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    • 专利摘要:
    Die Anmeldung betrifft einen Mikrowellensensor zur Messung einer dielektrischen Eigenschaft, insbesondere der Dichte und/oder Feuchte eines Produkts, mit einem Mikrowellensensor (11), wobei ein in den Resonator (11) eingeführtes Produkt (19, 31) mit einem in dem Resonator (11) erzeugten resonanten Mikrowellenfeld zur Ermittlung geeigneter Messgrößen in Wechselwirkung steht, und zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Resonator (11) in einer Richtung mindestens zwei Halbwellen des elektrischen Feldes ausgebildet sind, wobei die Produktzuführung in mindestens einen Bereich hoher Feldintensität einer der Halbwellen des elektrischen Feldes erfolgt. Die Anmeldung betrifft insbesondere eine Vorrichtung für einen solchen Mikrowellensensor zur Messung der Dichte mindestens eines Bandes aus Textilfasern, wobei der Mikrowellensensor (10; 48, 49) zur Steuerung und/oder Regulierung einer Verarbeitungseinrichtung (54, 55) für mindestens ein Textilfaserband (35) herangezogen wird.
    公开号:DE102004011341A1
    申请号:DE200410011341
    申请日:2004-03-05
    公开日:2005-09-01
    发明作者:Claas Döscher；Reinhard Knöchel；Steffen Peters；Wolfgang Taute
    申请人:Truetzschler GmbH and Co KG；
    IPC主号:D01G31-00
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft einen Mikrowellensensor zur Messung einer dielektrischenEigenschaft, insbesondere der Dichte und/oder Feuchte eines Produkts,mit einem Mikrowellenresonator, wobei ein in den Resonator eingeführtes Produktmit einem in dem Resonator erzeugten resonanten Mikrowellenfeldzur Ermittlung geeigneter Messgrößen in Wechselwirkungsteht, insbesondere füreine Spinnereivorbereitungsmaschine.
    [0002] Beiderartigen Sensoren ist die Feldenergie in einem bestimmten Bereichdes Resonators konzentriert. Die Massebelastung des Resonators im Bereichhoher Feldenergie ist begrenzt, da eine zu hohe Massebelastung zueiner Verfälschungdes Messsignals aufgrund von Verlusten führt. Die Verwendung mehrererResonatoren jeweils nur füreinen Teil des Produkts ist aufwendig und kann zu systematischenFehlern aufgrund von Unterschieden der Resonatoren bzw. der entsprechendenSteuer- und Auswerteelektronikführen.Bei ausgedehnten, insbesondere bahnförmigen Produkten besteht einweiteres Problem darin, das Produkt über eine größere Ausdehnung, beispielsweise über diegesamte Breite einer Produktbahn zu erfassen. Die Vergrößerung desBereichs hoher Feldenergie, beispielsweise durch Vergrößerung derWellenlänge,würde zuBauformen mit nicht praktikablen Abmessungen führen. Die Verwendung mehrererkleinerer Resonatoren überdie Ausdehnung des Produkts ist aus den oben genannten Gründen ebenfallsnachteilig.
    [0003] Ausder EP 0 889 321 A istein Mikrowellensensor zur Messung an einer länglichen Probe mit einem flachen,mit Dielektrikum gefülltenResonator und einer durch den Resonator verlaufenden Durchgangsbohrungfür dieProbe bekannt. In dem zentral im Resonator angeordneten Messbereichexistiert ein näherungsweisehomogenes Mikrowellenfeld relativ geringer Intensität.
    [0004] Ausder DE 102 04 328 A istein Mikrowellensensor zur Bestimmung der Masse eines Faserbandesin einer Spinnereivorbereitungsmaschine bekannt, der einen Resonatormit zwei Probenvolumina fürzwei Faserverbändeaufweist.
    [0005] Ausder WO 00/55606 A ist Mikrowellensensor mit einem resonanten Streifenleiterzur Messung der Masse eines faserigen Materials bekannt. Entlangdem Streifenleiter bildet sich eine Halbwelle des elektrischen Feldesmit Intensitätsmaximaan beiden Enden aus, an denen jeweils eine Durchführung für einenProduktstrom vorgesehen ist. Die stark inhomogenen Felder der offenenLeitungsenden sind messtechnisch nachteilig. Weiterhin ist eineAbschirmung des Streifenleiters in Form eines metallischen Gehäuses erforderlich,um eine Verfälschungder Messung durch Strahlungsverluste zu verhindern. Das Gehäuse musssorgfältigabgestimmt sein, um Resonanzen in der Nähe der Messfrequenz zu vermeiden.Der Aufbau des Sensors ist daher vergleichsweise aufwendig.
    [0006] DieAufgabe der Erfindung besteht darin, einen unaufwendigen Mikrowellensensormit verbesserter Messgenauigkeit bereitzustellen, und vorzugsweiseeine genaue Messung einer relativ großen Produktmenge und/oder einesausgedehnten Produkts zu ermöglichen.
