第一电极充电电路14a基本上是相同的，并且由两个电路共享公共节点100，141和147。其结果是，如针对第一电极充电电路14a所述的测量顺序的充电和放电部分的工作方式与第一电极充电电路14b是相同的。在完成了测量顺序的放电部分时，水分含量计算器56读出与第一电极充电电路14b有关的计数器50d的值，将其作为变量N₁(2)。

继续参见图4来具体说明第二电极充电电路30c的一个最佳实施例。以下的说明同样可以用于与充电电路30c功能相同的第二充电电路30a，30b和30d-30f。从水分测量的充电部分开始，电极放电定时器48将线46上的电压设定在一个逻辑高电平。线46被连接到一个固体开关器件138，它响应逻辑高电平将固体开关134a和134b驱动到图4中所示的位置：开关134a闭合，开关134b打开。在这一状态下，opamp 162正输入端即节点100上的电压与齐纳二极管140正端上的节点141处在相同的电压电平。opamp 162的输出通过电阻172，二极管158和JFET 156连接到节点36c上。opamp 162的负输入，第二电容器34c和第二电极10c也连接到节点36c上。opamp 162是一个为第二电容器34c充电的差分输入放大器，直到节点36c上的电压接近等于节点100上的电压。

节点36c上的电压也就是第二电容器34c和棉花采样13上的电压同时出现在opamp 164的正输入端上。opamp 164是一个单位增益缓冲器，它的阻抗很高的输入连接到节点36c上。opamp 164的输出驱动比较器38c，一个防护环160(在图4中用虚线表示)，二极管154和158的阳极，以及连接成二极管的JFET 156的栅极。防护环160用来尽量减小印刷电路板上的表面漏电流。opamp 164的输出通过电阻170连接到JFET 156的栅极，在电容器34c放电期间让JFET 156上的电压接近零伏，这样就能尽量减少通过JFET 156的漏电流。

节点147上的参考电压V_R(大约是4．7伏)被提供给比较器38c的负输入端。在电容器34c放电到第二电压的时候，比较器38c的输出从电容器34c持续放电期间的逻辑高电平下降到逻辑低电平。电阻176和178将比较器38c的输出逻辑电平削弱到适合通过缓冲opamp168发送的电平。缓冲器168的输出出现在线60d上。如图3所示，线60d连接到电极放电定时器48的计数器50d的输入端。在本发明的最佳实施例中，线60d上的初始电压电平是逻辑高电平。

电极放电定时器48从它将线46设定为高逻辑电压的时刻开始等待大约100毫秒，在这段时间内为第二电容器34c充电，然后将线46上的电压设定到逻辑低电平。这时，开关器件138就会改变状态，开关134a打开，开关134b闭合。在这种状态下，opamp 162的正输入端被接地，而opamp 162输出端上的电压电平会下降。第二电容器34c上的电荷寻找阻抗最低的路径接地，产生一个从第二电极10c通过棉花13流到接地电极12d和12e的放电电流42c。很少量的电荷流经opamp 162的负输入端，opamp 164的正输入端和连接成二极管的JFET 156的栅极／沟道，这些元件都具有很高的阻抗。

当电极放电定时器48将线46上的电压设定到逻辑低电平时，计数器50d复位到零，并且开始对时钟脉冲计数。计数器50d连续计数，直到线60d上的电压下降到逻辑低电平。然后用水分含量计算器56读出计数器50d的值，将其作为变量N₂(3)。

尽管是为了清楚而在图4中仅仅表示了一个第二电极充电电路34c的电路图，本发明的最佳实施例还包括连接到第二电极10a，10b，10d，10e和10f上的另外五个第二电极充电电路30a，30b，30d，30e和30f。第二电极充电电路30a，30b，30d，30e和30f与第二电极充电电路30c基本上是相同的，并且由所有电路共享公共节点100，141和147。其结果是，如针对第二电极充电电路30c所述的测量顺序的充电和放电部分的工作方式与第二电极充电电路30a，30b，30d，30e和30f是相同的。在完成了测量顺序的放电部分时，水分含量计算器56分别读出与第二电极充电电路30a，30b，30d，30e和30f有关的计数器50a，50b，50e，50g和50h的值，将其作为变量N₂(1)，N₂(2)，N₂(4)，N₂(5)和N₂(6)。

