FI121556B - Water content measurement - Google Patents
Water content measurement Download PDFInfo
- Publication number
- FI121556B FI121556B FI20065440A FI20065440A FI121556B FI 121556 B FI121556 B FI 121556B FI 20065440 A FI20065440 A FI 20065440A FI 20065440 A FI20065440 A FI 20065440A FI 121556 B FI121556 B FI 121556B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- measured
- radio frequency
- electromagnetic radiation
- frequency electromagnetic
- dewatering element
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 51
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims description 16
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 claims description 33
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 16
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 16
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 26
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 229920001131 Pulp (paper) Polymers 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052704 radon Inorganic materials 0.000 description 1
- SYUHGPGVQRZVTB-UHFFFAOYSA-N radon atom Chemical compound [Rn] SYUHGPGVQRZVTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
- G01N22/04—Investigating moisture content
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
- D21F7/00—Other details of machines for making continuous webs of paper
- D21F7/003—Indicating or regulating the moisture content of the layer
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/34—Paper
- G01N33/343—Paper pulp
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)
Description
Vesipitoisuuden mittausWater content measurement
AlaArea
Keksinnön kohteena on menetelmä, vedenpoistoelementti ja mittalaite vesipitoisuuden mittaamiseksi viirasta ja rainasta paperikoneen forme-5 riosassa.The invention relates to a method, a dewatering element and a measuring device for measuring the water content of a wire and web in a form machine part of a papermaking machine.
TaustaBackground
Vesipitoisuus voidaan paperikoneen formeriosassa mitata käyttäen mikroaaltosäteilyä, jonka taajuuskaista on 1 GHz - 300 GHz. Mittaus voidaan suorittaa esimerkiksi siten, että viiraosan listakengän sisään sijoitetaan mikro-10 aaltoanturi, joka muodostaa mitattavaan viiraan ja rainaan asti osittain ulottuvan mikroaaltokentän, joka etenee listakenkään sitoutuneena osittain viirassa ja rainassa. Anturin materiaalin permittiivisyys saa olla korkeintaan yhtä suuri kuin viiran ja siinä olevan veden, koska muutoin kokonaisheijastus estäisi mittauksen. Esimerkiksi piikarbidi on sopiva anturimateriaali (εΓ = 5.6). Koska an-15 turi on listakengän sisässä, anturin ja viiran välissä on jonkin verran etäisyyttä. Koska viirassa ja rainassa olevan veden suuri suhteellinen permittiivisyys muihin aineisiin verrattuna vaikuttaa osaltaan mikroaaltojen etenemisnopeuteen, voidaan veden määrää viirassa ja rainassa mitata. Tällainen ratkaisu on esitetty esimerkiksi patenttijulkaisussa EP 1624298.The water content in the former portion of the papermaking machine can be measured using microwave radiation having a frequency band of 1 GHz to 300 GHz. For example, the measurement may be performed by inserting a micro-wave sensor within the strip shoe of the wire section, which forms a microwave field extending partially to the wire and web being measured, which advances when the strip shoe is partially bound in the wire and web. The permittivity of the sensor material should not be greater than that of the wire and the water therein, otherwise total reflection would prevent the measurement. For example, SiC is a suitable sensor material (εΓ = 5.6). Because the an-15 handle is inside the shoe, there is some distance between the sensor and the wire. Since the high relative permittivity of the water in the wire and in the web to other materials contributes to the speed of microwave propagation, the amount of water in the wire and in the web can be measured. Such a solution is disclosed, for example, in EP 1624298.
20 Mittaukseen liittyy kuitenkin useita ongelmia. Suuresta taajuudesta johtuen viiraan ja rainaan asti ulottuu vain pieni osa mittauksessa käytetystä säteilystä, mikä heikentää mittaustarkkuutta. Tätä ongelmaa pahentaa edelleen anturin ja viiran välissä oleva rako. Lisäksi anturimateriaalin permittiivi-syyden sovittaminen selvästi pienemmäksi kuin vedellä aiheuttaa mittaustaa-25 juuden nousemisen mikroaaltoalueelle.However, there are several problems with measurement. Due to the high frequency, only a small part of the radiation used in the measurement reaches the wire and the web, which decreases the measuring accuracy. This problem is exacerbated by the gap between the sensor and the wire. In addition, adjusting the permittivity of the sensor material to a value significantly less than that of water causes the measurement hair to rise in the microwave region.
Lyhyt selostusShort description
Keksinnön tavoitteena on toteuttaa parannettu menetelmä, vedenpoistoelementti, kytkentäelementti ja mittalaite. Tämän saavuttaa menetelmä mitata vesipitoisuus paperikoneen formeriosassa radiotaajuisella sähkömag-30 neettisella säteilyllä mitattavasta kohteesta, joka käsittää ainakin viiran ja rai-nan, jossa menetelmässä mitataan ainakin yhtä sähkömagneettisen säteilyn ominaisuutta, joka riippuu mitattavan kohteen vesipitoisuudesta. Menetelmässä edelleen siirretään ainakin yhdellä, mitattavan kohteen kanssa kosketuksissa olevalla ja osittain metallipäällysteisellä vedenpoistoelementillä, jonka per- 2 mittiivisyys on suurempi kuin 75 ja joka toimii mittalaiteyksikön ja mitattavan kohteen välisessä rajapinnassa sekä rakenteellisesti että toiminnallisesti kyt-kentäelementtinä, alle 1 GHz radiotaajuista sähkömagneettista säteilyä mitattavan kohteen ja mittalaiteyksikön välillä vesipitoisuuden mittaamiseksi mitat-5 tavasta kohteesta.It is an object of the invention to provide an improved method, a dewatering element, a coupling element and a measuring device. This is achieved by a method of measuring the water content of the former portion of a papermaking machine by means of radio frequency electromagnetic radiation from an object to be measured, comprising at least a wire and a web, comprising measuring at least one electromagnetic radiation property dependent on the water content of the object being measured. The method further comprises transferring at least one electromagnetic electromagnetic radio frequency (EMF) emitted by at least one dewatering element having a permeability greater than 75 in contact with the object to be measured and having a permeability greater than 75 and acting as a coupling element both structurally and functionally. and a measuring unit for measuring water content from a dimension-5 target.
