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Dokumentenidentifikation DE69932194T2 14.06.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000935136
Titel Verfahren zur Erfassung der Feuchtigkeit eines Schüttgutes
Anmelder Malcam Ltd., Tel Aviv, IL
Erfinder Moshe, Danny, Kiryat Ono 55024, IL
Vertreter Schieber · Farago, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69932194
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, ES, FI, FR, GB, IT, LI, NL, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 08.01.1999
EP-Aktenzeichen 991001421
EP-Offenlegungsdatum 11.08.1999
EP date of grant 05.07.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.06.2007
IPC-Hauptklasse G01N 22/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse G01N 22/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
GEBIET UND HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der nicht invasiven Bestimmung der Art von Materialien und im Speziellen ein Verfahren zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts einer Masse von nicht homogenem Material.

Viele verschiedene Arten von synthetischen und organischen Materialien bilden die Grundlage für die Herstellung vieler verschiedener Erzeugnisse. Diese Materialien müssen vor der Verwendung im Herstellungsprozess gesammelt, transportiert und gelagert werden. Der Herstellungsprozess selbst kann mehrere Verfahren benötigen, zunächst, um das Rohmaterial zu verarbeiten, und dann, um das verarbeitete Material zur Herstellung des eigentlichen Produkts zu verwenden. Viele dieser Verfahren sind abhängig vom Feuchtigkeitsgehalt des Materials. Wenn z. B. der Feuchtigkeitsgehalt zu hoch ist, kann sich das Material während der Lagerung und des Transports zersetzen, bevor es verwendet werden kann. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt zu niedrig ist, ist die Verarbeitung und Verwendung des Materials möglicherweise schwierig.

Synthetische und organische nicht homogene Materialien, deren Verhalten von ihrem Feuchtigkeitsgehalt abhängt, schließen Baumwolle, Papier, Wolle, Samen, Pharmazeutika und synthetische Fasern ein. Baumwolle wird z. B. verarbeitet, um die gewünschte Baumwolle von verunreinigenden Materialien, wie z. B. Samen, zu trennen, und wird dann zu Fasern gesponnen, die zur Herstellung von Textilien verwendet werden. Damit eine solche Verarbeitung und das Spinnen erfolgreich sind, sollten die Baumwollfasern einen gleichmäßigen Feuchtigkeitsgehalt haben, der weder zu hoch noch zu niedrig ist. Zum Beispiel sind Fasern mit geringem Feuchtigkeitsgehalt schwächer und brechen häufiger.

Baumwolle wird typischerweise in Form großer Ballen oder Kisten transportiert, im Folgenden kollektiv als Module bezeichnet. Zusätzlich beinhalten bestimmte Herstellungsprozesse die Verarbeitung synthetischer oder natürlicher Materialien, wie z. B. Baumwolle, in einem kontinuierlichen Fluss von Massengut, wie z. B. auf einem Förderbandsystem. Der optimale Feuchtigkeitsgehalt der Baumwollfasern für die Produktion von Textilien beträgt 6,5 bis 8% vor dem Spinnen und zwischen 6-20%, sobald sie als Modul verpackt sind, je nach den Erfordernissen der anschließenden Verarbeitungsschritte. Somit hängt eine wirksame Feuchtigkeitskontrolle in der Weberei von der genauen Messung des Feuchtigkeitsgehalts der Fasern der Module oder des kontinuierlichen Massengut-Flusses ab.

Nicht invasive Feuchtigkeitsmessungen können mit Hilfe von Mikrowellenstrahlung vorgenommen werden. Typischerweise befindet sich eine Mikrowellenstrahlungsquelle auf einer Seite des Baumwollmoduls, und eine Empfangsantenne befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite des Moduls. Der Strahlungsquellen-Strahl wird durch einen Abschnitt des Moduls geführt und von der Empfangsantenne empfangen, die dann ein Signal erzeugt. Dieses Signal wird verwendet, um den Feuchtigkeitsgehalt dieses Abschnitts des Moduls und die Massen-Gleichmäßigkeit des Moduls zu bestimmen.

Wenn das analysierte Material eine sehr hohe Dichte und eine relativ gleichmäßige innere Struktur hat, wie z. B. die Lagen von Papier, die die Papiervlies-Ausgabe einer Papierherstellungsmaschine bilden, wirkt die Feuchtigkeit auf der Oberfläche des Materials wie ein Spiegel, insbesondere wenn der Feuchtigkeitsgehalt relativ hoch (höher als 20%) ist. Unter solchen Umständen kann einfallende Mikrowellenstrahlung auf berechenbare Weise von den Oberflächen des Materials reflektiert werden, und der Unterschied zwischen reflektierter Strahlung und durchgelassener Strahlung (wobei durchgelassene Strahlung die Strahlung ist, die durch die analysierte Substanz dringt) kann verwendet werden, um den Feuchtigkeitsgehalt zu messen. Eine Vorrichtung, um den Feuchtigkeitsgehalt auf diese Art zu messen, ist im U.S.-Patent Nr. 4,789,820 von Parrent Jr u. a. offenbart. Eine solche Vorrichtung ist jedoch nicht geeignet zur Verwendung mit schwach reflektierenden Materialien, d. h. Materialien mit relativ ungleichmäßiger innerer Struktur, geringerem Feuchtigkeitsgehalt und geringerer Dichte, wie z. B. Module von Baumwolle, Wolle, Samen, Pharmazeutika und synthetischen Fasern.

