JP4991114B2 - マイクロ波センサおよびマイクロ波センサ用のデバイス - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ波共振器を有すると共に製品の誘電特性、特に密度および／または水分含有量を測定するマイクロ波センサであって、上記共振器内に導入された製品は、特に紡績前処理機（ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍａｃｈｉｎｅ）に対して適切な測定量を決定するために、該共振器内で生成される共振用マイクロ波フィールドと相互作用するというマイクロ波センサに関する。

斯かるセンサによれば、上記共振器の特定領域内にはフィールド・エネルギ（ｆｉｅｌｄ ｅｎｅｒｇｙ）が集中される。高フィールド・エネルギの領域における上記共振器の質量負荷は制限される、と言うのも、質量負荷が大きすぎると損失により測定信号が歪曲されるからである。製品の一部に対してのみ夫々が配備されるという幾つかの共振器を使用すると、不経済であると共に、各共振器と、対応する制御および評価用の電子機器とにおける相違により、系統的誤差に帰着し得る。延伸された特にウェッブ形状の製品の場合における更なる問題としては、たとえば製品ウェッブの全幅に亙る比較的に大きな寸法に対して該製品を検知することが挙げられる。たとえば波長を大きくすることにより高フィールド・エネルギの領域を拡大すると、構造は非実用的な寸法となる。また比較的に小寸である幾つかの共振器を製品の広がり部分全体に亙り使用すると、上述の理由により同様に不都合である。

ＥＰ０８８９３２１Ａは、長寸サンプルに関する測定のためのマイクロ波センサであって、上記サンプルのために当該共振器を貫通して延在する貫通ボアを有すると共に誘電体で満たされた平坦な共振器を有するというマイクロ波センサを開示している。上記共振器の中央に配置された測定領域には、強度が比較的に低くて略々均一なマイクロ波フィールドが在る。

ＤＥ１０２０４３２８Ａは、紡績前処理機における繊維スライバの質量を決定するマイクロ波センサを開示しており、該センサは２本の繊維スライバに対する２つのサンプル用空間を有している。

ＷＯ００／５５６０６Ａは、繊維質材料の質量を測定するために共振用細片通過管路（ｒｅｓｏｎａｎｔ ｓｔｒｉｐ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ）を有するマイクロ波センサを開示している。該細片通過管路に沿い電界の半波が進展するが、該半波は、製品の流れに対して夫々の通路が在るという両端部にて最大の強度を有する。開放されたラインの両端部において高度に非均一であるフィールドは、測定技術に関しては不都合である。更に、放射損失による測定値の歪曲を防止するためには、金属製閉塞体を用いて上記細片通過管路を遮蔽することが必要である。上記閉塞体は、測定周波数の近傍の共振を回避するために慎重に調節されねばならない。故に該センサの構成は、比較的に高価である。

本発明の目的は、優れた測定精度を有すると共に、好適には比較的に大量の製品および／または広大な製品の厳密な測定を許容するという安価なマイクロ波センサを提供するに在る。

上記目的は特に、一方向において上記共振器内には電界の少なくとも２つの半波が形成され、製品の送給は、上記電界の上記各半波の内の一方の半波の少なくともひとつの高フィールド強度の領域にて行われるという点において、本発明により達成される。電界の少なくとも２つの半波を使用することで、本発明によれば、上記共振器内に蓄積される合計エネルギに関する該共振器の質量負荷が減少され得ることから、測定精度は改善され得ると共に、高質量負荷時には電界の衰弱が防止さえされ得る。本発明に依れば高測定感度を達成するために、サンプル送給は、対応する強度最大値部分の回りにおける少なくともひとつの半波の高フィールド・エネルギの領域に配置される。これは、フィールド最大値の少なくとも５０％、好適には少なくとも７０％、更に好適には少なくとも９０％の強度を有する領域である。本発明はこれにより、非常に低いフィールド強度の共振器中央領域内へとサンプル送給が行われるというＥＰ０８８９３２１Ａにおける如き高次モード共振器から区別される。

好適には製品の送給は、電界の夫々の半波に対応する少なくとも２つの共振器区画内へと行われる。これにより製品は、上記電界の数個の半波に亙り分布される。これにより、半波毎のおよび共振器区画毎の質量負荷は減少される。特に、半波の数を増大することにより、共振器区画毎の質量負荷は合理的なレベルまで減少され得る。一方向において比較的に大きな広がりを有する製品は数個の半波上へと分布されることで対処可能であり、その場合に個々の高フィールド強度の領域の範囲は比較的に小さくされ得る。故に、高フィールド強度のひとつの大きな領域の代わりに、高フィールド強度の数個の小さな領域が配備されることから、全体として共振器の全体的サイズは減少され得る。この場合に高フィールド強度の各領域は一台の共振器の内側で生成され；比較的に小寸である数台の共振器を使用する必要はない。

”電界の半波”という語句は、特定の測定周波数の場合にはｃｏｓ形状フィールドの凹状部、すなわち、フィールドのゼロ点から開始してフィールドの最大値部分もしくは最小値部分を介して次のゼロ点に至る部分を示している。半波は、半波長に対応する広がりを有する。少なくとも２つの半波長を使用するということは、空洞共振器が高次モードで動作することを意味する。また複数の測定周波数の場合、”半波”という語句は、フィールドのゼロ点からフィールドの最大値部分もしくは最小値部分を介して次のゼロ点まで延在するフィールド領域を指し得る。代替的に該語句は、最高の強度を有する測定周波数に関連し得る。