Keksinnön kohteena on myös vedenpoistoelementti, joka sijaitsee paperikoneen viiraosassa ja on kosketuksissa mitattavaan kohteeseen, joka käsittää ainakin viiran ja rainan. Vedenpoistoelementti on kytketty radiotaajuisella sähkömagneettisella säteilyllä mitattavasta kohteesta vesipitoisuuden 10 mittaavaan mittalaiteyksikköön; vedenpoistoelementti on sovitettu toimimaan mittalaiteyksikön ja mitattavan kohteen välisessä rajapinnassa sekä rakenteellisesti että toiminnallisesti kytkentäelementtinä, jonka suhteellinen permittiivi-syys on suurempi kuin 75, ja vedenpoistoelementin pinta on osittain metalli-päällysteinen; ja vedenpoistoelementti on sovitettu siirtämään alle 1 GHz radio-15 taajuista sähkömagneettista säteilyä mitattavan kohteen ja mittalaiteyksikön välillä vesipitoisuuden mittaamiseksi mitattavasta kohteesta.The invention also relates to a dewatering element located in the wire section of a paper machine and in contact with a measurable object comprising at least a wire and a web. The dewatering element is coupled to a measuring unit 10 for measuring water content by radio frequency electromagnetic radiation; the dewatering element being adapted to function at the interface between the measuring unit and the object being measured, both structurally and functionally, as a coupling element having a relative permittivity greater than 75, and the surface of the dewatering element being partially metal coated; and the dewatering element is adapted to transmit electromagnetic radiation of less than 1 GHz radio-15 between the object to be measured and the measuring unit for measuring water content from the object to be measured.
Keksinnön kohteena on myös mittalaite, joka käsittää ainakin yhden vedenpoistoelementin, joka sijaitsee paperikoneen viiraosassa ja on kosketuksissa mitattavaan kohteeseen, joka käsittää ainakin viiran ja rainan. Ainakin 20 yksi vedenpoistoelementti on kytketty radiotaajuisella sähkömagneettisella säteilyllä mitattavasta kohteesta vesipitoisuuden mittaavaan mittalaiteyksikköön; mainittu ainakin yksi vedenpoistoelementti on sovitettu toimimaan mittalaiteyksikön ja mitattavan kohteen välisessä rajapinnassa sekä rakenteellisesti että toiminnallisesti kytkentäelementtinä, jonka suhteellinen permittiivisyys on suu-25 rempi kuin 75, ja vedenpoistoelementin pinta on osittain metallipäällysteinen; ja mainittu ainakin yksi vedenpoistoelementti on sovitettu siirtämään alle 1 GHz radiotaajuista sähkömagneettista säteilyä mitattavan kohteen ja mittalaiteyksikön välillä vesipitoisuuden mittaamiseksi mitattavasta kohteesta.The invention also relates to a measuring device comprising at least one dewatering element located in the wire section of a paper machine and in contact with a measurable object comprising at least a wire and a web. At least one dewatering element is coupled to a measuring device for measuring water content from an object to be measured by radio frequency electromagnetic radiation; said at least one dewatering element being adapted to function at the interface between the measuring unit and the object being measured, both structurally and functionally as a coupling element having a relative permittivity greater than 75, and the surface of the dewatering element being partially metal coated; and said at least one dewatering element is adapted to transmit radio frequency electromagnetic radiation of less than 1 GHz between the object to be measured and the measuring unit for measuring water content from the object to be measured.
Keksinnön edullisia suoritusmuotoja kuvataan epäitsenäisissä pa-30 tenttivaatimuksissa.Preferred embodiments of the invention are described in the dependent claims.
Keksinnön mukaisella menetelmällä ja järjestelmällä saavutetaan useita etuja. Taajuusvalinnan ja säteilyn syöttötavan takia mittauksessa käytetty säteily siirtyy tehokkaasti viiraan ja rainaan asti. Tätä asiaa parantaa edelleen kiinteä kytkeminen viiraan. Lisäksi materiaalin suuri permittiivisyys mah-35 dollistaa matalan mittaustaajuuden käytön ja siten suuren tunkeutumissyvyy-den mitattavaan materiaaliin.The method and system of the invention provide several advantages. Due to frequency selection and the method of radiation input, the radiation used in the measurement is effectively transmitted to the wire and web. This issue is further improved by the fixed connection to the wire. In addition, the high permittivity of the material allows the use of a low measurement frequency and thus a high penetration depth of the material to be measured.