Typischerweise wird eine Mikrowellenmessung des Feuchtigkeitsgehalts von Modulen nicht gleichmäßigen Materials durch die Analyse der Eigenschaften nur des gedämpften durchgelassenen Mikrowellensignals, nachdem es durch das zu analysierende Modul gedrungen ist, vorgenommen. Ein Verfahren zur Durchführung solcher Feuchtigkeitsmessungen ist im U.S.-Patent Nr. 5,621,330, von Greenwald u. a., das hierin eingeschlossen ist, offenbart. In Greenwald u. a. wird die Phasenverschiebung der Mikrowellen, die von der Empfangsantenne empfangen werden, analysiert, um die Dichte des zu analysierenden Materials zu erhalten. Der Feuchtigkeitsgehalt des Materials wird dann aus den Dichtedaten in Verbindung mit Daten berechnet, welche die Dämpfung der Mikrowellen beschreiben, die von der Empfangsantenne empfangen werden, d. h. der durchgelassenen Mikrowellen.

Die Berechnung der Feuchtigkeit auf der Grundlage der Messung der Phasenverschiebung durchgelassener Mikrowellen hat jedoch eine Reihe von Nachteilen:

  • 1. Die Messvorrichtung für die Phasenverschiebung kann nur Phasenverschiebungen innerhalb des Phasenbereichs zwischen 0 und 2] beschreiben. Je nach Art des zu analysierenden Materials liegt die echte Phasenverschiebung jedoch oftmals in einem Bereich größer als 2]. Daher ist es an und für sich notwendig den Phasenbereich zu bestimmen, und zwar vor der Berechnung der Phasenverschiebung für eine durchgelassene Mikrowelle, um eine entsprechende Korrektur durchzuführen. Die Bestimmung des Phasenbereichs wird vorgenommen durch eine Analyse der progressiven Änderung der Phasenverschiebung, die stattfindet, wenn die Vorderkante des zu analysierenden Moduls zum ersten Mal in den Strahl der Mikrowellenstrahlung eintritt, der von der Vorrichtung zur Feuchtigkeitsmessung ausgesendet wird, was beim empfangenen Mikrowellensignal zu einem "Kanteneffekt" führt. Im Falle eines kontinuierlichen Flusses von Massengut jedoch (im Gegensatz zu einzelnen Modulen) verhindert die Abwesenheit häufiger Vorderkanteneffekte häufige Kalibrierungen zum Ausgleich von Änderungen des Phasenbereichs, wodurch Berechnungen der Phasenverschiebung ungenau werden. Daher sind an und für sich Messvorrichtungen für die Phasenverschiebung nur dann für den Gebrauch geeignet, wenn einzelne Module analysiert werden, können jedoch nicht zur Analyse eines kontinuierlichen Flusses von Massengut verwendet werden.
  • 2. Da jede Komponente der Messvorrichtung für die Phasenverschiebung bei der Verarbeitung des erfassten Signals eine eigene Phasenverschiebung induziert, ist es notwendig, diesen Effekt schon bei der Konstruktion der Vorrichtung zu kompensieren. Da die Phasenbereichs-Kompensation nicht erneut geprüft und angepasst werden kann, wenn die Vorrichtung in Gebrauch ist, ist es wünschenswert, dass die Komponenten der Vorrichtung nicht im Laufe der Zeit eine spontane Verschiebung ("drift") von signifikantem Ausmaß erleiden. Daher ist es an und für sich notwendig, bei der Konstruktion der Vorrichtung Komponenten der höchsten Qualität zu verwenden. Messvorrichtungen für die Phasenverschiebung sind somit teuer und, aufgrund der Möglichkeit, dass eine Verschiebung auftritt, auf lange Sicht möglicherweise unzuverlässig.
  • 3. Die Notwendigkeit, eine Phasenbereichs-Kompensation und Phasenverschiebungs-Berechnung durchzuführen, macht es erforderlich, dass spezialisierte Komponenten in die Vorrichtung integriert werden. Daher ist die Vorrichtung kompliziert herzustellen, was die Kosten in die Höhe treibt.
  • 4. Aufgrund von Auflösungsschwierigkeiten ist die Messung der Phasenverschiebung bei Materialien mit geringer Dichte unzuverlässig.

Es besteht somit ein weithin anerkannter Bedarf an einer Vorrichtung zur nicht invasiven Messung des Feuchtigkeitsgehalts eines nicht homogenen Materials, die günstiger, weniger komplex und zuverlässiger ist als heutige Vorrichtungen, welche die Mikrowellen-Phasenverschiebung messen, die Materialien mit niedriger ebenso wie mit höherer Dichte messen kann und die in der Lage ist, einen kontinuierlichen Fluss von Massengut ebenso zu analysieren wie einzelne Module von Massengut.