    [0007] DieErfindung löstdiese Aufgabe insbesondere dadurch, dass in dem Resonator in einerRichtung mindestens zwei Halbwellen des elektrischen Feldes ausgebildetsind, wobei die Produktzuführung inmindestens einen Bereich hoher Feldintensität einer der Halbwellen deselektrischen Feldes erfolgt. Durch die Verwendung mindestens zweierHalbwellen des elektrischen Feldes ermöglicht die Erfindung die Reduzierungder Massebelastung des Resonators bezogen auf die gesamte im Resonatorgespeicherte Energie, was eine Verbesserung der Messgenauigkeitermöglichtund bei hoher Massebelastung unter Umständen sogar einen Zusammenbruch deselektrischen Feldes verhindern kann. Erfindungsgemäß ist dieProbenzuführungin einen Bereich hoher Feldenergie mindestens einer Halbwelle umein entsprechendes Intensitätsmaximumherum angeordnet, um eine hohe Messempfindlichkeit zu erreichen.Dies ist ein Bereich mit mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens70 %, weiter vorzugsweise mindestens 90 % der Intensität im Feldmaximum. Hierdurchist die Erfindung abgegrenzt von einem höhermodigen Resonator wie ausder EP 0 889 321 A , wodie Probenzufuhr in einen zentralen Resonatorbereich mit sehr geringerFeldintensitäterfolgt.
    [0008] Vorzugsweiseerfolgt eine Produktzuführung inmindestens zwei jeweils einer Halbwelle des elektrischen Feldesentsprechende Resonatorabschnitte. Dies ermöglicht die Verteilung des Produktsauf mehrere Halbwellen des elektrischen Feldes. Hierdurch wird dieMassebelastung pro Halbwelle bzw. pro Resonatorabschnitt reduziert.Insbesondere kann durch Erhöhungder Zahl der Halbwellen die Massebelastung pro Resonatorabschnittauf ein zweckmäßiges Maß reduziertwerden. Eine relativ großeAusdehnung eines Produkts in einer Richtung kann durch Aufteilungauf mehrere Halbwellen erfasst werden, wobei die Ausdehnung eineseinzelnen Bereichs hoher Feldstärkerelativ gering sein kann. Anstelle eines großen Bereichs hoher Feldstärke sindalso mehrere kleinere Bereiche hoher Feldstärke vorgesehen, wodurch dieBaugröße des Resonatorsinsgesamt reduziert werden kann. Die Bereiche hoher Feldstärke werdendabei innerhalb eines Resonators erzeugt; die Verwendung mehrererkleinerer Resonatoren ist nicht erforderlich.
    [0009] DerBegriff „Halbwellendes elektrischen Feldes" bezeichnetim Falle einer bestimmten Messfrequenz einen Bauch des cos-förmigen Feldes,d.h. ausgehend von einer Nullstelle des Feldes über ein Feldmaximum oder -minimumbis zur nächstenNullstelle. Eine Halbwelle hat eine einer halben Wellenlänge entsprechendeAusdehnung. Die Verwendung mindestens zweier Halbwellenlängen bedeutet,dass der Hohlraumresonator in einer höheren Mode betrieben wird.Im Falle einer Mehrzahl von Messfrequenzen kann sich der Begriff „Halbwelle" auf einen Feldbereichbeziehen, der ausgehend von einer Nullstelle des Feldes über einFeldmaximum oder -minimum bis zur nächsten Nullstelle verläuft. Alternativ kannsich der Begriff auf die Messfrequenz mit der höchsten Intensität beziehen.
    [0010] Umdas Intensitätsmaximumeiner Halbwelle des elektrischen Feldes existiert ein Bereich mitnäherungsweisehomogener Intensität,was bei Anordnung des Produkts im Intensitätsmaximum eine Verbesserungder Messgenauigkeit ermöglicht.In vielen Fällenist daher das Produkt in mindestens zwei Maxima des elektrischenFeldes entsprechend den mindestens zwei Halbwellen angeordnet. Wennfür sämtlicheTeile des Produkts ein gleichgewichteter Mittelwert der Messgröße erhaltenwerden soll, sind die Produktteile in jedem Resonatorabschnitt zweckmäßigerweiseim wesentlichen in dem jeweiligen Maximum des elektrischen Feldesangeordnet. Durch gezielte Abweichung der Anordnung einzelner Produktteilevom Maximum in den jeweiligen Resonatorabschnitten kann eine beliebiggewünschteGewichtung der einzelnen Produktteile eingestellt werden.
    [0011] DerResonator kann unterschiedliche Baufarmen aufweisen. Vorzugsweisehandelt es sich um einen geschirmten Resonator bzw. Hohlraumresonator,d.h. ein von metallischen Wändenbegrenzter Hohlraum, der abgesehen von Öffnungen für die Probenzuführung imwesentlichen geschlossen ist. Bei einem Hohlraumresonator wird interneine Hohlraumresonanz angeregt. Diese Bauweise ist besonders unaufwendigbeispielsweise im Vergleich zu dem Streifenleiter der WO 00/55606A. Besonders einfach und daher bevorzugt ist ein Rechteckresonator.Es kann sich auch um einen insbesondere über Chokes geöffnetenResonator handeln. Die Erfindung betrifft jedoch nur solche Resonatoren,bei denen das Produkt zur Messung in den Resonatorraum eingeführt oderdurch diesen hindurchgeführtwird. Der Gegenstand der Anmeldung ist daher abgegrenzt gegenüber solchen(Streufeld-)Resonatoren, bei denen die Messung mittels eines externenelektrischen Streufeldes erfolgt, so dass ein vollkommen andersartiger Feldverlaufvorliegt.
    [0012] Besondersnützlichist die Erfindung fürdie Messung an einem durch den Resonator geführten kontinuierlichen Produktstrom,da hier die Produktmasse bzw. die Produktausdehnung vorgegeben ist undnicht auf den Resonator abgestimmt werden kann. Umfasst sind insbesonderestrang- und bandförmigeProdukte, beispielsweise Faserprodukte, Tabak, Papier und dergleichen.Umfasst ist aber auch die Messung an einzelnen Produktportionen.Bei einem strangförmigenProdukt sind die mindestens zwei Resonatorabschnitte zweckmäßigerweisezur Durchführungjeweils mindestens eines Produktstranges eingerichtet. Es kann vorteilhaftsein, wenn durch jeden Resonatorabschnitt zwei oder sogar mehr Produktstränge geführt werden,da beim Reißeneines Faserstranges dieser von dem anderen Strang mitgeführt wird.Allerdings werden vorzugsweise nicht mehr als zwei Produktstränge durchjeden Resonatorabschnitt geführt,um die entsprechende Massebelastung möglichst gering zu halten.