33
KuvioluetteloList of figures
Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joissa kuvio 1A esittää vedenpoistoelementin rakennetta, 5 kuvio 1B esittää vaihtoehtoista vedenpoistoelementin rakennetta, kuvio 2 esittää säteilyn käyttäytymistä rajapinnassa, kuvio 3 esittää aaltoputkimaista vedenpoistoelementtiä, kuvio 4 esittää koaksiaaliresonaattorin kaltaista vedenpoistoelementtiä, 10 kuvio 5 esittää vedenpoistoelementtiä, joka toimii rengasmaisen ra- koresonaattorin tavoin, kuvio 6A esittää päältä vedenpoistoelementtiä, jossa on kytkentära- ko, kuvio 6B esittää sivulta vedenpoistoelementtiä, jossa on kytkentära- 15 ko, kuvio 6C esittää sähkökentän voimakkuutta mitattavassa kohteessa, kuvio 7A esittää säteilyn lähettämistä mitattavaa kohdetta pitkin, kuvio 7B esittää dipolivastaanotinta (tai lähetintä), kuvio 7C esittää rakolähetintä (tai vastaanotinta), 20 kuvio 8 esittää listarakennetta paperikoneen viiraosassa, kuvio 9 esittää mittalaitetta, ja kuvio 10 esittää menetelmän vuokaaviota.The invention will now be further described in connection with preferred embodiments, with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1A shows the structure of a dewatering element, 5 Figure 1B shows an alternative dewatering element structure, Fig. 6A shows a side dewatering element with a coupling slit, Fig. 6C shows an electric field intensity in the object to be measured, Fig. 7A shows a radial resonator, which functions like an annular radon resonator, Fig. 6A 7B illustrates a dipole receiver (or transmitter); FIG. 7C shows a slot transmitter (or receiver); 9 shows a measuring device, and FIG. 10 shows a flow diagram of the method.
Suoritusmuotojen kuvausDescription of Embodiments
Esitetyssä ratkaisussa kytkentäelementti on samalla myös veden-25 poistoelementti eli listakenkä. Yksi mahdollisuus on se, että kytkentäelementti on osa resonaattorirakennetta, joka ei säteile (juuri ollenkaan) kaukokenttään, vaan sähkökenttä kokonaan tai suurelta osin on lähikenttää. Näin kytkentä-elementin mitattavaan kohteeseen välittämä säteily ei häiritse muita laitteita eikä muita kytkentäelementtejä. Kytkentäelementti voi toimia tällöin kuten re-30 sonaattori, jonka resonanssitaajuus riippuu mitattavan kohteen vesipitoisuudesta.In the embodiment shown, the coupling element is at the same time a water-discharge element, i.e. a shoe. One possibility is that the coupling element is part of a resonator structure that does not radiate (hardly any) to the far field, but that the electric field is wholly or largely near the field. Thus, the radiation transmitted by the coupling element to the object being measured does not interfere with other devices or other coupling elements. The coupling element can then act as a re-30 sonar whose resonant frequency depends on the water content of the object being measured.
Viitaten kuvioihin 1Aja 1B tarkastellaan nyt paperikoneen viiraosassa käytetyn vedenpoistoelementin rakennetta. Vedenpoistoelementti 100 on kosketuksessa mitattavaan kohteeseen 102, joita ovat ainakin raina 104 ja vii-35 ra 106. On mahdollista, että rainan 104 päällä on vielä toinen viira. Raina 104 4 voi olla paperin tai kartongin valmistuksessa käytettyä puukuitumassaa, joka sisältää vettä. Paperikoneen formeriosassa rainasta 104 poistetaan vettä, josta syystä veden määrän mittaaminen konesuunnassa ja konesuuntaan nähden poikittaisessa suunnassa on hyödyllistä. Vedenpoistoelementti 100 voi olla 5 päällystetty metallilla tai muulla sähköä johtavalla materiaalilla 108 muualta paitsi siltä pinnalta, joka on kosketuksissa mitattavan kohteen 102 kanssa. Ve-denpoistoelementin 100 rakenne muulta osin voi olla keräämiä, jonka permittii-visyys on suurempi kuin veden permittiivisyys mittauksessa käytetyllä taajuudella. Permittiivisyys voi olla esimerkiksi 75 - 100.Referring now to Figures 1A and 1B, the structure of a dewatering element used in a wire section of a papermaking machine will now be considered. The dewatering element 100 is in contact with the object to be measured 102, which are at least web 104 and vii-35 ra 106. It is possible that there is another wire over the web 104. The web 104 4 may be wood pulp containing water used in the manufacture of paper or board. In the former portion of the paper machine, water is removed from the web 104, which makes it useful to measure the amount of water in the machine direction and in the transverse direction of the machine direction. The dewatering element 100 may be coated with metal or other electrically conductive material 108 except on a surface in contact with the object 102 to be measured. Otherwise, the structure of the dewatering element 100 may be collectible having a permittivity greater than the permittivity of the water at the frequency used for measurement. The permeability can be, for example, 75-100.