Aus US 4 233 559 und US 5 315 258 ist es bekannt, den Feuchtigkeitsgehalt eines Materials aus einer Analyse der Zeitverzögerung abzuleiten, die in einem durchgelassenen Mikrowellensignal induziert wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts eines Materials mit Hilfe von Mikrowellenstrahlung, worin Dichtedaten aus einer Analyse der Zeitverzögerung abgeleitet werden, die in einem gesendeten Mikrowellensignal induziert wird, und nicht aus einer Analyse der Phasenverschiebung.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur kostengünstigen und zuverlässigen Messung des Feuchtigkeitsgehalts eines nicht homogenen Materials bereitzustellen. Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Feuchtigkeits-Messverfahren bereitzustellen, mit dem sowohl Materialien mit niedriger Dichte als auch mit höherer Dichte analysiert werden können. Es ist ein zusätzliches Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Feuchtigkeits-Messverfahren bereitzustellen, mit dem sowohl ein kontinuierlicher Fluss von Massengut als auch einzelne Module von Massengut analysiert werden können. Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein präzises Feuchtigkeits-Messverfahren bereitzustellen.

Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung wird daher ein Verfahren zur Ermittlung eines Feuchtigkeitsgehalts eines Materials gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.

Im Folgenden schließt der Begriff "Material" jedes Material ein, das in einem Modul gelagert oder in einem kontinuierlichen Fluss von Massengut verarbeitet werden kann. Zum Beispiel können Baumwolle, Wolle, Seide und synthetische Fasern ebenso wie Papier in Modulen gelagert werden. Pharmazeutische Materialien, wie z. B. pulverförmige Medikamente, können ebenfalls in einem "Modul" gelagert werden, obwohl ein solches Modul wahrscheinlich ein Pulverbehälter wäre. Im Folgenden bezeichnet der Begriff "Ballen" jede Struktur, in der Material in gepressten Schichten vorliegt und mit um die Struktur herumgewickelten Bändern gebunden ist. Im Folgenden bezeichnet der Begriff "Spule" jede Struktur, die einen hohlen Kern enthält, um den herum Material vorhanden ist. Im Folgenden bezeichnet der Begriff "Modul" jede separate Einheit von Material, einschließlich Ballen, Kisten, Spulen u. Ä., im Gegensatz zu einem "Massengut-Fluss" (bulk flow) von Material, womit gemeint ist, dass das Material nicht in separaten Einheiten verpackt, sondern als kontinuierliches Massengut transportiert wird, z. B. wenn es kontinuierlich einem sich bewegenden Förderband zugeführt wird.

Die Grundsätze und Arbeitsweise eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist besser mit Bezug auf die Zeichnungen und die beigefügte Beschreibung zu verstehen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die 1A und 1B sind Darstellungen des Prinzips der Zeitverzögerungsmessung eines empfangenen Mikrowellensignals;

2 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform einer Vorrichtung darstellt, die mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;

3 ist ein Graph, der die Übereinstimmung zwischen dem echten Feuchtigkeitsgehalt und der korrigierten Signaldämpfung, wie nach dem Verfahren in 4 berechnet, darstellt;

4 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Berechnung des Feuchtigkeitsgehalts des Materials;

Die 5A und 5B zeigen den Einfluss von Kanten und Fremdkörpern auf die gemessene Zeitverzögerung und Dämpfungsdaten; und

Die 6A und 6B sind Graphen, die die Beziehung zwischen gemessener Dämpfung und wahrem Feuchtigkeitsgehalt für Scheiben zeigen, einschließlich und ausschließlich einer Kante eines Moduls.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, das verwendet werden kann, um den Feuchtigkeitsgehalt und die innere Struktur eines Massenguts zu messen, das in einem Modul verpackt oder als kontinuierlicher Fluss, wie z. B. entlang einem Förderband, vorliegt.

Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Messung der Zeitverzögerung eines empfangenen Hochfrequenz-Mikrowellensignals. Der obere Graph in 1A zeigt die Änderung der Frequenz im Verhältnis zur Zeit eines Quellen-Mikrowellensignals, das durch eine Materialmasse gesendet wurde. Wie zu sehen ist, wird das Signal in definierten digitalen Impulsen übertragen, d. h., dass das Signal zu bestimmten Zeitpunkten beginnt und endet. Der untere Graph in 1A zeigt dasselbe Mikrowellensignal, wie es von einer Empfangsantenne empfangen wird, nachdem es durch eine Materialmasse gesendet wurde. Die Geschwindigkeit der Signalübertragung hängt ab von der Dichte des Materials sowie von der Art des betreffenden Materials. Wenn das Einsetzen des gesendeten und des empfangenen Signals synchron verglichen werden, ist daher eine Zeitverzögerung (t) zu erkennen, die eine Funktion von der Dichte des Materials ist. Ein alternatives Verfahren zur Messung von t ist in 1B dargestellt. In diesem Beispiel umfasst der Signalimpuls nicht eine einzige Frequenz, sondern kontinuierlich wechselnde Frequenzen. Daher kann die Messung von t durchgeführt werden durch Vergleichen der Taktung einer bestimmten Frequenz in beiden Signalen, wie gezeigt. Im Folgenden wird ein gesendeter Signalimpuls, der kontinuierlich wechselnde Frequenzen, wie in 1B dargestellt, anstelle einer einzelnen Frequenz umfasst, als "frequenzmodulierter Impuls" bezeichnet.

