DE3407819C1

DE3407819C1 - Device for measuring the humidity of smoke materials

Info

Publication number: DE3407819C1
Application number: DE19843407819
Authority: DE
Inventors: Ralf 1000 Berlin Dittmann; Theodor Prof.Dr.Dr.Ing. Gast; Manfred Dipl.-Ing. 2000 Hamburg Kühne; Karl Dipl.-Ing. Nolte
Original assignee: BAT Cigarettenfabriken GmbH
Current assignee: British American Tobacco Germany GmbH
Priority date: 1984-03-02
Filing date: 1984-03-02
Publication date: 1985-06-13

Abstract

A device for measuring the humidity of smoke materials has a microwave transmitter, a microwave conductor whose electromagnetic fields are influenced by the smoke materials, a single, stationary detector for the amplitude of the microwaves influenced by the smoke materials, and a valuation device for determining the humidity content of the smoke materials from the change in amplitude of the microwaves that is caused by the smoke materials. The change in phase of the microwaves that is likewise caused by the smoke materials is determined from the frequency shift of the microwaves for which the amplitudes of the microwaves have specific values.

Description

In einer Probe, beispielsweise in geschnittenen Tabakmaterialien, herrschen jedoch andere Ausbreitungsbedingungen vor als im leeren Hohlleiter, wobei sich insbesondere die Lichtgeschwindigkeit und damit die Wellenlänge der Mikrowellen ändert. Im Medium »Ta- bak« verkürzt sich also die Wellenlänge der Mikrowellen, so daß sich eine Phasenverschiebung ergibt, die, ähnlich wie die durch die Probe hervorgerufene Dämpfung der Mikrowellen, sowohl von der Tabakmenge als auch von der Wassermenge der Probe, also ihrer Feuchtigkeit, abhängt. Dabei folgt die Abhängigkeit der Phasenverschiebung von Tabak- bzw. Wassermenge einer anderen Beziehung als die Abhängigkeit der Dämpfung von diesen Größen, so daß der Zusammenhang zwischen Feuchtigkeit einerseits und Phasenverschiebung bzw. Dämpfung der Mikrowellen andererseits durch eine empirisch ermittelte, komplexe, mathematische Funktion ausgedrückt wird. In a sample, for example in cut tobacco materials, However, different propagation conditions prevail than in the empty waveguide, whereby in particular the speed of light and thus the wavelength of the microwaves changes. In the medium »Ta- bak «the wavelength of the Microwaves, so that there is a phase shift that, similar to that by the sample caused attenuation of the microwaves, both from the amount of tobacco and also depends on the amount of water in the sample, i.e. its moisture. It follows the dependence of the phase shift on the amount of tobacco or water of another Relationship as the dependence of the attenuation on these quantities, so that the relationship between moisture on the one hand and phase shift or attenuation of the microwaves on the other hand, expressed by an empirically determined, complex, mathematical function will.

Bei der Meßvorrichtung nach der DE-OS 31 50 202 erfolgt die Messung der Dämpfung in der üblichen Weise, während für die Messung der Phasenverschiebung zwei Varianten vorgeschlagen werden, nämlich einmal eine räumliche Verschiebung des Detektors in Strahlrichtung und zum anderen die Verwendung von zwei getrennten Detektoren, die in einem vorgegebenen Abstand zueinander angeordnet sind. In the measuring device according to DE-OS 31 50 202, the measurement is carried out the attenuation in the usual way, while for the measurement of the phase shift two variants are proposed, namely a spatial shift on the one hand of the detector in the direction of the beam and, on the other hand, the use of two separate ones Detectors which are arranged at a predetermined distance from one another.