電界の半波の強度最大値部分の回りには略々均質な強度の領域が存在することから、強度最大値部分内に製品が配置されたときには測定精度が改善され得る。故に多くの場合に製品は、少なくとも２つの半波に対応する電界の少なくとも２つの最大値部分に配置される。もし製品の全ての部分に対してバランスの取れた測定量の平均値が得られるなら、製品の各部分は、好適には実質的に電界の夫々の最大値部分における共振器区画内に夫々配置される。夫々の共振器区画内における最大値部分から個々の製品部分の配置を選択的に変更することにより、個々の製品部分に関する任意の所望の重み付けが設定され得る。

上記共振器は、異なる構成としてもよい。それは好適には、遮蔽された共振器もしくは空洞共振器、すなわち、金属壁部により画成された空洞であってサンプル送給に対する開口以外は実質的に封鎖された空洞である。空洞共振器の場合、空洞共振は内部的に誘起される。この構成は特に、たとえばＷＯ００／５５６０６Ａの細片通過管路と比較して安価である。矩形の共振器が特に簡素であることから、好適である。上記共振器は代替的には、特にチョークを介して開かれる共振器とされ得る。但し本発明は、製品が測定用共振器チャンバ内へと導入され又は該チャンバを介して案内されるという共振器のみに関している。故に本出願の主題は、外部漂遊電界により測定が行われることから完全に異なる種類のフィールド強度分布が存在するという（漂遊フィールド）共振器に関して区別される。

本発明は特に上記共振器を通って案内される連続的な流れの製品の測定に対して有用である、と言うのも、この場合に製品の質量もしくは製品の広がり（ｅｘｐａｎｓｅ）は予め定められていて上記共振器に整合され得ないためである。これは特に、たとえば繊維製品、タバコ、紙材などの、撚線形態および薄寸体形態の製品を含む。個々の製品部分の測定も包含される。撚線形態の製品の場合、上記少なくとも２つの共振器区画は、少なくとも一本の製品撚線の各々の通過に対して好適に設計される。また、各共振器区画を通して２本もしくはそれ以上の製品撚線が案内されれば好適であり得る、と言うのも、１本の繊維撚線が裂断したとしてもそれは他の撚線により搬送されるからである。但し好適には、対応する質量負荷を可及的に低く維持するために、各共振器区画を通しては２本以下または２本より少ない製品撚線が案内される。

上記共振器区画の個数および配置は、特定の要件に対して自由に整合され得る。上記配置は、たとえば製品薄寸体の幅を横切るという特に線形配置である１次元的とされ得る。環状配置も包含され、少なくとも２つの半波が円周方向に配置される。２次元的配置も可能であり、その場合に共振器の電界の少なくとも２つの半波は各々、２つの方向に配備される。３次元の配置さえも可能である。共振器区画の個数は好適には、少なくとも３個、好適には少なくとも４個に達する。必要とされない共振器区画は、負荷なしでの動作が許容され得る。たとえば４個の共振器区画を有する共振器によれば、２つの共振器区画の各々には２本の撚線を案内すると共に残りの２個の共振器区画は負荷なしで動作させることで、４本撚線の製品が測定され得る。故に、同一の共振器構成（たとえば４個の共振器区画を備えた共振器）が、異なる用途（言及された例においては１本〜８本の撚線）に対して使用され得る。適切な場合には、全ての共振器区画が製品の送給を行う必要はない。

該当するなら空洞共振器である上記共振器は、１より大きく、好適には少なくとも２より大きく、更に好適には少なくとも５より大きい誘電率を有する固体誘電体により充填される。当業者であれば、特にセラミクスである習用の材料は公知である。誘電体の充填を用いるとフィールド・エネルギは比較的に小さな空間内に蓄積され、その結果、構成を撚り小さくできる。好適には、サンプルを受容する空間を除き、上記共振器の実質的に全体が誘電体により充填される。”実質的に”とは、マイクロ波の結合を行うデバイス、サンプルを案内するデバイスなどを除くことを意味する。但し上記共振器は代替的に、特に簡素で安価な構成を呈するという空気により実質的に充填され得る。

本発明は本質的に、透過測定に基づき動作する共振器、および、反射測定に基づき動作する共振器の両方に適用可能である。

本発明は更に、たとえば綿、合成繊維などの紡織繊維の少なくとも一本のスライバの密度を測定するマイクロ波共振器を有する本発明のマイクロ波センサ用の好適なデバイスであって、上記マイクロ波センサは少なくとも一本の紡織繊維スライバまたは少なくとも一枚の繊維材料の不織ウェッブに対する処理デバイスを制御且つ／又は調整するために使用されるというデバイスから成る。

上記マイクロ波センサは好適には、カード（ｃａｒｄ）の吐出端部に配置される。練篠機（れんじょうき［ｄｒａｗ ｆｒａｍｅ］）の練篠システム（ｄｒａｗｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）の送給端部および／または吐出端部には、少なくとも一個のマイクロ波センサが配置される。上記練篠システムは好適には、カードの吐出端部におけるカード用練篠システムである。上記紡織繊維スライバは好適にはカード・スライバである。上記紡織繊維スライバは好適には、練篠機スライバである。上記マイクロ波センサは好適には、たとえば機械制御／調整デバイスである電子的制御／調整デバイスに接続される。上記制御／調整デバイスは好適には、上記繊維スライバの密度を変更する例えば駆動モータなどの少なくとも一台のアクチュエータに対して接続される。上記制御／調整デバイスに対し、好適には、上記繊維スライバの密度または密度変化を表示する例えば表示画面、プリンタなどの表示デバイスが接続される。上記マイクロ波センサは好適には、カードもしくは練篠機上で生成されたスライバの密度を監視するために使用される。