Wie dem Fachmann gut bekannt und im U.S.-Patent Nr. 5,621,330 von Greenwald u. a. offenbart ist, wird der Grad der Dämpfung eines empfangenen Mikrowellensignals zum Teil vom Feuchtigkeitsgehalt des Materials beeinflusst, durch welches das Signal hindurchgeführt wurde. Andere Faktoren, die die Dämpfung des empfangenen Signals beeinflussen, sind die Art des Materials, sein Gewicht, seine Temperatur und seine Dichte. Es ist daher möglich, den Feuchtigkeitsgehalt eines Materials zu berechnen durch die Analyse mehrerer bekannter Parameter (d. h. des Gewichts und der Temperatur des Materials und empirischer Daten, welche die Art des Materials beschreiben) in Kombination mit zwei gemessenen Parametern, nämlich des t eines empfangenen Mikrowellensignals (aus dem die Dichte des Materials zum Zeitpunkt der Messung berechnet werden kann) und der Dämpfung eines empfangenen Mikrowellensignals.

2 zeigt eine exemplarische Vorrichtung zur Durchführung der Feuchtigkeitsmessungen der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung schließt eine Mikrowellen-Strahlungsquelle 28 ein, dargestellt auf einer Seite eines Moduls 10 des zu analysierenden Materials. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Mikrowellen-Strahlungsquelle 28 ein Mehrfrequenz-Sender zum sequentiellen Senden von Mikrowellenstrahlung mit einer Vielzahl von Frequenzen. Die zu sendende Frequenz wird von einem Frequenz-Controller 111 ausgewählt. Es wird erkannt, dass das Modul 10 durch einen kontinuierlichen Fluss von Massengut ersetzt werden kann, ohne dass von den Grundsätzen der Erfindung abgewichen wird; für Erläuterungszwecke wird jedoch die Vorrichtung nur mit Bezug auf das Modul 10 beschrieben. Die Mikrowellenstrahlungsquelle 28 schließt vorzugsweise mindestens eine Quellenantenne 30 zum Senden eines Quellensignals 32 ein. In der bevorzugten Ausführungsform ist das Quellensignal 32 ein Ultrakurzwellenfrequenz-Mikrowellensignal in Form eines frequenzmodulierten digitalen Impulses. Die bevorzugte Frequenz für das Quellensignal 32 ist abhängig von der Art des untersuchten Materials. Für große Module ist eine Frequenz von 1,5-2 GHz geeignet. Für durchschnittlich große Ballen oder Kisten von Material ist eine Frequenz im Bereich von 3,5 GHz geeignet. Für kleine Kisten von Material ist eine Frequenz von 10-16 GHz geeignet. Für Massengut mit geringer Dichte, wie z. B. pharmazeutische Pulver, sind 16-30 GHz geeignet. Für eine einzelne Stelle im Modul werden 10 Mehrfachimpulse von der Quellenantenne 30 gesendet. Im Folgenden wird eine Gruppe von mehreren Signalimpulsen, die durch eine Stelle des Moduls 10 geführt werden, als "Scheibe" oder "Abschnitt" des Moduls 10 bezeichnet, und mehrere Scheiben oder Abschnitte werden als ein "Bereich" des Moduls 10 bezeichnet.

Das Quellensignal 32 wird durch das Modul 10 geführt und tritt als Ausgangssignal 34 aus dem Modul 10 aus. Während das Quellensignal 32 durch das Modul 10 hindurchdringt, wird das Quellensignal 32 sowohl gedämpft als auch verlangsamt. Wie oben erwähnt, wird der Grad dieser Dämpfung durch die Dichte des Materials des Moduls 10 bestimmt, auf welches das Quellensignal 32 auftrifft, und durch den Feuchtigkeitsgehalt des Materials des Moduls 10, auf welches das Quellensignal 32 auftrifft. Das Ausmaß, in dem das Quellensignal 32 verlangsamt wird, wird durch die Dichte des Moduls 10 bestimmt. Das Ausgangssignal 34 wird von mindestens einer Empfangsantenne 36 empfangen, die mit einer Signalempfangseinheit 37 verbunden ist. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Quellenantenne 30 und die Empfangsantenne 36 Linsenantennen. Geeignete Beispiele für Linsenantennen sind eine "Hornantenne" (Malcam Ltd. Tel Aviv, Israel) und eine "flache gedruckte Antenne" ("Flat Printed Antenna") (MTI Ltd. Tel Aviv, Israel). Ein Vorteil der Verwendung einer Linsenantenne besteht darin, dass das emittierte Mikrowellensignal stärker fokussiert ist als das Signal, das von einer herkömmlichen Antenne emittiert wird. Ein schmalerer, fokussierter Mikrowellenstrahl ermöglicht die Untersuchung von Materialien mit geringerer Dichte, als sie mit einer herkömmlichen Antenne untersucht werden können. Die Empfangsantenne 36 befindet sich auf einer Seite des Moduls 10, die im Wesentlichen gegenüber der Quellenantenne 30 liegt. In einer bevorzugten Ausführungsform schließt die Signalempfangseinheit 37 einen Überlagerungsempfänger ein.

Nachdem die Signalempfangseinheit 37 das Ausgangssignal 34 empfangen hat, erzeugt sie ein Antennensignal 38. Das Antennensignal 38 geht dann zu einer Dämpfungseinheit 40. Die Dämpfungseinheit 40 schließt einen Dämpfungsmesser 42 ein, der die Amplitude des Antennensignals 38 mit der bekannten Amplitude des Quellensignals 32 vergleicht und so die Dämpfung des Quellensignals 32 misst, die durch dessen Hindurchdringen durch das Material des Moduls 10 verursacht wurde.