Diese beiden Varianten führen jedoch zu konstruktiven Problemen, da eine mechansiche Verschiebung des Detektors einen großen apparativen Aufwand erfordert, und zum anderen die geometrischen Eigenschaften der Mikrowellen-Meßstrecke ändert, sich also bereits durch diese Verschiebung eine Beeinflussung des Meßwertes ergibt, die durch entsprechende Gegenmaßnahmen kompensiert werden muß. Die Verwendung von zwei räumlich getrennten Meßstellen führt ebenfalls zu einer Beeinflussung der Messung durch die entsprechende Geometrie, so daß auch hier Gegenmaßnahmen ergriffen werden müssen. Außerdem erfordert die Auswertung von zwei getrennten Meßsignalen einen hohen Elektronik-Aufwand. However, these two variants lead to design problems, since a mechanical displacement of the detector requires a lot of equipment requires, and on the other hand the geometrical properties of the microwave measuring section changes, so this shift already affects the measured value results, which must be compensated for by appropriate countermeasures. The usage of two spatially separated measuring points also leads to an influence on the Measurement through the appropriate geometry, so that countermeasures are also taken here Need to become. In addition, the evaluation of two separate measurement signals requires a lot of electronics.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung der Feuchtigkeit von Rauchmaterialien der angegebenen Gattung zu schaffen, die mittels eines einzigen, stationären Detektors die dichteunabhängige Feuchtigkeit sehr exakt ermitteln kann. The invention is therefore based on the object of a device for measuring the humidity of smoking materials of the specified type, the density-independent humidity by means of a single, stationary detector can determine very precisely.

Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnennen Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht. According to the invention, this is indicated in the characterizing part of the claim 1 achieved characteristics.

Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt. Appropriate embodiments are compiled in the subclaims.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß die Phasenverschiebung der Mikrowellen unter dem Einfluß der Probe mittels einer »elektronischen Verschiebung« ermittelt wird, nämlich aus einer Frequenzverschiebung der erzeugten Mikrowellen, bei der die Amplitude der Mikrowelle und damit ihre Dämpfung bestimmte Werte, im allgemeinen die beiden Extrema der Amplituden, einnehmen. Es ist also keine Verschiebung des Detektors bzw. die Verwendung von zwei Detektoren mehr erforderlich, um die Phasenverschiebung zu ermitteln, so daß in der üblichen Weise aus der Phasenverschiebung und der Dämpfung der Mikrowellen die dichteunabhängige Feuchtigkeit der Rauchmaterialien bestimmt werden kann. The advantages achieved with the invention are based in particular on that the phase shift of the microwaves under the influence of the sample by means of a "Electronic shift" is determined, namely from a frequency shift of the generated microwaves, at which the amplitude of the microwave and thus its attenuation take certain values, generally the two extremes of the amplitudes. It is therefore no displacement of the detector or the use of two detectors more needed to determine the phase shift, so in the usual Way from the phase shift and the attenuation of the microwaves the density-independent Moisture of the smoking materials can be determined.

Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich durch Verwendung eines Brückenmeßprinzips, d. h., die von dem Mikrowellen-Sender gelieferten Mikrowellen werden über zwei getrennte Strecken geführt, nämlich über eine Bezugsstrecke und über eine Meßstrecke mit der Probe, deren Feuchtigkeit bestimmt werden soll. Dadurch wird ein einfacher Abgleich zur Kompensation etwaiger Unterschiede zwischen den beiden Meßstrekken, selbstverständlich ohne Probe gemessen, möglich. A particularly simple structure results from the use of a Bridge measuring principle, d. i.e., the microwaves supplied by the microwave transmitter are routed over two separate routes, namely over a reference route and over a measuring section with the sample, the moisture of which is to be determined. Through this is a simple adjustment to compensate for any differences between the both measuring sections, of course measured without a sample, possible.

Dieser Abgleich kann mittels eines veränderlichen Dämpfungsgliedes erfolgen, das sich in der Bezugsstrekke befindet.This adjustment can be carried out by means of a variable attenuator which is located in the reference route.

Die Meßstrecke sollte sehr viel länger als die Bezugsstrecke sein, wobei gute Ergebnisse erhalten werden, wenn die Meßstrecke mindestens doppelt so lang wie die Bezugsstrecke ist. Dabei sollte darauf geachtet werden, daß die Länge der Meßstrecke nicht ein ganzzahliges Vielfaches der Länge der Bezugsstrecke ist, da sich sonst eine ungünstige Beeinflussung bzw. Auswertung der beiden Mikrowellen ergeben würden. The measuring section should be much longer than the reference section, good results are obtained if the measuring distance is at least twice as high long as the reference distance is. Care should be taken to ensure that the length the measuring section is not an integral multiple of the length of the reference section, otherwise there would be an unfavorable influence or evaluation of the two microwaves would result.