10 Radiotaajuinen sähkömagneettinen säteily, jonka taajuus on alle 1 GHz, voidaan syöttää syöttöliittimen 110 kautta vedenpoistoelementtiin 100 yhdestä reunasta ja vastaanottaa toisesta reunasta vastaanottoliittimen 112 kautta. Tällöin radiotaajuinen säteily siirtyy syöttöliittimen 110 kautta veden-poistoelementistä 100 mitattavaan kohteeseen 102 ja mitattavasta kohteesta 15 102 vedenpoistoelementin 100 kautta takaisin vastaanottoliittimeen 112, josta säteily siirretään mittaukseen. Vaihtoehtoisesti syöttöliitin 110 voi toimia myös vastaanottoliittimenä, jolloin erillistä vastaanottoliitintä ei tarvita. Tällöin radiotaajuinen säteily siirtyy syöttöliittimen 110 kautta vedenpoistoelementistä 100 mitattavaan kohteeseen 102, heijastuu mitattavasta kohteesta 102 vedenpois-20 toelementtiin 100 ja sitä kautta takaisin vastaanottoliittimenä toimivaan syöttö-liittimeen 110, josta säteily siirretään mittaukseen.Radio frequency electromagnetic radiation having a frequency of less than 1 GHz may be supplied through a supply terminal 110 to a dewatering element 100 from one edge and received from a second edge via a receiving terminal 112. The radio frequency radiation is then transmitted through the supply terminal 110 from the dewatering element 100 to the measured object 102 and from the measured object 15 102 through the dewatering element 100 back to the receiving terminal 112 from where the radiation is transmitted to the measurement. Alternatively, the input connector 110 may also serve as a receiving connector, whereby a separate receiving connector is not required. The radio frequency radiation is then transmitted through the input terminal 110 from the dewatering element 100 to the measured object 102, reflected from the measured object 102 to the dewatering element 100, and thereby back to the receiving input 110 acting as a receiving terminal.
Kuviossa 1B on esitetty vedenpoistoelementti 100, jossa on vain yksi yhteinen syöttö-ja vastaanottoliitin 114 keskellä vedenpoistoelementtiä 100. Tällöin radiotaajuinen säteily heijastuu mitattavasta kohteesta takaisin ja hei-25 jastuksen taajuusvasteesta saadaan mitattua veden määrää ilmaiseva reso-nanssitaajuus.Figure 1B illustrates a dewatering element 100 having only one common supply and reception terminal 114 in the center of the dewatering element 100. The radio frequency radiation is then reflected from the object being measured and a resonance frequency indicating the amount of water is obtained from the frequency response of the reflection.
Kuvio 2 esittää kuvioissa 1Aja 1B esitetyissä mittauksissa käytettyjä periaatteita. Alla oleva kerros 202 kuvaa vedenpoistoelementin materiaalia ja yllä oleva kerros kuvaa mitattavaa kohdetta 102. Kun sähkömagneettinen sä-30 teily 200 kohdistetaan kahden aineen rajapintaan siten, että säteily tulee rajapintaan taitekertoimeltaan ja siis myös permittiivisyydeltään suuremmasta aineesta, tietyllä kohtauskulmalla a säteily kokonaisheijastuu. Tämän välttämiseksi voidaan käyttää dimensioita, joilla ei muodostu kokonaisheijastusta.Figure 2 illustrates the principles used in the measurements shown in Figures 1A and 1B. The lower layer 202 describes the material of the dewatering element and the upper layer describes the object to be measured 102. When the electromagnetic radiation 200 is applied to an interface of two substances such that radiation is emitted at a interface with higher refractive index and thus permittivity. To avoid this, dimensions that do not produce total reflection can be used.
Kokonaisheijastuksen välttämiseksi voidaan vedenpoistoelementti 35 mitoittaa siten, että kokonaisheijastustilannetta ei pääse syntymään. Tällöin vedenpoistoelementin dimensio a tulee olla riittävän pieni, jotta vedenpois- 5 toelementin keskeltä tulevat säteet kohtaavat rajapinnan kokonaisheijastus-kulmaa pienemmässä kulmassa cc.In order to avoid total reflection, the dewatering element 35 can be dimensioned so that no overall reflection situation occurs. In this case, the dimension α of the dewatering element must be small enough so that the rays from the center of the dewatering element meet at an angle cc smaller than the total reflection angle of the interface.
Kuviossa 3 on esitetty ratkaisu, jossa vedenpoistoelementti 100 voi toimia kuin aaltoputki. Vedenpoistoelementin 100 ulkokuori 300, jolla saadaan 5 aikaan alaosan oikosulku, voi olla metallia tai muuta sähköä johtavaa materiaalia ja ulkokuoren sisällä keräämiä 302, jonka permittiivisyys on yli 75. Sähköisen lähikentän kenttäviivat voidaan piirtää lähtemään vedenpoistoelementin 100 keskeltä ja kaareutumaan läpi mitattavan kohteen 102 kohti ulkokuorta 300. Näin mitattavan kohteen vesi pääsee vaikuttamaan muodostettavaan re-10 sonanssitaajuuteen. Vedenpoistoelementti 100 voi toimia säteilemättömällä aaltomuodolla TM01 muita aaltomuotoja pois rajaamatta.Figure 3 illustrates a solution in which the dewatering element 100 may function as a waveguide. The outer shell 300 of the dewatering element 100, which provides a short circuit to the lower portion, may be metal or other electrically conductive material and collected within the outer shell 302 having a permittivity greater than 75. The electric near field field lines can be plotted to extend from the center of the dewatering element 100 The water of the object to be measured thus has an effect on the resonant frequency to be formed. The dewatering element 100 may operate on the non-radiated waveform TM01 without delimiting other waveforms.