１番目に発明によれば、マイクロ波共振器を有すると共に製品の誘電特性、特に密度および／または水分含有量を測定するマイクロ波センサであって、上記共振器内に導入された製品は、特に紡績前処理機に対して適切な測定量を決定するために、該共振器内で生成される共振用マイクロ波フィールドと相互作用するというマイクロ波センサにおいて、電界の少なくとも２つの半波が上記共振器内に一方向に形成され、製品の送給は、上記電界の上記半波の内の一方の半波の少なくともひとつの高フィールド強度の領域にて行われることを特徴とする、マイクロ波センサが提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明において、製品の送給は、前記電界の夫々の半波に対応する少なくとも２つの共振器区画において行われる。
３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記共振器は空洞共振器である。
４番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明において、前記共振器を通って案内される製品流を測定するよう形成されている。
５番目の発明によれば、１番目から４番目のいずれかの発明において、サンプル送給のための共振器開口は、送給されるべき製品の断面形状に概ね対応する。
６番目の発明によれば、１番目から５番目のいずれかの発明において、前記電界の半波長の個数は少なくとも３、好適には少なくとも４である。
７番目の発明によれば、１番目から６番目のいずれかの発明において、前記電界の半波の高フィールド強度の領域を通るたびに、前記製品の送給が進行する。
８番目の発明によれば、１番目から７番目のいずれかの発明において、前記電界の半波の強度最大値部分を通るたびに、前記製品の送給が進行する。
９番目の発明によれば、１番目から８番目のいずれかの発明において、前記製品の送給の位置は前記電界の強度最大値部分に対して調節可能である。
１０番目の発明によれば、１番目から９番目のいずれかの発明において、前記電界の夫々の半波に対応する前記共振器区画は線形に配置される。
１１番目に発明によれば、１番目から１０番目のいずれかの発明において、前記共振器は誘電体により充填される。
１２番目の発明によれば、１番目から１１番目のいずれかの発明において、別体の前記製品の送給に対して前記電界の各半波が配備される。
１３番目の発明によれば、１番目から１２番目のいずれかの発明において、前記電界の半波に対応する各共振器区画は少なくとも２つの製品撚線もしくは製品ウェッブの送給に対して配備される。
１４番目の発明によれば、１番目から１３番目のいずれかの発明において、サンプル送給に対して数個の半波に亙り延在するスロットを備える。
１５番目の発明によれば、１番目から１４番目のいずれかの発明において、薄寸体形状製品を測定するよう形成されている。
１６番目の発明によれば、１番目から１５番目のいずれかの発明において、前記電界の半波の個数は前記薄寸体形状製品の幅に整合される。
１７番目の発明によれば、１番目から１６番目のいずれかの発明において、前記共振器はサンプル供給スロットにより分離された２つの共振器半体から成る。
１８番目の発明によれば、たとえば綿、合成繊維などの紡織繊維の少なくとも一本のスライバの密度を測定する１乃至１７番目のいずれかの発明に記載のマイクロ波共振器を有するマイクロ波センサ用のデバイスにおいて、前記マイクロ波センサは少なくとも一本の紡織繊維スライバまたは少なくとも一枚の繊維材料の不織ウェッブに対する処理デバイスを制御且つ／又は調整するために使用されることを特徴とする、マイクロ波センサ用のデバイスが提供される。
１９番目の発明によれば、１番目から１８番目のいずれかの発明において、前記マイクロ波センサはカードの吐出端部に配置される。
２０番目の発明によれば、１番目から１９番目のいずれかの発明において、練篠機の練篠システムの送給端部および／または吐出端部に少なくとも一個のマイクロ波センサが配置される。
２１番目に発明によれば、１番目から２０番目のいずれかの発明において、前記練篠システムはカードの吐出端部におけるカード用練篠システムである。
２２番目の発明によれば、１番目から２１番目のいずれかの発明において、前記紡織繊維スライバはカード・スライバである。
２３番目の発明によれば、１番目から２２番目のいずれかの発明において、前記紡織繊維スライバは練篠機スライバである。
２４番目の発明によれば、１番目から２３番目のいずれかの発明において、前記マイクロ波センサは、たとえば機械制御／調整デバイスである電子的制御／調整デバイスに接続される。
２５番目の発明によれば、１番目から２４番目のいずれかの発明において、前記制御／調整デバイスに対しては、前記繊維スライバの密度を変更する例えば可変速度駆動モータなどの少なくとも一台のアクチュエータが接続される。
２６番目の発明によれば、１番目から２５番目のいずれかの発明において、前記制御／調整デバイスに対しては、前記繊維スライバの密度を表示する例えば表示画面、プリンタなどの表示デバイスが接続される。
２７番目の発明によれば、１番目から２６番目のいずれかの発明において、前記マイクロ波センサはカードもしくは練篠機上で生成されたスライバの密度を監視するために使用される。
２８番目の発明によれば、１番目から２７番目のいずれかの発明において、前記マイクロ波センサはマイクロ波測定装置の一部である。
２９番目の発明によれば、１番目から２８番目のいずれかの発明において、前記マイクロ波センサはカードの吐出端部において紡織繊維フリースの測定に対して使用される。
３０番目の発明によれば、１番目から２９番目のいずれかの発明において、前記マイクロ波センサは前記カードの送給端部において紡織繊維タフト・フリースの測定に対して使用される。
３１番目に発明によれば、１番目から３０番目のいずれかの発明において、２つのマイクロ波センサが相互に関して１／４波長λ／４だけオフセットされて材料の流れ方向に対し直交して配置される。
３２番目の発明によれば、１番目から３１番目のいずれかの発明において、前記マイクロ波センサは相互に対して電気的に結合される。
３３番目の発明によれば、１番目から３２番目のいずれかの発明において、前記センサの信号は加算されて評価される。
３４番目の発明によれば、１番目から３３番目のいずれかの発明において、前記練篠機の前記練篠システムへの取入口にては複数本の練篠機スライバが検出される。
３５番目の発明によれば、１番目から３４番目のいずれかの発明において、たとえば少なくとも一本の紡織繊維スライバまたは少なくとも一枚の繊維材料の不織ウェッブなどの紡織繊維材料を監視するに適した。