Als Mikrowellen-Leiter stehen Koaxial-Kabel oder Hohlleiter zur Verfügung, in denen auch die Tabakprobe angeordnet werden kann. Als Alternative hierzu ist es auch möglich, die Tabakprobe über einen Streifenleiter zu transportieren, wie es im Prinzip bereits aus der DE-OS 31 50 202 bekannt ist. Coaxial cables or waveguides are available as microwave conductors, in which the tobacco sample can also be arranged. The alternative to this is it is also possible to transport the tobacco sample via a strip conductor, like it is already known in principle from DE-OS 31 50 202.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein Blockdiagramm der wesentlichen Teile einer Vorrichtung zur Messung der Feuchtigkeit von Rauchmaterialien, Fig.2 ein Flußdiagramm des Ablaufs beim Aufsuchen der Extrem-Werte der Amplituden der Mikrowellen, und F i g. 3 die einzelnen Schritte bei der Bestimmung des Minimums der Mikrowellen. The invention is illustrated below using an exemplary embodiment explained in more detail with reference to the schematic drawings. It shows F i G. 1 is a block diagram of the essential parts of a device for measuring the Moisture of smoking materials, FIG. 2 shows a flow chart of the process when searching the extreme values of the amplitudes of the microwaves, and F i g. 3 the individual steps in determining the minimum of the microwaves.

Die in F i g. 1 dargestellte, allgemein durch das Bezugszeichen 10 angedeutete Vorrichtung zur Messung der Feuchtigkeit von Rauchmaterialien weist einen Mikrowellen-Sender 12 mit einer Amplitudenstabilisierungsstufe 14 auf. Die von dem Mikrowellen-Sender 12 erzeugten Mikrowellen werden einem Richtkoppler 18 zugeführt, der als Verzweigung dient; dieser Richtkoppler 18 gibt den weitaus größten Teil der Mikrowellen zu einer Koaxial-Leitung 22 weiter, die zu dem eigentlichen, noch zu erläuternden Meßaufbau führt, und zweigt gleichzeitig einen geringen Teil dieser Mikrowellen ab, der über eine Koaxial-Leitung 20 an die Amplitudenstabilisierungsstufe 14 des Mikrowellen-Senders 12 angelegt wird. Durch entsprechende Einspeisung dieses abgezweigten Teils der Mikrowellenenergie kann die Amplitude der Mikrowellen präzise auf einem vorgegebenen Wert gehalten werden. The in F i g. 1, generally by the reference numeral 10 indicated device for measuring the moisture of smoking materials has a microwave transmitter 12 with an amplitude stabilization stage 14. the Microwaves generated by the microwave transmitter 12 are sent to a directional coupler 18 supplied, which serves as a branch; this directional coupler 18 is by far the largest Part of the microwaves to a coaxial line 22, which leads to the actual, Measurement setup still to be explained leads, and at the same time branches off a small part these microwaves, which are transmitted via a coaxial line 20 to the amplitude stabilization stage 14 of the microwave transmitter 12 is applied. By feeding this in accordingly part of the microwave energy diverted, the amplitude of the microwaves can be precise be kept at a predetermined value.

Der Mikrowellen-Sender 12 enthält auch eine nicht näher dargestellte Elektronik, die insbesondere eine Frequenzverschiebung der Mikrowellen über einen definierten Frequenzbereich ermöglicht. The microwave transmitter 12 also contains a not shown in detail Electronics, which in particular shift the frequency of the microwaves over a defined frequency range.

Die Koaxialleitung 22 ist an einen Strahlteiler 24 angeschlossen, der einerseits über eine Koaxial-Leitung 26 die Bezugsstrecke und andererseits über eine Koaxial-Leitung 36 die eigentliche Meßstrecke speist. The coaxial line 22 is connected to a beam splitter 24, the one hand over a coaxial line 26 the reference route and on the other hand over a coaxial line 36 feeds the actual measuring section.

Die Bezugsstrecke enthält im Anschluß an den Koaxial-Leiter 26 ein Übergangsstück 28 für den Übergang von dem Koaxial-Leiter zu einem rechteckigen Hohlleiter, ein variables Dämpfungsglied 30 und einen Rechteckhohlleiter-Flansch 32, der zur eigentlichen Meßstelle führt. Following the coaxial conductor 26, the reference path contains a Transition piece 28 for the transition from the coaxial conductor to a rectangular one Waveguide, a variable attenuator 30 and a rectangular waveguide flange 32, which leads to the actual measuring point.