Kuviossa 4 on esitetty ratkaisu, jossa vedenpoistoelementti toimii kuten koaksiaaliresonaattori. Tässä ratkaisussa vedenpoistoelementin keskellä on metallia tai muuta sähköä johtavaa materiaalia 400. Sähköä johtavan kes-15 kiosan 400 ympärillä on keräämiä 402, jonka permittiivisyys on yli 75. Koaksi-aaliresonaattorin ulkokehä 404 on puolestaan sähköä johtavaa ainetta samaan tapaan kuin keskiosakin 400. Myös tässä ratkaisussa sähköisen lähikentän kenttäviivat lähtevät vedenpoistoelementin 100 keskeltä ja kaareutuvat läpi mitattavan kohteen 102 kohti reunoja. Näin mitattavan kohteen vesi pääsee 20 vaikuttamaan muodostettavaan resonanssitaajuuteen.Figure 4 shows a solution in which the dewatering element functions as a coaxial resonator. In this solution, the dewatering element is centered on a metal or other electrically conductive material 400. Around the conductive central 15 portion 400 is a collector 402 having a permittivity greater than 75. The coaxial resonator outer periphery 404 in turn is conductive material in the same manner as the central portion 400. electric near-field field lines start from the center of the dewatering element 100 and curve through the object 102 to be measured toward the edges. The water of the object to be measured thus has an effect on the resonant frequency to be formed.
Vedenpoistoelementti 100 voi käsittää myös säteilevän raon metalli-levyssä, joka voi olla esimerkiksi piirilevyn metallointi. Kaareva rako voi muodostaa (melkein) ympyrän, jolloin sen kaukokenttään säteilemä sähkökenttä (lähes) kokonaan kumoutuu. Raon keskiviiva voi muodostaa käyrän, joka on 25 paloittain lineaarinen. Raon keskiviiva voi myös muodostaa käyrän, joka on jatkuvasti kaareutuva kuten jollakin epälineaarisella funktiolla, jonka derivaatta on jatkuva. Raon keskiviiva voi edustaa myös itseään leikkaamatonta kaarevaa käyrää. Kuvio 5 esittää raosta suuntautuvia sähköisen lähikentän kenttä-viivoja, jotka ulottuvat mitattavaan kohteeseen 102 asti. Näin mitattavan koh-30 teen vesi pääsee vaikuttamaan muodostettavaan resonanssitaajuuteen.The dewatering element 100 may also comprise a radiating slot in the metal plate, which may be, for example, a metallization of the circuit board. A curved gap can form a (almost) circle, whereby the electric field radiated by it into the far field is (almost) completely canceled out. The slot centerline can form a curve that is 25 linearly linear. The slit centerline can also form a curve that is continuously curved like any non-linear function whose derivative is continuous. The slit centreline can also represent itself as an uncut curved curve. Figure 5 shows slit-oriented electric field field lines extending to the object to be measured 102. Thus, the water of the object to be measured will influence the resonant frequency to be formed.
Kuvio 6A esittää ratkaisua, jossa myös käytetään metalloinnissa 602 olevaa rakoa 600. Rako 600 ei ole itsessään mitoitettu resonaattoriksi eikä se säteile, vaan sen sijaan se kytkee radiotaajuisen säteilyn mitattavaan kohteeseen. Rako 600 on siis resonanssipituutta lyhempi.Fig. 6A illustrates a solution which also uses a slot 600 in metallization 602. The slot 600 is not itself dimensioned as a resonator and does not radiate, but instead switches radio frequency radiation to the object to be measured. The slot 600 is thus shorter than the resonance length.
66
Kuviossa 6B on esitetty vedenpoistoelementti 100, jonka mitattavassa kohteessa kiinni olevassa pinnassa on raollinen metallointi 602. Muutoin vedenpoistoelementti 100 on keräämiä, jonka permittiivisyys on yli 75.Fig. 6B shows a dewatering element 100 having a fractured metallization 602 on a surface to be measured on the object to be measured.
Kuviossa 6C nuolet esittävät kuviossa 6B esitetystä vedenpois-5 toelementistä 100 muodostuvan sähkökentän voimakkuutta mitattavassa kohteessa 102. Sähkökenttä saa maksiminsa, kun vesikerroksen paksuus on mittauksessa käytetyn säteilyn aallonpituuden neljäsosa. Kun siis vesimäärä ja siten myös vesikerroksen paksuus muuttuu, maksiminsa saava aallonpituus muuttuu. Koska maksimi on resonanssissa, voidaan resonanssitaajuuden avul-10 la määrittää veden määrä. Veden määrä voi vastata esimerkiksi 10 mm paksuutta. Tällöin resonanssitaajuudeksi tulee noin 833 MHz (= 4 * λ/4 * Λ/ε7 = 4 * 10 mm * VeT = 360 mm), kun veden permittiivisyydeksi on oletettu laskennan yksinkertaisuuden vuoksi 81.In Fig. 6C, the arrows represent the electric field strength of the dewatering element 100 shown in Fig. 6B at the object to be measured 102. The electric field gets its maximum when the water layer thickness is one quarter of the radiation wavelength used. Thus, as the amount of water and thus also the thickness of the water layer changes, its maximum wavelength changes. Since the maximum is in resonance, the amount of water can be determined using the resonance frequency. The amount of water may correspond, for example, to a thickness of 10 mm. The resonance frequency then becomes about 833 MHz (= 4 * λ / 4 * Λ / ε7 = 4 * 10 mm * VeT = 360 mm), assuming a water permittivity for simplicity of calculation 81.
