TWI759683B - 水份感測模組 - Google Patents

Abstract

一種水份感測模組，用以感測物料的水份值，且水份感測模組包括感測模組及控制模組，且感測模組包括第一電極模組及第二電極模組。第一電極模組提供響應物料的第一振幅訊號，且第二電極模組提供響應物料的第二振幅訊號；控制模組將第一振幅訊號與第二振幅訊號進行水份計算得到物料的水份值。

Description

水份感測模組

本發明係有關一種水份感測模組，尤指一種抵銷環境影響而準確地感測物料水份值的水份感測模組。

在物品的製造過程中，水份的控制為非常重要的一環，其牽涉到進料品質、過程控制、成品製造的良劣。例如菸草行業的水分控制、飼料行業的造粒控制、食品行夜的粉末水份控制、食品行業、水泥行業的熟成控制、化纖行業的塑膠造粒成品控制、造紙業的成品控制等。這些物品的製造過程中，對於水份的多寡要求度極高，其物料水份的控制必須要非常地精準，因此物料水份含量的感測精準度及可感測範圍需要非常高的解析能力。

習知的水份感測裝置，通常分為光學式水份感測裝置、微波式水份感測裝置與電容式水份感測裝置。光學式水份感測裝置通常使用於實驗室抽樣化驗，微波式水份感測裝置與電容式水份感測裝置則運用於線上製程比對。其中，微波式水份感測裝置適合應用於高溫、非接觸式、精度要求低的環境，具有非接觸式不怕磨耗的優點。電容式水份感測裝置則為接觸式、特定偵測體積範圍內流動成分的變化，其感測的精度較高。

但是，由於電容式水份感測裝置是採用低頻感測穩定範圍內的物質變化，因此容易受製程環境變化影響，特別在小訊號環境，環境溫溼度造成的敏感雜訊，容易掩蓋真實的訊號。

所以，如何設計出一種水份感測模組，來解決前述的技術問題，乃為本案發明人所研究的重要課題。

為了解決上述問題，本發明係提供一種水份感測模組，以克服習知技術的問題。因此，本發明水份感測模組感測物料的水份值，水份感測模組包括：感測模組，包括：第一電極模組，產生第一電場，且通過第一電場提供響應物料的參考訊號，參考訊號為第一振幅訊號。及第二電極模組，產生第二電場，且通過第二電場提供響應物料的感測訊號，感測訊號為第二振幅訊號。及控制模組，耦接感測模組，且接收第一振幅訊號與第二振幅訊號。其中，控制模組將第一振幅訊號與第二振幅訊號進行水份計算得到物料的水份值。

於一實施例中，控制模組包括：訊號處理單元，耦接感測模組。及控制單元，耦接訊號處理單元。其中，第一振幅訊號與第二振幅訊號通過訊號處理單元轉換為第一電壓訊號與第二電壓訊號，且控制單元將第一電壓訊號與第二電壓訊號進行水份計算而得到水分值。

於一實施例中，第一電極模組包括：第一振盪單元，提供第一振盪訊號。第一電極，耦接第一振盪單元，且接收第一振盪訊號。及第一參考電極，耦接訊號處理單元，且第一振盪訊號通過第一電極與第一參考電極之間的第一雜散電容而產生第一電場。第二電極模組包括：第二振盪單元，提供第二振盪訊號。第二電極，耦接第二振盪單元，且接收第二振盪訊號。及第二參考電極，耦接訊號處理單元，且第二振盪訊號通過第二電極與第二參考電極之間的第二雜散電容而產生第二電場。其中，第一參考電極根據第一電場提供第一 振幅訊號至訊號處理單元，且第二參考電極根據第二電場提供第二振幅訊號至訊號處理單元。

於一實施例中，第一振盪訊號與第二振盪訊號為具有固定振幅與固定頻率的交流訊號。

於一實施例中，第一電極模組與第二電極模組皆耦合物料；參考訊號代表物料在第一物料參數值下的水分值，且感測訊號代表物料在第二物料參數值下的水分值；控制單元通過參考訊號所對應的第一電壓訊號與感測訊號所對應的第二電壓訊號加總取平均值的水份計算而獲得不受第一物料參數值與第二物料參數值影響的水份值。

於一實施例中，第一物料參數值與第二物料參數值分別為第一物料溫度值與第二物料溫度值、第一物料密度值與第二物料密度值、第一物料壓力值與第二物料壓力值、第一水份值與第二水份值的至少其中之一組。

於一實施例中，第一電極模組不耦合物料，且第二電極模組耦合物料；參考訊號代表第一電極模組周遭的環境介質的介質參數值，且感測訊號代表在介質參數值下，物料的水份值；控制單元通過參考訊號所對應的第一電壓訊號與感測訊號所對應的第二電壓訊號取差分的水份計算獲得不受介質參數值影響的水份值。

於一實施例中，介質參數值為介質溫度值、介質壓力值、介質水份值的至少其中之一。

於一實施例中，訊號處理單元包括：第一訊號處理單元，包括：第一電壓轉換單元，耦接第一參考電極。第一倍率調整單元，耦接第一參考電極與第一電壓轉換單元。及第一轉換單元，耦接第一倍率調整單元與控制單元。第二訊號處理單元，包括：第二電壓轉換單元，耦接第二參考電極。第二倍率調整單元，耦接第二參考電極與第二電壓轉換單元。及第二轉換單元，耦 接第二倍率調整單元與控制單元。其中，第一振幅訊號通過第一電壓轉換單元轉換為第一類比訊號，且第二振幅訊號通過第二電壓轉換單元轉換為第二比訊號；第一倍率調整單元調整第一類比訊號的倍率，且第一轉換單元將調整率後的第一類比訊號進行類比/數位轉換為第一電壓訊號；第二倍率調整單元調整第二類比訊號的倍率，且第二轉換單元將調整率後的第二類比訊號進行類比/數位轉換為第二電壓訊號。