    [0013] Zahlund Anordnung der Resonatorabschnitte können frei an die jeweiligenAnforderungen angepasst werden. Es kann sich um eine eindimensionale,insbesondere lineare Anordnung beispielsweise quer über dieBreite einer Produktbahn handeln. Auch eine ringförmige Anordnungist umfasst, wobei die mindestens zwei Halbwellen in Umfangsrichtung angeordnetsind. Es kann sich auch um eine zweidimensionale Anordnung handeln,bei der in zwei Richtungen jeweils mindestens zwei Halbwellen deselektrischen Feldes im Resonator vorgesehen sind. Selbst eine dreidimensionaleAnordnung ist möglich. DieZahl der Resonatorabschnitte beträgt vorzugsweise mindestensdrei, vorzugsweise mindestens vier. Es ist möglich, nicht benötigte Resonatorabschnitteleer laufen zu lassen. Beispielsweise kann ein Vierstrangproduktmit einem Resonator mit vier Resonatorabschnitten gemessen werden,indem jeweils zwei Strängedurch zwei Resonatorabschnitte geführt werden und die beiden übrigen Resonatorabschnitteleer laufen. Es kann daher dieselbe Resonatorbauform (beispielsweiseResonator mit vier Resonatorabschnitten) für unterschiedliche Anwendungen (imgenannten Beispiel ein bis acht Stränge) verwendet werden. Gegebenenfallsmüssennicht sämtliche Resonatorabschnitteeine Probenzuführungaufweisen.
    [0014] DerResonator, gegebenenfalls der Hohlraumresonator, kann mit einemfesten Dielektrikum mit einer Dielektrizitätszahl größer als eins, vorzugsweisemindestens zwei, weiter vorzugsweise mindestens fünf gefüllt sein. Übliche Materialien,insbesondere Keramiken, sind dem Fachmann bekannt. Die Verwendungeiner dielektrischen Füllungerlaubt die Speicherung von Feldenergie auf vergleichsweise kleinerenRaum und ermöglichtdaher kleinere Bauformen. Vorzugsweise ist im wesentlichen der gesamteResonator bis auf den Raum zur Aufnahme der Probe mit Dielektrikumgefüllt. „Im wesentlichen" bedeutet abgesehenvon Einrichtungen zum Einkoppeln der Mikrowellen, zum Durchführen derProbe und dergleichen. Der Resonator kann jedoch auch im wesentlichenmit Luft gefülltsein, was einen besonders einfachen und unaufwendigen Aufbau darstellt.
    [0015] DieErfindung ist grundsätzlichsowohl bei einem auf Transmissionsmessung als auch bei einem aufReflexionsmessung beruhenden Resonator anwendbar.
    [0016] DieErfindung umfasst weiterhin eine vorteilhafte Vorrichtung für den erfindungsgemäßen Mikrowellensensormit einem Mikrowellenresonator, insbesondere zur Messung der Dichtemindestens eines Bandes aus Textilfasern, z. B. aus Baumwolle, Chemiefaserno. dgl., bei der der Mikrowellensensor zur Steuerung und/oder Regulierungeiner Verarbeitungseinrichtung fürmindestens ein Textilfaserband herangezogen wird.
    [0017] Zweckmäßig istder Mikrowellensensor am Ausgang einer Karde angeordnet. Vorzugsweiseist mindestens ein Mikrowellensensor am Eingang und/oder am Ausgangdes Streckwerks einer Strecke angeordnet. Mit Vorteil ist das Streckwerkein Kardenstreckwerk am Ausgang einer Karde. Bevorzugt ist das Textilfaserbandein Kardenband. Zweckmäßig istdas Textilfaserband ein Streckenband. Vorzugsweise ist der Mikrowellensensoran eine elektronische Steuer- und Regeleinrichtung, z. B. Maschinensteuerungund -regelung angeschlossen. Mit Vorteil ist an die Steuer- undRegeleinrichtung mindestens ein Stellglied, z. B. Antriebsmotor,zur Änderungder Dichte des Faserbandes angeschlossen. Bevorzugt ist an die Steuer-und Regeleinrichtung eine Anzeigeeinrichtung, z. B. Bildschirm,Drucker o. dgl., zur Darstellung der Dichte bzw. von Dichteänderungendes Faserbandes angeschlossen. Zweckmäßig wird der Mikrowellensensorzur Überwachungder Dichte des produzierten Karden- oder Streckenbandes herangezogen.