Die Meßstrecke enthält ein Übergangsstück 38 für den Übergang von dem Koaxial-Leiter 36 zu einem rechteckigen Hohlleiter, ein Übergangsstück 40 für den Übergang von dem rechteckigen Hohlleiter zu einem runden Hohlleiter, einen aufklappbaren Verschluß 42 für die Einführung eines Behälters mit der zu messenden Probe, einen Rundhohlleiter 44, in dem der Behälter mit der Probe angeordnet wird, ein Übergangsstück 46 für den Übergang von dem rechteckigen Hohlleiter 44 zu einem runden Hohlleiter, einen Rechteckhohlleiter-Flansch 48 und ein »magisches T« 50, das direkt an die Meßzelle mit dem Detektor 52 angeschlossen ist. Der Detektor 52 wird durch eine übliche Mikrowellen-Diode gebildet. The test section contains a transition piece 38 for the transition from the coaxial conductor 36 to a rectangular waveguide, a transition piece 40 for the transition from the rectangular waveguide to a round waveguide, a hinged one Closure 42 for the introduction of a container with the sample to be measured, a Round waveguide 44, in which the container with the sample is arranged, a transition piece 46 for the transition from the rectangular waveguide 44 to a round waveguide, a rectangular waveguide flange 48 and a "magic T" 50, which is connected directly to the measuring cell with the detector 52. The detector 52 is formed by a common microwave diode.

Der Detektorraum ist außerdem an eine Stichleitung 34 angeschlossen, die als reflexionsarmer Abschluß dient und für die Anpassung an die geometrischen und konstruktiven Eigenschaften des Systems benutzt werden kann. The detector room is also connected to a stub 34, which serves as an anechoic closure and for adaptation to the geometric and constructive properties of the system can be used.

Der Detektor 52 ist über eine Koaxial-Leitung 54 mit einem Elektronikteil 16 verbunden, der einen Verstärker für das Meßsignal, einen Analog/Digital-Wandler für die Umwandlung des analogen Meßsignals in entsprechende digitale Signale, die einer Auswerteinrichtung 58 zugeführt werden, sowie einen Digital/Analog-Wandler für die von der Auswerteinrichtung 58 kommenden, digitalen Signale enthält. Dieser Elektronikteil 16 ist über Daten- und Steuerleitungen 56 mit der Auswerteinrichtung 58 verbunden. The detector 52 is connected to an electronic part via a coaxial line 54 16 connected, an amplifier for the measurement signal, an analog / digital converter for converting the analog measurement signal into corresponding digital signals that an evaluation device 58, as well as a digital / analog converter for the digital signals coming from the evaluation device 58. This The electronics part 16 is connected to the evaluation device via data and control lines 56 58 connected.

Die Auswerteinrichtung 58 kann beispielsweise durch ein Mikroprozessor-System gebildet werden. The evaluation device 58 can, for example, be a microprocessor system are formed.

Die Meßstrecke einschließlich der Koaxial-Leitung 36 ist sehr viel länger als die Bezugsstrecke, wobei die Meßstrecke mindestens doppelt so lang sein sollte. Dabei sollte darauf geachtet werden, daß die Länge der Meßstrecke kein ganzzahliges Vielfaches der Länge der Bezugsstrecke beträgt, um die Auswertung zu vereinfachen. The measuring section including the coaxial line 36 is very large longer than the reference distance, the measuring distance being at least twice as long should. Care should be taken that the length of the measuring section is not an integer Is a multiple of the length of the reference distance in order to simplify the evaluation.

Bei Beginn des Betriebs dieser Meßeinrichtung 10 wird zunächst ein »mechanischer Abgleich« durchgeführt, d. h., ohne Probenbehälter und damit auch ohne Probe werden Bezugszweig und Meßzweig von dem Sender 12 mit Mikrowellen mit stabilisierter Amplitude beschickt. Aufgrund der unterschiedlichen Längen, aber auch der unterschiedlichen geometrischen Gegebenheiten von Bezugsstrecke und Meßstrecke ergeben sich unterschiedliche Dämpfungen auf den beiden Strecken; dieser Unterschied kann mittels des variablen Dämpfungsgliedes 30 der Bezugstrecke kompensiert werden, das die Verluste des Meßzweiges ausgleicht. At the beginning of the operation of this measuring device 10 is initially a "Mechanical adjustment" carried out, d. i.e., without a sample container and thus also without a sample, the reference branch and measuring branch are also transmitted from the transmitter 12 with microwaves stabilized amplitude charged. Because of the different lengths, however also the different geometrical conditions of the reference section and the measuring section there are different attenuations on the two routes; this difference can be compensated by means of the variable attenuator 30 of the reference distance, which compensates for the losses in the measuring branch.