於一實施例中，第一電壓轉換單元與第二電壓轉換單元為電阻或電容；第一振幅訊號通過電阻或電容而在第一倍率調整單元與第一參考電極之間的節點產生第一類比訊號；第二振幅訊號通過電阻或電容而在第二倍率調整單元與第二參考電極之間的節點產生第二類比訊號。

於一實施例中，感測模組更包括：振盪單元，提供振盪訊號。及開關單元，耦接振盪單元與控制單元。其中，第一電極模組包括第一電極與參考電極，第二電極模組包括第二電極與參考電極，第一電極與第二電極耦接開關單元，且參考電極耦接訊號處理單元；控制單元通過切換頻率驅動開關單元反覆地切換導通第一電極耦接振盪單元或第二電極耦接振盪單元，使振盪訊號通過第一電極與參考電極之間的第一雜散電容而產生第一電場，或振盪訊號通過第二電極與參考電極之間的第二雜散電容而產生第二電場；參考電極根據第一電場提供第一振幅訊號至訊號處理單元，且根據第二電場提供第二振幅訊號至訊號處理單元。

於一實施例中，振盪訊號為具有固定振幅與固定頻率的交流訊號。

於一實施例中，第一電極、第二電極以及參考電極呈同心環繞排列。

於一實施例中，第二電極的面積大於參考電極，參考電極的面積大於第一電極，其中，第一電極與第二電極的面積比為10。

於一實施例中，第二電極的面積大於參考電極，參考電極的面積大於第一電極，其中，第一電極與第二電極的面積比為2。

於一實施例中，第一電極模組與第二電極模組皆耦合物料；參考訊號代表第一電極模組周遭的環境的環境變化值下，物料的第一水份值，且感測訊號代表在相同的環境變化值下，物料的第二水份值；控制模組通過參考訊號所對應的第一電壓訊號與感測訊號所對應的第二電壓訊號取差動的水份計算獲得不受環境變化值影響的水份值。

於一實施例中，環境變化值為物料溫度變化值、物料密度變化值、物料壓力變化值的至少其中之一。

於一實施例中，訊號處理單元包括：電壓轉換單元，耦接參考電極。倍率調整單元，耦接參考電極與電壓轉換單元。及轉換單元，耦接倍率調整單元與控制單元。其中，第一振幅訊號與第二振幅訊號通過第一電壓轉換單元轉換為第一類比訊號與第二比訊號；倍率調整單元調整第一類比訊號與第二類比訊號的倍率，且第一轉換單元將調整率後的第一類比訊號與第二類比訊號進行類比/數位轉換為第一電壓訊號與第二電壓訊號。

於一實施例中，電壓轉換單元為電阻或電容；第一振幅訊號與第二振幅訊號通過電阻或電容而在倍率調整單元與參考電極之間的節點產生第一類比訊號與第二類比訊號。

綜上所述，本發明之主要優點與功效在於，利用電容式水份感測原理且具有雙電極模組輸入所建構的水份感測模組取得兩組感測訊號，再以水份計算方式計算兩組感測訊號而抵銷環境影響，以達到準確地感測物料的水份值之功效。