    [0018] Weiterevorteilhafte Merkmale und Ausführungsformender Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibungder Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen hervor. Dabeizeigen:
    [0019] 1 eineDraufsicht auf einen Sensor gemäß einerersten Bauform;
    [0020] 2 eineAnsicht des Sensors aus 1 von vorne;
    [0021] 3 eineAnsicht eines Sensors gemäß einerzweiten Bauform von vorne;
    [0022] 4 eineAnsicht eines Sensors gemäß einerdritten Bauform von vorne;
    [0023] 5 eineDraufsicht auf einen Sensor gemäß einervierten Bauform;
    [0024] 6 eineAnsicht des Sensors aus 5 von vorne;
    [0025] 7 eineDraufsicht eines Sensors gemäß einerfünftenBauform;
    [0026] 8 eineschematische Skizze einer Messanordnung mit einem Sensor;
    [0027] 9 eineDraufsicht eines Sensors gemäß einersechsten Bauform,
    [0028] 10 derSensor aus 5, wobei das Produkt in jedemResonatorabschnitt im wesentlichen in dem jeweiligen Maximum deselektronischen Feldes angeordnet ist,
    [0029] 11 schematischin Seitenansicht eine Karde mit dem erfindungsgemäßen Mikrowellensensor,
    [0030] 12 einenKannenstock mit Faserbandkanne mit einem Regulierstreckwerk mitdem erfindungsgemäßen Mikrowellensensor,
    [0031] 13 schematischin Seitenansicht eine Regulierstrecke mit je einem erfindungsgemäßen Mikrowellensensor,
    [0032] 14 Regulierstreckemit geschlossenem Regelkreis (Regelung) und der erfindungsgemäßen Messanordnung,
    [0033] 15 Regulierstreckemit offenem Regelkreis (Regelung) und der erfindungsgemäßen Messanordnungund
    [0034] 16 Regulierstreckemit einer Kombination aus offenem und geschlossenem Regelkreis (Führungsgrößenaufschaltung)und zwei erfindungsgemäßen Messanordnungen.
    [0035] EinMikrowellensensor 10 weist einen Hohlraumresonator 11 auf,in dem ein stehendes Mikrowellenfeld erzeugt wird. Die Ein- undAuskopplung des Mikrowellenfeldes erfolgt mittels Koppeleinrichtungen 12.Mikrowellen werden mittels eines von einem Rechner 13 gesteuertenGenerators 14 erzeugt und mittels einer Leitung zu derKoppeleinrichtung 12a geleitet. Über die Koppeleinrichtung 12b wirdein Mikrowellensignal aus dem Resonator 11 ausgekoppeltund mittels einer Leitung einem Analysator 15 zugeführt, dessenAusgangssignal vom Rechner 13 verarbeitet werden kann.Generator 14, Analysator 15 und Rechner 13 sindzweckmäßigerweisein einer Messeinheit 16 zusammengefasst (vgl. 8).Die Pfeile D, E, F und G geben die Materialflussrichtung an.
    [0036] DerResonator 11 weist eine Mehrzahl von Resonatorabschnitten 17a, 17b, 17c,... auf. Die Trennung in verschiedene Resonatorabschnitte ist in denFiguren mit gestrichelten Linien angedeutet. Die 1, 2, 5, 6, 7, 9 betreffen jeweilslänglicheRechteck-Hohlraumresonatorenmit beispielsweise vier bzw. zwei Resonatorabschnitten. Länglich bedeutet,dass die Ausdehnung entlang einer Längsachse um mindestens einenFaktor 2, vorzugsweise mindestens einen Faktor 3, weiter vorzugsweisemindestens eine Faktor 5 längerist als die Ausdehnung entlang der beiden zur Längsachse senkrechten Richtungen.Die Resonatorabschnitte 17 sind in Serie entlang der Längsachsedes Resonators 11 angeordnet. 3 zeigteinen Resonator, bei dem die Resonatorabschnitte in Spalten undZeilen, d.h. in Form einer Matrix angeordnet sind. Die Zahl derSpalten, Reihen sowie allgemeiner die Anordnung der Resonatorabschnittekann nach Belieben den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden. 4 betriffteinen ringförmigenResonator 11, bei dem die Resonatorabschnitte 17 inSerie entlang der Ringachse des Resonators 11 angeordnetsind. In diesem Beispiel laufen vier Resonatorabschnitte 17b, 17d, 17f, 17h leer.Im allgemeinen kann eine beliebige Anzahl von Resonatorabschnitten 17 leerlaufen.
    [0037] Für die Probenzuführung weistjeder Resonatorabschnitt Öffnungen 21a, 21b, 21e,..., auf, die insbesondere in den Resonator begrenzenden Wänden vorgesehensein können.Bei Messungen an einem Produktstrom, insbesondere an einem strangförmigen Produktstrom(1 bis 4 und 7) odereinem bandförmigenProduktstrom (5, 6), sindzweckmäßigerweisejeweils separate Öffnungen 21 für den Eintrittund Austritt der Probe 19 in den bzw. aus dem Resonator 11 vorgesehen. Vorzugsweiseentspricht die Größe der Öffnungen 21 etwadem Querschnitt des zu messenden Produkts 19. Vorzugsweiseist die Form der Öffnungen 21 dem Produktquerschnittangepasst. Beispielsweise im Falle eines strangförmigen Produkts sind daherdie Öffnungen 21 vorzugsweisekreisrund oder oval. Vorzugsweise ist der Resonator bis auf dieProduktzuführungsöffnungen 21 imwesentlichen geschlossen. Geschlossen bedeutet für die verwendeten Mikrowellenundurchlässig.Die oben genannten Merkmale tragen zur Reduzierung der nachteiligenAbstrahlung von Mikrowellenenergie aus dem Resonator bei.
    [0038] ZurDurchführungdes Produkts 19 durch den Resonator 11 bzw. dieResonatorabschnitte 17 können Probenführungseinrichtungen 18a, 18b, 18e,... vorgesehen sein, beispielsweise Röhrchen 20a, 20b, 20e,..., die vorzugsweise aus verlustarmem Dielektrikum mit geringerTemperaturabhängigkeit,beispielsweise Quarzglas bestehen können.