本発明の更なる好適な特徴および実施例は、添付図面を参照した本発明に関する以下の説明から明らかである。

マイクロ波センサ１０は、定在マイクロ波フィールドが生成される空洞共振器１１を備える。上記マイクロ波フィールドの結合および分断は、結合デバイス１２により行われる。マイクロ波はコンピュータ１３により制御される発振器１４により生成されると共に、結合デバイス１２ａに対するラインにより中継される。マイクロ波信号は結合デバイス１２ｂを通じて共振器１１から分断される共にラインにより分析器１５に供給され、その出力信号はコンピュータ１３により処理され得る。発振器１４、分析器１５およびコンピュータ１３は、一台の測定ユニット１６（図８参照）において適切に組み合わされる。矢印Ｄ、Ｅ、ＦおよびＧは、材料の流れの方向を表している。

共振器１１は、複数の共振器区画１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、…を有する。各図において、個別の共振器区画への分割部分は破線により表される。図１、図２、図５、図６、図７および図９は各々、たとえば４個もしくは２個の共振器区画を有する長寸で矩形の空洞共振器に関している。長寸とは、長手軸心に沿う範囲が、該長手軸心に直交する２つの方向に沿う範囲よりも、少なくとも２倍、好適には少なくとも３倍、更に好適には少なくとも５倍だけ長いことを意味する。各共振器区画１７は、共振器１１の長手軸心に沿い直列に配置される。図３は、各共振器区画が行列すなわちマトリクスの形態で配置された共振器を示している。行および列の数ならびに概略的には共振器区画の配置構成は、特定の要件に対し所望に応じて適合され得る。図４は環状の共振器１１に関しており、各共振器区画１７は共振器１１の環状形態の軸心に沿い直列に配置される。この例において、４個の共振器区画１７ｂ、１７ｄ、１７ｆ、１７ｈは負荷なしで動作する。概略的には、任意の所望数の共振器区画１７が負荷なしで動作し得る。

サンプル送給のために各共振器区画は開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃ…を有し、該開口は特に、共振器を画成する壁部に配備され得る。製品の流れ、特に撚線形態の製品流（図１乃至図４および図７）もしくはウェッブ形態の製品流（図５、図６）に対する測定の場合、夫々別体の開口２１は好適には、サンプル１９が共振器１１に進入および共振器１１から退出できるように配備される。好適には開口２１の寸法は、測定されるべき製品１９の断面形状に略々対応する。好適には、開口２１の形状は製品の断面形状に整合される。故にたとえばストランド形態の製品の場合、開口２１は好適には円形もしくは長円形である。上記共振器は好適には、製品供給用開口２１を除き、実質的に封鎖される。”封鎖される”とは、使用されるマイクロ波に対して不透過性であることを意味する。上述の特徴は、上記共振器からマイクロ波エネルギが不都合に放出されるのを減少する上で有用である。

共振器１１もしくは各共振器区画１７に製品１９を通すために、たとえば好適には石英ガラスなどの様に温度依存性が低くて低損失である誘電体から成り得るたとえば小寸管２０ａ、２０ｂ、２０ｃ…などのサンプル案内デバイス１８ａ、１８ｂ、１８ｃ…が配備され得る。

発振器１４により生成されたマイクロ波周波数は、各々が局所的強度最大値を有するという少なくとも２つの凸状の半波を有する定在波が共振器１１内に発生する様に適合される。図１、図５および図９においては、特定周波数のマイクロ波の場合に対する電界線２２が一例として描かれている。この場合には共振器区画１７毎に、電界のｃｏｓ形態の半波が伝搬している。概略的には任意の周波数分布および／または共振器区画１７毎に複数の最大値を有する２つ以上の周波数を含む少なくとも２つの半波を有する他の任意のフィールド分布もまた可能である。図２乃至図４、図６および図７には、一定のフィールド強度のライン２３が描かれている。ライン２３の内側には、局所的強度最大値を有すると共に夫々の共振器区画の略々中心に位置する高フィールド強度の領域が在る。概略的に、このことは絶対的に必要ではない。フィールド強度は、ライン２３の内側よりも外側で小さい。

