CN220438204U - 基于开口微波谐振腔测量法的烟草物料水分在线检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于开口微波谐振腔测量法的烟草物料水分在线检测系统，包括按照物料流转方向自前而后分布的前置激光雷达、物料收拢机构、后置激光雷达、谐振腔式微波传感器和控制系统；所述前置激光雷达用于确定物料初始厚度，所述控制系统根据初始厚度信息和期望厚度信息对比，控制物料收拢机构对物料进行收拢；所述后置激光雷达用于确定物料收拢后的物料实际厚度，并将物料实际厚度信息发送至控制系统；所述控制系统根据物料实际厚度信息控制谐振腔式微波传感器确定探测端插入物料的深度，对烟草物料水分进行检测并将检测数据发送至控制系统。该系统具有能够实现高精度的烟草物料水分在线检测、对红外水分仪进行在线校准的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及卷烟加工技术领域，具体的说，涉及了一种基于开口微波谐振腔测量法的烟草物料水分在线检测系统。
背景技术
当前，卷烟加工过程物料输送线上需要多处对烟叶或烟丝进行水分检测，以保证相关的含水率要求。
目前，叶片或烟丝的水分检测通常采用红外水分仪，但其只能检测物料表面的含水率信息，检测光斑的范围有限，同时，光谱信号会受到样品表面颜色的干扰，从而影响含水率检测精度。而烟草原料的颜色差异影响较大，往往需要每批次都校准使用，效率较低，影响生产。
微波技术穿透性强，可深入物料层内部检测出准确的含水率，是一种比较可靠的物料水分检测方法。然而，基于微波法的烟草物料在线水分检测处于空白的状态，其难点在于微波法对烟草物料的厚度分布要求较为严格。
例如，对于谐振腔式微波传感器，其谐振场作用高度为30mm左右，在检测水分时，要求物料能够完全填充谐振场区域。但是在生产线上，虽然对物料的流量进行了控制，但物料的分布仍伴随着随机性，无法时刻保持所期望的厚度分布，需要设计相关执行机构对其物料进行规整，以满足相关要求。
因此，如何实现高精度的烟草物料水分在线检测，同时能够对现有的红外水分仪进行在线校准，是亟待解决的难题。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种能够实现高精度的烟草物料水分在线检测、对红外水分仪进行在线校准的基于开口微波谐振腔测量法的烟草物料水分在线检测系统。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种基于开口微波谐振腔测量法的烟草物料水分在线检测系统，包括前置激光雷达、后置激光雷达、物料收拢机构、谐振腔式微波传感器和控制系统；
所述前置激光雷达、物料收拢机构、后置激光雷达和谐振腔式微波传感器按照物料流转方向自前而后分布；
所述前置激光雷达用于确定物料初始厚度，并将物料初始厚度信息发送至控制系统；
所述控制系统根据初始厚度信息控制物料收拢机构对物料进行收拢，调整物料厚度；
所述后置激光雷达用于确定物料收拢后的物料实际厚度，并将物料实际厚度信息发送至控制系统；
所述控制系统根据物料实际厚度信息控制谐振腔式微波传感器确定探测端插入物料的深度，对烟草物料水分进行检测并将检测数据发送至控制系统。
基上所述，所述前置激光雷达、后置激光雷达和谐振腔式微波传感器均安装于物料流的上方，所述前置激光雷达、后置激光雷达和谐振腔式微波传感器的探测方向均为自上而下探测。
基上所述，所述物料收拢机构包括两块收拢平板，两块收拢平板在驱动机构的驱使下可水平靠近或远离，两收拢平板分别位于物料流的左右两侧。
基上所述，所述物料收拢机构还包括高度调整机构，所述高度调整机构用于调节两块收拢平板的整体高度，所述高度调整机构的驱动电机连接控制系统。
基上所述，所述物料收拢机构中用于驱动两块收拢平板的机构为具有反向对称输出的螺母丝杠机构和收拢电机，所述收拢电机连接控制系统。
基上所述，两块收拢平板呈喇叭口状分布，所述喇叭口的开口方向与物料流的运动方向相反。
基上所述，两块收拢平板的喇叭口形状的对称中心面与谐振腔式微波传感器的中心轴线相交。
基上所述，所述谐振腔式微波传感器基于电动升降机构安装，所述电动升降机构连接控制系统。
基上所述，所述谐振腔式微波传感器采用开口谐振腔的方式，腔体内外均参与谐振，开口谐振腔的端面发射谐振场，开口谐振腔的端面在检测过程中插入物料流中，并保证有一定厚度的物料充满谐振场。
基上所述，所述前置激光雷达、后置激光雷达、物料收拢机构、谐振腔式微波传感器和控制系统均基于一套支架安装。