Dieser »mechanische Grundabgleich« wird mittels des Dämpfungsgliedes 30 in der Weise durchgeführt, daß das Dämpfungsglied 30 so lange verstellt wird, bis sich Meßstrecke und Bezugsstrecke energiemäßig gleich verhalten. Der entsprechende Einstellpunkt wird durch einen Nullabgleich im Ausgangssignal des Detektors 52 ermittelt. This "mechanical basic adjustment" is carried out by means of the attenuator 30 carried out in such a way that the attenuator 30 is adjusted as long as until the measured section and the reference section behave the same in terms of energy. The corresponding The set point is determined by a zero adjustment in the output signal of the detector 52.

Anschließend erfolgt ein »elektronischer Abgleich«, bei dem eine Kalibrierungsmessung mit leerem Behälter für die Probe durchgeführt wird; bei diesem elektronischen Abgleich werden die Bezugswerte für die Amplitude und die Frequenz der Mikrowellen festgelegt, wobei durch eine kontinuierliche Änderung der Frequenz der von dem Sender 12 ausgesandten Mikrowellen das Minimum und das Maximum der Mikrowellen am Detektor 52 ermittelt werden. Die jeweiligen Extrema sind um 180O zueinander phasenverschoben. This is followed by an »electronic comparison« in which a Calibration measurement is carried out with an empty container for the sample; at this one electronic balancing become the reference values for the amplitude and the frequency the microwaves set, with a continuous change in frequency of the microwaves emitted by the transmitter 12, the minimum and the maximum of the microwaves be determined at the detector 52. The respective extremes are 180 ° to each other out of phase.

Die dabei gemessenen Werte für Minimum bzw. Maximum der Amplitude stellen ein Maß für den größten bzw. den kleinsten Amplitudenwert und damit für die größte bzw. kleinste Dämpfung dar, die mit diesem System ohne Probe überhaupt erreicht werden können. The measured values for the minimum and maximum of the amplitude represent a measure for the largest or smallest amplitude value and thus for represents the greatest or smallest attenuation with this system without a sample at all can be achieved.

Die entsprechenden Werte für Frequenz und Amplituden werden über den Elektronikteil 16 an die Auswerteinrichtung 58 angelegt und gespeichert.The corresponding values for frequency and amplitudes are displayed using the Electronics part 16 applied to evaluation device 58 and stored.

Anschließend wird der Verschluß 42 aufgeklappt, so daß der Behälter mit der eingefüllten Probe in den runden Hohlleiter 44 eingesetzt werden kann. Then the closure 42 is opened so that the container can be used with the filled sample in the round waveguide 44.

Während durch die Probe, also beispielsweise Schnitttabak, die Bezugsstrecke nicht beeinflußt wird, d. h., sich Amplitude und Phase der Mikrowellen, die von der Bezugsstrecke kommen, am Detektor 52 nicht ändern, ergibt sich eine von der Tabakmenge und seiner Feuchte abhängende Beeinflussung der Amplitude und der Phase der Mikrowellen auf der Meßstrecke. Diese Phasenänderung wird wiederum durch die geänderte Wellenlänge der Mikrowellen beim Durchlaufen der Tabakprobe hervorgerufen, da in der Probe für die Mikrowellen andere Ausbreitungsbedingungen als in dem leeren Hohlleiter 44 herrschen. Außerdem wird den Mikrowellen beim Durchlaufen der Probe Energie entzogen, d. h., ihre Amplitude verringert sich. While through the sample, for example cut tobacco, the reference route is not influenced, d. i.e., the amplitude and phase of the microwaves generated by the reference distance come, do not change at the detector 52, one of the results Amount of tobacco and its moisture-dependent influence on amplitude and phase of the microwaves on the measuring section. This phase change is in turn caused by the changed wavelength of the microwaves caused by passing through the tobacco sample, since the propagation conditions for the microwaves in the sample are different from those in the empty sample Waveguide 44 prevail. In addition, the microwaves are released when passing through the sample Energy withdrawn, d. that is, their amplitude decreases.