尽管在本发明的最佳实施例中第一和第二电荷是同时分别提供给一组传感器电极的，显而易见的是，第一和第二电荷也可以在不同时间提供给同样的一组传感器电极。例如，可以将传感器电极连接到开关上，根据开关的状态将传感器电极连接到第一充电电路或是第二充电电路。在这种变更的实施例中，测量顺序从每个传感器电极连接到对应的第一充电电路上开始。在第一电荷通过材料放电并且确定了第一放电时间之后，开关改变状态，将传感器电极连接到第二充电电路。第二充电电路向传感器电极提供第二电荷，第二电荷通过材料放电，并且确定第二放电时间。从这一点开始按照与上述最佳实施例相同的方式根据第一和第二放电时间确定水分含量。由此可以看出，这种测量顺序也可以掉换成在第一放电时间之前确定第二放电时间。

本领域的技术人员根据上文的说明和附图显然还可以对本发明的实施例进行修改和变更。因此，以上的说明和附图仅仅是为了解释最佳的实施例而不是为了限制，本发明的实质和范围是由附带的权利要求书来确定的。

Claims

1．一种装置，它根据电荷通过材料的速度来测量材料的水分含量，该装置包括：

水分传感器，它具有：

第一电极，

第二电极和

相互交叉在第一电极和第二电极之间的接地电极：以及

水分含量确定电路，它向第一电极提供第一电荷，并且向第二电极提供第二电荷，其中的第一电荷和第二电荷处在不同的电荷水平，用来确定电荷从各自的第一和第二电极通过材料流到接地电极的速度，并且根据电荷流经材料的速度来确定材料的水分含量。

2．按照权利要求1的装置，其特征是水分含量确定电路中进一步包括：

电极充电电路，它包括：

第一电极充电电路，它们各自具有与一个第一电极相联系的

第一电容器，第一电容器被充电到第一电压电平，将第一电压电平提供给对应的一个第一电极，以及

第二电极充电电路，它们各自具有与一个第二电极相联系的第二电容器，第二电容器被充电到第一电压电平，将第一电压电平提供给对应的一个第二电极；

一个放电定时器，用来确定与第一电极有关的第一放电时间，并且确定与第二电极有关的第二放电时间，用第一放电时间测量第一电极上的第一电压电平由于第一电容器的放电而下降到第二电压电平的速度，用第二放电时间测量第二电极上的第一电压电平由于第二电容器的放电而下降到第二电压电平的速度；以及

一个水分含量计算器，用来根据第一和第二放电时间确定材料的水分含量。

3．按照权利要求2的装置，其特征是放电定时器进一步包括：

用来产生周期性时钟脉冲的时钟；和

至少一个计数器，在第一电极上的第一电压电平随着第一电容器放电而下降到第二电压电平的同时对时钟脉冲计数，并且在第二电极上的第一电压电平随着第二电容器放电而下降到第二电压电平的同时对时钟脉冲计数。

4．按照权利要求3的装置，其特征是水分含量计算器仅仅根据选定的第一放电时间和选定的第二放电时间的次数来确定材料的水分含量，选定的第一和第二放电时间处在指定的时钟脉冲范围之内。

5．按照权利要求4的装置，其特征是水分含量计算器根据选定的第一放电时间和选定的第二放电时间来确定材料的水分含量，其公式是：

M = \frac{Σ_{m = 1}^{n_{1}} M_{1} (m) + Σ_{m = 1}^{n_{1}} M_{2} (m)}{n_{1} + n_{2}},