本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，本实用新型具有以下优点：
1.由于该传感器对于物料厚度有技术要求，而物料流的厚度往往分布不均，故而采用两个激光雷达和一套收拢机构对物料流进行调整，分别为调整前检测、针对性物料收拢调整和调整后检测，最终确定传感器插入物料流的深度，即可保证谐振腔式微波传感器的检测精度。
2. 采用的物料收拢机构为两块高度可调、间距可调、呈喇叭口状分布的收拢平板，可以针对性的对物料流进行实时的聚拢，收高物料流的高度，使其满足传感器需求，简单高效。
3.所述谐振腔式微波传感器采用开口谐振腔的方式，让腔体内外都参与谐振，被测物料放置在谐振腔之外，无需在测量过程中对谐振腔进行操作，降低微波发射和接受过程中的微波损耗。
4.整个系统的位移调整功能的机构都采用丝杆机构，驱动简单高效。
5.基于该谐振腔式微波传感器对物料流的高精度检测，可以对现有红外水分仪进行在线校准，进而保证现有红外水分仪的检测精度，两者可同时参与工作，相互辅助，提高检测精度。
附图说明
图1是本实用新型中基于开口微波谐振腔测量法的烟草物料水分在线检测系统的整体结构示意图。
图2是本实用新型中基于开口微波谐振腔测量法的烟草物料水分在线检测系统的结构原理图。
图3是本实用新型中物料收拢机构的结构示意图。
图4是本实用新型中谐振腔式微波传感器的传动机构原理图。
图中：1.前置激光雷达；2.后置激光雷达；3.物料收拢机构；4.谐振腔式微波传感器；5.机架；6.输送带；
31.收拢平板；32.驱动机构；33.高度调整机构；41.电动升降机构。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
如图1-图4所示，以卷烟烟丝输送线为例，一种基于开口微波谐振腔测量法的烟草物料水分在线检测系统，包括机架5和基于机架5安装的前置激光雷达1、后置激光雷达2、物料收拢机构3、谐振腔式微波传感器4和控制系统。
所述前置激光雷达1、物料收拢机构3、后置激光雷达2和谐振腔式微波传感器4按照物料流转方向自前而后分布，前置激光雷达1、后置激光雷达2和谐振腔式微波传感器4安装于输送带6的上方，且自上而下探测。
所述前置激光雷达1用于确定物料初始厚度，并将物料初始厚度信息发送至控制系统，具体的，前置激光雷达1可以扫描出烟丝物料流的截面特征，截面特征中必然包含物料流的厚度，以及随着厚度变化而产生的波峰、波谷等信息，实际上是一条模仿物料流表面变化的曲线，其中包含的主要信息是厚度信息。
所述控制系统根据初始厚度信息和期望厚度信息对比，控制物料收拢机构3对物料进行收拢，调整物料厚度，其中的期望厚度，是指谐振腔式微波传感器4能够准确探测水分所需要的厚度，一般情况下，为保证物料的充分分散，物料流的厚度是不足的，需要聚拢后才能满足要求，故而期望厚度是特定值，初始厚度信息是原始值，两者相减是调整值，而物料收拢机构3的收拢程度与调整值之间的关系，是可以根据长时间的经验积累得到的。
具体的，物料收拢机构3包括两块收拢平板31，两块收拢平板31在驱动机构32的驱使下可水平靠近或远离，两收拢平板31分别位于物料流的左右两侧，驱动机构32可选用具有反向对称输出的螺母丝杠机构和收拢电机。
其中，两块收拢平板呈喇叭口状分布，所述喇叭口的开口方向与物料流的运动方向相反。
具有反向对称输出的螺母丝杠机构是指丝杆上具有对称的反向螺纹，并分别配套有螺母、滑块、导轨和支撑座，收拢电机则配套有减速器和联轴器，所述收拢电机连接控制系统，执行具体的收拢距离的控制，在其它实施例中，驱动机构还可以采用分别驱动的两组丝杆机构，或直线电机或气缸或电动推杆等机构。
所述物料收拢机构还包括高度调整机构33，所述高度调整机构33用于调节两块收拢平板的整体高度，所述高度调整机构的驱动电机连接控制系统，具体的，本实施例中，高度调整机构采用电动滚珠丝杠机构，包括电机、减速器、联轴器、滚珠丝杠、螺母、导轨、滑块和支撑座等必要结构，其它实施例中，也可以采用直线电机或气缸或电动推杆等机构。
所述后置激光雷达2用于确定物料收拢后的物料实际厚度，并将物料实际厚度信息发送至控制系统，后置激光雷达2与前置激光雷达的工作原理相同，对物料流的截面进行扫描，获得物料实际厚度信息。
所述控制系统根据物料实际厚度信息控制谐振腔式微波传感器确定探测端插入物料的深度，对烟草物料水分进行检测并将检测数据发送至控制系统。
一般情况下，物料的实际厚度信息能够保持在一个较稳定的状态下，故而谐振腔式微波传感器的检测高度大致是稳定的，但是，由于物料流还会出现一些不正常的状态，故而需要针对谐振腔式微波传感器安装一套电动升降机构41，电动升降机构的具体形式，在本实施例中，电动升降机构41采用滚珠丝杠机构，包括电机、减速器、联轴器、滚珠丝杠与螺母、导轨、滑块和支撑座，传感器通过安装板与螺母固连。
