CN1679419A - 用于微波的谐振器外壳 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于测定烟草加工工业的一个烟卷条(1)的至少一个特性的谐振器外壳(4)。此外，本发明还涉及一种材料用于一个谐振器外壳的一部分的应用。本发明在于，所述谐振器外壳(4)的主要决定谐振器的造型的部分至少部分地由非金属材料制成。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测定烟草加工工业烟卷条的至少一个特性的谐振器外壳。最后本发明还涉及将一种材料用于一个谐振外壳的一部分的应用。
背景技术
关于烟草加工工业的烟卷条可以理解为由能冒烟的材料-例如烟丝、小雪茄烟草、雪茄烟草、或者其它的能冒烟的材料制成的有包封的和无包封的烟卷条。关于这个概念也可以理解为由过滤材料、例如醋酸纤维素或者纸制成的条。
为了测定烟卷条、特别是由一种香烟纸包封的烟丝制成的香烟条的质量和/或湿度，例如EP 0 791 823 A2公开了将烟卷条通过一种由金属材料制成的测量室(以下称为“谐振器外壳”)的办法，在该测量室中给烟卷条加载微波。当烟卷条通过谐振器外壳、并当例如谐振器室空着时，或者相对于标准值，所输入的微波的特性数值发生变化，通过特殊的计算电路可以从这些数值变化中得出烟卷条的单位长度的例如质量和/或湿度。
DE 198 54 550 A1公开了一种由金属材料制成的谐振器外壳至少部分地由具有低热膨胀系数的材料制成。热膨胀系数α表示，当材料加热上升1开尔文(K)时，材料膨胀了总长度的多少分量。
规定包含约64％的铁和约36％的镍的合金为优选的方案。这种合金，也称之为“殷钢”(INVAR)，在室温时其热膨胀系数α为约10-6K-1。这意味着，一个在一个方向上其长度为1米的所述材料的构件当温度提高1开尔文时膨胀1微米(10-6米)。金属、例如铁的典型的热膨胀系数比殷钢的热膨胀系数大一个10倍。
为了继续提高谐振器尺寸的稳定性，在DE 198 54 550 A1中还说明，谐振器外壳具有一个温度调节装置，该装置保持它的工作温度至少接近恒温。
发明内容
本发明的任务是提供一种具有高的测量精度和/或高的测量灵敏度的谐振器外壳。
这个任务的根据本发明的方案在于，所述谐振器外壳的主要决定谐振器的造型的部分至少部分地由非金属材料制成。
所述外壳的主要决定谐振器造型的部分由平面地支承或者形成谐振器壁的部件构成。那些把微波输入和输出谐振器的天线和必要时将天线与外壳以及与谐振壁绝缘而绕天线设置的绝缘环不属于本发明意义的外壳。
为了和金属材料划界关于非金属材料可以理解为特别的非金属原材料，例如陶瓷、塑料、玻璃和玻璃陶瓷。这些原材料即使在例如通过添加或者掺合含有金属原子的情况下也不称之为金属材料，因为含有金属原子并未赋于它们整体的金属特性。然而，用非金属原子、离子或者分子对原材料进行添加当然也可以产生一种能导电的非金属材料。
应按本发明的意义对一个谐振器外壳和一个谐振器加以区分。谐振器是一个空腔(谐振器室)，它至少部分地受到能导电材料的界定(谐振器壁)。输入到谐振器室中的电磁波在导电的谐振器壁上被反射，并且可相应于谐振器的与电磁波频率有关的谐振特性有助益地(增强地)或者破坏地(削弱地)叠加起来。谐振对频率的依赖性导致一个谐振特性曲线，该曲线的走向和谐振器室的造型有关、和谐振器壁使用的材料有关、还和谐振器室中的其它材料有关。
壁材料的导电能力越差，则对电磁波的反射越差，所形成的谐振则越弱。当在谐振器室中存在材料时，一部分电磁波被吸收，这样谐振同样被削弱，或者谐振频率发生偏移。此外，谐振器形状的变化会造成谐振曲线的频率走向发生变化。
与此相反，谐振器外壳则包围着谐振器，确切地说是包围谐振器室，并且赋予它形状。若谐振器外壳本身由一种能导电的材料制成，则该外壳的包围着谐振器的内壁可被视为属于谐振器的谐振器壁看待，这正如下面详细叙述的。