為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

100、100’:水份感測模組

1、1’:感測模組

12、12’:第一電極模組

122:第一振盪單元

124、124’:第一電極

126:第一參考電極

14、14’:第二電極模組

142:第二振盪單元

144、144’:第二電極

146:第二參考電極

A1:振盪電路

A2:放大電路

26:振盪單元

27:開關單元

28:參考電極

2、2’:控制模組

22、22’:訊號處理單元

22-1:第一訊號處理單元

222-1:第一電壓轉換單元

224-1:第一倍率調整單元

226-1:第一轉換單元

22-2:第二訊號處理單元

222-2:第二電壓轉換單元

224-2:第二倍率調整單元

226-2:第二轉換單元

222:電壓轉換單元

224:倍率調整單元

226:轉換單元

24、24’:控制單元

3:殼體

32:容置空間

34:開口

4:絕緣板

200:物料

X:儲存槽

Y:管路

Vm:水份值

Sa1、Sa1’:第一振幅訊號

Sa2、Sa2’:第二振幅訊號

Sv1、Sv1’:第一電壓訊號

Sv2、Sv2’:第二電壓訊號

So:振盪訊號

So1:第一振盪訊號

So2:第二振盪訊號

Sn1、Sn1’:第一類比訊號

Sn2、Sn2’:第二類比訊號

Cm:水份計算

C1:第一雜散電容

C2:第二雜散電容

E1:第一電場

E2:第二電場

C1~C3:曲線

T:溫度變化值

圖1為本發明水份感測模組之方塊圖；圖2為本發明水份感測模組第一實施例之電路方塊圖；圖3A為本發明第一實施例的水份感測模組使用平均計算的水份計算方式第一實施例的使用方式圖；圖3B為本發明第一實施例的水份感測模組使用平均計算的水份計算方式第二實施例的使用方式圖；圖4為本發明第一實施例的水份感測模組使用平均計算的水份計算方式第一實施例的使用方式，計算密度差異的波形示意圖；圖5A為本發明第一實施例的水份感測模組使用差分計算的水份計算方式第一實施例的使用方式圖；圖5B為本發明第一實施例的水份感測模組使用差分計算的水份計算方式第二實施例的使用方式圖；圖6為本發明第一實施例的水份感測模組使用差分計算的水份計算方式第一實施例的使用方式，計算環境介值為空氣的波形示意圖；圖7為本發明水份感測模組第二實施例之電路方塊圖；圖8A為本發明水份感測模組第二實施例之結構圖；圖8B為本發明水份感測模組第二實施例之感測模組結構圖； 圖9A為本發明第二實施例的水份感測模組使用差分計算的水份計算方式第一實施例的使用方式圖；圖9B為本發明第二實施例的水份感測模組使用差分計算的水份計算方式第二實施例的使用方式圖；及圖10為本發明第二實施例的水份感測模組使用差分計算的水份計算方式第一實施例的使用方式，計算環境變化值為料溫度變化值的波形示意圖。

茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：

請參閱圖1為本發明水份感測模組之方塊圖。水份感測模組100耦接物料200，且用於感測物料200的水份值Vm。其中，水份感測模組100可通過例如但不限於，設置於內含物料200的儲存槽或管路表面，且利用容性耦合的方式感測物料200的水份值Vm。水份感測模組100為利用電容式水份感測原理所建構的模組，且包括感測模組1與控制模組2，感測模組1設置於內含物料200的儲存槽或管路表面，控制模組2耦接感測模組1。感測模組1包括第一電極模組12與第二電極模組14。第一電極模組12產生第一電場，且當第一電極模組12設置於內含物料200的儲存槽或管路表面時，第一電場的數值會因偵測到水份的變動而隨之變動(例如但不限於，物料200的水份值Vm、桶槽內部空氣的水份值Vm等)。因此，通過第一電場數值的變動可對應地提供響應物料200的參考訊號，參考訊號為第一振幅訊號Sa1。第二電極模組14產生第二電場，且當第二電極模組14設置於內含物料200的儲存槽或管路表面時，第二電場的數值會因偵測到水份的變動而隨之變動(例如但不限於，物料200的水份值Vm)。因此，通過第二 電場數值的變動可對應地提供響應物料200的感測訊號，感測訊號為第二振幅訊號Sa2。

控制模組2耦接第一電極模組12與第二電極模組14，且接收第一振幅訊號Sa1與第二振幅訊號Sa2。控制模組2將第一振幅訊號Sa1與第二振幅訊號Sa2進行水份計算Cm而獲得物料200的水份值Vm。具體而言，當第一電場或第二電場產生變化時，第一振幅訊號Sa1的數值響應第一電場的變化，且第二振幅訊號Sa2的數值響應第二電場的變化。第一振幅訊號Sa1為參考訊號，其參考訊號可代表物料200周遭環境的環境參數(例如電不限於，環境溫度或環境介質值等參數)的水份值Vm。第二振幅訊號Sa2為感測訊號，其感測訊號可代表對應第一電極模組12的環境參數下，物料200的水份值Vm。控制模組2的水份計算Cm係根據水份感測模組100的感測方式而定，其根據電極模組(12、14)設置的位置而使用平均計算或差分計算的水份計算Cm方式。

本發明之主要目的在於，提供一種利用電容式水份感測原理所建構的水份感測模組100，具有雙電極模組(12、14)輸入，以差分或取平均值的水份計算Cm方式抵銷環境影響而準確地感測物料200的水份值Vm。進一步而言，控制模組2包括訊號處理單元22與控制單元24，且訊號處理單元22耦接第一電極模組12、第二電極模組14及控制單元24。第一振幅訊號Sa1與第二振幅訊號Sa2通過訊號處理單元22轉換為第一電壓訊號Sv1與第二電壓訊號Sv2，且控制單元24將第一電壓訊號Sv1與第二電壓訊號Sv2進行平均計算或差分計算的水份計算Cm而得到物料200的水分值Vm。值得一提，於本發明之一實施例中，環境參數包括物料參數值、質參數值及環境變化值，有關水份感測模組100的細部電路結構及電路結構所對應物料參數值、質參數值及環境變化值的操作及計算方式，於後文有進一步的說明。

請參閱圖2為本發明水份感測模組第一實施例之電路方塊圖，復配合參閱圖1。第一電極模組12包括第一振盪單元122、第一電極124及第一參考電極126，且第二電極模組14包括第二振盪單元142、第二電極144及第二參考電極146。第一電極124耦接第一振盪單元122，且第一振盪單元122提供第一振盪訊號So1至第一電極124。第一電極124與第一參考電極126之間由於兩電極靠近的關係而產生第一雜散電容C1(又稱寄生電容)，且由於第一振盪訊號So1提供至第一電極124的關係，使得第一電極124與第一參考電極126之間產生壓差，且第一雜散電容C1儲存電荷而產生第一電場E1。第一參考電極126耦接訊號處理單元22，且根據第一電場E1的變化而提供第一振幅訊號Sa1至訊號處理單元22。值得一提，第二電極模組14內部的元件耦接方式、第二振盪訊號So2與第二振幅訊號Sa2的傳遞方式及第二雜散電容C2與第二電場E2的產生方式與第一電極模組12相同，在此不再加以贅述。