製品流１９の全体を複数の共振器区画１７に亙り分布させることで、共振器区画１７毎の質量負荷は対応して減少され、図１の例ではたとえば４分の１であり、図３の例ではたとえば９分の１である。サンプル１９の個々の部分は夫々、強度最大値部分の付近に配置された各共振器区画１７の領域を通して案内される。たとえば図１において明らかな如く、この領域においてフィールド強度は略々一定である。故に、サンプルの位置的および配向的な変化ならびに製品流内における空間的な非均一性は測定信号に対して全く影響を有さないか、多くとも僅かだけである、と言うのも、図１乃至図４、図７および図９の例において明らかな如く略々一定のフィールド強度の故に、製品流の全ての部分は同一の重み付けを以て測定信号を入力するからである。個々の製品部分の個別の重み付けを許容すべく、夫々の強度最大値部分から離間してひとつの開口２１が特に配置され得る。

図５および図６に係る実施例は、たとえば紙材、繊維フリースなどの特にパネル形状もしくはウェッブ形状の薄寸体形状製品３１の測定に関する。開口２１はスロット形態であり、該スロット３０はスロット区画２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄから成る。スロット３０の長さは、紙材ウェッブ３１の幅に整合される。また２倍の長さの紙材ウェッブ３１を測定するには、単に４個の代わりに８個の共振器区画１７からなる線形配置を選択して共振器１１の長さを略々２倍にすることで、これと同一の測定ユニット１６が同一のマイクロ波周波数にて使用され得る。この様に、共振器１１の全体的寸法は長手軸心のみに沿い即ち一方向においてのみ変更される必要がある一方、その他の点に関する該共振器１１の全体的寸法は不変のままとされ得る。参照符号Ｈは、材料の流れ方向を表している。

図５および図６の例における様に、概略的にはスロット３０が封鎖される必要はない。共振器１１は、別体の２つの共振器半体の間にサンプル供給スロットを形成するという２つの当該共振器半体から成り得る。好適には、夫々の共振器半体においてはマイクロ波結合デバイス１２が配置される。またスロット付きの共振器を用いて、撚線形態の製品を測定することも可能である。

図７に示された実施例は、共振器１１の壁部が完全には封鎖されずに単にマイクロ波に対して実質的に不透過性であることが意図されることを示している。図７の場合、好適には伝搬限界周波数に対応するマイクロ波フィールドの波長よりも短い間隔にて相互から離間配置された例えば分離プレートなどの分離デバイス３２、３３が配備される。フィールドは各分離プレート３２間から僅かに漏洩するが、全体としては共振器１１の内部に実質的に集中される。

図９に示された実施例は、製品１９の各部分を測定する共振器１１に関している。個々の部分は、たとえば石英ガラス管などのサンプル容器３３内に配設され得る。共振器１１は、製品１９の導入のために、共振器壁部において共振器区画１７ａ、１７ｂ毎に一個のみの開口２１を有する。このような導入は、たとえばロボットにより自動的に行われ得る。案内手段２０が好適であるが、必須ではない。この例においては、共振器区画１７毎の比較的に低い質量負荷において、比較的に大きいサンプル質量が一台のみの共振器１１により測定され得る。

図１０に関し、各共振器区画１７ａ、１７ｂ、１７ｃおよび１７ｄにおいて電界の夫々の最大値の箇所には、繊維スライバ１９ａ、１９ｂ、１９ｃおよび１９ｄが配置される。電界の半波は、共振器区画１７ａ〜１７ｄ毎に伝搬する。

図１１は、送給ローラ５５、送給テーブル７５、テーカイン５６_１、５６_２、５６_３、シリンダ５７、ドッファ５８、ストリッピング・ローラ５９、絞りローラ６０、６１、ウェッブ案内要素６２、ウェッブ用ファンネル（ｗｅｂ ｆｕｎｎｅｌ）６３、取出しローラ６４、６５、回転カード頂部６６、カンコイラ６８およびカン（ｃａｎ）６７を備えた例えばＴｒｕｅｔｚｓｃｈｌｅｒカードＴＣ ０３などのカード機５４を示している。各ローラの回転方向は、夫々の湾曲矢印により示される。取出しローラ６４、６５はカード・スライバ７２を吐出し、該スライバは案内ローラ６９、７０を通過してカンコイラ６８に至り、其処からカン６７内に載置される。取出しローラ６４、６５と案内ローラ６９との間には、本発明に係るマイクロ波測定装置７１（図１、図２参照）が配置される。マイクロ波測定装置７１は、可変速度駆動モータ７４により送給ローラ５５の回転速度を変更するマイクロコンピュータなどの電子的制御／調整デバイス７３に接続される。この様にして、たとえば２００ｍ／分以上の高速で取出しローラ６４、６５を離脱し得るカード・スライバ７２の密度が調節される。文字Ａは、動作方向を表している。参照番号７７は、カード５４の送給デバイスに対して繊維タフト・フリース（ｆｉｂｒｅ ｔｕｆｔ ｆｌｅｅｃｅ）を提供するたとえばＴｒｕｅｔｚｓｃｈｌｅｒ ＤＩＲＥＣＴＦＥＥＤなどのタフト送給デバイスを表している。

