用於測量材料性質的設備及方法

2023-07-25 06:06:46 2

專利名稱：用於測量材料性質的設備及方法
技術領域：
本發明涉及一種用於測量纖維材料和非纖維材料的性質的設備。僅為例舉而非限制，本發明適於測量正在用加工機械對其進行處理的纖維材料(比如棉花)的水分含量。
背景技術：
就棉花而言，收穫時整個大捆皮棉中的水分級別對出售給紡織廠的纖維質量會有重大影響。對於籽棉及皮棉來說，其最佳水分含量能夠使軋棉、清棉、打包、安全儲存良好並有效地進行。同樣地，在其它材料和纖維加工中也會有類似的考慮。在有水分的情況下，為了優化加工和保證纖維質量，外界條件下纖維的水分含量需要與各種加工過程中所施加的乾燥量或溼度量相平衡。儘管開發了一種測量纖維水分的設備，並且該設備隨後能夠測量對纖維的乾燥或水分的補給，然而由於上述設備存在測量技術方面的缺陷而沒有被廣泛採用。目前的水分測量技術的主要缺點是其低準確性和/或需要很長一段時間進行測試。目前，用於測量皮棉水分的技術可以分為五類。當前採用的這些技術通常基於以下之一·熱力乾燥(重量分析法)；·化學反應分析；·光譜學； 水的電阻或微波傳輸；·纖維的壓縮及回彈性。由於測量速度較低，利用熱、化學以及壓縮的方法不用於在線應用場合。電阻和微波傳輸可以用於在線的應用場合或者現場的應用場合。然而，這兩種技術都有缺陷。例如，電阻儀表是採用電極探頭工作的，這些電極探頭受到表面汙染物質的影響會改變當前的或短期的未來讀數，並且測量值會因極潮溼或極乾燥的樣本而減小，這會影響電阻讀數的準確性。此外，電阻設備僅測量產品的一小部分。因此存在電極汙染的問題。微波輻射傳輸取決於微波發射器與天線之間的具有最小密度的樣本。例如，可以將微波設備非常順利地施加到軋棉工序的任意一端，即籽棉模塊一端、裝壓成包的皮棉模塊一端，其中堆積纖維的密度超過100kg/m3。但是，將微波設備施加到材料密度小於Mkg/ m3的傳輸通道被認為是不可行的。本發明的目的是提供一種替代的測量設備和方法，除了測量別的以外，用於測量材料(比如纖維材料)的水分含量。

發明內容
設備本發明涉及一種用於測量材料的目標性質的設備，所述設備包括
i)電場產生器，使用時，把要測量其目標性質的材料放置在電場中，由所述材料所引起的所述電場的變化提供第一輸出，所述第一輸出與所述材料的至少兩種性質有關，其中至少一種是目標性質，另一種是第二性質；ii)提供與所述材料的所述第二性質有關的第二輸出的裝置；以及iii)處理單元，用於根據所述第一輸出和所述第二輸出來確定所述材料的目標物
理性質。在本說明書全文中，術語「處理單元」泛指任何可以處理指令的裝置，可以包括微處理器、微控制器、數位訊號處理器、可編程邏輯器件、現場可編程門陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)或者其它計算裝置、通用計算機(例如，PC機)或伺服器。由於材料的存在所引起的電場變化可用來確定該材料的性質。電場產生器可以是任何產生電場的電子裝置，可以將材料導入該電場中。例如，可以通過感應線圈或電容器板極產生電場。利用感應線圈或電容器極板的優點是電場產生器也可以用作傳感器，以檢測因所述材料存在於所述電場中所引起的電場變化。然而，也可以使用獨立的電場產生器以及傳感器。在一種具體實施方式
中，電場產生器是以電容器形式工作的，所述電容器包括至少一對面對面設置、彼此平行、中間以電介質隔開的電容器極板，所述電介質是用空氣和所述材料來提供的。在一種具體實施方式