Kuvio 7A esittää ratkaisua, jossa mitattavaan kohteeseen 102 syö-15 tetään syöttävästä vedenpoistoelementistä 700 radiotaajuista sähkömagneettista säteilyä, joka otetaan vastaan, kun radiotaajuinen säteily on edennyt vastaanottavalle vedenpoistoelementille 702. Vedenpoistoelementit 700 ja 702 on tuettu tukirakenteilla 704 ja 706, joiden avulla vedenpoistoelementit 700, 702 voidaan kiinnittää esimerkiksi viiraosan listoihin. Mittauksessa voidaan radio-20 taajuinen säteily syöttää mitattavaan kohteeseen 102 sellaisessa kulmassa, että mitattavan kohteen 102 ja ilman rajapinnassa syntyy kokonaisheijastus. Tällöin säteily ei pääse ympäristöön eikä siten häiritse muita laitteita. Säteily voi edetä myös substraattimuotona, jolloin säteily etenee osittain ilmassa. Mittaus voidaan suorittaa vaiheen, vaimennuksen, kulkuajan, resonanssitaajuu-25 den tai jonain edellä mainittujen yhdistettynä mittauksena.Fig. 7A illustrates a solution in which radio frequency electromagnetic radiation received from a supply dewatering element 700 is received from the feed dewatering element 700 as received as the radio frequency radiation has advanced to the receiving dewatering element 702. The dewatering elements 700 and 702 are supported by can be attached, for example, to wire section moldings. In the measurement, the radio-frequency radiation can be applied to the object 102 to be measured at an angle such that overall reflection is produced at the interface between the object 102 and the air. This prevents radiation from entering the environment and thus interfering with other equipment. Radiation can also proceed in the form of a substrate, whereby the radiation propagates partially in the air. The measurement may be performed as a combined measurement of phase, attenuation, travel time, resonance frequency or any of the above.
Kuvio 7B esittää ratkaisua, jossa vedenpoistoelementin 700 pinnalla tai pinnan lähellä on säteilyn lähettämistä varten ainakin yksi dipoli 720. Dipolin 720 elementit 722 voivat olla metallia. Vastaavanlainen dipolirakenne sopii myös vastaanottavaan vedenpoistoelementtiin 702. Tällä ratkaisulla voidaan 30 lähettää TE-aaltomuotoa, joka etenee substraattimuotona mitattavassa kohteessa 102. Useita dipoleita käytettäessä dipoleista 720 lähtevää säteilyä sopivasti vaiheistamalla voidaan määrätä lähetyssuunta. Vastaavasti voidaan määrä vastaanottosuunta.Fig. 7B shows a solution in which at least one dipole 720 is provided on or near the surface of the dewatering element 700 for transmitting radiation. The elements 722 of the dipole 720 may be metal. A similar dipole structure is also suitable for the receiving dewatering element 702. With this solution, a TE waveform propagating as a substrate shape at the measured object 102. With multiple dipoles, radiation emitted from dipoles 720 can be determined by appropriately phasing. Similarly, the receiving direction may be the number.
Kuvio 7C esittää ratkaisua, jossa vedenpoistoelementin 700 pinnalla 35 on metallointi 740, jossa on ainakin yksi rako 742. Vastaavanlainen rakoraken-ne sopii myös vastaanottavaan vedenpoistoelementtiin 702. Tällä ratkaisulla 7 voidaan lähettää TM-aaltomuotoa, jolla saadaan aikaan kokonaisheijastus mitattavan kohteen 102 ja ilman rajapinnassa. Useita rakoja käytettäessä raoista 742 lähtevää säteilyä sopivasti vaiheistamalla voidaan määrätä lähetyssuunta. Vastaavasti voidaan määrä vastaanottosuunta.Fig. 7C illustrates a solution in which the dewatering element 700 has a metallization 740 on its surface 35 having at least one slit 742. A similar slit structure also fits with the receiving dewatering element 702. This solution 7 can transmit a TM waveform providing total reflection at the interface . When multiple gaps are used, the radiation emitted from the gaps 742 can be appropriately phased to determine the direction of transmission. Similarly, the receiving direction may be the number.
5 Kuvio 8 esittää viiraosassa olevia listoja, joissa listakengät eli ve- denpoistoelementit ovat. Listoja 800 - 806 voi olla useampia kuin yksi, ja ne ovat peräkkäin konesuunnassa. Kussakin listassa on ainakin yksi vedenpois-toelementti 100. Mitattaessa vedenpoistoelementeillä vaakasuoraan eli listan suunnassa voidaan saada tietoa rainan vesipitoisuudesta poikittaissuunnassa. 10 Mitattaessa pystysuoraan käyttäen viivoituksella merkittyjä vedenpoistoele-menttejä voidaan saada tietoa rainan vesipitoisuudesta konesuunnassa. Mitattaessa vesipitoisuutta konesuunnassa, voidaan myös määrittää vesipitoisuuden muutos mitattavassa kohteessa ja näin voidaan saada tietoa veden poiston tehokkuudesta viiraosassa.Figure 8 shows strips in the wire section having strip shoes or dewatering elements. Lists 800 to 806 may be more than one and are sequentially machine direction. Each list has at least one dewatering element 100. Measuring with dewatering elements horizontally, that is, in the direction of the list, provides information about the water content of the web in the transverse direction. By measuring vertically using dewatering elements marked with a dash, information on the water content of the web in the machine direction can be obtained. When measuring the water content in the machine direction, it is also possible to determine the change in the water content in the object being measured and thereby obtain information on the water removal efficiency in the wire section.