第一振盪單元122與第二振盪單元142內部分別包括振盪電路A1，第一振盪單元122的振盪電路A1耦接第一電極124，且第二振盪單元142的振盪電路A1耦接第二電極144。振盪電路A1用以產生固定頻率、固定振幅的交流訊號，且振盪電路A1可使用例如但不限於，振盪電晶體、考畢子振盪電路或交流訊號產生控制器等裝置。其中，振盪電路A1與電極(124、144)之間可包括如圖2所示的放大電路A2，以將振盪訊號(So1、So2)進行訊號放大。具體而言，當振盪訊號(So1、So2)的驅動能力足以使電極模組(12、14)正常運作時，振盪電路A1可直接耦接電極(124、144)。反之，當振盪訊號(So1、So2)的驅動能力不足以使電極模組(12、14)正常運作時，振盪電路A1須通過放大電路A2耦接電極(124、144)，使振盪訊號(So1、So2)放大後再提供至電極(124、144)。值得一提，於本發明之一實施例中，放大電路A2並不限定僅能以圖2所示之電路構成，舉凡可作為訊號放大用之放大電路A2，皆應包含在本實施例之範疇當中。

復參閱圖2，訊號處理單元22包括第一訊號處理單元22-1與第二訊號處理單元22-2。第一訊號處理單元22-1包括第一電壓轉換單元222-1、第一倍率調整單元224-1及第一轉換單元226-1，且第二訊號處理單元22-2包括第二電壓轉換單元222-2、第二倍率調整單元224-2及第二轉換單元226-2。第一電壓轉換單元222-1耦接第一參考電極126與第一倍率調整單元224-1，且第一轉換單元226-1耦接第一倍率調整單元224-1與控制單元24。其中，第一電壓轉換單元222-1為電阻或電容。第一參考電極126所提供的第一振幅訊號Sa1通過電阻或電容而在第一倍率調整單元224-1、第一參考電極126及第一電壓轉換單元222-1之間的節點產生第一類比訊號Sn1。第一倍率調整單元224-1調整第一類比訊號Sn1的倍率，且第一轉換單元226-1將調整倍率後的第一類比訊號Sn1進行類比/數位轉換而提供第一電壓訊號Sv1至控制單元24。

具體而言，如圖2所示，第一電壓轉換單元222-1與第一倍率調整單元224-1可構成放大電路(或反向放大電路)。放大電路將第一類比訊號Sn1進行放大，以得到較為清楚明顯的第一類比訊號Sn1，以避免訊號值過小而使得控制單元24難以進行水份計算Cm之狀況。值得一提，第二訊號處理單元22-2內部的元件耦接方式與第二類比訊號Sn2的傳遞與處理方式與第一訊號處理單元22-1相同，在此不再加以贅述。

請參閱圖3A為本發明第一實施例的水份感測模組使用平均計算的水份計算方式第一實施例的使用方式圖、圖3B為本發明第一實施例的水份感測模組使用平均計算的水份計算方式第二實施例的使用方式圖，復配合參閱圖1~2。於圖3A中，第一電極模組12與第二電極模組14設置於內含物料200的儲存槽X外表面，且第一電極模組12與第二電極模組14皆有耦合到物料200。於圖3B中，第一電極模組12與第二電極模組14設置於內含物料200的管路Y外表面，且第一電極模組12與第二電極模組14皆有耦合到物料200。第一電極模組12根據所 耦合的位置，提供參考訊號(意即，第一振幅訊號Sa1)至控制模組2。參考訊號即代表第一電極模組12耦合位置，所感測到的水份值Vm。第一電極模組12耦合位置的物料200具有第一物料參數值，第一物料參數值會影響第一電極模組12所感測到的水份值Vm。第二電極模組14根據所耦合的位置，提供感測訊號(意即，第二振幅訊號Sa2)至控制模組2。感測訊號即代表第二電極模組14耦合位置，所感測到的水份值Vm。第二電極模組14耦合位置的物料200具有第二物料參數值，第二物料參數值也會影響第二電極模組14所感測到的水份值Vm。控制單元24通該參考訊號所對應的第一電壓訊號Sv1與感測訊號所對應的第二電壓訊號Sv2加總取平均值的水份計算Cm而獲得不受第一物料參數值值與第二物料參數值影響的水份值Vm。

具體而言，由於物料200在儲存槽X中的不同位置，其壓力、密度、溫度及實際水份等物料參數值會不一樣(物料200在管路Y中亦然如此)。舉例而言，儲存槽X中，通常在較為上方的物料200的密度、溫度和壓力通常較低，而在較為下方的物料200的密度、溫度和壓力通常較高。因此第一電極模組12與第二電極模組14雖感測相同的物料200，但由於上述物料參數值影響之下，會造成第一電極模組12所感測到的水份值Vm與第一電極模組14所感測到的水份值Vm不一樣。因此控制單元24利用將兩個不同水份值Vm加總取平均值的水份計算Cm方式，可獲得平均的水份值Vm。通過此種計算方式，可排除掉水份感測模組100所感測到的水份值Vm受到壓力、密度、溫度及實際水份等物料參數值的影響，進而獲得準確度較高的水份值Vm。

請參閱圖4為本發明第一實施例的水份感測模組使用平均計算的水份計算方式第一實施例的使用方式，計算密度差異的波形示意圖，復配合參閱圖1~3B，且反覆參閱圖3A與圖4。以圖3A的使用方式計算密度差異的示意性範例，第一電極模組12與第二電極模組14分別進行多次的水份值Vm感測。假設 第一電極模組12所感測的水份值為11(如曲線C1所示)，且第二電極模組14所感測的水份值為12(如曲線C2所示)。兩者差值即為密度影響的差異，控制單元24將水份值11與水份值12進行加總取平均值而獲得11.5的水份值Vm(如曲線C3所示，以虛線表示)，藉此可減少密度差異所造成水份值Vm感測的誤差。