其中的M是用按湿量计算的重量百分数表示的材料中的水分含量。

M₁(m)是用第m个选定的第一放电时间来确定的材料的水分含量，m是包括1和n₁在内的1和n₁之间的一个整数，而

M₂(m)是用第m个选定的第二放电时间来确定的材料的水分含量，m是包括1和n₂在内的1和n₂之间的一个整数。

6．按照权利要求1的装置，其特征是进一步包括：

第一电极，它包括平行的线性导体，每个平行的线性导体在电路上与每个其他平行线性导体都是绝缘的；

第二电极，它包括平行的线性导体，每个平行的线性导体在电路上与每个其他平行线性导体都是绝缘的；并且

接地电极包括离散的平行线性导体，它们与第一和第二电极平行线性导体保持平行，每个接地电极的离散平行线性导体在电路上与每个第一和第二电极平行线性导体都是绝缘的，并且每个接地电极的离散平行线性导体处在一个接地电位上。

7．按照权利要求1的装置，其特征是上述材料是轧棉机中的棉花。

8．根据电荷流经棉花的速度来测量棉花水分含量的一种装置，该装置包括：

一个水分传感器，它具有：

具有平行的线性导体的第一电极，每个平行的线性导体在电路上与每个其他平行线性导体都是绝缘的；

具有平行的线性导体的第二电极，每个平行的线性导体在电路上与每个其他平行线性导体都是绝缘的；并且

接地电极具有离散的平行线性导体，它们相互交叉在第一和第二电极平行线性导体之间并且与其保持平行，每个接地电极的离散平行线性导体在电路上与第一和第二电极平行线性导体都是绝缘的，并且每个接地电极的离散平行线性导体处在一个接地电位上；以及一个水分含量确定电路，它具有：

电极充电电路，它包括：

第一电极充电电路，它们各自具有与一个第一电极相联系的第一电容器，其电容量是一微法，第一电容器被充电到第一电压电平，将第一电压电平提供给对应的一个第一电极；以及

第二电极充电电路，它们各自具有与一个第二电极相联系的第二电容器，其电容量是270皮法，第二电容器被充电到第一电压电平，将第一电压电平提供给对应的一个第二电极；

一个放电定时器，用来确定与第一电极有关的第一放电时间，并且确定与第二电极有关的第二放电时间，用第一放电时间测量第一电极上的第一电压电平由于第一电容器的放电而下降到第二电压电平的速度，用第二放电时间测量第二电极上的第一电压电平由于第二电容器的放电而下降到第二电压电平的速度，这一放电定时器具有：

用来产生2兆赫兹频率的周期性时钟脉冲的时钟；和

至少一个计数器，在第一电极上的第一电压电平随着第一电容器放电而下降到第二电压电平的同时对时钟脉冲计数，并且在第二电极上的第一电压电平随着第二电容器放电而下降到第二电压电平的同时对时钟脉冲计数；以及

一个水分含量计算器，用来仅仅根据选定的第一放电时间的个数和选定的第二放电时间的个数来确定棉花的水分含量，选定的第一放电时间和选定的第二放电时间处在指定的时钟脉冲范围之内，水分含量计算器按照以下公式来确定棉花的水分含量：