Aufgrund der erwähnten Änderung der Wellenlänge der Mikrowellen beim Durchlaufen der Proben passen mehr Wellenzüge in die Meßstrecke; die dadurch hervorgerufene Phasenverschiebung kann durch eine Verschiebung der Frequenz der Mikrowellen, die durch eine entsprechende Verstellung des Senders 12 erreicht werden kann, wieder ausgeglichen werden. Die hierzu erforderliche Frequenzverschiebung stellt also ein Maß für die Phasenverschiebung dar, die wiederum direkt auf die Beeinflussung der Mikrowellen durch die Feuchtigkeit und den Tabak zurückgeht. Due to the mentioned change in the wavelength of the microwaves during When passing through the samples, more wave trains fit into the measuring section; the resulting Phase shift can be achieved by shifting the frequency of the microwaves can be achieved by a corresponding adjustment of the transmitter 12, again be balanced. The frequency shift required for this is therefore set Measure of the phase shift, which in turn directly affects the influence of the Microwaves are reduced by the moisture and tobacco.

Zur exakten Ermittlung der Frequenzverschiebung werden zunächst die Minima der am Detektor 52 eintreffenden und interferierenden Wellen von Meßstrecke und Bezugsstrecke festgestellt, d. h., es wird die Frequenz ermittelt, bei denen die Auslöschung und Dämpfung der Mikrowellen am Detektor 52 am größten ist. For the exact determination of the frequency shift, the Minima of the interfering waves arriving at the detector 52 from the measuring section and reference distance determined, d. That is, the frequency is determined at which the extinction and attenuation of the microwaves at the detector 52 is greatest.

Zu diesem Zweck empfängt die Auswerteinrichtung 58 einerseits von dem Detektor 52 über die Leitung 54 und den Elektronikteil 16 den zeitlichen Verlauf der Amplitude der Mikrowellen und zum anderen über den Elektronikteil 16 von dem Sender 12 die zugehörige Frequenz der Mikrowellen. Die Auswerteinrichtung 58 stellt also einerseits das Minimum der Mikrowellen und zum anderen die zugehörige Frequenz fest.For this purpose, the evaluation device 58 receives on the one hand from the detector 52 via the line 54 and the electronics part 16 the time course the amplitude of the microwaves and on the other hand via the electronic part 16 of the Transmitter 12 the associated frequency of the microwaves. The evaluation device 58 represents so on the one hand the minimum of the microwaves and on the other hand the associated frequency fixed.

Durch eine Veränderung der Frequenz der von dem Sender 12 ausgesandten Mikrowellen wird dann die Frequenz ermittelt, bei denen sich die Mikrowellen am Detektor 52 am stärksten überlagern, d. h., bei dem das Ausgangssignal des Detektors 52 maximal wird. Auch dieses Maximum und die zugehörige Frequenz des Senders 12 wird von der Auswerteinrichtung 58 festgestellt und gespeichert. By changing the frequency of the transmitted by the transmitter 12 Microwaves then the frequency is determined at which the microwaves are at Overlay detector 52 the most, i. i.e., at which the output of the detector 52 becomes a maximum. This maximum and the associated frequency of the transmitter 12, too is determined by the evaluation device 58 and stored.

Und schließlich ermittelt die Auswerteinrichtung 58 aus diesen Meßwerten für Minimum und Maximum der Amplitude der Mikrowellen einerseits und den gespeicherten Meßwerten für Minimum und Maximum der Amplitude der Mikrowellen beim »elektronischen Abgleich« andererseits die Dämpfung. And finally, the evaluation device 58 determines from these measured values for the minimum and maximum of the amplitude of the microwaves on the one hand and the stored ones Measured values for the minimum and maximum of the amplitude of the microwaves in the »electronic Adjustment «on the other hand, the attenuation.

Dieses Meßverfahren hat den Vorteil, daß eine Beeinflussung des Meßergebnisses durch die Dämpfung des Meßaufbaus weitgehend ausgeschaltet wird, da die entsprechenden Effekte bei beiden Messungen auftreten, nämlich sowohl beim elektronischen Abgleich als auch bei der eigentlichen Messung. This measurement method has the advantage that it influences the measurement result is largely eliminated by the damping of the test setup, since the corresponding Effects occur in both measurements, namely both in the case of electronic balancing as well as during the actual measurement.