Zumindest ein Teil des Antennensignals 38 geht auch an einen Zeitverzögerungsbestimmer 44. Der Zeitverzögerungsbestimmer 44 schließt einen Referenz-Empfänger 118 ein, der über ein Kabel ein Referenzsignal 33 direkt von einer Mikrowellenstrahlungsquelle 28 empfängt. Das Referenzsignal 33 ist somit identisch mit dem Quellensignal 32 im Hinblick auf seine Taktung und seine Frequenzen. Der Zeitverzögerungsbestimmer 44 vergleicht das Referenzsignal 33 mit dem Antennensignal 38, um die Zeitverzögerung des Antennensignals 38, d. h. das Ausmaß, in dem das Quellensignal 32 verlangsamt wurde, während es durch das Modul 10 hindurchging, zu bestimmen. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Bestimmung der Zeitverzögerung des Antennensignals 38 durch den Zeitverzögerungsbestimmer 44 durch Verwendung eines Tiefpassfilters und Nulldurchgang durchgeführt. Diese Verfahren sind dem Fachmann gut bekannt. Die Signaldämpfung, wie vom Dämpfungsmesser 42 berechnet, und die Zeitverzögerung, wie vom Zeitverzögerungsbestimmer 44 berechnet, werden dann in einen Prozessor 48 eingegeben. Die Dämpfung und die Zeitverzögerung des Antennensignals 38 werden vom Prozessor 48 verwendet, um den Feuchtigkeitsgehalt und die lokale Dichte des Moduls 10 zu ermitteln. Die Algorithmen, die zur Durchführung dieser Berechnungen verwendet werden, sind in 4 unten beschrieben. Eine graphische oder numerische Ausgabe, die diese Parameter beschreibt, wird dann auf einem Display angezeigt (nicht dargestellt). Der Prozessor 48 sendet ein Rückführsignal 35, welches das Antennensignal 38 beschreibt, an die Mikrowellenstrahlungsquelle 28. Nach der Verarbeitung des Rückführsignals 35 ändert die Mikrowellenstrahlungsquelle 28 die Art des Quellensignals 32, um das Antennensignal 38 zu optimieren. Eine solche Optimierung kann die Änderung der Frequenz und/oder der Richtung der Dichte des elektrischen Feldes des Quellensignals 32 einschließen und implementiert werden, um z. B. Hintergrundrauschen zu kontrollieren oder externe Funkstörungen (wie z. B. durch ein in der Nähe befindliches Mobiltelefon verursacht) zu minimieren.

Wie oben beschrieben, wird die Signaldämpfung verwendet, um einen Roh-Feuchtigkeitsgehalt zu bestimmen (d. h. einen Feuchtigkeitsgehalt, der im Hinblick auf den Dichteeffekt nicht korrigiert wurde), während die Signal-Zeitverzögerung verwendet wird, um die innere Struktur (d. h. die Dichte) des zu analysierenden Materials zu bestimmen. Im Speziellen kann gesagt werden, dass, obwohl die Zeitverzögerung eines Signals alleine nicht in einen absoluten Dichtewert eines Materials umgesetzt werden kann, Änderungen in der Zeitverzögerung eines Signals Änderungen in der Dichte dieses Materials widerspiegeln. Somit kann, wenn eine Standarddichte eines Materials und seine dazugehörige Zeitverzögerung bekannt sind, jede Änderung der Dichte gegenüber seiner Standarddichte aus einer gemessenen Änderung der Signal-Zeitverzögerung für dieses Material berechnet werden.

Die Signaldämpfung wird in Übereinstimmung mit empirischen Informationen, die aus einer Datenbank gewonnen werden, in einen wert für den Roh-Feuchtigkeitsgehalt umgesetzt. Ein Beispiel für eine solche Korrelation ist in 3 dargestellt. Empirisch gewonnene Korrelationen dieser Art müssen im Wesentlichen für alle Materialien erstellt werden, die für eine Analyse gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind. Für jede Art von Material werden solche Korrelationen empirisch anhand eines Testmaterials bei einer spezifischen Temperatur und einer spezifischen Dichte ermittelt. Bei einer bestimmten Art von Material, das mit der vorliegenden Erfindung analysiert wird, kann jedoch die tatsächliche Temperatur des Materials zum Zeitpunkt der Analyse von derjenigen des Testmaterials abweichen, das verwendet wurde, um die empirische Korrelation für diese Art von Material abzuleiten. So kann auch die tatsächliche Dichte eines zu analysierenden Materials von der Dichte des Testmaterials abweichen, das verwendet wird, um die entsprechende empirische Korrelation abzuleiten. Bei der Analyse eines Materials mit der vorliegenden Erfindung ist es daher erforderlich, zunächst die gemessenen Dämpfungs- und Zeitverzögerungswerte im Hinblick auf eventuelle Dichte- und Temperaturabweichungen zu korrigieren (um die Bedingungen wiederherzustellen, unter denen die empirische Korrelation anhand des Testmaterials gewonnen wurde), bevor die relevanten empirischen Korrelationen angewandt werden, die Zeitverzögerung in Dichte und Dämpfung in Feuchtigkeitsgehalt umsetzen.