15 Kuvio 9 esittää mittalaitetta. Kukin vedenpoistoelementti 100 on kyt ketty mittalaiteyksikköön 900, joka sisältää radiotaajuisen sähkömagneettisen säteilylähteen. Mittalaiteyksikkö 900 syöttää radiotaajuista säteilyä ainakin yhteen vedenpoistoelementtiin 100, josta säteily etenee mitattavaan kohteeseen 102. Mitattava kohde 102 vaikuttaa ainakin yhteen radiotaajuisen säteilyn omi-20 naisuuteen (vaihe, taajuus, voimakkuus, viive, resonanssi tms.). Ainakin yksi vedenpoistoelementti 100 ottaa vastaan mitattavasta kohteesta 102 tulevaa radiotaajuista säteilyä ja välittää radiotaajuisen säteilyn mittalaiteyksikköön 900, jolla voidaan mitata radiotaajuisen säteilyn ainakin yhtä ominaisuutta. Mit-talaiteyksikön 900 mittausosa voi mitata mitattavan kohteen 102 vesipitoisuu-25 den mitatun ominaisuuden avulla.Figure 9 shows a measuring device. Each dewatering element 100 is connected to a measuring unit 900 which contains a radio frequency electromagnetic radiation source. The measuring unit 900 supplies radio frequency radiation to at least one dewatering element 100, from which radiation propagates to the object to be measured 102. The object to be measured 102 affects at least one characteristic (phase, frequency, intensity, delay, resonance, etc.) of the radio frequency radiation. At least one dewatering element 100 receives radio frequency radiation from the object 102 to be measured and transmits the radio frequency radiation to a measuring unit 900 capable of measuring at least one property of the radio frequency radiation. The measuring portion of the measuring unit 900 can measure the water content of the object 102 to be measured.
Sähköinen lähikenttä on siis vuorovaikutuksessa viiran 106, rainan 104 ja niissä olevan veden kanssa tehokkaasti, koska vedenpoistoelementti 100 koskettaa viiraa 106. Vedenpoistoelementin 100 resonanssitaajuus riippuu viirasta 106, rainasta 104 ja veden määrästä, joista vain veden määrä vaihte-30 lee. Vastaavasti käytettäessä esimerkiksi kuvion 7A mittaustapaa vaiheen, vaimennuksen, kulkuajan arvo riippuu veden määrästä. Mittalaitteella voidaan pyyhkäistä yli halutun taajuuskaistan ja etsiä resonanssitaajuutta, tai vedenpoistoelementtiin liittyvä resonaattori voi automaattisesti hakeutua ja lukkiutua resonanssitaajuudelleen ominaisuuksiensa mukaan, joihin vaikuttaa mm. viira, 35 raina ja vesimäärä.The electric near field thus interacts effectively with the wire 106, the web 104, and the water therein, since the dewatering element 100 contacts the wire 106. The resonant frequency of the dewatering element 100 depends on the wire 106, web 104, and water. Similarly, when using, for example, the measuring method of Figure 7A, the value of the phase, damping, travel time depends on the amount of water. The measuring device can sweep over the desired frequency band and search for a resonant frequency, or the resonator associated with the dewatering element can automatically search and lock to its resonant frequency, which is affected by e.g. wire, 35 web and water.
88
Kuvio 10 esittää menetelmän mukaista vuokaaviota. Askelessa 1000 siirretään ainakin yhdellä, mitattavan kohteen kanssa kosketuksissa olevalla ja osittain metallipäällysteisellä vedenpoistoelementillä, jonka permittiivi-syys on suurempi kuin 75 ja joka toimii mittalaiteyksikön ja mitattavan kohteen 5 välisessä rajapinnassa sekä rakenteellisesti että toiminnallisesti kytkentäele-menttinä, alle 1 GHz radiotaajuista sähkömagneettista säteilyä mitattavan kohteen ja mittalaiteyksikön välillä vesipitoisuuden mittaamiseksi mitattavasta kohteesta.Figure 10 shows a flow chart according to the method. In step 1000, at least one of the dewatering elements in contact with the object to be measured and having a permeability greater than 75 acting at the interface between the measuring unit and the object 5 to be measured, both structurally and functionally as a coupling element, is emitted by radio frequency electromagnetic and a measuring unit for measuring the water content of the object to be measured.
Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten 10 mukaisiin esimerkkeihin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut niihin, vaan sitä voidaan muunnella monin tavoin oheisten patenttivaatimusten puitteissa.Although the invention has been described above with reference to the examples of the accompanying drawings 10, it is to be understood that the invention is not limited thereto but can be modified in many ways within the scope of the appended claims.