請參閱圖5A為本發明第一實施例的水份感測模組使用差分計算的水份計算方式第一實施例的使用方式圖、圖5B為本發明第一實施例的水份感測模組使用差分計算的水份計算方式第二實施例的使用方式圖。於圖5A中，第一電極模組12與第二電極模組14設置於內含物料200的儲存槽X外表面，且第一電極模組12不耦合物料200，第二電極模組14耦合物料200。於圖5B中，第一電極模組12與第二電極模組14設置於內含物料200的管路Y外表面，且第一電極模組12不耦合物料200，第二電極模組14耦合物料200。第一電極模組12根據所耦合的位置，提供參考訊號(意即，第一振幅訊號Sa1)至控制模組2。參考訊號即代表第一電極模組12耦合位置，所感測到的水份值Vm。第一電極模組12耦合位置為物料200周遭的環境介質，且周遭的環境介質具有環境介質值，環境介質值會影響第一電極模組12所感測到的水份值Vm。第二電極模組14根據所耦合的位置，提供感測訊號(意即，第二振幅訊號Sa2)至控制模組2。感測訊號即代表第二電極模組14耦合位置，所感測到的水份值Vm。由於第二電極模組14耦合位置的物料200為與第一電極模組12在相同的環境介質(例如但不限於空氣等介質)而具有相同的環境介質值，因此相同的環境介質值也會影響第二電極模組14所感測到的水份值Vm。控制單元24通過參考訊號所對應的第一電壓訊號Sv1與感測訊號所對應的第二電壓訊號Sv2取差分的水份計算Cm而獲得不受環境介質值影響的水份值Vm。

具體而言，由於在儲存槽X中的介值(例如但不限於，空氣)具有特定的環境介質值(例如但不限於，空氣的溫度、空氣的濕度、水份及空氣的壓 力)，且物料200由於也在儲存槽X中，因此物料200的水份值Vm會受到介值的環境介質值影響(物料200在管路Y中亦然如此)。因此必須要排除掉環境介質值影響方能取得準確的水分值Vm。所以，控制單元24利用將兩個不同水份值Vm取差分的水份計算Cm方式，可扣除掉介值溫度、介值濕度(介質水份)及介值壓力的環境介質值的影響，進而獲得準確度較高的水份值Vm。

請參閱圖6為本發明第一實施例的水份感測模組使用差分計算的水份計算方式第一實施例的使用方式，計算環境介值為空氣的波形示意圖，復配合參閱圖1~5B，且反覆參閱圖5A與圖6。以圖5A的使用方式計算環境介值為空氣的示意性範例，第一電極模組12與第二電極模組14分別進行多次的水份值Vm感測。假設第一電極模組12所感測的水份值為2(如曲線C1所示)，且第二電極模組14所感測的水份值為14(如曲線C2所示)。兩者差值即為介值影響的差異，控制單元24將水份值14與水份值2進行差分計算而獲得12的水份值(如曲線C3所示，以虛線表示)，藉此可減少環境介值所造成水份值Vm感測的誤差。

請參閱圖7為本發明水份感測模組第二實施例之電路方塊圖，復配合參閱圖1~6。圖7的水份感測模組100’與圖2的水份感測模組100差異在於，感測模組1’更包括振盪單元26與開關單元27，且第一電極模組12’包括第一電極124’與參考電極28，第二電極模組14’包括第二電極144’與參考電極28。第一電極模組12’與第二電極模組14’的參考電極28為共電極(意即為相同的電極)。開關單元27耦接振盪單元26、第一電極124’、第二電極144’及控制單元24’，且參考電極28耦接訊號處理單元22’。控制單元24’通過切換頻率驅動開關單元27反覆地切換導通，使第一電極124’通過開關單元27耦接振盪單元26或第二電極144’通過開關單元27耦接振盪單元26。振盪單元26提供振盪訊號So至開關單元27，當開關單元27導通第一電極124’耦接振盪單元26時，振盪訊號 So提供至第一電極124’，且當開關單元27導通第二電極144’耦接振盪單元26時，振盪訊號So提供至第二電極144’。

第一電極124’與參考電極28之間由於兩電極靠近的關係而產生第一雜散電容C1(又稱寄生電容)，且由於振盪訊號So提供至第一電極124’的關係，使得第一電極124’與參考電極28之間產生壓差，且第一雜散電容C1儲存電荷而產生第一電場E1。參考電極28耦接訊號處理單元22’，且根據第一電場E1的變化而提供第一振幅訊號Sa1’至訊號處理單元22’。第二電極144’與參考電極28之間由於兩電極靠近的關係而產生第二雜散電容C2(又稱寄生電容)，且由於振盪訊號So提供至第二電極144’的關係，使得第二電極144’與參考電極28之間產生壓差，且第二雜散電容C2儲存電荷而產生第二電場E2。參考電極28耦接訊號處理單元22’，且根據第二電場E2的變化而提供第二振幅訊號Sa2’至訊號處理單元22’。值得一提，於本發明之一實施例中，振盪單元26與圖2的第一振盪單元122與第二振盪單元142內部的電路結構與運作方式相同，在此不再加以贅述。

