CN2862020Y - 纸张含水量微波在线检测辐射天线探头装置 - Google Patents

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张跃武
闵晨
白绍光
赵强
张信远
王会石
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Abstract

一种纸张含水量微波在线检测辐射天线探头装置，连接在波导同轴转换器上，其特征在于：它由对反向传输信号进行反射的短路块(1)、将从辐射天线传输过来的微波信号变换到波导中的转换腔体(2)，以及辐射天线(3)三个部分依次连接而成。由于采用了上述的技术解决方案，利用该辐射天线探头装置对水分变化反应速度快以及敏感的特点，在线、快速、无损、非接触式检测纸张含水量。本实用新型微波探头检测响应时间可小于50μs，从而可以快速检测出纸张表面涂胶量状况，同工艺要求标准相比，当发现涂胶量状况不符合要求时，可以在线检测、剔除、并发出报警信息。

Description

纸张含水量微波在线检测辐射天线探头装置
技术领域
属微波在线检测物质水分技术领域
背景技术
纸张含水量在线检测主要应用于连续生产的包装机上包装用纸涂胶状况的检测，包装用纸涂胶状况直接影响包装品的质量，例如，卷烟厂家用卷接机组在连续生产时，如果水松纸上涂胶量不够或不均匀，则会直接影响到卷烟产品质量，造成烟支滤嘴脱落及漏气质量缺陷。
目前，纸张含水量在线检测主要采用湿敏电阻或电容传感器作为检测探头，用于非接触式在线检测纸张含水量。其主要缺点是响应时间慢，约为5秒左右，对于较快生产速度要求检测快速响应的在线检测无法满足要求，另外，它们的检测精度及可靠性较低。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种纸张含水量微波在线检测辐射天线探头装置，利用该辐射天线探头装置对水分变化反应速度快以及敏感的特点，在线、快速、无损、非接触式检测纸张含水量。
本实用新型所提供的一种纸张含水量微波在线检测辐射天线探头装置，连接在波导同轴转换器上，其特征在于：它由对反向传输信号进行反射的短路块、将从辐射天线传输过来的微波信号变换到波导中的转换腔体，以及辐射天线三个部分依次连接而成。
在上述的辐射天线探头装置中，在转换腔体中同轴插有探针。
在上述的辐射天线探头装置中，探针插入深度及探针的直径根据同轴探针与波导的匹配状况来确定的。
在上述的辐射天线探头装置中，短路块与同轴探针的距离保持为二分之一波导波长度。
在上述的辐射天线探头装置中，转换腔体中的波导同轴变换采用一种典型的微波双端口无耗元件。
由于采用了上述的技术解决方案，利用该辐射天线探头装置对水分变化反应速度快以及敏感的特点，在线、快速、无损、非接触式检测纸张含水量。本实用新型微波探头检测响应时间可小于50μs，从而可以快速检测出纸张表面涂胶量状况，同工艺要求标准相比，当发现涂胶量状况不符合要求时，可以在线检测、剔除、并发出报警信息。
附图说明
图1是纸张含水量微波在线检测的原理图；
图2是本实用新型辐射天线探头组件的结构示意图；
图3(a)～(b)是图2中短路块的主视图和左视图；
图4(a)～(c)是图2中转换腔体的主视图、俯视图和左视图；
图5(a)～(c)是图2中辐射天线的主视图、左视图和右视图；
图6是本实用新型中波导同轴变换的结构示意图；
图7是本实用新型的工作流程图。
具体实施方式
由于水分对微波有较大的吸收，所以当卷烟的水松纸上有胶水和无胶水时，两者对微波的吸收值不同。当微波通过水松纸从其下面的金属板上反射时，被涂有胶水的水松纸两次吸收，其反射幅度大大衰减，与经过不涂胶的水松纸下面的金属板反射时，强度有明显的差别。由此，来检测出水松纸上是否有胶水。
如图1所示，微波振荡器通过环行器向辐射天线探头发射固定频率的微波。当纸张表面胶量发生变化时，其反射幅度也会发生变化，环行器控制辐射天线探头可以检测到该幅度变化，经检波和放大器处理后送入信号处理单元，在信号处理单元经过计算和定标后可以算出纸张表面胶量的多少。
如图2所示，本实用新型辐射天线探头组件，微波辐射天线探头是微波水分检测的关键部件，它将微波信号辐射到被检测的物体表面。照射到被测物体的微波信号又被被测物体反射，再由微波辐射天线探头接收。由于物体内部的水分将吸收部分微波信号，因而反射到微波辐射天线探头的信号强度将随被测物体的含水量不同而变化。由此可以检测到被测物体的含水量。
参见图3(a)～(b)、图4(a)～(c)、图5(a)～(c)，微波辐射天线探头由短路块1、转换腔体2及辐射天线3三个部分组成。转换腔体将从辐射天线传输过来的微波信号变换到波导中，使其能在波导中传输。参见图6，同轴探针4在转换腔体的位置、插入深度及探针的直径将决定同轴探针与波导的匹配状况，也就是同轴线中的微波信号是否能够完全传输到波导中。
短路块的作用在于将向反向传输的信号完全反射回去，使它传向微波辐射喇叭方向。短路块与同轴探针的距离应保持为二分之一波导波长，以保证从短路块反射回来的微波信号在同轴探针的位置上与传向辐射喇叭的微波信号能同相迭加。
转换腔体中的波导同轴变换是一种典型的微波双端口无耗元件。
为了输入输出各端口匹配，要求：
微波辐射喇叭的作用在于将微波信号辐射到被检测的物体表面，微波辐射喇叭的尺寸、口径大小决定辐射到被检测的物体表面的微波波束形状，所以应当按照被检测的物体的形状、尺寸来进行设计。
根据被测物体表面的长宽比，可确定要求的微波辐射喇叭天线的口径尺寸，从而计算出天线的各个参数。
从被检测的物体表面反射回来的微波信号，按照相反的途径，经过微波辐射喇叭、波导同轴变换、同轴传输线回到微波检测电路。
工作流程图如图7所示。
系统启动，微波振荡器得电后经过环行器向辐射天线组件发射一固定频率的微波，纸张含水量不同，微波反射强度也不同，在环行器控制下，辐射天线可以接受到微波反射强度，经检波器检波和直流放大器放大后得到一模拟直流电压信号，该电压信号反映了纸张含水量的变化，经高速采集卡采集后送至存储器暂存，数据处理单元从存储器中取出数据后按照公式w＝ku+b进行水分含量的计算，式中w为纸张水含量，u为直流放大器送出的经A/D转换后的电压信号，k、b为常数，采用已知水分含量的纸张定标后获得，计算得到的w送入存储器1缓存后输出。
综上所述，本实用新型与之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：
1、本实用新型由于微波发生功率非常小，＜10mW，因此对被测物质及周围环境不造成任何危害。
2、本实用新型由于采用高速数据采集卡和计算机进行数据处理，检测响应时间＜50μs，因此能适用于高速在线纸张流的水分检测。
3、由于采用固定频率微波发生装置，从根本上解决了微波元件电参数现场使用时易漂移和受各种环境变化的影响，从而保证了检测的精度及可靠性。
本装置可以用于高速在线纸张流的水分检测，例如烟草行业高速卷烟机水松纸涂胶状况在线检测，或包装机纸流涂胶状况在线检测，当发现有不合格涂胶包装纸时，可选择将其在线剔除。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴之内，应由各权利要求限定。而纳入权利要求的范围之内。