Claims (11)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20065440A FI121556B (en) | 2006-06-22 | 2006-06-22 | Water content measurement |
| EP07788757A EP2035814A4 (en) | 2006-06-22 | 2007-06-21 | Measuring of water content |
| PCT/FI2007/050382 WO2007147950A1 (en) | 2006-06-22 | 2007-06-21 | Measuring of water content |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20065440A FI121556B (en) | 2006-06-22 | 2006-06-22 | Water content measurement |
| FI20065440 | 2006-06-22 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI20065440A0 FI20065440A0 (en) | 2006-06-22 |
| FI20065440A FI20065440A (en) | 2007-12-23 |
| FI121556B true FI121556B (en) | 2010-12-31 |
Family
ID=36651535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI20065440A FI121556B (en) | 2006-06-22 | 2006-06-22 | Water content measurement |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2035814A4 (en) |
| FI (1) | FI121556B (en) |
| WO (1) | WO2007147950A1 (en) |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2552954C3 (en) * | 1975-11-26 | 1979-08-16 | Bayer Ag, 5090 Leverkusen | Device for moisture measurement of spatially extended samples |
| JPS5639447A (en) * | 1979-09-08 | 1981-04-15 | Shinichi Sasaki | Device for measuring water content in sheet material |
| JPH02272349A (en) * | 1989-04-14 | 1990-11-07 | Nippon Tokushu Keisokki Seisakusho:Kk | Instrument for measuring basis weight and water by microwave |
| GB9121678D0 (en) * | 1991-10-12 | 1991-11-27 | Unaform Ltd | Microwave drainage meter |
| GB2294326A (en) * | 1994-10-06 | 1996-04-24 | Scapa Group Plc | Moisture detection meter |
| DE29716639U1 (en) * | 1997-09-16 | 1999-01-21 | Tews Elektronik, 22459 Hamburg | Microwave stray field sensor for moisture and / or density measurement |
| SE9803850L (en) * | 1998-11-11 | 2000-05-12 | Kildal Antenna Consulting Ab | Dielectric microwave sensor |
| EP1331476B1 (en) * | 2002-01-29 | 2006-04-26 | AMS- Advanced Microwave Systems GmbH | Microwave apparatus for moisture measurement, with temperature compensation |
| DE50301081D1 (en) * | 2003-01-10 | 2005-10-06 | Ams Advanced Microwave Systems | Microwave stray field sensor |
| DE202005001756U1 (en) * | 2004-02-12 | 2005-05-04 | Trützschler GmbH & Co KG | Microwave sensor for measuring a dielectric property of a product |
| US7151380B2 (en) * | 2004-08-06 | 2006-12-19 | Voith Paper Patent Gmbh | Microwave water weight sensor and process |
| FI119526B (en) * | 2005-05-17 | 2008-12-15 | Senfit Oy | Method and measuring device for measuring water content |
-
2006
- 2006-06-22 FI FI20065440A patent/FI121556B/en not_active IP Right Cessation
-
2007
- 2007-06-21 EP EP07788757A patent/EP2035814A4/en not_active Withdrawn
- 2007-06-21 WO PCT/FI2007/050382 patent/WO2007147950A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2007147950A1 (en) | 2007-12-27 |
| FI20065440A (en) | 2007-12-23 |
| EP2035814A1 (en) | 2009-03-18 |
| FI20065440A0 (en) | 2006-06-22 |
| EP2035814A4 (en) | 2009-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5535926B2 (en) | Antennas that scrutinize human or animal structures | |
| CN108717992A (en) | The Dual-polarized electricity magnetic-dipole antenna of millimeter wave differential feed | |
| US7982469B2 (en) | Method and measuring device for radio wave measuring | |
| KR101492714B1 (en) | Adaptor for Connecting Microstrip Line and Waveguide | |
| US10886624B2 (en) | Waveguide coupling configuration for a line scanner | |
| JP2017121011A (en) | Millimeter-wave antenna and millimeter-wave sensor using the same | |
| KR20010021942A (en) | Microwave reflectometer and method, and microwave oven equipped therewith | |
| US20090256737A1 (en) | Radar level gauge system with multi band patch antenna array arrangement | |
| JP2012517169A (en) | Apparatus for transmitting and / or receiving electromagnetic high-frequency signal, measuring instrument equipped with the apparatus, and machine tool monitoring apparatus | |
| CN112525927A (en) | Detection device and detection method for suspension insulator | |
| Selvaraj et al. | Characterisation of breast tissue using compact microstrip antenna | |
| JP5104131B2 (en) | Radio apparatus and antenna provided in radio apparatus | |
| FI121556B (en) | Water content measurement | |
| US20220085478A1 (en) | Waveguide Assembly, Waveguide Transition, and Use of a Waveguide Assembly | |
| CN110323574B (en) | Waveguide antenna structure and method | |
| CN214585002U (en) | Insulator detection device and insulator | |
| CN109428162A (en) | Antenna element, trailer-mounted radar and automobile | |
| US7201050B2 (en) | Device for determining the filling level of a filling material in a container | |
| US20120032750A1 (en) | Angled junction between a microstrip line and a rectangular waveguide | |
| SE0103816D0 (en) | Slot antenna | |
| Thakur et al. | Microstrip patch antenna array for Rainfall RADAR | |
| Elboushi et al. | High gain microstrip fed slot coupled hybrid antenna for MMW applications | |
| JP3903671B2 (en) | Planar antenna | |
| KR102630318B1 (en) | Horn antenna assembly for microstrip array antenna | |
| Völgyi | Microstrip transmission-and reflection-type sensors used in microwave aquametry |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC | Transfer of assignment of patent |
Owner name: METSO PAPER, INC. Free format text: METSO PAPER, INC. Owner name: ELEKTROBIT MICROWAVE OY Free format text: ELEKTROBIT MICROWAVE OY |
|
| PC | Transfer of assignment of patent |
Owner name: SENFIT OY Free format text: SENFIT OY Owner name: METSO PAPER, INC. Free format text: METSO PAPER, INC. |
|
| MM | Patent lapsed |