訊號處理單元22’包括電壓轉換單元222、倍率調整單元224及轉換單元226，電壓轉換單元222耦接參考電極28與倍率調整單元224，且轉換單元226耦接倍率調整單元224與控制單元24’。其中，電壓轉換單元222為電阻或電容。參考電極28所提供的第一振幅訊號Sa1’與第二振幅訊號Sa2’通過電阻或電容而在倍率調整單元224、參考電極28及電壓轉換單元222之間的節點產生第一類比訊號Sn1’與第二類比訊號Sn2’。倍率調整單元224調整第一類比訊號Sn1’與第二類比訊號Sn2’的倍率，且轉換單元226將調整倍率後的第一類比訊號Sn1’與第二類比訊號Sn2’進行類比/數位轉換而提供第一電壓訊號Sv1’與第二電壓訊號Sv2’至控制單元24’。具體而言，如圖7所示，電壓轉換單元222與倍率調整單元224可構成放大電路(或反向放大電路)。放大電路將第一類 比訊號Sn1’與第二類比訊號Sn2’進行放大，以得到較為清楚明顯的第一類比訊號Sn1’與第二類比訊號Sn2’，以避免訊號值過小而使得控制單元24’難以進行水份計算Cm之狀況。

請參閱圖8A為本發明水份感測模組第二實施例之結構圖、圖8B為本發明水份感測模組第二實施例之感測模組結構圖，復配合參閱圖1~7。如圖8A所示，水份感測模組100’包括殼體3與絕緣板4。殼體3內具有容置空間32與開口34，且絕緣板4罩設殼體3的開口34。水份感測模組100’中的感測模組1’與控制模組2’容置於容置空間32中，且感測模組1’設置於開口34處，使得感測模組1’能夠以容性耦合的方式，利用輻射穿透絕緣板4感測物料200的水份值Vm。

如圖8B所示，感測模組1’的第一電極124’、第二電極144’及參考電極28呈同心環繞排列(圖8以同心圓示意，但不以此為限，例如但不限於可為橢圓、方形等形狀)，且第二電極144’的面積大於參考電極28，參考電極28的面積大於第一電極124’。具體而言，第一電極124’與第二電極144’的面積差越大，其動態響應越好，但第一電極124’需要有足夠的面積才能感測到水份值Vm，因此第一電極124’的面積也不宜過小。其中，若第一電極124’與第二電極144’的面積比為2時，兩個電極(124’、144’)的所感測到的水份值Vm較為接近，經過水份計算Cm後的水份值Vm動態範圍較小。若第一電極124’與第二電極144’的面積比為10時，第一電極124’的面積遠小於第二電極144’。兩個電極(124’、144’)的所感測到的水份值Vm差異較大，經過水份計算Cm後的水份值Vm動態範圍較大。因此，第一電極124’與第二電極144’的面積比為10時，具有較佳的動態響應，且第一電極124’的面積也不至於過小，其為較為理想的面積比。

請參閱圖9A為本發明第二實施例的水份感測模組使用差分計算的水份計算方式第一實施例的使用方式圖、圖9B為本發明第二實施例的水份感測模組使用差分計算的水份計算方式第二實施例的使用方式圖，復配合參閱圖1~8。於圖9A中，感測模組1’設置於內含物料200的儲存槽X外表面，使第一電極模組12’與第二電極模組14’皆耦合物料200。於圖9B中，感測模組1’設置於內含物料200的管路Y外表面，使第一電極模組12’與第二電極模組14’皆耦合物料200。第一電極模組12’根據所耦合的位置，提供參考訊號(意即，第一振幅訊號Sa1’)至控制模組2’。參考訊號即代表第一電極模組12’耦合位置，所感測到的水份值Vm。第一電極模組12’耦合位置為物料200的第一水份值，且第一水份值會受到周遭環境的環境變化值影響，環境參數值會影響第一電極模組12’所感測到的水份值Vm。第二電極模組14’根據所耦合的位置，提供感測訊號(意即，第二振幅訊號Sa2’)至控制模組2’。感測訊號即代表第二電極模組14’耦合位置，所感測到的第二水份值。由於第一電極模組12’與第二電極模組14’呈同心環繞排列，因此為相同的耦合位置，具有相同的環境變化值。但由於耦合的面積不一樣，因此第一電極模組12’與第二電極模組14’所感測到的水份值有些微的差距。控制單元24’通過參考訊號所對應的第一電壓訊號Sv1’與感測訊號所對應的第二電壓訊號Sv2’取差分的水份計算Cm而獲得不受環境變化值影響的水份值Vm。意即，控制單元24’將所感測到的第一水份值與第二水份值取差分而得到不受環境變化值影響的水份值Vm。

具體而言，由於物料200在儲存槽X中的相同位置，因此當物料的溫度、密度、壓力產生變化時，所感測到的水份值Vm也會隨之產生位移。因此通過第一電極模組12’與第二電極模組14’所感測到的第一水份值與第二水份值取差分的計算方式，可扣除掉物料溫度變化值、物料密度變化值、物料壓力變化值的影響，進而得到準確度較高的水份值Vm。舉例而言，若儲存槽X中 的溫度隨著一天中的太陽照射量而變化時，第一電極模組12’所感測到的第一水份值會隨著溫度上升或下降而位移，且由於第二電極模組14’與第一電極模組12’呈同心環繞排列，因此第二電極模組14’所感測到的第二水份值也會產生大致上相同的位移。因此控制單元24’利用將兩個不同水份值Vm取差動的水份計算Cm方式，可獲獲得準確度較高的水份值Vm。通過此種計算方式，可排除掉水份感測模組100所感測到的水份值Vm受到物料溫度變化值、物料密度變化值、物料壓力變化值的影響。