在以上的公式中，时钟脉冲的指定范围是2000个时钟脉冲到10⁷个时钟脉冲之间，

n₁是选定的第一放电时间的个数，

n₂是选定的第二放电时间的个数，

M₁(m)是用第m个选定的第一放电时间来确定的棉花的水分含量，m是包括1和n₁在内的1和n₁之间的一个整数，

M₂(m)是用第m个选定的第二放电时间来确定的棉花的水分含量，m是包括1和n₂在内的1和n₂之间的一个整数，

N₁(m)是时钟脉冲中的第m个选定的第一放电时间，而

N₂(m)是时钟脉冲中的第m个选定的第二放电时间。

9．根据电荷流过材料的速度来测量材料中水分含量的一种方法，该方法包括以下步骤：

为第一电极提供第一电荷；

为第二电极提供第二电荷，第一电荷和第二电荷处在不同的电荷水平；

第一电荷通过材料向相互交叉地连接在第一和第二电极之间的接地电极放电；

第二电荷通过材料向接地电极放电；

确定电荷从第一电极通过材料流到接地电极的速度；

确定电荷从第二电极通过材料流到接地电极的速度；以及

根据电荷流过第一电极的速度，并且根据电荷流过第二电极的速度来确定材料中的水分含量。

10．按照权利要求9的方法，其特征是：

向第一电极提供第一电荷的步骤中包括以下步骤：

将第一电容器充电到第一电压电平；并且

将第一电压电平提供给第一电极；以及

向第二电极提供第二电荷的步骤中包括以下步骤：

将第二电容器充电到第一电压电平；并且

将第一电压电平提供给第二电极。

11．按照权利要求10的方法，其特征是：

确定电荷从第一电极通过材料流到接地电极的速度的步骤中包括确定与第一电极有关的第一放电时间的步骤，用第一放电时间测量第一电极上的第一电压电平随着第一电容器放电而下降到第二电压电平的速度；并且

确定电荷从第二电极通过材料流到接地电极的速度的步骤中包括确定与第二电极有关的第二放电时间的步骤，用第二放电时间测量第二电极上的第一电压电平随着第二电容器放电而下降到第二电压电平的速度。

12．按照权利要求11的方法，其特征是：

确定与第一电极有关的第一放电时间的步骤中包括以下步骤：

产生周期性的时钟脉冲；并且

在第一电极上的第一电压电平随着第一电容器放电而下降到

第二电压电平的同时对时钟脉冲计数；并且

确定与第二电极有关的第二放电时间的步骤中包括以下步骤：

产生周期性的时钟脉冲；并且

在第二电极上的第一电压电平随着第二电容器放电而下降到第二电压电平的同时对时钟脉冲计数。

13．按照权利要求12的方法，其特征在于确定材料水分含量的步骤是仅仅根据选定的第一放电时间的次数和选定的第二放电时间的次数来执行的，选定的第一放电时间和选定的第二放电时间处在一个指定的时钟脉冲范围之内。

14．按照权利要求13的方法，其特征是材料的水分含量是根据选定的第一放电时间和选定的第二放电时间按照以下的公式来确定的：

M = \frac{Σ_{m = 1}^{n_{1}} M_{1} (m) + Σ_{m = 1}^{n_{2}} M_{2} (m)}{n_{1} + n_{2}}

其中的M是用按湿量计算的重量百分数表示的材料中的水分含量，

15．按照权利要求9的方法，其特征是上述材料是轧棉机中的棉花。

16．根据电荷流过棉花的速度来测量棉花中水分含量的一种方法，该方法包括以下步骤：

用以下方法为第一电极提供第一电荷：

将电容量为一微法的第一电容器充电到第一电压电平；并且

将第一电压电平提供给第一电极；

用以下方法为第二电极提供第二电荷：

将电容量为270皮法的第二电容器充电到第一电压电平；并且

将第一电压电平提供给第二电极；

第一电荷通过棉花对接地电极放电，接地电极相互交叉在第一和第二电极之间；

第二电荷通过棉花对接地电极放电；

确定与第一电极有关的第一放电时间，用第一放电时间测量第一电极上的第一电压电平随着第一电容器放电而下降到第二电压电平的速度，确定与第一电极有关的第一放电时间的步骤包括以下步骤：

产生2兆赫兹频率的周期性时钟脉冲；并且

在第一电极上的第一电压电平随着第一电容器放电而下降到

第二电压电平的过程中对时钟脉冲计数；

确定与第二电极有关的第二放电时间，用第二放电时间测量第二电极上的第一电压电平随着第二电容器放电而下降到第二电压电平的速度，确定与第二电极有关的第二放电时间的步骤包括以下步骤：