図１２を参照すると、図１３に示された練篠システムに対応する練篠システム３４がカンコイラ６８の上方に配置されるが、図１３の練篠システムの記述を参照されたい。練篠システム３４の送給端部および吐出端部にては夫々、送給ローラおよび中間ローラ対に対する駆動モータ４６と吐出ローラ対、取出しローラおよびカン用回転盤７６に対する駆動モータ４７とに接続された電子的制御／調整デバイス５０に接続されているマイクロ波測定装置４８、４９が在る。

図１３を参照すると、たとえばＴｒｕｅｔｚｓｃｈｌｅｒ練篠機ＴＤ ０３などの練篠機５５は練篠システム３４を有し、その上流には練篠システム送給部３４ａが在り且つ下流には練篠システム吐出部３４ｂが在る。繊維スライバ３５は（不図示の）カンからスライバ案内部３６に進入し、取出しローラにより引張られ、且つ、練篠システム３４へと移送される。練篠システム３４は４対３（４−ｏｖｅｒ−３）練篠システムとして設計され、すなわち該システムは３個の底部ローラＩ、ＩＩ、ＩＩＩ（Ｉは底部吐出ローラ、ＩＩは底部中央ローラ、ＩＩＩは底部送給ローラ）と、４個の頂部ローラ３７、３８、３９、４０とから成る。練篠システム３４においては、数本の繊維スライバ３５から成る複合繊維スライバ３５”の牽伸（けんしん［ｄｒａｆｔｉｎｇ］）が行われる。この牽伸は、予備牽伸および主要牽伸から成る。ローラ対４０／ＩＩＩおよび３９／ＩＩは予備牽伸領域を形成し、ローラ対３９／ＩＩおよび３８、３７／Ｉは主要牽伸領域を形成する。練篠された繊維スライバ３５’’’は上記練篠システムの吐出部３４ｂにてウェッブ案内部４１に到達すると共に、スライバ用ファンネル４４を通じて取出しローラ４２、４３により引張られて繊維スライバ４５へと密集され、引き続いて（不図示の）カン内に投入される。文字Ｃは動作方向を表し、３５”は上記練篠システムにおける繊維スライバを表している。たとえば歯付きベルトにより機械的に連結される上記取出しローラ、底部送給ローラＩＩＩおよび底部中央ローラＩＩは、所望の値に事前設定され得る可変速度モータ４６により駆動される（関連する頂部ローラ３９および４０は、共回転する）。底部出力ローラＩおよび取出しローラ４２、４３は、主要モータ４７により駆動される。上記練篠システムに対する取入口３４ａにては、本発明に係るマイクロ波センサ４８（取入側測定デバイス）により、送給された繊維スライバ３５の密度に比例する変数が測定される。練篠システム３４の吐出部３４ｂにては、スライバ用ファンネル４４に関連づけられた本発明に係るマイクロ波センサ４９（吐出側測定デバイス）により繊維スライバの密度が取得される。たとえばマイクロプロセッサを備えたマイクロコンピュータである中央コンピュータ・ユニット５０（制御／調整デバイス）は、可変速度モータ４６に対して調整された変数の設定を定める。練篠プロセスの間において、２つの測定デバイス４８および４９による測定済変数は中央コンピュータ・ユニット５０へと送信される。送給側の測定デバイス４８の測定済変数と出射する繊維スライバ４５の密度に対する所望値とに基づき、中央コンピュータ・ユニット５０においては可変速度モータ４６に対する調節値が決定される。吐出側の測定デバイス４９の測定済変数は、出射する繊維スライバ４５を監視すべく使用される（吐出されるスライバの監視）。この制御システムにより、送給された繊維スライバ３５の密度の変動は牽伸プロセスに対する対応調節により補償され得ると共に、繊維スライバは均等化され得る。参照番号５１は表示画面を表し、５２はインタフェースを且つ５３は入力手段を表す。

図１４、図１５および図１６は、繊維スライバの密度を調節する種々の構成を備えた練篠機の練篠システムの基本的レイアウトを示している。図１４は、マイクロ波測定装置４９が練篠システムの吐出端部に配置された閉制御ループを示している。上記練篠システムを離脱する繊維質材料は測定装置４９を通過し、その出力信号は制御電子機器５０において所望値と比較されて変換されることから、ローラＩＩに対するアクチュエータ（可変速度モータ４６、図１３参照）に対して対応制御信号が供給される。故に、出射する上記繊維質材料の密度に対応する上記出力信号は、繊維質材料が均等化される方向における牽伸ローラ対３９／ＩＩおよび３８／Ｉの速度比に影響を与える。図１５は、開制御ループ（制御）を示している。此処で、マイクロ波測定装置４８は繊維質材料３５が練篠システムに接近する領域に配置されていて該繊維質材料の密度を測定し、対応する測定信号は制御電子機器５０において、ローラＩＩに対するアクチュエータ（可変速度モータ４６、図１３参照）に供給される制御信号へと変換される。測定装置４８から上記練篠システムまで繊維質材料３５が進行するに必要な時間の割当ては、電子的に行われる。図１６は開制御ループおよび閉制御ループの組み合わせを示しており、測定装置４９の測定信号は測定装置４８の測定信号に重畳される。

”共振器（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）”とは、定在マイクロ波フィールドが伝搬し得る空間的領域に関連する。上記共振器は、封鎖されもしくは実質的に封鎖された空洞共振器とされ得る。