請參閱圖10為本發明第二實施例的水份感測模組使用差分計算的水份計算方式第一實施例的使用方式，計算環境變化值為料溫度變化值的波形示意圖，復配合參閱圖1~9B，且反覆參閱圖9A與圖10。以圖9A的使用方式計算環境變化值為料溫度變化值的示意性範例，假設溫度變化值為T，且開關單元27反覆地切換導通使第一電極模組12’與第二電極模組14’感測到複數次的水份值。將第一電極模組12’所感測到的第一水份值連接起來可獲得曲線C1，且將第二電極模組14’所感測到的第二水份值連接起來可獲得曲線C2。由圖10中可看出，當溫度變化值T升高時，第一水份值與第二水份值產生了向上的位移，反之則產生向下的位移。控制單元24’通過差分的水份計算Cm而獲得準確度較高的水份值Vm(如曲線C3所示，以虛線表示)，其水份值Vm扣除掉了溫度變化值T，使得水份值Vm的曲線大致上呈直線(意即，不受到溫度變化值T的影響)。

復參閱圖2、7，上述種實施例電路的水份感測模組(1、1’)也適用於感測具有低介電常數或小體積、薄層物質的物料200的水份值Vm。具體而言，低介電常數或小體積、薄層物質的物料200例如但不限於塑料、紙漿等，導電率較低或較難以感測的物料200。由於上述原因，傳統的容性水份感測器在感測時，電場的變化過小而無法順利的感測出物料200的水份值Vm。但由於本發 明的水份感測模組(1、1’)是利用具有雙電極模組(12、14)輸入的感測方式，其可利用第一電極模組(12、12’)與第二電極模組(14、14’)之間所感測到的訊號的差異而進行水份計算Cm，因此仍然可準確地量測低介電常數或小體積、薄層物質的物料200的水份值Vm。因此，本發明的水份感測模組(1、1’)相較於習知的水份感測器，特別適合用於感測低介電常數或小體積、薄層物質的物料200的水份值Vm。

惟，以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包括於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

100:水份感測模組

1:感測模組

12:第一電極模組

14:第二電極模組

2:控制模組

22:訊號處理單元

24:控制單元

200:物料

Vm:水份值

Sa1:第一振幅訊號

Sa2:第二振幅訊號

Sv1:第一電壓訊號

Sv2:第二電壓訊號

Cm:水份計算

Claims (17)