Wie oben erläutert wurde, hängt die Frequenzverschiebung, bei denen die Maxima und Minima der Amplitude und der Mikrowellen auftreten, von der Phasenverschiebung der Mikrowellen am Detektor 52 ab, so daß aus der ermittelten Frequenzdifferenz die Phasenverschiebung bestimmt werden kann. As explained above, the frequency shift at which the maxima and minima of the amplitude and the microwaves occur from the phase shift of the microwaves at the detector 52, so that from the determined frequency difference the phase shift can be determined.

Aus dieser Phasenverschiebung und der Dämpfung der Mikrowellen durch die Probe wird dann schließlich in üblicher Weise die dichteunabhängige Feuchtigkeit ermittelt. From this phase shift and the damping the Microwaves through the sample then finally become density-independent in the usual way Moisture determined.

Den oben beschriebenen Ablauf für das Aufsuchen der Extrem-Werte der Amplitude der Mikrowellen stellt F i g. 2 dar, die eine Kombination aus einem Flußdiagramm und einem Blockdiagramm zeigt. Es läßt sich erkennen, daß die analogen Ausgangssignale des Detektors 52 über den Digital/Analog-Wandler in dem Elektronikteil 16 der Auswerteinrichtung 58 zugeführt werden, die das Minimum und das Maximum der von dem Detektor 52 erfaßten Amplituden der Mikrowellen ermittelt. Während der Suchbereichsbestimmung wird über den Digital/Analog-Wandler von der Auswerteinrichtung 58 ein entsprechendes Signal an den Sender 12 angelegt, um die Frequenz der Mikrowellen so zu verstellen, daß der angestrebte Extrem-Wert der Amplitude erreicht wird. The procedure described above for finding the extreme values the amplitude of the microwaves represents F i g. 2, which is a combination of a Shows a flow chart and a block diagram. It can be seen that the analog Output signals from the detector 52 via the digital / analog converter in the electronic part 16 of the evaluation device 58 are supplied, which the minimum and the maximum of the detected by the detector 52 amplitudes of the microwaves. During the determination of the search area a corresponding one is sent from the evaluation device 58 via the digital / analog converter Signal applied to transmitter 12 to adjust the frequency of the microwaves so that the desired extreme value of the amplitude is reached.

Der Verfahrensablauf bei der Feststellung des Minimums ist schließlich aus F i g. 3 ersichtlich. Es läßt sich erkennen, daß jeder Frequenz der vom Sender 12 erzeugten Mikrowellen ein Amplitudenwert zugeordnet ist, wodurch sich schließlich die Frequenzänderung bestimmen läßt, bei der die Dämpfung der Mikrowellen am Detektor 52 minimal bzw. maximal ist. The process flow in determining the minimum is final from Fig. 3 can be seen. It can be seen that each frequency is used by the transmitter 12 generated microwaves is assigned an amplitude value, which ultimately leads to can determine the frequency change at which the attenuation of the microwaves at the detector 52 is minimum or maximum.

Als Alternative zu dem bisher beschriebenen Ablauf, bei dem das Minimum und das Maximum der Amplitude der Mikrowellen bestimmt werden, ist es auch möglich, genau definierte Punkte eines Wellenzuges abzutasten und den entsprechenden Frequenzwerten zuzuordnen, wodurch ebenfalls die Ermittlung der Phasenverschiebung erreicht werden kann. Diese Variante ermöglicht eine kontinuierliche Bestimmung der Feuchtigkeit. As an alternative to the procedure described so far, in which the minimum and the maximum of the amplitude of the microwaves can be determined, it is also possible to scan precisely defined points of a wave train and the corresponding frequency values to be assigned, whereby the determination of the phase shift can also be achieved can. This variant enables the moisture to be determined continuously.

Abschließend wird noch darauf hingewiesen, daß sich Meß- und Bezugsstrecke in Bezug auf Frequenz und Amplitude der Mikrowellen zeitinvariant verhalten müssen. Ist dies nicht der Fall, kommt es zu Meßfehlern. Finally, it should be noted that the measuring and reference distance must behave in a time-invariant manner with regard to the frequency and amplitude of the microwaves. If this is not the case, measurement errors will occur.

Außerdem muß für eine gute Temperaturstabilität, insbesondere der Meßstrecke, gesorgt werden, da eine Frequenzdrift unter dem Einfluß von Temperaturschwankungen nicht vom eigentlichen Meßergebnis getrennt werden kann, also die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse nicht mehr gewährleistet ist.In addition, for good temperature stability, especially the Measuring section, because a frequency drift under the influence of temperature fluctuations cannot be separated from the actual measurement result, i.e. reproducibility the results are no longer guaranteed.