Claims (5)

1.一种纸张含水量微波在线检测辐射天线探头装置，连接在波导同轴转换器上，其特征在于：它由对反向传输信号进行反射的短路块(1)、将从辐射天线传输过来的微波信号变换到波导中的转换腔体(2)，以及辐射天线(3)三个部分依次连接而成。
2.根据权利要求1所述的辐射天线探头装置，其特征在于：在所述转换腔体中同轴插有探针(4)。
3.根据权利要求2所述的辐射天线探头装置，其特征在于：所述探针(4)插入深度及探针的直径根据同轴探针与波导的匹配状况来确定的。
4.根据权利要求2所述的辐射天线探头装置，其特征在于：所述短路块(1)与同轴探针(4)的距离保持为二分之一波导波长度。
5.根据权利要求1所述的辐射天线探头装置，其特征在于：所述转换腔体(2)中的波导同轴变换采用一种典型的微波双端口无耗元件。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102564798A (zh) * 2011-12-30 2012-07-11 华北电力大学 一种绝缘纸板水分含量测量取样方法
JP2018072071A (ja) * 2016-10-26 2018-05-10 株式会社ニレコ 糊付け検査装置
CN112271010A (zh) * 2020-09-27 2021-01-26 中国辐射防护研究院 用于放射性污染建筑物表、浅层的微波去污方法及装置

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