1. 一種水份感測模組，感測一物料的水份值，該水份感測模組包括：一感測模組，包括：一第一電極模組，產生一第一電場，且通過該第一電場提供響應該物料的一參考訊號，該參考訊號為一第一振幅訊號；該第一電極模組包括：一第一振盪單元，提供一第一振盪訊號；一第一電極，耦接該第一振盪單元，且接收該第一振盪訊號；及一第一參考電極，且該第一振盪訊號通過該第一電極與該第一參考電極之間的一第一雜散電容而產生該第一電場；及一第二電極模組，產生一第二電場，且通過該第二電場提供響應該物料的一感測訊號，該感測訊號為一第二振幅訊號；該第二電極模組包括：一第二振盪單元，提供一第二振盪訊號；一第二電極，耦接該第二振盪單元，且接收該第二振盪訊號；及一第二參考電極，且該第二振盪訊號通過該第二電極與該第二參考電極之間的一第二雜散電容而產生該第二電場；及一控制模組，耦接該感測模組，且接收該第一振幅訊號與該第二振幅訊號，該控制模組包括：一訊號處理單元，耦接該第一參考電極與該第二參考電極；及一控制單元，耦接該訊號處理單元；其中，該控制模組將該第一振幅訊號與該第二振幅訊號進行一水份計算得到該物料的水份值； 其中，該第一振幅訊號與該第二振幅訊號通過該訊號處理單元轉換為一第一電壓訊號與一第二電壓訊號，且該控制單元將該第一電壓訊號與該第二電壓訊號進行該水份計算而得到該水份值；其中，該第一參考電極根據該第一電場提供該第一振幅訊號至該訊號處理單元，且該第二參考電極根據該第二電場提供該第二振幅訊號至該訊號處理單元。
2. 如請求項1所述之水份感測模組，其中該第一振盪訊號與該第二振盪訊號為具有固定振幅與固定頻率的交流訊號。
3. 如請求項1所述之水份感測模組，其中該第一電極模組與該第二電極模組皆耦合該物料；該參考訊號代表該物料在一第一物料參數值下的水份值，且該感測訊號代表該物料在一第二物料參數值下的水份值；該控制單元通過該參考訊號所對應的該第一電壓訊號與該感測訊號所對應的該第二電壓訊號加總取平均值的該水份計算而獲得不受該第一物料參數值與該第二物料參數值影響的水份值。
4. 如請求項3所述之水份感測模組，其中該第一物料參數值與該第二物料參數值分別為一第一物料溫度值與一第二物料溫度值、一第一物料密度值與一第二物料密度值、一第一物料壓力值與一第二物料壓力值、一第一水份值與一第二水份值的至少其中之一組。
5. 如請求項1所述之水份感測模組，其中該第一電極模組不耦合該物料，且該第二電極模組耦合該物料；該參考訊號代表該第一電極模組周遭的一環境介質的一介質參數值，且該感測訊號代表在該介質參數值下，該物料的水份值；該控制單元通過該參考訊號所對應的第一電壓訊號與該感測訊號所對應的第二電壓訊號取差分的該水份計算獲得不受該介質參數值影響的水份值。
6. 如請求項5所述之水份感測模組，其中該介質參數值為一介質溫度值、一介質壓力值、一介質水份值的至少其中之一。
7. 如請求項1所述之水份感測模組，其中該訊號處理單元包括：一第一訊號處理單元，包括：一第一電壓轉換單元，耦接該第一參考電極；一第一倍率調整單元，耦接該第一參考電極與該第一電壓轉換單元；及一第一轉換單元，耦接該第一倍率調整單元與該控制單元；一第二訊號處理單元，包括：一第二電壓轉換單元，耦接該第二參考電極；一第二倍率調整單元，耦接該第二參考電極與該第二電壓轉換單元；及一第二轉換單元，耦接該第二倍率調整單元與該控制單元；其中，該第一振幅訊號通過該第一電壓轉換單元轉換為一第一類比訊號，且該第二振幅訊號通過該第二電壓轉換單元轉換為一第二比訊號；該第一倍率調整單元調整該第一類比訊號的倍率，且該第一轉換單元將調整率後的該第一類比訊號進行一類比/數位轉換為該第一電壓訊號；該第二倍率調整單元調整該第二類比訊號的倍率，且該第二轉換單元將調整率後的該第二類比訊號進行該類比/數位轉換為該第二電壓訊號。
8. 如請求項7所述之水份感測模組，其中該第一電壓轉換單元與該第二電壓轉換單元為一電阻或一電容；該第一振幅訊號通過該電阻或該電容而在該第一倍率調整單元與該第一參考電極之間的節點產生該第一類比訊號；該第二振幅訊號通過該電阻或該電容而在該第二倍率調整單元與該第二參考電極之間的節點產生該第二類比訊號。
9. 一種水份感測模組，感測一物料的水份值，該水份感測模組包括： 一感測模組，包括：一第一電極模組，產生一第一電場，且通過該第一電場提供響應該物料的一參考訊號，該參考訊號為一第一振幅訊號；一第二電極模組，產生一第二電場，且通過該第二電場提供響應該物料的一感測訊號，該感測訊號為一第二振幅訊號；一振盪單元，提供一振盪訊號；及一開關單元，耦接該振盪單元與該控制單元；及一控制模組，耦接該感測模組，且接收該第一振幅訊號與該第二振幅訊號，該控制模組包括：一訊號處理單元，耦接該感測模組；及一控制單元，耦接該訊號處理單元與該開關單元；其中，該控制模組將該第一振幅訊號與該第二振幅訊號進行一水份計算得到該物料的水份值；其中，該第一振幅訊號與該第二振幅訊號通過該訊號處理單元轉換為一第一電壓訊號與一第二電壓訊號，且該控制單元將該第一電壓訊號與該第二電壓訊號進行該水份計算而得到該水份值；其中，該第一電極模組包括一第一電極與一參考電極，該第二電極模組包括一第二電極與該參考電極，該第一電極與該第二電極耦接該開關單元，且該參考電極耦接該訊號處理單元；該控制單元通過一切換頻率驅動該開關單元反覆地切換導通該第一電極耦接該振盪單元或該第二電極耦接該振盪單元，使該振盪訊號通過該第一電極與該參考電極之間的一第一雜散電容而產生該第一電場，或該振盪訊號通過該第二電極與該參考電極之間的一第二雜散電容而產生該第二電場；該參考電極根據該第一電場提供該第一振幅訊號至該訊號處理單元，且根據該第二電場提供該第二振幅訊號至該訊號處理單元。
10. 如請求項9所述之水份感測模組，其中該振盪訊號為具有固定振幅與固定頻率的交流訊號。
11. 如請求項9所述之水份感測模組，其中該第一電極、該第二電極以及該參考電極呈同心環繞排列。
12. 如請求項11所述之水份感測模組，其中該第二電極的面積大於該參考電極，該參考電極的面積大於該第一電極，其中，該第一電極與該第二電極的面積比為10。
13. 如請求項11所述之水份感測模組，其中該第二電極的面積大於該參考電極，該參考電極的面積大於該第一電極，其中，該第一電極與該第二電極的面積比為2。
14. 如請求項9所述之水份感測模組，其中該第一電極模組與該第二電極模組皆耦合該物料；該參考訊號代表該第一電極模組周遭的一環境的一環境變化值下，該物料的第一水份值，且該感測訊號代表在相同的該環境變化值下，該物料的第二水份值；該控制模組通過該參考訊號所對應的第一電壓訊號與該感測訊號所對應的第二電壓訊號取差動的水份計算獲得不受該環境變化值影響的水份值。
15. 如請求項14所述之水份感測模組，其中該環境變化值為一物料溫度變化值、一物料密度變化值、一物料壓力變化值的至少其中之一。
16. 如請求項9所述之水份感測模組，其中該訊號處理單元包括：一電壓轉換單元，耦接該參考電極；一倍率調整單元，耦接該參考電極與該電壓轉換單元；及一轉換單元，耦接該倍率調整單元與該控制單元；其中，該第一振幅訊號與該第二振幅訊號通過該第一電壓轉換單元轉換為一第一類比訊號與一第二比訊號；該倍率調整單元調整該第一類比訊號與該第 二類比訊號的倍率，且該第一轉換單元將調整率後的該第一類比訊號與該第二類比訊號進行一類比/數位轉換為該第一電壓訊號與該第二電壓訊號。
17. 如請求項16所述之水份感測模組，其中該電壓轉換單元為一電阻或一電容；該第一振幅訊號與該第二振幅訊號通過該電阻或該電容而在該倍率調整單元與該參考電極之間的節點產生該第一類比訊號與該第二類比訊號。

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