    [0039] Dievom Generator 14 erzeugte Mikrowellenfrequenz ist so abgestimmt,dass sich in dem Resonator 11 eine stehende Welle mit mindestenszwei bauchigen Halbwellen mit jeweils einem lokalen Intensitätsmaximumausbildet. In den 1, 5, 9 sindbeispielhaft elektrische Feldlinien 22 für den Falleiner Mikrowelle mit bestimmter Frequenz eingezeichnet. In diesemFall breitet sich pro Resonatorabschnitt 17 eine cos-förmige Halbwelle des elektrischenFeldes aus. Beliebige andere Feldverteilungen mit mindestens zweiHalbwellen, auch mit mehr als einer Frequenz, im allgemeinen mitbeliebiger Frequenzverteilung, und/oder mehreren Maxima pro Resonatorabschnittsind ebenfalls möglich.In den 2 bis 4, 6, 7 sindLinien 23 konstanter Feldintensität eingezeichnet. Innerhalb derLinien 23 liegt jeweils ein Bereich hoher Feldintensität mit einemlokalen Intensitätsmaximum,das etwa im Zentrum des jeweiligen Resonatorabschnitts 17 liegt.Dies ist aber im allgemeinen nicht zwingend erforderlich. Außerhalbder Linien 23 ist die Feldintensität geringer als innerhalb.
    [0040] Durchdie Verteilung des gesamten Produktstroms 19 auf eine Mehrzahlvon Resonatorabschnitten 17 ist die Massebelastung proResonatorabschnitt 17 entsprechend reduziert, im Beispielder 1 beispielsweise um den Faktor 4, im Beispiel der 3 beispielsweiseum den Faktor 9. Die einzelnen Teile der Probe 19 werdenjeweils durch einen eng um das jeweilige Intensitätsmaximumangeordneten Bereich des jeweiligen Resonatorabschnitts 17 geführt. Wiebeispielsweise in 1 ersichtlich, ist in diesemBereich die Feldstärkeetwa konstant. Positions- und Orientierungsveränderungen der Probe sowie räumlichenInhomogenitäteninnerhalb des Produktstroms wirken sich daher nicht oder höchstens wenigauf das Messsignal aus, da sämtlicheTeile des Produktstroms mit derselben Gewichtung – aufgrund deretwa konstanten Feldstärke – in dasMesssignal eingehen, wie in den Beispielen der 1 bis 4, 7, 9 ersichtlich.Eine Öffnung 21 kanngezielt vom jeweiligen Intensitätsmaximumabweichend angeordnet sein, um individuelle Gewichtungen einzelnerProduktteile zu ermöglichen.
    [0041] DieAusführungsformgemäß 5, 6 betrifftdie Messung an einem flächigenProdukt 31, insbesondere einem platten- oder bahnförmigen Produkt,beispielsweise Papier, Faservlies o. dgl.. Die Öffnung 21 ist schlitzförmig, wobeider Schlitz 30 aus Schlitzabschnitten 21a, 21b, 21c, 21d zusammengesetztist. Die Längedes Schlitzes 30 ist an die Breite der Papierbahn 31 angepasst.Zur Vermessung einer doppelt so langen Papierbahn 31 kanndieselbe Messeinheit 16 bei derselben Mikrowellenfrequenz verwendetwerden, indem einfach eine lineare Anordnung von acht statt vierResonatorabschnitten 17 gewählt wird, wodurch sich dieLänge desResonators 11 etwa verdoppeln würde. Auf diese Weise muss dieBaugröße des Resonators 11 nurentlang der Längsachse,d.h. nur ein einer Dimension, verändert werden, während dieBaugröße des Resonators 11 ansonstenunverändertbleiben kann. Mit H ist die Materialflussrichtung bezeichnet.
    [0042] Generellist es nicht erforderlich, dass der Schlitz 30, wie imBeispiel der 5, 6, geschlossenist. Der Resonator 11 kann aus zwei getrennten Resonatorhälften bestehen, zwischendenen ein Probenzuführungsschlitzgebildet ist. Vorzugsweise sind die Mikrowellen-Koppeleinrichtungen 12 jeweilsin verschiedenen Resonatorhälftenangeordnet. Es ist auch möglich,strangförmigeProdukte mit einem geschlitzten Resonator zu messen.
    [0043] Diein 7 gezeigte Ausführungsform verdeutlicht, dassdie Wändedes Resonators 11 nicht vollkommen geschlossen, sondernlediglich fürMikrowellen im wesentlichen undurchlässig sein sollen. Im Fall der 7 sindTrenneinrichtungen 32, 33, beispielsweise Trennblechevorgesehen, die vorzugsweise periodisch in einem Abstand voneinander angeordnetsind, der geringer ist als die der Ausbreitungs-Grenzfrequenz entsprechendeWellenlänge desMikrowellenfeldes. Das Feld kann zwischen den Trennblechen 32 etwasherauslappen, ist jedoch insgesamt in wesentlichen in dem Innenraumdes Resonators 11 konzentriert.
    [0044] Diein 9 gezeigte Ausführungsform betrifft einen Resonator 11 zurMessung an einem portionierten Produkt 19. Die einzelnenPortionen könnensich in einem Probenbehälter 33,beispielsweise einem Quarzglasröhrchen,befinden. Der Resonator 11 weist pro Resonatorabschnitt 17a, 17b lediglich eine Öffnung 21 inden Resonatorwändenzum Einführendes Produkts 19 auf. Dies kann automatisiert beispielsweisemittels eines Roboters erfolgen. Führungseinrichtungen 20 sindbevorzugt, aber nicht zwingend vorgesehen. Auch in diesem Beispielkann bei relativ geringer Massenbelastung pro Resonatorabschnitt 17 mitnur einem Resonator 11 eine relativ große Probenmasse gemessen werden.