中，目標物理性質是所述材料的水分含量，而第二性質是材料的質量，更確切地說是指電場中的材料的質量。在本說明書全文中，詞語「材料的水分」、「材料的水分含量」或其變型是指所述材料吸收的水的質量與材料的總質量的比率。例如，當材料為棉纖維的情況下，棉花的水分含量是棉花所吸收的水的質量與皮棉或籽棉質量的比率。材料吸收的水的質量可以通過任何合適的方法(例如利用標準的熱重量分析法)來確定。在一種具體實施方式
中，所述設備包含通路，更適合地是通道的形式，被測量的材料可以穿過該通道傳送。例如，所述材料是靠氣動沿著所述通道傳送的。在一種具體實施方式
中，所述電場橫跨所述通路延伸，所述第一輸出是基於所述材料沿著所述通道傳送並且穿過所述電場時所述電場的變化而產生的。此外，當所述材料穿過電場時，所述裝置測量材料的第二性質。雖然所述裝置可以是天平甚至是另一個電場產生器，但適宜地，所述裝置是估計電場中材料的質量的光學裝置。適宜地，該光學裝置包括光源和光接收器。所述光源和光接收器安裝成使材料至少部分位於所述光源與所述光接收器之間。第二輸出是光接收器的輸出信號。由遮住所述接收器的材料所引起的接收器接收到的光量變化是所述材料質量的函數。在一種具體實施方式
中，所述光學裝置用於將光照射到電場中的材料，所述光可以擴展到紫外線光譜和/或近紅外光譜。適宜地，當材料穿過電場時，所述光學裝置對所述材料進行照射。在所述設備用於測量纖維(比如棉纖維)的水分含量的情況下，適宜地，電場產生器用來產生電場，該電場對所述材料的存在敏感。對本具體實施方式
而言，我們發現可以調節電場使得該電場適於測量在該電場中具有總質量達到約4000克的棉纖維樣本；較合適地，棉纖維樣本總質量達到約2000克；甚至更合適地，棉纖維樣本總質量在200克至900克之間。這些工作參數適於測量高達20%的天然纖維的水分含量，當纖維為棉花時，該強度的電場變化適於測量的纖維的水分含量為0. 至16% (重量百分比)。在一種具體實施方式
中，電場產生器包含電容器。所述電容器具有帶電極板，優選具有包圍該通路或該運輸通道的寬度尺寸的銅板極。在一種具體實施方式
中，所述設備進一步包含用於將第一輸出或第二輸出或者它們的組合從模擬信號轉換到數位訊號的轉換器。某些具體實施方式
包含輸出轉換器，所述輸出轉換器適於把第一輸出與第二輸出轉化成相同類型的第一輸出信號與第二輸出信號。例如，在所述第一輸出與所述第二輸出不是同一類型的情況下，不能直接進行比較，則可以利用輸出轉換器將上述輸出轉化為相同類型的輸出信號。在一種具體實施方式
中，電容器用於產生電場，第一輸出是電容差，第一轉換器可用於將電容差轉換為電壓差信號。如果在該具體實施方式
中，第二輸出端表示光信號，然後可以提供第二轉換器把來自光檢測器的第二輸出轉換為電壓信號。必要的話，還可以提供調節器，使所述第一信號與所述第二信號的幅度能夠被調節，從而能夠直接進行信號對比。 應當理解，轉換器與任何調節器可以利用電子電路來實現，用於每個轉換器與調節器的電路結構將會根據具體實施方式
而改變。應當理解，可以根據i)第一輸出和第二輸出，或者ii)經過轉換器轉換或者調節器調節之後的第一輸出和第二輸出，利用由處理單元執行的軟體程序確定所述材料的目標性質。可選地，上述(軟體程序的)指令也可以以硬體形式執行，例如硬編碼到ASIC中或者硬布線到邏輯電路中。可選的具體實施方式
可以使用硬體、固件以及軟體的組合來具體實現該處理單元，所述處理單元適於在調節或不調節的情況下根據第一輸出及第二輸出、 或者電壓差信號及電壓信號來確定材料的目標性質。在一種具體實施方式