产生2兆赫兹频率的周期性时钟脉冲；并且

在第二电极上的第一电压电平随着第二电容器放电而下降到第二电压电平的过程中对时钟脉冲计数；以及

根据选定的第一放电时间的个数和选定的第二放电时间的个数来确定棉花的水分含量，选定的第一放电时间和选定的第二放电时间落入一个指定的时钟脉冲范围之内，确定棉花水分含量的步骤是按照以下的公式执行的：

M = \frac{Σ_{m = 1}^{n_{1}} M_{1} (m) + Σ_{m = 1}^{n_{2}} M_{2} (m)}{n_{1} + n_{2}},

在以上的公式中，指定的时钟脉冲范围处在大约2000个时钟脉冲到大约10⁷个时钟脉冲之间，

n₁是选定的第一放电时间的个数，

n₂是选定的第二放电时间的个数，

N₁(m)是时钟脉冲中的第m个选定的第一放电时间，而

N₂(m)是时钟脉冲中的第m个选定的第二放电时间。

17．一种装置，它根据电荷通过材料的速度来测量材料的水分含量，该装置包括：

水分传感器，它具有：

传感器电极，和

相互交叉在传感器电极之间的接地电极；以及

水分含量确定电路，它向传感器电极提供第一电荷，并且向传感器电极提供第二电荷，其中的第一电荷和第二电荷处在不同的电荷水平，用来测量第一电荷和第二电荷从传感器电极通过材料流到接地电极的速度，并且根据第一电荷和第二电荷流经材料的速度来确定材料的水分含量。

18．按照权利要求17的装置，其特征是水分含量确定电路中进一步包括：

充电电路，它包括：

第一充电电路，用于向传感器电极提供第一电荷，以及

第二充电电路，用于向传感器电极提供第二电荷；

一个放电定时器，用来确定与第一电荷有关的第一放电时间，并且确定与第二电荷有关的第二放电时间，用第一放电时间测量传感器电极上的第一电荷通过材料放电的速度，并且用第二放电时间测量传感器电极上的第二电荷通过材料放电的速度；以及

19．按照权利要求18的装置，其特征是：

每个第一充电电路向对应的一个传感器电极提供第三电压电平；

每个第二充电电路向对应的一个传感器电极提供第四电压电平；以及

放电定时器通过测量第三电压电平随着传感器电极上的第一电荷经由材料放电而下降到第五电压电平的速度来确定第一放电时间，并且通过测量第四电压电平随着传感器电极上的第二电荷经由材料放电而下降到第六电压电平的速度来确定第二放电时间。

20．按照权利要求18的装置，其特征是：

每个第一充电电路具有对应着一个传感器电极的第一电容器，将第一电容器充电到第一电压电平，再将第一电压电平提供给对应的一个传感器电极；

每个第二充电电路具有对应着一个传感器电极的第二电容器，将第二电容器充电到第一电压电平，再将第一电压电平提供给对应的一个传感器电极；以及

放电定时器通过测量传感器电极上的第一电压电平随着第一电容器放电而下降到第二电压电平的速度来确定第一放电时间，并且通过测量传感器电极上的第一电压电平随着第二电容器放电而下降到第二电压电平的速度来确定第二放电时间。

21．按照权利要求20的装置，其特征是上述放电定时器进一步包括：

用来产生周期性时钟脉冲的时钟；以及

至少一个计数器，用来在第一电压电平随着第一电容器放电而下降到第二电压电平的同时对时钟脉冲计数，并且在第一电压电平随着第二电容器放电而下降到第二电压电平的同时对时钟脉冲计数。

22．按照权利要求21的装置，其特征是水分含量计算器仅仅根据选定的第一放电时间的个数和选定的第二放电时间的个数来确定材料的水分含量，选定的第一放电时间和选定的第二放电时间处在指定的时钟脉冲范围之内。

23．按照权利要求22的装置，其特征是水分含量计算器根据选定的第一放电时间和选定的第二放电时间来确定材料的水分含量，其公式是：

M = \frac{Σ_{m = 1}^{n_{1}} M_{1} (m) + Σ_{m = 1}^{n_{1}} M_{2} (m)}{n_{1} + n_{2}},