Sowohl die Dämpfung als auch die Zeitverzögerung werden also in Verbindung mit empirisch bestimmten Korrekturfaktoren verwendet, um den endgültigen Feuchtigkeitsgehalt des zu analysierenden Materials zu berechnen.

4 zeigt ein Flussdiagramm der Berechnungen zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts und der inneren Struktur (d. h. der lokalen Dichte und der Dichteabweichungen) des Materials in Modul 10.

Der erste Schritt im Flussdiagramm ist die Erzeugung eines Arrays von Dämpfungswerten (A) und eines Arrays von Zeitverzögerungswerten (t), wie in Schritt 1 dargestellt, durch Abtasten eines Bereichs des Materials, d. h. durch Erstellung mehrerer Scheiben, von denen jede aus einer Vielzahl von Mikrowellen-Impulsen besteht, wie oben in 2 beschrieben. Mehrere Scheiben werden zu einem "Bereich" gruppiert, dessen Feuchtigkeitsgehalt und Dichte berechnet werden sollen. In Schritt 2 werden die Datenpunkte in jedem Array gefiltert, um "Kanten"-Effekte zu beseitigen, deren Bedeutung unten in 5 dargestellt ist. Dies resultiert in den gefilterten Arrays A2 und t2. Ob ein bestimmter Satz von Datenpunkten einen Kanteneffekt darstellt, kann auf verschiedene Arten ermittelt werden. Zum Beispiel kann die Position des Moduls 10 im Verhältnis zum Quellensignal 32 ermittelt werden, so dass, wenn eine Kante des Moduls 10 das Quellensignal 32 gerade schneidet, ein Signal an den Prozessor 48 geschickt wird. Alternativ und bevorzugt kann die Messung der Dämpfung graphisch dargestellt werden, und die Datenpunkte, die eventuellen künstlich hohen Spitzen oder tiefen "Tälern" von Dämpfung entsprechen, können beseitigt werden, z. B. durch Beseitigung aller Werte, die mehr als zwei oder drei Standardabweichungen von der durchschnittlichen Dämpfung betragen.

Das Flussdiagramm verzweigt sich dann in zwei Teile. Der rechte Zweig zeigt die Schritte, die bei der Berechnung des Roh-Feuchtigkeitsgehalts des Materials benutzt werden, während der linke Zweig die Schritte zeigt, die zur Bestimmung der inneren Struktur des Materials benutzt werden. Der Übersichtlichkeit halber ist den Schritten im rechten Zweig (Feuchtigkeitsgehalt) der Buchstabe "a" angehängt, z. B. "3a", "4a" usw. An Schritte im linken Zweig (innere Struktur) ist der Buchstabe "b" angehängt, z. B. "3b", "4b" usw.

Dem rechten Zweig folgend, wird in Schritt 3a das Dämpfungs-Array für jede Scheibe im Hinblick auf die Form des Moduls, die Art des zu analysierenden Materials und wahlweise die Dichte des Materials korrigiert. Diese Korrektur basiert auf empirisch ermittelten Faktoren, die in einer Datenbank gespeichert sind, und erzeugt ein Array A3 mit Dämpfungswerten, die im Hinblick auf Dichte, Form und Art korrigiert sind. Wenn das zu analysierende Material in der Form eines Moduls mit bekannter Größe vorliegt, wird die fakultative Dichtekorrektur durchgeführt durch Vergleichen des gemessenen Bruttogewichts des Moduls mit einem Standard-Bruttogewicht eines Moduls dieser Größe und dieser Art von Material. Die Dichtekorrektur wird somit berechnet durch das Dividieren des gemessene Gewicht des Materials in den Standard-Gewichtswerts. Wenn das zu analysierende Material jedoch in Form eines kontinuierlichen Flusses von Massengut und nicht in einzelnen Modulen vorliegt, ist eine Messung des Bruttogewichts des zu analysierenden Bereichs nicht durchführbar. Unter diesen Umständen, oder wenn die Entscheidung getroffen wird, die Dichte eines Moduls nicht zu korrigieren, wird davon ausgegangen, dass die Dichte des Materials identisch mit der in der Datenbank gespeicherten Standarddichte ist, und es wird keine Dichtekorrektur vorgenommen.

Als Nächstes wird im Schritt 4a das Array A3 im Hinblick auf die aktuell gemessene Temperatur des Materials korrigiert, um für jede Scheibe ein nach Temperatur korrigiertes Dämpfungs-Array A4 zu erstellen. Die Funktion für diese Korrektur ist proportional zu 1-Ts/Tt, worin Ts die Standardtemperatur (gespeichert in einer Datenbank) ist und Tt die gemessene Temperatur ist. Beim nach Temperatur korrigierten Dämpfungs-Array A4 wird somit die Wirkung von Messungen kompensiert, die bei Temperaturen durchgeführt wurden, welche von der Temperatur abweichen, bei der die empirische Korrelation für diese Art von Material abgeleitet wurde.