    [0045] Nach 10 sinddie Faserbänder 19a, 19b, 19c und 19d injedem Resonatorabschnitt 17a, 17b, 17c bzw. 17d imwesentlichen in dem jeweiligen Maximum des elektrischen Feldes angeordnet.Pro Resonatorabschnitt 17a bis 17d breitet sicheine Halbwelle des elektrischen Feldes aus.
    [0046] 11 zeigteine Karde 54, z. B. Trützschler-KardeTC 03 mit Speisewalze 55, Speisetisch 75, Vorreißern 561 , 562 , 563 , Trommel 57, Abnehmer 58, Abstreichwalze 59,Quetschwalzen 60, 61, Vliesleitelement 62,Flortrichter 63, Abzugswalzen 64, 65, Wanderdeckel 66,Kannenstock 68 und Kanne 67. Die Drehrichtungender Walzen sind mit gebogenen Pfeilen gezeichnet. Die Abzugswalzen 64, 65 ziehen einKardenband 72 ab, das überUmlenkrollen 69, 70 zum Kannenstock 68 gelangtund von dort in der Kanne 67 abgelegt wird. Zwischen denAbzugswalzen 64, 65 und der Umlenkrolle 69 istdie erfindungsgemäße Mikrowellen-Messanordnung 71 (sh. 1, 2)angeordnet. Die Mikrowellen-Messanordnung 71 ist an eineelektronische Steuer- und Regeleinrichtung 73, z. B. Mikrocomputer,angeschlossen, die übereinen regulierbaren Antriebsmotor 74 die Drehzahl der Speisewalze 55 verändert. Aufdiese Weise erfolgt eine Regulierung der Dichte des Kardenbandes 65,das mit hoher Geschwindigkeit, z. B. 200 m/min und mehr aus denAbzugswalzen 64, 65 austreten kann. Mit A istdie Arbeitsrichtung bezeichnet. Mit 77 ist eine Flockenspeiservorrichtung,z. B. TrützschlerDIRECTFEED bezeichnet, die ein Faserflockenvlies der Speisevorrichtungder Karde 54 oder einer Krempel vorlegt.
    [0047] Nach 12 istoberhalb des Kannenstocks 68 ein Streckwerk 34 angeordnet,das dem in 13 gezeigten Streckwerk entspricht,auf dessen Beschreibung Bezug genommen wird. Am Eingang und am Ausgangdes Streckwerks 34 ist jeweils eine Mikrowellen-Messanordnung 48 bzw. 49 vorhanden, diean die elektronische Steuer- und Regeleinrichtung 50 angeschlossensind, die weiterhin mit einem Antriebsmotor 46 für das Eingangs-und Mittelwalzenpaar und einem Antriebsmotor 47 für das Ausgangswalzenpaar,die Abzugswalzen und den Drehteller 76 in Verbindung steht.
    [0048] Nach 13 weisteine Strecke 55, z. B. Trützschler-Strecke TD 03, einStreckwerk 34 auf, dem ein Streckwerkseinlauf 34a vorgelagertund ein Streckwerksauslauf 34b nachgelagert sind. Die Faserbänder 35 tretenaus (nicht dargestellten) Kannen kommend in die Bandführung 36 einund werden, gezogen durch die Abzugswalzen zu dem Streckwerk 34 transportiert.Das Streckwerk 34 ist als 4-über-3-Streckwerk konzipiert,d. h. es besteht aus drei Unterwalzen I, II, III (I Ausgangs-Unterwalze,II Mittel-Unterwalze,III Eingangs-Unterwalze) und vier Oberwalzen 37, 38, 39, 40.Im Streckwerk 34 erfolgt der Verzug des Faserverbandes 35'' aus mehreren Faserbändern 35.Der Verzug setzt sich zusammen aus Vorverzug und Hauptverzug. DieWalzenpaare 40/III und 39/II bilden das Vorverzugsfeld, und die Walzenpaare39/II und 38, 37/I bilden das Hauptverzugsfeld. Die verstrecktenFaserbänder 35''' erreichenim Streckwerksauslauf 34b eine Vliesführung 41 und werdenmittels der Abzugswalzen 42, 43 durch einen Bandtrichter 44 gezogen,in dem sie zu einem Faserband 45 zusammengefasst werden,das anschließendin einer (nicht dargestellten) Kanne abgelegt wird. Mit C ist dieArbeitsrichtung, mit 35'' sind die Faserbänder imStreckwerk bezeichnet. Die Abzugswalzen, die Eingangs-UnterwalzeIII und die Mittel-UnterwalzeII, die z. B. mechanisch, z. B. über Zahnriemengekoppelt sind, werden von dem Regelmotor 46 angetrieben,wobei ein Sollwert vorgebbar ist. (Die zugehörigen Oberwalzen 39 bzw. 40 laufen mit.)Die Ausgangs-Unterwalze I und die Abzugswalzen 43, 44 werdenvon dem Hauptmotor 47 angetrieben. Am Streckwerkseinlauf 34a wirdeine der Dichte proportionale Größe der eingespeistenFaserbänder 35 vondem erfindungsgemäßen Mikrowellensensor 48 (Einlaufmessorgan)gemessen. Am Streckwerksauslauf 34b wird die Dichte desFaserbandes von einem dem Bandtrichter 44 zugeordnetenerfindungsgemäßen Mikrowellensensor(Auslaufmessorgan) gewonnen. Eine zentrale Rechnereinheit 50 (Steuer-und Regeleinrichtung), z. B. Mikrocomputer mit Mikroprozessor, ermittelteine Einstellung der Stellgröße für den Regelmotor 46.Die Messgrößen derbeiden Messorgane 48 bzw. 49 werden während desStreckvorganges an die zentrale Rechnereinheit 50 übermittelt.Aus den Messgrößen desEinlaufmessorgans 48 und aus dem Sollwert für die Dichte desaustretenden Faserbandes 45 wird in der zentralen Rechnereinheit 50 derStellwert fürden Regelmotor 46 bestimmt. Die Messgrößen des Auslaufmessorgans 49 dienender Überwachungdes austretenden Faserbandes 45 (Ausgabebandüberwachung). MitHilfe dieses Regelsystems könnenSchwankungen in der Dichte der eingespeisten Faserbänder 35 durchentsprechende Regulierungen des Verzugsvorganges kompensiert bzw.eine Vergleichmäßigung derFaserbändererreicht werden. Mit 51 ist ein Bildschirm, mit 52 isteine Schnittstelle, und mit 53 ist eine Eingabeeinrichtungbezeichnet.