中，所述處理單元根據以下任一組信息計算所述材料的水分含量i)第一輸出和第二輸出；ii)第一輸出信號和第二輸出信號；或者iii)第一轉換器的電壓差信號以及第二轉換器的電壓信號。在一種具體實施方式
中，所述設備進一步包括用於檢測電場中溫度的溫度傳感器。所述溫度傳感器也可以是任何合適的熱電偶裝置。當工作溫度超出預選的溫度上限或溫度下限時，來自溫度傳感器的信號可以傳輸至處理單元，該處理單元可以啟動警報。在一種具體實施方式
中，所述設備進一步包括用於檢測電場中空氣溼度的溼度傳感器。所述處理單元在工作溼度超出預選的溼度上限時，來自所述溼度傳感器的信號可以傳輸至處理單元，該處理單元可以啟動警報。在一種具體實施方式
中，處理單元根據溫度及溼度傳感器的輸出估計電場中的相對溼度。在一種具體實施方式
中，處理單元計算水分含量，所述水分含量表示為含有基於下列信息的變量的函數-表示電場變化的第一輸出，以及適宜地，所述第一輸出是第一轉換器的電壓差信號；-光學裝置的輸出形式的第二輸出，以及適宜地，所述第二輸出是第二轉換器的電壓信號；以及-電場中相對溼度的估計。在一種具體實施方式
中，所述設備進一步包括用於檢測所述電場中空氣流量的流量傳感器。在大多數工作情況下，空氣的流量可以等於穿過電場的材料的流量。在一種具體實施方式
中，所述設備進一步包括關於電場的屏蔽部件，以防受到來自外部源的其它電磁場的幹擾。本發明還涉及適於用來測量材料的物理性質的設備，該設備包括i)電場產生器，使用時，把要測量其物理性質的材料置於電場中，由所述材料引起的電場變化提供第一輸出；ii)提供與所述材料的性質有關的第二輸出的裝置；以及iii)處理單元，用於根據所述第一輸出和所述第二輸出確定所述材料的目標性質。在一種具體實施方式
中，所述第一輸出信號與電場中材料的至少兩種性質有關， 其中至少一種是目標性質，另一種是第二性質。在一種具體實施方式
中，第二輸出信號與材料的第二性質有關。處理步驟/方法本發明還涉及適於用來確定材料的目標性質的方法，該方法包括下列步驟a)將材料導入電場中；b)測量由步驟a)導入到所述電場中的材料所引起的電場變化，其中所述電場變化與所述電場中材料的目標性質以及材料的另一個性質有關；c)估計所述材料的另一個性質；d)利用在步驟b)測得的所述電場變化以及根據步驟C)得到的所述材料的其它性質，來確定所述目標性質的值。
具體實施方式
還可包括產生電場的初始化步驟。在一種具體實施方式
中，步驟a)包括傳送所述材料穿過所述電場。適宜地，步驟 a)包括靠氣動傳送所述材料穿過所述電場。適宜地，攜帶所述材料的氣流移動速率達到 30m/s，甚至更適宜地達到20m/s。在一種具體實施方式
中，根據步驟b)，電場變化與所述電場中材料的至少兩個性質有關，其中一個是目標性質，而另一個是電場中材料的質量(即，材料本身的質量以及該材料中的水分的質量)。在一種具體實施方式
中，材料的目標性質是該材料的水分含量。電場可以由任何合適的電場產生器產生。電場變化可以利用任何合適的傳感器測量。在一種具體實施方式
中，電場變化以電場產生器的輸出的形式被檢測到。在一種具體實施方式
中，電場是用電容產生的(即由電容器產生)，或者利用感應器感應產生。在一種具體實施方式
中，根據步驟C)對材料性質的估計是基於光學裝置的輸出進行的，其中所述光學裝置的輸出表示由該光學裝置檢測到的材料的質量。在一種具體實施方式