An diesem Punkt im Flussdiagramm entscheidet das Ergebnis von Schritt 4b (das unten erläutert wird), ob der Algorithmus zu Schritt 5a oder Schritt 6'' fortschreitet. Falls, wie in Schritt 4b ermittelt, die Abweichung der berechneten Dichten für eine Vielzahl von Scheiben relativ gering ist, geht der Algorithmus weiter zu Schritt 5a. In diesem Schritt wird der gesamte Satz aller Dämpfungswerte (d. h. Array A4) für alle Scheiben, die einen einzelnen Bereich von Material bilden, verwendet, um einen Roh-Feuchtigkeitswert oder -gehalt für diesen Bereich zu berechnen. Diese Berechnung wird gemäß einer Funktion durchgeführt, die eine lineare Integration aller Dämpfungswerte für alle erzeugten Scheiben oder aber ein Polynom sein kann, abhängig von solchen empirischen Faktoren wie der Art des gemessenen Materials, der Form des Moduls und der Struktur des Moduls. Dieser Roh-Feuchtigkeitswert wird zur Bestimmung des wahren Feuchtigkeitswerts oder -gehalts (d. h. des Roh-Feuchtigkeitswerts, korrigiert nach der Materialdichte) für den zu analysierenden Bereich des Materials verwendet. Der wahre Feuchtigkeitswert kann jedoch nicht bestimmt werden ohne die Kenntnis der tatsächlichen Materialdichte, die berechnet wird wie im linken Zweig des Flussdiagramms dargestellt. Falls, wie in Schritt 4b ermittelt wird, die Abweichung der berechneten Dichten für eine Vielzahl von Scheiben signifikant ist, geht der Algorithmus weiter zu Schritt 6'', der unten erläutert wird.

Im linken Zweig von 4 sind die Schritte zur Berechnung der Dichte des zu analysierenden Materials dargestellt. In Schritt 3b wird die Dichte jeder Scheibe aus dem gemessenen, gefilterten Zeitverzögerungs-Array t2 für jede Scheibe berechnet, in Übereinstimmung mit empirischen Informationen, die aus einer Datenbank gewonnen werden. Die empirischen Informationen schließen die Art von Material, die Form des Moduls (falls relevant), eine Standarddichte für das Material und eine empirische Korrelation zwischen Zeitverzögerung und Dichte ein. Die empirische Korrelation zwischen Zeitverzögerung und Dichte wird gewonnen durch die Erfassung von Zeitverzögerungsdaten aus einer Analyse eines Testmaterials mit bekannter Dichte und anschließendes Vergleichen der berechneten Dichtewerte mit den wahren, bekannten Dichtewerten für das Testmaterial. Aus dieser Analyse des Testmaterials kann die korrekte Korrelation zwischen gemessenen Zeitverzögerungswerten und berechneten Dichtewerten bestimmt werden. Da diese Korrelation von der Dichte und Geometrie der Testform und von der Art des Materials oder der Materialien abhängt, aus denen die Testform hergestellt wird, muss eine solche Analyse im Wesentlichen für jede gewünschte Form und jedes gewünschte Material durchgeführt werden, um diese im Wesentlichen empirischen Korrelationen zu erhalten.

In Schritt 4b wird der Unterschied zwischen der Dichte der aktuellen Scheibe und derjenigen vorhergehender Scheiben ermittelt. Solche Abweichungen sind wichtig, da sie Unregelmäßigkeiten in der inneren Struktur des Materials und/oder das Vorhandensein von Fremdkörpern im Material anzeigen. Anhand der Gleichmäßigkeit, bzw. des Fehlens derselben, von Dichtewerten der Scheiben, die einen zu analysierenden Bereich bilden, wird der Bereich kategorisiert als entweder eine gleichmäßige oder eine nicht gleichmäßige (d. h. unregelmäßige) Dichte habend.

Die Dichte des Materialbereichs wird durch eines von zwei verschiedenen Verfahren berechnet, je nachdem, ob die Dichte des Bereichs als gleichmäßig oder nicht gleichmäßig kategorisiert wird. Falls die Abweichung der berechneten Dichten für eine Vielzahl von Scheiben relativ gering ist, wird die Dichte als gleichmäßig kategorisiert. Dann wird ein einzelner durchschnittlicher Dichtewert berechnet und verwendet, um die Dichte des Bereichs darzustellen. In Schritt 6' werden der durchschnittliche Dichtewert und der durchschnittliche Roh-Feuchtigkeitswert, der in Schritt 5a berechnet wurde, kombiniert, um den wahren Feuchtigkeitswert zu bestimmen. Der wahre Feuchtigkeitswert ist abhängig von der durchschnittlichen Dichte, dem durchschnittlichen Roh-Feuchtigkeitswert und einem in einer Datenbank gespeicherten empirisch bestimmten Korrelationsfaktor. Dieser Korrelationsfaktor ist abhängig von der Art und Struktur des Materials und wird empirisch ermittelt, wie es oben für die empirische Korrelation zwischen Zeitverzögerung und Dichte beschrieben wurde.