由于当电磁波的频率高时出现的集肤效应使微波渗入到谐振器壁中只是几个微米深。在这个几微米的薄层之外的材料中，材料是否能导电对于在谐振器中的谐振的形成来说并不重要。
根据制成谐振器外壳的材料的特性有意义的或者必要的是，用一种能很好导电的、并且特别是耐腐蚀的材料对谐振器外壳的包围谐振器的内表面进行涂覆。在此情况下只有该涂层才能看作是谐振器壁。在这种情况中，谐振器外壳只是作为一个用于一个不自行支承的谐振器的支承外壳。
因为引入到谐振器中的微波的谐振敏感地与谐振器室的形状和大小有关，因此重要的是，不受环境、例如温度影响地保持谐振器的形状和尺寸恒定。
谐振器外壳的那些决定谐振器室的形状的部分最好由具有低的膨胀系数的非金属材料制成。这样，谐振器室的尺寸和形状也在很大程度上与环境温度无关。这样就保证了微波谐振器室的谐振特性曲线的振幅和形状在很大程度上是恒定的，并且满足了用于测量的一个恒定的标准尺度的要求。非金属材料的热膨胀系数最好在至少20℃至40℃的温度范围内小于10-6K-1。
具有低的热膨胀系数的合适的非金属材料已公开。例如值得一提的几种专门的玻璃陶瓷和玻璃，它们的制造工艺是按照达到一个低的热膨胀系数而进行最佳化的。
Schott玻璃公司(Mainz)的玻璃陶瓷Zerodur在0℃到50℃温度范围内的平均纵向热膨胀系数为0±0.1·10-6K-1、或者更好，这意味着在制造公差为0.1·10-6K-1时达到(几乎)零的热膨胀。这种玻璃陶瓷的原材料是一个玻璃块，在陶瓷化工序时对其加热，并且受控制地重新进行冷却。在受控制的冷却时除了玻璃典型的非晶形的玻璃相外还培育一种结晶相，该结晶相占该材料的重量百分比的70到78。这两个相的热膨胀系数彼此相反，也就是说，在加热该材料时一个相膨胀，而另一个相则收缩。在此材料中的这两个相的重量分量是如此选择的，即结晶相和非晶玻璃相的彼此相反的热膨胀系数总的来说抵消了，这样就产生了(几乎)为零的热膨胀。该材料的机械特性和可加工性与玻璃的相当。
Corning股份有限公司(纽约)的材料ULE是一种平均热膨胀系数为0±0.03·10-6K-1的玻璃。在一种火焰水解方法中该材料分离在一个砂基质上。在这种情况下石英玻璃基本上被挥发，并且所述火焰添加钛离子。分离出来的基质基本上是一种添加了钛离子的玻璃。在这种情况中掺合钛离子就是为了零膨胀。
并不限于根据本发明的材料，上述材料称之为有低热膨胀系数的非金属材料的代表。
对具有很低数值α的材料的热膨胀系数的测量通过整体量具上的干涉测量法-例如锥体干涉测量法、平面干涉测量法、或者精密干涉测量法是合适的。这些例如在德国布伦瑞克联邦物理技术研究院(Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Braunschweig，Deuschland)所使用的测量方法既适用于金属材料，也适用于非金属材料。
在一个有利的方案中规定，外壳的主要决定谐振器的造型的部分至少部分地由一种玻璃陶瓷制成。外壳的主要决定谐振器的造型的部分至少部分地由一种玻璃制成也是有利的。其中，关于玻璃陶瓷或者玻璃可以理解为如上述的具有特别低的热膨胀系数的材料。通过使用具有一个如此低的热膨胀系数的材料可以省却必须设置的一种温度调节装置。在直到约40℃的室温的工作温度时保证谐振器几何形状符合测量精度要求的恒定。优选地省却了必须设置的一个温度调节装置。
在谐振器外壳设计的另一种改进方案中规定，谐振器室具有对称的空心体的形状。其中，为了产生尽可能均匀的微波谐振场，谐振器室至少成段地具有旋转对称的空心体形状，优选地具有空心圆筒体形状。特别是在沿测量物体的输送方向校准空心体的对称轴时可以如此达到一种谐振模态，即在测量物体的位置处该谐振模态具有一个特别大的场强。