中，光學裝置包括光源和光接收器，該光學裝置的輸出是基於由該光接收器收到的光量。換句話說，對材料的質量的估計包括將材料暴露在光源下，該材料傳輸或反射的光以及光接收器收到的光是該材料的質量的函數(我們可以假定該質量近似於該材料的乾燥質量)。甚至更適宜地，安裝光源和光接收器，使材料的至少一部分位於光源與光接收器之間、或者從光源與光接收器之間穿過。我們已經發現光接收器從光源接收到的光量的變化與位於光源與光接收器之間的纖維質量有關。在一種具體實施方式
中，方法包括將電場產生器的輸出與光學裝置的輸出轉換為相同類型的第一輸出信號與第二輸出信號。例如，在所述第一輸出與所述第二輸出不是同一類型的情況下不能直接進行比較，可以使用輸出轉換器將該輸出轉化為同樣類型的輸出信號。在一種具體實施方式
中，其中，電場變化是利用產生該電場的電容器的電容變化來測量的，電容器的輸出可以由電容差轉換成電壓差信號。換句話說，在電容器被用來產生電場並且測得的電場變化是該電容器的電容的函數的情況下，第一轉換器可用於將電容差轉換為電壓差信號。在一種具體實施方式
中，其中，該材料的另一個性質是基於表示該電場中材料質量的光學裝置的輸出得到的，該光學裝置的輸出可以被轉換成電壓信號。在一種具體實施方式
中，電壓差信號或電壓信號或者它們兩者的幅度被調節，以使電壓差信號和電壓信號的幅度能夠直接進行信號對比。在一種具體實施方式
中，步驟d)包括計算材料的目標性質作為電容器電壓差信號以及光學裝置電壓信號的函數。在一種具體實施方式
中，方法還包括利用溫度傳感器測量電容器的電場中空氣的溫度，或者適宜地，測量穿過電容器的電場的氣流的溫度。在一種具體實施方式
中，方法還包括利用溼度傳感器、以及溫度傳感器的輸出估計電容器的電場中空氣的相對溼度，或者適宜地，估計穿過電場的氣流的相對溼度。在一種具體實施方式
中，步驟d)包括計算電場中材料的水分含量，該水分含量表示為下列參數的函數i)電容器的電壓差信號；ii)光學裝置的電壓信號；iii)相對溼度的估計值。在一種具體實施方式
中，步驟d)包括利用下列公式計算材料的水分含量Moisture = f (Mcap, Mlight，H, T)+k其中，· Mcap是用電容器的輸出(比如，上述電壓差信號)表示的質量，· Mlight是用光傳感器的輸出(比如，上述電壓信號)表示的質量，· H是溼度，· T是溫度，· k是代表由具體設備的幾何結構和傳感器決定的多個參數的常數。應該理解，根據經驗確定的常數(k-lq、k2、k3、kn)在校準過程中將會增大，並且可以隨因子(比如電容傳感器/電容器的尺寸、不同類型的光傳感器、溼度和溫度傳感器)而變化。在一種具體實施方式
中，步驟e)的測定或計算是利用處理單元執行的。雖然所述方法可以適用於多種不同類型的材料，然而當材料為纖維(比如棉纖維)的情況下，目標物理性質是該纖維的水分含量。電場對電場中重達大約4000克的纖維總質量敏感；適宜地，對重達2000克的纖維總質量敏感；甚至更適宜地，對300克到800克範圍內的纖維總質量敏感。在材料為棉纖維並且以測量該纖維的水分含量為目的的情況下，步驟e)適宜地包括以士 0.5%的精度(水的重量/所述纖維重量)確定該水分含量，甚至更適宜地達到士 0. 25%的精度。在一種具體實施方式
中，方法可以包括控制通過穿過該電場的材料的流量。在一種具體實施方式
中，方法可以包括控制穿過該電場的空氣溼度。在一種具體實施方式
中，方法可以包括控制電場。在一種具體實施方式