密度が測定されつつある製品は”製品領域”と称される領域内に配置されるが、該領域はセンサが動作しているときには上記共振器の領域に関して固定された空間的関係にある。マイクロ波は、製品と相互作用するために上記製品領域に進入する。上記マイクロ波共振器は、上記製品領域に向かうマイクロ波に対して透過性である。上記製品はたとえば、紡績前処理機における繊維スライバ、繊維ウェッブ、繊維タフトまたは個々の繊維などの連続的且つ／又は継続的な製品の流れとされ得る。

図１７および図１８は本発明の更なる２つの実施例を示しており、２つのマイクロ波センサ１０、１０ａは、相互に関して１／４波長λ／４だけオフセットされて、材料の流れ方向Ｈに対し直交して配置される。夫々の共振器１１、１１ａを備えたマイクロ波センサ１０、１０ａは、相互に電気的に結合される（不図示）。マイクロ波センサ１０、１０ａの信号は、電気的に合計されて評価される（不図示）。この様にして、たとえば紡織繊維フリースなどの平坦製品の場合、電界２２および２２ａの最大値部分がより良く活用される。

センサの第１実施例の平面図である。 図１のセンサの前面図である。 センサの第２実施例の前面図である。 センサの第３実施例の前面図である。 センサの第４実施例の平面図である。 図５のセンサの前面図である。 センサの第５実施例の平面図である。 センサを有する測定装置の概略図である。 センサの第６実施例の平面図である。 各共振器区画が実質的に電界の夫々の最大値部分内に配置された図５のセンサを示す図である。 本発明に係るマイクロ波センサを備えたカードの概略的側面図である。 本発明に係るマイクロ波センサを備えたオートレベラ練篠システムと共に繊維スライバ用カンを備えたカンコイラを示す図である。 本発明に係る夫々のマイクロ波センサを有するオートレベラ練篠機の概略的側面図である。 閉制御ループ（調整）と本発明に係る測定装置とを備えたオートレベラ練篠機を示す図である。 開制御ループ（制御）と本発明に係る測定装置とを備えたオートレベラ練篠機を示す図である。 開および閉制御ループ（基準可変入力）の組み合わせと本発明に係る２つの測定装置とを備えたオートレベラ練篠機を示す図である。 第１の上流センサに対してオフセットされた位置に第２の下流センサが配置された本発明の更なる実施例を示す図である。 第２センサが逆方向にオフセットされた図１７と同様の実施例を示す図である。

符号の説明

１０、１０ａ マイクロ波センサ
１１、１１ａ 共振器
１２ マイクロ波結合デバイス
１３ コンピュータ
１４ 発振器
１５ 分析器
１６ 測定ユニット
１７ 共振器区画
１７ａ〜１７ｈ 共振器区画
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ サンプル案内デバイス
１９ 製品流
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ 繊維スライバ
２０ 案内手段
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 小寸管
２１ 開口
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 開口
２２ 電界
２３ ライン
３０ スロット
３１ 薄寸体形状製品
３２ 各分離プレート
３２、３３ 分離デバイス
３４ 練篠システム
３４ａ 練篠システム送給部
３４ｂ 練篠システム吐出部
３５ 繊維スライバ
３５’’’ 繊維スライバ
３５” 複合繊維スライバ
３６ スライバ案内部
３７、３８、３９、４０ 頂部ローラ
４１ ウェッブ案内部
４２、４３ 取出しローラ
４４ スライバ用ファンネル
４５ 繊維スライバ
４６ 可変速度モータ
４７ 駆動モータ
４８ マイクロ波センサ
５０ ユニット
５０ 制御電子機器
５０ 電子的制御／調整デバイス
５４ カード機
５５ 送給ローラ
５５ 練篠機
６７ カン
６８ カンコイラ
６９、７０ 案内ローラ
７１ マイクロ波測定装置
７２ スライバ
７３ 電子的制御／調整デバイス
７４ 可変速度駆動モータ
７６ カン用回転盤

Claims (34)