    [0049] Die 14, 15 und 16 zeigen – im Prinzip – das Streckwerkeiner Strecke mit unterschiedlichen Ausbildungen für die Regulierungder Faserbanddichte. 14 zeigt einen geschlossenen Regelkreis,bei dem die Mikrowellen-Messanordnung 49 am Ausgang desStreckwerks angeordnet ist. Das das Streckwerk verlassende Fasergutdurchläuftdie Messanordnung 49, deren Ausgangssignal in der Regulierelektronik 50 miteinem Sollwert verglichen und so umgeformt wird, dass ein entsprechendesRegelsignal an ein Stellglied (Regelmotor 46, sh. 13)für dieWalze II gelangt. Das der Dichte des austretenden Fasergutes entsprechendeAusgangssignal beeinflusst somit das Drehzahlverhältnis der Verzugswalzenpaare39/II und 38/I im Sinne einer Vergleichmäßigung des Fasergutes. 15 zeigteinen offenen Regelkreis (Steuerung).
    [0050] Dabeibefindet sich die Mikrowellen-Messanordnung 48 im Bereichdes auf das Streckwerk zulaufenden Fasergutes 35, das dessenDichte misst und das entsprechende Messsignal in der Regulierelektronik 50 inein Steuersignal umformt, das an ein Stellglied (Regelmotor 46,sh. 13) fürdie Walze II abgegeben wird. Dez Laufzeit des Fasergutes 35 von derMessanordnung 48 bis zum Streckwerk wird auf elektronischeWeise Rechnung getragen. 16 zeigteine Kombination von einem offenen und geschlossenen Regelkreis,bei dem die Messsignale der Messanordnung 49 den Messsignalender Messanordnung 48 überlagertwerden.
    [0051] „Resonator" betrifft einen räumlichenBereich, in dem sich ein stehendes Mikrowellenfeld ausbreiten kann.Dabei kann es sich um einen geschlossenen oder im wesentlichen geschlossenenHohlraumresonator handeln.
    [0052] EinProdukt, dessen Dichte gemessen wird, ist in einem „Produktraum" genannten Raumbereich angeordnet,der im Betrieb des Sensors zu dem Raumbereich des Resonators ineiner festen räumlichenBeziehung steht. Die Mikrowellen treten in den Produktraum ein,um in Wechselwirkung mit dem Produkt zu treten. Der Mikrowellenresonatorist zum Produktraum hin fürMikrowellen durchlässig.Das Produkt kann ein fortlaufender und/oder unendlicher Produktstromsein, beispielsweise ein Faserband, ein Faservlies, Faserflockenoder Einzelfasern in Spinnereivorbereitungsmaschinen.
    [0053] Die 17 und 18 zeigenzwei weitere Ausführungsformender Erfindung, bei denen zwei Mikrowellensensoren 10, 10a senkrechtzur Materialflussrichtung H eine Viertel-Wellenlänge λ/4 versetzt zueinander angeordnetsind. Die Sensoren 10, 10a mit jeweils einem Resonator 11 bzw. 11a sind(nicht dargestellt) miteinander elektrisch gekoppelt. Die Signaleder Sensoren 10, 10a werden (nicht dargestellt)elektrisch summiert und ausgewertet. Auf diese Weise werden beieinem flächigenProdukt, z. B. Textilfaservlies, die Maxima der elektrischen Felder 22 und 22a imWege der Ergänzungbesser ausgenutzt.
    权利要求:
    Claims (34)
    [1] Mikrowellensensor zur Messung einer dielektrischen Eigenschaft,insbesondere der Dichte und/oder Feuchte eines Produkts, mit einemMikrowellenresonator (11), wobei ein in den Resonator (11) eingeführtes Produkt(19, 31) mit einem in dem Resonator (11)erzeugten resonanten Mikrowellenfeld zur Ermittlung geeigneter Messgrößen in Wechselwirkungsteht, insbesondere füreine Spinnereivorbereitungsmaschine, dadurch gekennzeichnet,dass in dem Resonator (11) in einer Richtung mindestens zweiHalbwellen des elektrischen Feldes ausgebildet sind, wobei die Produktzuführung inmindestens einen Bereich hoher Feldintensität einer der Halbwellen deselektrischen Feldes erfolgt.
    [2] Mikrowellensensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dasseine Produktzuführungin mindestens zwei jeweils einer Halbwelle des elektrischen Feldesentsprechende Resonatorabschnitte (17a, 17b, 17c,...) erfolgt.