中，方法可以包括測量下述工作條件中的任何一種或者它們的組合，並且當工作條件超出預設的工作條件極限時啟動警報。根據本發明，提供了一種用於確定棉纖維的水分含量的方法，所述方法包括以下步驟a)輸送棉纖維流穿過電容器的電場；b)測量由所述纖維穿過電場所引起的電容器的電容變化；c)根據對電場中纖維的光學測量估計電場中纖維的質量；以及d)根據步驟b)測得的電容變化以及步驟C)測得的材料質量，來確定纖維的水分含量。根據光學測量估計電場中纖維質量的步驟，可以通過將光學測量的值與已知的參考數據集合(比如，經稱重的棉纖維樣本的參考數據)比較來實施。根據本發明，還提供了一種用於確定材料的物理性質的方法，所述方法包括以下步驟a)將材料導入電容器的電場中；b)測量由步驟a)將給定質量的材料導入電場所引起的電容器的電容變化；以及c)根據步驟b)測得的相對於電場中所述類型材料的已知參考數據集合的電容變化，來確定物理性質的絕對值。
應當理解，本發明方法，無論是最寬泛的形式還是具體實施方式
，也可以包括上述標題為「設備」下的任何特徵或者特徵的組合。同樣，本發明的設備，無論是最寬泛的形式還是具體實施方式
，也可以包括上述標題為「處理步驟/方法」下的任何特徵或者特徵的組
I=I O


現在結合附圖對本發明進行說明，其中圖1是根據優選的實施方案用於測量軋棉機管道中流動的棉纖維的水分的示意性立體圖；圖2是如圖1所示的具有電容器極板和光學裝置、用於測量棉纖維水分含量的設備的工作元件的示意性分解圖；圖3是與圖1和圖2所示設備有關的電器元件的框圖；圖4是用於將圖2和圖3所示電容的輸出轉換為與電容中的材料質量有關的電壓
10差信號的第一轉換器的電路圖；圖5是用於調節由圖4電路所提供的電壓差信號的幅度的調整電路；圖6是用於將圖2和圖3所示光學裝置的光檢測器/接收器的輸出轉換為與電場中材料質量的光學測量有關的電壓信號的電路圖；圖7是用於調節由圖6電路所產生的電壓信號的幅度的調節電路；圖8是展示根據本發明具體實施方案的方法的一些主要步驟的框圖；以及圖9是展示根據可選的具體實施方案的方法的步驟的框圖。
具體實施例方式現在將結合附圖對本發明優選實施例中的設備和方法進行說明。附圖中所示的設備和方法也特別適用於測量由氣動或利用其它手段(包括重力)流動的棉纖維(比如散棉纖維)的水分含量。然而應當了解，本發明也可以用其它類型的材料或纖維來實施，還可以用於測量被測材料的其它性質。例如，上述設備和方法也可用於籽棉、通過軋花機軋過的種子以及其它顆粒。參照圖1和2，所述設備包括通道或管道，可以對現有的軋棉設備的通道或管道進行改造，從而能夠進行纖維的在線測試或者現場測試。可以根據需要改變上述通道的尺寸， 以適於具體類型的軋棉設備。特別是，圖中所示的通道9被設計安裝到棉花加工設備的軋花機機座與清棉機之間的通道上，而且使其適於使空氣中拖拽的纖維流沿著通道9流動。 清棉機的通道為150mm到MOOmm數量級的長方形通道。所述設備包括電容、光學裝置。所述電容是合適地安裝於玻璃纖維上的通道9上下側的兩對銅電容器極板1的形式。所述光學裝置是分別位於通道的上側和左側的LED 2 和LED 4的陣列形式，以及分別位於通道9的底部和右側並且與數字微處理單元10以及個人電腦相連的光接收器或光學圖像傳感器3、5。板極之間的空氣或任何其它材料作為電容器極板1之間的電介質。這樣，將材料導入到電容器極板之間的空隙中，通過改變該電介質(繼而可以觀察到電容器的電容發生變化)會引起電場變化。在使用時，棉纖維穿過電容器板極1的電場傳輸。向電容器施加脈衝式激勵。利用轉換器將電容器的電容變化從模擬信號轉換為數位訊號，並提供給微處理器。電容變化是纖維質量以及纖維水分含量的函數。理想地，由穿過電場的纖維所引起的電場變化是根據電容變化求解的。在實踐中，我們已經發現電場可以提供0. 015克級別的解析度，即，電場中200克棉纖維樣品的0. 或0. 2克。