1. マイクロ波共振器（１１）を有すると共に製品の誘電特性、密度および／または水分含有量を測定するマイクロ波センサであって、上記共振器（１１）内に導入された製品（１９、３１）は、紡績前処理機に対して適切な測定量を決定するために、該共振器（１１）内で生成される共振用マイクロ波フィールドと相互作用するというマイクロ波センサにおいて、
   前記共振器の全体にわたって延びていて前記製品を案内する、誘電体からなるサンプル案内デバイスを具備し、
   電界の少なくとも２つの半波が上記共振器（１１）内に一方向に形成され、前記サンプル案内デバイスは、前記製品を上記電界の上記半波の内の一方の半波の少なくともひとつの高フィールド強度の領域に通して案内するように配置されていることを特徴とする、マイクロ波センサ。
2. 製品の送給は、前記電界の夫々の半波に対応する少なくとも２つの共振器区画（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…）において行われることを特徴とする、請求項１記載のマイクロ波センサ。
3. 前記共振器（１１）は空洞共振器であることを特徴とする、請求項１記載のマイクロ波センサ。
4. 前記共振器（１１）を通って案内される製品流を測定するよう形成されていることを特徴とする、請求項１もしくは２に記載のマイクロ波センサ。
5. サンプル送給のための共振器開口（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ…）は、送給されるべき製品（１９、３１）の断面形状に対応することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のマイクロ波センサ。
6. 前記電界の半波の高フィールド強度の領域を通るたびに、前記製品の送給が進行することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のマイクロ波センサ。
7. 前記電界の半波の強度最大値部分を通るたびに、前記製品の送給が進行することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のマイクロ波センサ。
8. 前記製品の送給の位置は前記電界の強度最大値部分に対して調節可能であることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のマイクロ波センサ。
9. 前記電界の夫々の半波に対応する前記共振器区画（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…）は線形に配置されることを特徴とする、請求項２に記載のマイクロ波センサ。
10. 前記共振器（１１）は、前記製品を受容する空間を除き、誘電体により充填されることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のマイクロ波センサ。
11. 前記電界の半波に対応する各共振器区画（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…）は少なくとも２つの製品撚線もしくは製品ウェッブの送給に対して配備されることを特徴とする、請求項２に記載のマイクロ波センサ。
12. サンプル送給に対して数個の半波に亙り延在するスロット（３０）を備えることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のマイクロ波センサ。
13. 薄寸体形状製品（３１）を測定するよう形成されていることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のマイクロ波センサ。
14. 前記電界の半波の個数は前記薄寸体形状製品（３１）の幅に整合されることを特徴とする、請求項１３に記載のマイクロ波センサ。
15. 前記共振器（１１）はサンプル供給スロットにより分離された２つの共振器部分から成ることを特徴とする、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のマイクロ波センサ。
16. 紡織繊維の少なくとも一本のスライバの密度を測定する請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のマイクロ波共振器を有するマイクロ波センサ用のデバイスにおいて、
    前記マイクロ波センサ（１０；４８、４９）は少なくとも一本の紡織繊維スライバ（３５）または少なくとも一枚の繊維材料の不織ウェッブに対する処理デバイス（５４；５５）を制御且つ／又は調整するために使用されることを特徴とする、マイクロ波センサ用のデバイス。
17. 前記マイクロ波センサ（１０；７１）はカード（５４）の吐出端部に配置されることを特徴とする、請求項１６に記載のデバイス。
18. 練篠機（５５）の練篠システム（３４）の送給端部および／または吐出端部に少なくとも一個のマイクロ波センサ（１０；３５、３６；４８、４９）が配置されることを特徴とする、請求項１６に記載のデバイス。
19. 前記練篠システム（３４）はカード（５４）の吐出端部におけるカード用練篠システムであることを特徴とする、請求項１８に記載のデバイス。
20. 前記紡織繊維スライバ（９）はカード・スライバ（２８）であることを特徴とする、請求項１６に記載のデバイス。
21. 前記紡織繊維スライバ（９）は練篠機スライバ（３５）であることを特徴とする、請求項１６に記載のデバイス。
22. 前記マイクロ波センサ（１０；４８、４９）は、電子的制御／調整デバイス（５０）に接続されることを特徴とする、請求項１６に記載のデバイス。
23. 前記制御／調整デバイス（３２；５０）に対しては、前記繊維スライバ（９；２８；３５）の密度を変更する少なくとも一台のアクチュエータが接続されることを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
24. 前記制御／調整デバイス（３２；５０）に対しては、前記繊維スライバ（９；２８；３５）の密度を表示する表示デバイスが接続されることを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
25. 前記マイクロ波センサ（１０；４８、４９）はカードもしくは練篠機上で生成されたスライバの密度を監視するために使用されることを特徴とする、請求項１６に記載のデバイス。
26. 前記マイクロ波センサはマイクロ波測定装置の一部であることを特徴とする、請求項１６に記載のデバイス。
27. 前記マイクロ波センサ（１０；７１）はカード（５４）の吐出端部において紡織繊維フリースの測定に対して使用されることを特徴とする、請求項１７に記載のデバイス。
28. 前記マイクロ波センサ（１０）は前記カード（５４）の送給端部において紡織繊維タフト・フリースの測定に対して使用されることを特徴とする、請求項２７に記載のデバイス。
29. 一つのマイクロ波センサ（１０）が材料の流れ方向（Ｈ）において他のマイクロ波センサ（１０ａ）の上流に配置されており、これら二つのマイクロ波センサ（１０、１０ａ）は相互に関して１／４波長λ／４だけオフセットされて材料の流れ方向（Ｈ）に対し直交して配置されることを特徴とする、請求項１６に記載のデバイス。
30. 前記マイクロ波センサ（１０、１０ａ）は相互に対して電気的に結合されることを特徴とする、請求項２８に記載のデバイス。
31. 前記センサ（１０、１０ａ）の信号は加算されて評価されることを特徴とする、請求項２９または３０に記載のデバイス。
32. 前記練篠機（５５）の前記練篠システム（３４）への取入口（３４ａ）にては複数本の練篠機スライバ（１９；３５）が検出されることを特徴とする、請求項１８に記載のデバイス。
33. 少なくとも一本の紡織繊維スライバまたは少なくとも一枚の繊維材料の不織ウェッブなどの紡織繊維材料を監視するに適した、請求項１から１５のいずれか一項に記載のマイクロ波センサ。
34. 前記電界の夫々の半波に対応する前記共振器区画（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…）は前記製品の送給方向の周りに環状に配置されることを特徴とする、請求項２に記載のマイクロ波センサ。

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