该谐振器的形状可以不同于一个空心体的精确形状。然而一种至少接近对称的形状、例如一个多边形的形状也是有利的。
谐振器外壳的一个有利的方案是，为了闭锁谐振器外壳的内室而包含一个闭锁元件。该闭锁元件最好根据工作可以取下和重新装上，这样，谐振器外壳的内室可以进行维修和清洗。
谐振器外壳的一个有利的方案是，谐振器外壳的界定谐振器的表面至少部分地用一种具有高导电能力的耐腐蚀材料进行涂覆。这在几种作为谐振器外壳的组成部分的非金属材料中是有意义的，因为在高频的交变电磁场中、例如在打到材料的界面上的微波中，电磁波的反射通过出现集肤效应而减弱。
为了补偿这种效应，应用一种具有高导电能力的材料对谐振器内室的表面进行涂层。在本发明的构思内关于高导电能力可以理解为大约10·106S/m，或者更大的数值。具有高导电能力的材料例如是金(42·106S/m)、铜(60·106S/m)、和银(63·106S/m)。
为了特别是以谐振器室的形状和尺寸的稳定性为前提的测量结果的长期稳定性，涂覆材料的导电能力在时间的过程中不发生变化是有利的。为此规定，该材料为耐腐蚀的。
在一个特别优选的方案中规定，用于涂覆的材料主要由金制成，或者至少含有金。同样公开了一些能导电的塑料，它们同样具有高的耐腐蚀性。这些材料也可考虑用于涂覆。
还公开了一些非金属材料，它们能导电，或者通过搀杂变成能导电的。因此有利的是，所述非金属材料是导电的。
为了使通过使用具有不同的热膨胀系数的材料所造成的机械应力保持得较小，谐振器外壳的一种优选方案在于，该谐振器外壳基本上完全由非金属材料制成。通过此项措施可以达到谐振器外壳的另一部分的热膨胀或者收缩对谐振器的造型没有影响。
此外，作为本发明基础的任务是通过具有一种如上所述设计的谐振器外壳的测量设备来完成的。
为了无温度控制地测定烟草加工工业的烟卷条的至少一个特性，谐振器外壳的主要决定谐振器造型的部分的至少一部分地使用了一种非金属材料，该非金属材料在20℃至40℃的温度范围内具有小于10-6K-1的热膨胀系数，作为本发明基础的所述任务就是通过使用这种非金属材料完成的。由上述材料制成的一个谐振器外壳在上述温度范围内保证谐振器室的形状和尺寸的稳定性，从而保证了测量结果具有高的可重复性。
在本发明的另一有利方案中设置了一个包围烟卷条的保护管。该保护管有利地至少部分地由一种塑料、特别是由聚芳基醚酮(PAEK)-基、例如由聚醚醚酮(PEEK)制成。根据本发明的保护管可在烟卷条的进入区域扩展开。
为了防止微波的溢出，根据本发明所述谐振器外壳可以在内室(谐振器室)之外向外地沿烟卷条方向继续扩展。该谐振器外壳也可在谐振器室之内向内地沿烟卷条方向继续扩展。本发明具有许多优点：
由具有极端的、确切地说具有很小热膨胀系数的非金属材料制成的谐振器外壳和谐振器室在温度交变时很少改变它的形状。其结果是该谐振器特性的恒定性很好，这对测量值测定的精度和恒定性是很有利的。
采用耐腐蚀材料例如金给谐振器室涂覆以防止腐蚀，并且防止由此所引起的谐振器特性的变化。由于这种涂覆材料具有良好的导电能力，这在很大程度上防止了由于所谓的集肤效应所造成的负面影响。
根据本发明这种谐振器外壳特别适用于微波的输送和将微波信号转换为测量信号。
附图说明
下面不局限于本发明的一般构思地借助一个实施例并参考附图对本发明进行说明。此外关于所有在本文中未详细讨论的根据本发明的细节的公开内容请参考附图。
该附图示出：
图1一个谐振器外壳的简图。
具体实施方式
图1表示一个部分被剖开的沿箭头方向5运动的烟卷条1。该烟卷条由一种由烟丝制成的填料2、一个由香烟纸制成的包皮3制成，该烟卷条穿过谐振器外壳4。为了测定填料2的至少一个特性、例如质量或湿度，将微波输送给该谐振器外壳。该谐振器外壳具有一个空心圆筒体6形状的空心体，它的内室(谐振器室7)对于烟卷条1对称地设置。在该内室上拧紧一个用于闭锁的盖板8。无论是空心圆筒体6还是盖板8都是由具有一个很低的热膨胀系数的非金属材料制成，例如一种玻璃或者一种玻璃陶瓷。至少空心圆筒体6应由具有非常低的热膨胀系数的非金属材料制成。由于谐振器外壳4和谐振器室7的几何形状具有良好的稳定性，所以测量结果也可达到良好的稳定性。