我們也已經發現可以在板極之間流通的空氣中拖拽重達4000克的纖維。已經證明上述操作參數適於測量接近0%的很低的相對溼度下的約0.1% (重量百分比)的纖維水分含量，到幾乎100%的相對溼度下的約16% (重量百分比)的纖維水分含量。在電容器極板頂部(以及可選地在電容器極板底部)的LED 2的陣列與脈衝電流源連接，所述脈衝電流源能夠隨時間產生較大的光輸出並且降低環境光對傳感器的影響。 位於通道側面的附加的一組LED 4也與脈衝電流源相連，但是適於在與LED 2頻率不同的頻率下工作。採用不同的開關光頻率，從而使得能夠利用簡單的快速傅立葉變換分析(FFT) 來區分兩種光源。
一旦LED與光接收器之間出現大重量的纖維，可以通過增加電流脈衝的幅度以及調節光接收器的對數放大器來增大光功率。如果採用了較大重量的材料，並且透射的光能被纖維吸收，可以利用來自移動的纖維上表面的散射光來預測質量流量。來自LED 2或LED 4的、未被穿過通道9的纖維遮擋的光輻射被光接收器3和5 檢測到。我們發現上述光被接收器3和5接收到，並且因此光接收器的輸出與任何時刻穿過通道9的纖維的質量有關。此外，如圖2所示，在電容器極板外部的LED 2和LED 4以及光接收器3、5的具體布置，確保了光學裝置檢測到的纖維的質量是電容器的電場中纖維的質量。所述多孔的電容器極板1位於玻璃或者玻璃纖維板上的通道9的兩側，以避免它們接觸到通道9或管道底部。在電容器極板上安裝蓋子，以儘量減小外部電磁場對穿過電容器極板之間的纖維的影響。兩組電容器極板測量穿過通道的材料(玻璃纖維)、空氣以及材料(即在所述板極之間移動的棉花及其水分)的介電常數。ε totalS cotton+moisture ^ airhumidity ^ fibreglass(丄)電容器極板之間的介電常數的明顯變化與棉花及棉花水分的介電常數的變化有關。與通道中空氣溼度變化有關的介電常數的變化引起了一些寄生電容。然而，可以通過考慮在所述通道中測得的溫度和溼度來校正寄生電容，由此，我們成功實現了上述裝置。因此，上述裝置的總電容可以用如下等式表示
權利要求
1.一種用於測量材料的目標性質的設備，所述設備包括i)電場產生器，使用時，把要測量其目標性質的材料放置在電場中，由所述材料所引起的所述電場的變化提供第一輸出，所述第一輸出與所述材料的至少兩種性質有關，其中至少一種是目標性質，另一種是第二性質； )提供與所述材料的所述第二性質有關的第二輸出的裝置；以及iii)處理單元，用於根據所述第一輸出和所述第二輸出來確定所述材料的目標物理性質。
2.如權利要求1所述的設備，其中，所述目標性質是所述材料的水分含量，所述第二性質是電場中材料的質量或者穿過所述電場的材料的質量。
3.如權利要求1或2所述的設備，其中，所述設備包括通路，靠氣動或者重力傳送待測量的材料穿過所述通路。
4.如權利要求3所述的設備，其中，所述電場橫跨所述通路延伸，所述第一輸出是基於傳送所述材料穿過所述電場時所述電場中的變化。
5.如權利要求1至4中任一項所述的設備，其中，提供所述第二輸出的所述裝置是光學裝置，所述光學裝置估計所述電場中所述材料的質量。
6.如權利要求5所述的設備，其中，所述光學裝置包括光源和光接收器，所述光源和所述光接收器設置成使得至少部分所述材料位於所述光源與所述光接收器之間，所述第二輸出是所述光接收器的輸出。
7.如權利要求1-6中任一項所述的設備，其中，所述電場產生器包括電容器。
8.如權利要求7所述的設備，其中，所述電容器包括至少一對面對面安裝、彼此平行、 中間以電介質隔開的電容器極板，所述電介質是由電容器極板之間的空氣和所述材料來提供的。