Aus diesem Grund sollten sowohl der Sender 12 als auch die Meßstrecke, soweit sie das Meßergebnis beeinflussen, auf einer konstanten Temperatur gehalten werden. For this reason, both the transmitter 12 and the measuring section, as far as they influence the measurement result, kept at a constant temperature will.

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Claims

Claims: 1. Device for measuring the humidity of Smoking materials a) with a microwave transmitter, b) with a microwave guide for the emitted waves, their electromagnetic field through the smoke materials can be influenced, c) with a detector for the amplitude of the smoke materials influenced microwaves, and d) with an evaluation device for determining the Moisture content of the smoking materials from that caused by the smoking materials Phase and amplitude change of the microwaves, characterized in that e) the microwave transmitter (12) a frequency shift by means of electronics Allows microwaves over a defined frequency range, and that f) the evaluation device (58) the phase shift produced due to the influence of the smoking materials of the microwaves is determined from the frequency shift of the microwaves and the frequency determines at which the amplitude of the microwaves measured by the detector (52) has a predetermined value.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that g) the Evaluation device (58) the phase shift of the microwaves from the frequency shift determined and determines the frequency at which the amplitude of the microwaves ye Maximum or its minimum reached,

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized characterized in that h) the microwave transmitter (12) over a reference path (26, 28, 32) with an adjustable attenuator (30) and over which the smoking materials containing measuring section (36,38,40, 42,44,46,48,50) connected to the detector (52) is.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the measuring section (26, 28, 30, 32) is longer than the reference distance (36,38,40,42,44,46, 48.50).

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the measuring section (26,28,30,32) more than twice as long as the reference distance (36,38,40,42, 44,46,48,50) is.

6. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that that the microwaves supplied by the transmitter (12) by means of a beam splitter (24) in equal parts on the reference section (36.38, 40.42.44.46.48.50) and the measuring section (26,28,30,32) are divisible.

The invention relates to a device for measuring humidity of smoking materials of the type specified in the preamble of claim 1.

Here, the term »smoking materials« should include all materials be understood that occur in the manufacture of smokable articles, so cut tobacco materials, tobacco substitutes, but also finished smokable articles as well as filter rods. This device is particularly suitable for measuring moisture of cut tobacco materials in tobacco preparation.

In the tobacco preparation, the moisture of the cut Smoking materials are monitored by infrared measuring devices, however, on a regular basis Calibrated at intervals and adjusted to the tobacco mixture currently available have to. Such a calibration takes place, for example, by means of a conventional drying process for determining the moisture content of a tobacco sample. However, this drying takes time more than 3 hours, so that the calibration of the infrared measuring device, for example at A change in the tobacco mixture is only possible after this period. this is particularly problematic if there is a frequent change of tobacco mixture must be made.

Similar problems also arise when measuring the humidity of a Strand of tobacco fibers or a strand of filter rods.

It has therefore already been proposed that the drying process which has been customary up to now to replace it with a microwave measuring method to determine the humidity, which delivers usable measurement results in a much shorter time. So goes from the EP-AI 00 40 805 a device for measuring the moisture of cut Tobacco materials from which the sample, whose moisture can be determined should, in the "shunt", namely in a branch channel to the actual transmission link for the microwaves is arranged. This transmission path contains the microwave transmitter, whose frequency can be adjusted to adapt to the geometric conditions can, a variable attenuator, a power meter as a detector for the amplitude the emitted microwaves, the branch channel with the sample, the shunt to the actual transmission path forms a further, variable attenuator and another power meter for the amplitude of the microwaves passing through the sample has been affected. The moisture in the sample is derived from the damping the amplitude of the microwaves is determined. The problem here is that a strong influence on the transmission path due to the geometric structure of the Puncture channel with the sample results, so that reproducible results only with very careful adjustment are possible. In addition, the result is a pure attenuation measurement always fraught with some uncertainty and depends on the density of the tobacco away.

Therefore, from DE-OS 31 50 202 a device for measurement the moisture of smoking materials of the specified type, in which not only the amplitude but also the phase shift of the microwaves is detected. This phase shift has the following cause: During the propagation of the microwaves through the measuring section without a sample, you have a precisely defined speed, namely the speed of light, if one considers, for example, the propagation of microwaves goes out in an empty waveguide.