    [3] Mikrowellensensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassder Resonator (11) ein Hohlraumresonator ist.
    [4] Mikrowellensensor nach Anspruch 1 oder, 2 dadurch gekennzeichnet,dass er zur Messung an einem durch den Resonator (11) geführten Produktstromeingerichtet ist.
    [5] Mikrowellensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass Resonatoröffnungen(21a, 21b, 21c, ...) für die Probenzuführung imwesentlichen dem Querschnitt des zuzuführenden Produkts (19, 31)entsprechen.
    [6] Mikrowellensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,dass die Zahl der Halbwellenlängendes elektrischen Feldes mindestens drei, vorzugsweise mindestensvier beträgt.
    [7] Mikrowellensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass die Produktzuführungjeweils durch einen Bereich hoher Feldintensität der Halbwellen des elektrischenFeldes verläuft.
    [8] Mikrowellensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass die Produktzuführungjeweils durch das Intensitätsmaximumder Halbwellen des elektrischen Feldes verläuft.
    [9] Mikrowellensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,dass die Position der Produktzuführungrelativ zu einem Intensitätsmaximumdes elektrischen Feldes verstellbar ist.
    [10] Mikrowellensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass die jeweils einer Halbwelle des elektrischen Feldes entsprechendenResonatorabschnitte (17a, 17b, 17c, ...)linear angeordnet sind.
    [11] Mikrowellensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,dass der Resonator (11) mit einem Dielektrikum gefüllt ist.
    [12] Mikrowellensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,dass fürjede Halbwelle des elektrischen Feldes eine separate Probenzuführung vorgesehenist.
    [13] Mikrowellensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,dass jeder einer Halbwelle des elektrischen Feldes entsprechende Resonatorabschnitt(17a, 17b, 17c, ...) zur Zuführung mindestenszweier Produktsträngeoder -bändervorgesehen ist.
    [14] Mikrowellensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,dass er einen sich übermehrere Halbwellen erstreckenden Schlitz (30) zur Probendurchführung aufweist.
    [15] Mikrowellensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,dass er zur Messung an einem flächigenProdukt (31) eingerichtet ist.
    [16] Mikrowellensensor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,dass die Zahl der Halbwellen des elektrischen Feldes an die Breitedes flächigen Produkts(31) angepasst ist.
    [17] Mikrowellensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet,dass der Resonator (11) aus zwei durch einen Probenzuführungsschlitzgetrennten Resonatorhälftenbesteht.
    [18] Vorrichtung füreinen Mikrowellensensor mit einem Mikrowellenresonator nach einemder Ansprüche1 bis 17, insbesondere zur Messung der Dichte mindestens eines Bandesaus Textilfasern, z. B. aus Baumwolle, Chemiefasern o. dgl., dadurchgekennzeichnet, dass der Mikrowellensensor (10; 48, 49)zur Steuerung und/oder Regulierung einer Verarbeitungseinrichtung(54, 55) fürmindestens ein Textilfaserband (35) herangezogen wird.
    [19] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet,dass der Mikrowellensensor (10; 71) am Ausgangeiner Karde (54) angeordnet ist.
    [20] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet,dass mindestens ein Mikrowellensensor (10; 35, 36; 48, 49)am Eingang und/oder am Ausgang des Streckwerks (34) einer Strecke(55) angeordnet ist.
    [21] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet,dass das Streckwerk (34) ein Karden-Streckwerk am Ausgangeiner Karde (54) ist.
    [22] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet,dass das Textilfaserband (9) ein Kardenband (28)ist.
    [23] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet,dass das Textilfaserband (9) ein Streckenband (35)ist.
    [24] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet,dass der Mikrowellensensor (10; 48, 49)an eine elektronische Steuer- und Regeleinrichtung (50),z. B. Maschinensteuerung und -regelung angeschlossen ist.
    [25] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet,dass an die Steuer- und Regeleinrichtung (32; 50)mindestens ein Stellglied, z. B. regelbarer Antriebsmotor (33; 46),zur Änderung derDichte des Faserbandes (9; 28; 35) angeschlossenist.
    [26] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet,dass an die Steuer- und Regeleinrichtung (32; 50)eine Anzeigeeinrichtung, z. B. Bildschirm (51), Druckero. dgl., zur Darstellung der Dichte des Faserbandes (9; 28; 35)angeschlossen ist.
    [27] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet,dass der Mikrowellensensor (10; 48, 49)zur Überwachungder Dichte des produzierten Karden- oder Streckenbandes herangezogenwird.
    [28] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet,dass der Mikrowellensensor Bestandteil einer Mikrowellen-Messanordnungist.
    [29] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet,dass der Mikrowellensensor (10; 71) zur Messungeines Textilfaservlieses am Ausgang einer Karde (54) oderKrempel herangezogen wird.
    [30] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet,dass der Mikrowellensensor (10) am Eingang der Karde (54)zur Messung eines Textilfaserflockenvlieses herangezogen wird.
    [31] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet,dass zwei Mikrowellensensoren (10; 100) senkrechtzur Materialflussrichtung (H) eine Viertel-Wellenlänge (λ/4) versetztzueinander angeordnet sind.
    [32] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet,dass die Sensoren (10, 10a) elektrisch miteinandergekoppelt sind.
    [33] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet,dass die Signale der Sensoren (10, 10a) summiertund ausgewertet werden.
    [34] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet,dass eine Mehrzahl von Streckenbändern(19; 35) am Eingang (34a) des Streckwerks(34) der Strecke (55) detektiert werden.
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    同族专利:
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    法律状态:
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