谐振器外壳4的谐振器室7蒸镀了一层薄的金层12，这个金层可靠地防止损害测量值稳定性的腐蚀的形成，并且同时由于它有良好的导电能力，因此也限制了有害的集肤效应。
一个保护管13用于使谐振器室7相对于烟卷条1进行机械隔绝，以及对于由该烟卷条可能造成的污垢颗粒的隔绝，也就是为了防止谐振器室7被弄脏，而这种弄脏会损害测量结果。保护管13有利地由聚芳基醚酮(PAEK)-基、例如由聚醚醚酮(PEEK)制成。在它的一个端部13a处(在该端部处烟卷条1进入到谐振器外壳6中)保护管13漏斗形地扩大。
谐振器外壳4在谐振器室7之外沿烟卷条1方向在两侧处管状(6a、8a)地向外延伸，以阻止微波从谐振器室中溢出。该谐振外壳也管形(6b，8b)地向内略有延伸。一个通过一个绝缘环14与空心圆筒体6绝缘的天线16用于输入从一个微波发生器产生的微波。一个通过一个绝缘装置17与空心圆筒体6绝缘的天线18用于输出微波，该微波应该输送到一个未示出的计算电路中。可从德国专利申请DE 197 34 978.1中了解一种合适的计算电路的情况。
若空心圆筒体6本身是不导电的，则可以放弃绝缘装置14和17。在空心圆筒体6的一种导电的非金属材料的情况下，耦合天线16和18需要绝缘环或者绝缘装置14和17。
附图标记列表
1烟卷条 8b盖板的内延伸部分
2填料 12金层
3包皮 13保护管
4谐振器外壳 13a保护管入口
5运动方向 14绝缘环
6空心圆筒体 16输入天线
6a空心圆筒体的外延伸部分 17绝缘装置
6b空心圆筒体的内延伸部分 18输出天线
7谐振器室
8盖板
8a盖板的外延伸部分
Claims (11)
1.用于测定烟草加工业的一个烟卷条(1)的至少一个特性的谐振器外壳(4)，其特征在于，该谐振器外壳(4)的主要决定该谐振器的造型的部分至少部分地由非金属材料制成。
2.按照权利要求1所述的谐振器外壳(4)，其特征在于，该谐振器外壳(4)的主要决定该谐振器的造型的部分具有一个热膨胀系数，该系数至少在20℃至40℃的温度范围内小于10-6K-1。
3.按照权利要求1或2所述的谐振器外壳(4)，其特征在于，该谐振器外壳(4)的主要决定谐振器的造型的部分至少部分地由一种玻璃陶瓷制成。
4.按照权利要求1所述的谐振器外壳(4)，其特征在于，该谐振器外壳(4)的主要决定谐振器的造型的部分至少部分地由一种玻璃制成。
5.按照权利要求1所述的谐振器外壳(4)，其特征在于，该谐振器外壳(4)的谐振器室(7)至少成段地具有一个对称的空心体的形状。
6.按照权利要求1所述的谐振器外壳(4)，其特征在于，该谐振器外壳(4)的界定谐振器的表面至少部分地用一种具有高导电能力的耐腐蚀材料进行涂覆。
7.按照权利要求6所述的谐振器外壳(4)，其特征在于，用于所述涂覆的材料主要由金制成，或者至少包含金。
8.按照权利要求1所述的谐振器外壳(4)，其特征在于，所述非金属材料是导电的。
9.按照权利要求1所述的谐振器外壳(4)，其特征在于，该谐振器外壳基本上完全由所述非金属材料制成。
10.具有一个按照权利要求1至9中任一项所述的谐振器外壳(4)的测量设备。
11.至少在20℃至40℃的温度范围内其热膨胀系数小于10-6K-1的非金属材料在对于一个谐振器外壳(4)的主要决定该谐振器造型的部分的至少一部分中的应用，该应用用于无温度调节地测定烟草加工业的一个烟卷条(1)的至少一个特性。
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