两块收拢平板31的喇叭口形状的对称中心面与谐振腔式微波传感器4的中心轴线相交。
为了控制检测精度，所述谐振腔式微波传感器4采用开口谐振腔的方式，腔体内外均参与谐振，开口谐振腔的端面发射谐振场，开口谐振腔的端面在检测过程中插入物料流中，并保证有一定厚度的物料充满谐振场。
工作原理：
首先，需要确定合适型号的谐振腔式微波传感器，获取相关参数，确定其能够准确检测水分的厚度阈值，即期望值，将其输入控制系统中进行对比。
其次，需要根据实际的实验工作，获取物料收拢机构的收拢行程与收拢前后物料流高度的大致对应关系，该过程是要工程师根据实际经验来确定，需要耗费一定时间，但并不需要付出创造性劳动。
准备工作完成后，即可进行具体的检测分析。
当前置激光雷达1扫描后，发现物料厚度分布不满足相关要求，控制系统根据与期望厚度的差值，控制物料收拢机构的喇叭口的收拢程度，有必要的，还可以调整物料收拢机构的高度，执行收拢；如物料厚度分布满足要求，则控制物料收拢机构分离，不与物料流接触。
经过物料收拢机构后，后置激光雷达2对物料厚度进行检测，控制系统可根据实际物料的厚度，确定谐振腔式微波传感器插入物料流中的深度，谐振腔式微波传感器插入物料流，进而对水分进行检测分析。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种基于开口微波谐振腔测量法的烟草物料水分在线检测系统，其特征在于：包括前置激光雷达、后置激光雷达、物料收拢机构、谐振腔式微波传感器和控制系统；
所述前置激光雷达、物料收拢机构、后置激光雷达和谐振腔式微波传感器按照物料流转方向自前而后分布；
所述前置激光雷达用于确定物料初始厚度，并将物料初始厚度信息发送至控制系统；
所述控制系统根据初始厚度信息控制物料收拢机构对物料进行收拢，调整物料厚度；
所述后置激光雷达用于确定物料收拢后的物料实际厚度，并将物料实际厚度信息发送至控制系统；
所述控制系统根据物料实际厚度信息控制谐振腔式微波传感器确定探测端插入物料的深度，对烟草物料水分进行检测并将检测数据发送至控制系统。
2.根据权利要求1所述的基于开口微波谐振腔测量法的烟草物料水分在线检测系统，其特征在于：所述前置激光雷达、后置激光雷达和谐振腔式微波传感器均安装于物料流的上方，所述前置激光雷达、后置激光雷达和谐振腔式微波传感器的探测方向均为自上而下探测。
3.根据权利要求1或2所述的基于开口微波谐振腔测量法的烟草物料水分在线检测系统，其特征在于：所述物料收拢机构包括两块收拢平板，两块收拢平板在驱动机构的驱使下可水平靠近或远离，两收拢平板分别位于物料流的左右两侧。
4.根据权利要求3所述的基于开口微波谐振腔测量法的烟草物料水分在线检测系统，其特征在于：所述物料收拢机构还包括高度调整机构，所述高度调整机构用于调节两块收拢平板的整体高度，所述高度调整机构的驱动电机连接控制系统。
5.根据权利要求3所述的基于开口微波谐振腔测量法的烟草物料水分在线检测系统，其特征在于：所述物料收拢机构中用于驱动两块收拢平板的机构为具有反向对称输出的螺母丝杠机构和收拢电机，所述收拢电机连接控制系统。
6.根据权利要求4或5所述的基于开口微波谐振腔测量法的烟草物料水分在线检测系统，其特征在于：两块收拢平板呈喇叭口状分布，所述喇叭口的开口方向与物料流的运动方向相反。
7.根据权利要求6所述的基于开口微波谐振腔测量法的烟草物料水分在线检测系统，其特征在于：两块收拢平板的喇叭口形状的对称中心面与谐振腔式微波传感器的中心轴线相交。
8.根据权利要求1或2或4或5或7所述的基于开口微波谐振腔测量法的烟草物料水分在线检测系统，其特征在于：所述谐振腔式微波传感器基于电动升降机构安装，所述电动升降机构连接控制系统。
9.根据权利要求1或2或4或5或7所述的基于开口微波谐振腔测量法的烟草物料水分在线检测系统，其特征在于：所述谐振腔式微波传感器采用开口谐振腔的方式，腔体内外均参与谐振，开口谐振腔的端面发射谐振场，开口谐振腔的端面在检测过程中插入物料流中，并保证有一定厚度的物料充满谐振场。
10.根据权利要求1或2或4或5或7所述的基于开口微波谐振腔测量法的烟草物料水分在线检测系统，其特征在于：所述前置激光雷达、后置激光雷达、物料收拢机构、谐振腔式微波传感器和控制系统均基于一套支架安装。
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