24．按照权利要求17的装置，其特征是进一步包括：

传感器电极，它包括平行的线性导体，每个平行的线性导体在电路上与每个其它平行线性导体都是绝缘的；并且

接地电极包括离散的平行线性导体，它们与传感器电极平行线性导体保持平行，每个接地电极的离散平行线性导体在电路上与每个传感器电极平行线性导体都是绝缘的，并且每个接地电极的离散平行线性导体处在一个接地电位上。

25．按照权利要求17的装置，其特征是上述材料是轧棉机中的棉花。

26．一种根据电荷流经材料的第一和第二速度来测量材料水分含量的方法，其特征是包括以下步骤：

向材料提供第一电荷；

向材料提供第二电荷，其中的第二和第一电荷处在不同的电荷水平；

通过材料使第一电荷放电；

通过材料使第二电荷放电；

在第一电荷放电时确定电荷流经材料的第一速度；

在第二电荷放电时确定电荷流经材料的第二速度；以及

根据电荷在第一和第二电荷放电时流经材料的第一和第二速度来确定材料的水分含量。

27．按照权利要求26的方法，其特征是：

向材料提供第一电荷的步骤中包括向接触到材料的传感器电极提供第三电压电平的步骤；

向材料提供第二电荷的步骤中包括向传感器电极提供第四电压电平的步骤；

确定电荷流经材料的第一速度的步骤中包括确定与第一电荷有关的第一放电时间的步骤，用第一放电时间测量传感器电极上的第三电压电平随着传感器电极上的第一电荷通过材料放电而下降到第五电压电平的第一速度；以及

确定电荷流经材料的第二速度的步骤中包括确定与第二电荷有关的第二放电时间的步骤，用第二放电时间测量传感器电极上的第四电压电平随着传感器电极上的第二电荷通过材料放电而下降到第六电压电平的第二速度。

28．按照权利要求26的方法，其特征是：

向材料提供第一电荷的步骤中包括以下步骤：

将第一电容器充电到第一电压电平；并且

将第一电压电平提供给接触到材料的传感器电极；

向材料提供第二电荷的步骤中包括以下步骤：

将第二电容器充电到第一电压电平；并且

将第一电压电平提供给传感器电极；

确定电荷流经材料的第一速度的步骤中包括确定与第一电荷有关的第一放电时间的步骤，用第一放电时间测量传感器电极上的第一电压电平随着第一电容器放电而下降到第二电压电平的第一速度；以及

确定电荷流经材料的第二速度的步骤中包括确定与第二电荷有关的第二放电时间的步骤，用第二放电时间测量传感器电极上的第一电压电平随着第二电容器放电而下降到第二电压电平的第二速度。

29．按照权利要求28的方法，其特征是：

确定与第一电荷有关的第一放电时间的步骤中包括以下步骤：

产生周期性的时钟脉冲；并且

在传感器电极上的第一电压电平随着第一电容器放电而下降

到第二电压电平的同时对时钟脉冲计数；并且

确定与第二电荷有关的第二放电时间的步骤中包括以下步骤：

产生周期性的时钟脉冲；并且

在传感器电极上的第一电压电平随着第二电容器放电而下降到第二电压电平的同时对时钟脉冲计数。

30．按照权利要求29的方法，其特征在于确定材料水分含量的步骤是仅仅根据选定的第一放电时间的个数和选定的第二放电时间的个数来执行的，选定的第一放电时间和选定的第二放电时间处在一个指定的时钟脉冲范围之内。

31．按照权利要求30的方法，其特征是材料的水分含量是根据选定的第一放电时间和选定的第二放电时间按照以下的公式来确定的：

M = \frac{Σ_{m = 1}^{n_{1}} M_{1} (m) + Σ_{m = 1}^{n_{2}} M_{2} (m)}{n_{1} + n_{2}},

32．按照权利要求26的方法，其特征是上述材料是轧棉机中的棉花。