9.如權利要求1至8中任一項所述的設備，其中，所述設備進一步包括轉換器，所述轉換器將第一輸出和第二輸出之一或者兩者的組合從模擬信號轉換為數位訊號。
10.如權利要求1至9中任一項所述的設備，其中，所述設備包括輸出轉換器，所述輸出轉換器適於將所述第一輸出與所述第二輸出轉換為相同類型的第一輸出信號與第二輸出信號，以便直接對它們進行比較。
11.如權利要求1至10中任一項所述的設備，其中，當所述電場是由電容器產生並且所述第一輸出是電容差時，所述設備包括用於將第一輸出轉換為電壓差信號的第一轉換器。
12.如權利要求1至11中任一項所述的設備，其中，當所述第二輸出是光學裝置的輸出時，所述設備包括第二轉換器，所述第二轉換器用於將來自所述光學裝置的所述第二輸出轉換為電壓信號。
13.如權利要求11或12所述的設備，其中，所述設備包括用於調節所述第一輸出及所述第二輸出的幅度、和/或所述電壓差信號以及所述電壓信號的幅度的調節器，從而能夠直接進行信號比較。
14.如權利要求10至13中任一項所述的設備，其中，所述處理單元根據下列信息計算所述材料的水分含量i)所述第一輸出信號以及所述第二輸出信號，或者ii)所述第一轉換器的電壓差信號以及所述第二轉換器的電壓信號。
15.如權利要求1至14中任一項所述的設備，其中，所述設備包括用於檢測電場中溫度的溫度傳感器。
16.如權利要求1至15中任一項所述的設備，其中所述設備包括用於檢測電場中空氣溼度的溼度傳感器。
17.如權利要求15或16所述的設備，其中，所述處理單元根據所述溫度傳感器及所述溼度傳感器的輸出來估計所述電場中的相對溼度。
18.如權利要求11、12和17中任一項所述的設備，其中，所述處理單元計算出所述水分含量，所述水分含量為包括基於下列信息的變量的函數-所述第一轉換器的電壓差信號；-所述第二轉換器的電壓信號；以及-所述電場中的相對溼度的估計。
19.如權利要求1至18中任一項所述的設備，其中，所述設備包括用於檢測電場中空氣流量的流量傳感器。
20.如權利要求1至19中任一項所述的設備，其中，所述設備包括關於所述電場的屏蔽部件，以避免來自外部源的其它電磁場的幹擾。
21.一種用於確定材料的目標性質的方法，該方法包括下列步驟a)將材料導入電場中；b)測量由步驟a)導入到所述電場中的材料所引起的電場變化，其中所述電場變化與所述電場中材料的目標性質以及材料的另一個性質有關；c)估計所述材料的所述另一個性質；d)利用步驟b)測得的所述電場變化以及步驟c)確定的所述材料的所述另一個性質， 來確定所述目標性質的值。
22.如權利要求21所述的方法，其中，所述方法包括產生所述電場的初始化步驟。
23.如權利要求21或22所述的方法，其中，步驟a)包括靠氣動或者重力傳送所述材料穿過所述電場。
24.如權利要求21至23中任一項所述的方法，其中，根據步驟b)所述的電場變化與所述電場中的所述材料的至少兩個性質有關，其中一個性質是所述目標性質，另一個性質是所述電場中所述材料的質量。
25.如權利要求21至M中任一項所述的方法，其中，所述材料的所述目標性質是所述材料的水分含量。
26.如權利要求21至25中任一項所述的方法，其中，所述電場變化以所述電場產生器的輸出的形式被檢測到。
27.如權利要求21至沈任一項所述的方法，其中，所述電場由電容產生，即通過電容器產生，或者通過感應器感應地產生。
28.如權利要求21至27中任一項所述的方法，其中，根據步驟c)對所述材料的所述另一個性質的估計是基於裝置的輸出，其中所述裝置的輸出表示由所述裝置檢測到的所述材料的質量。
29.如權利要求觀所述的方法，其中，所述裝置是光學裝置，所述光學裝置包括光源和光接收器，所述光學裝置的輸出是基於由所述光接收器接收到的光量，所述光量取決於由所述材料傳輸的光或者反射的光。
30.如權利要求沈或觀所述的方法，其中，所述方法包括將所述電場產生器的輸出和所述裝置的輸出轉換為相同類型的第一輸出信號和第二輸出信號，從而能夠直接比較上述輸出信號。
31.如權利要求27所述的方法，其中，當電場變化是通過產生該電場的電容器的電容變化而測得時，將所述電容器的輸出從電容差轉換為電壓差信號。
32.如權利要求四所述的方法，其中，當所述材料的所述另一個性質是基於表示所述電場中材料質量的光學裝置的輸出，所述光學裝置的輸出能夠轉換成電壓信號。
33.如權利要求31或32所述的方法，其中，所述電壓差信號和所述電壓信號之一或兩者的幅度被調節成能夠直接進行信號比較的所述電壓差信號和所述電壓信號的幅度。
34.如權利要求31或32所述的方法，其中，步驟d)包括計算所述材料的目標性質，所述材料的目標性質表示為所述電容器的電壓差信號和所述光學裝置的所述電壓信號的函數。
35.如權利要求21至34中任一項所述的方法，其中，所述方法還包括利用溫度傳感器測量所述電場中空氣的溫度。
36.如權利要求35所述的方法，其中，所述方法還包括利用溫度傳感器以及溼度傳感器的輸出來估計所述電場中空氣的相對溼度。
37.如權利要求31、32和36中任一項所述的方法，其中所述材料的所述目標性質是水分含量，步驟d)包括計算電場中所述材料的水分含量，所述材料的水分含量為下列參數的函數i)所述電容器的所述電壓差信號；ii)所述光學裝置的電壓信號；iii)相對溼度估計。
38.如權利要求31、32和36中任一項所述的方法，其中所述目標性質是水分含量，步驟 d)包括用如下公式計算的所述材料的水分含量Moisture = f (Mcap, Mlight, H, T)+k其中， Mcap是由上述電容器的輸出表示的質量，比如由上述電壓差輸出信號表示的質量， Mlight是由上述光傳感器的輸出表示的質量，比如由上述電壓信號表示的質量， H是溼度， T是溫度， k是代表了由具體設備的幾何結構和傳感器決定的多個參數的常數。
39.如權利要求1至38中任一項所述的方法，其中，步驟e)是利用處理單元執行的。
40.如權利要求37或38所述的方法，其中，所述電場具有適於測量棉纖維的水分含量達到重量百分比16%的電場強度。
41.如權利要求40所述的方法，其中步驟d)包括以水的重量為棉纖維重量的士0.5% 的精度測定所述水分含量。
42.如權利要求21至41中任一項所述的方法，其中，所述方法包括控制穿過所述電場的材料的流量。
43.如權利要求21至42中任一項所述的方法，其中，所述方法包括控制穿過所述電場的空氣的溼度。
44.如權利要求21至43中任一項所述的方法，其中，所述方法包括控制所述電場。
全文摘要
本發明涉及一種用於測量材料性質(比如棉纖維的水分含量)的設備和方法。實施方式尤其適用於在輸送棉纖維穿過通道(比如所述軋棉機的通道)時測定棉纖維的水分含量的絕對值。所述實施方式將大面積的電容器極板與光檢測器結合。
文檔編號G01R27/26GK102272588SQ200980152184
公開日2011年12月7日 申請日期2009年12月22日 優先權日2008年12月22日
發明者安傑·克拉列維斯奇, 斯圖爾特·戈登 申請人:棉花集水社區合作研究中心有限公司