Falls die Abweichung der berechneten Dichten für eine Vielzahl von Scheiben relativ groß ist, wird die Dichte als nicht gleichmäßig oder unregelmäßig kategorisiert. In diesem Fall wird, wie in Schritt 6'' gezeigt, der Dichtewert für jede (n) einzelne(n) Scheibe oder Abschnitt mit dem Roh-Feuchtigkeitswert für jede(n) einzelne(n) Scheibe oder Abschnitt (wie in Schritt 4a berechnet) kombiniert, um ein Array wahrer Feuchtigkeitswerte für die einzelnen Scheiben zu bestimmen, die den zu analysierenden Bereich bilden. Diese Berechnung wird analog zu der Art und Weise durchgeführt, die oben für Berechnungen bei gleichmäßiger Dichte beschrieben wurde, außer dass eine Vielzahl von Dichtewerten, und vorzugsweise alle Dichtewerte, für die Berechnungen verwendet werden. Ein Dichtewert für eine(n) einzelne(n) Scheibe oder Abschnitt wird im Folgenden als ein "Abschnitts-Dichtewert" bezeichnet, und ein Roh-Feuchtigkeitswert für eine(n) einzelne(n) Scheibe oder Abschnitt wird im Folgenden als "Abschnitts-Roh-Feuchtigkeitsgehalts-Wert" bezeichnet. In Schritt 7 wird dann ein durchschnittlicher wahrer Feuchtigkeitswert für den zu analysierenden Bereich als der Durchschnitt des Arrays wahrer Feuchtigkeitswerte für die einzelnen Scheiben berechnet, die den zu analysierenden Bereich bilden.

Der (die) wahre(n) Feuchtigkeitswert(e) und/oder durchschnittlichen wahren Feuchtigkeitswerte, die in den Schritten 6', 6'' und 7 berechnet wurden, werden dann ausgegeben, z. B. durch Anzeigen auf einer Anzeigeeinheit, die einen Bildschirm einschließen könnte, oder durch eine andere Vorrichtung zur Anzeige der Informationen. Falls die Dichte der Scheiben nicht gleichmäßig ist, wird diesbezüglich eine Warnung auf der Anzeigeausgabe angezeigt (Schritt 8). Zweck dieser Warnung ist, den Bediener zu benachrichtigen, dass der angezeigte Feuchtigkeitswert nicht aus Daten berechnet wurde, die aus mehreren Scheiben gewonnen wurden (was genauer und weniger von statistischen Fehlern beeinflusst ist), sondern aus Daten, die aus einer einzigen Scheibe gewonnen wurden (und somit weniger genau und fehleranfälliger sind).

Es versteht sich, dass ein zweites System 26 in einer Ausrichtung angebracht werden kann, die rechtwinklig zu derjenigen eines ersten Systems 26 ist, um Feuchtigkeits- und Dichtedaten für Scheiben durch das Modul 10 zu berechnen, so dass solche Scheiben rechtwinklig zu und mit den Scheiben koordiniert sind, die vom ersten System 26 abgetastet wurden. Die resultierenden Dichte- und Feuchtigkeitsdaten aus der Vielzahl sich schneidender Scheiben können vom Prozessor 48 zueinander in Beziehung gesetzt werden, um 2- oder 3-dimensionale Abbildungen von Dichte und Feuchtigkeit innerhalb des Materials, das analysiert wird, zu erzeugen. Eine potentielle Quelle für Ungenauigkeiten bei der Berechnung der Signaldämpfung kann aufgrund von Mikrowellensignalen auftreten, die Mehrfach-Reflexionen innerhalb des Moduls 10 und um das Modul herum unterliegen, einschließlich Reflexionen von der Quellenantenne 30, die von der Signalempfangseinheit 37 empfangen werden. Solche Mikrowellen werden im Folgenden als "gestreute" Mikrowellen bezeichnet. Die Dämpfung gestreuter Mikrowellen bietet keine präzise Angabe des Feuchtigkeitsgehalts innerhalb des Moduls 10. Gestreute Mikrowellen, die aus einem bestimmten Impuls von Mikrowellenstrahlung stammen, können dadurch identifiziert werden, dass sie von der Empfangseinheit 37 später empfangen werden als nicht gestreute Mikrowellen, die von demselben Mikrowellen-Impuls stammen. Ein Referenz-Zeitverzögerungswert, der prognostiziert, wann nicht gestreute Mikrowellen von der Signalempfangseinheit 37 empfangen werden, kann im Wesentlichen für jede Art und Form von Material empirisch bestimmt und in einer Datenbank gespeichert werden. Es kann daher davon ausgegangen werden, dass Mikrowellensignale, die zu einem Zeitpunkt empfangen werden, der NICHT vom Referenz-Zeitverzögerungswert prognostiziert wurde, gestreute Mikrowellen sind. In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung greift daher der Dämpfungsmesser 40 auf eine Datenbank von Referenz-Zeitverzögerungswerten und ein Streuungs-Bestimmungsmodul (nicht dargestellt) im Dämpfungsmesser 40 zu, und vergleicht die tatsächliche Zeitverzögerung des empfangenen Signals mit einem Referenz-Zeitverzögerungswert, um zu ermitteln, ob die empfangenen Mikrowellensignale gestreut sind oder nicht. Nur nicht gestreute Mikrowellen werden dann vom Dämpfungsmesser 40 verarbeitet. Auf diese Art kann die Anzahl verzerrter Mikrowellensignale, die vom Dämpfungsmesser 40 bei der Bestimmung der Dämpfung empfangener Mikrowellen analysiert werden, minimiert werden.

Die Gleichungen, welche die Beziehung zwischen Zeitverzögerung und Materialdichte beschreiben, sind wie folgt. Es ist anzumerken, dass F die Frequenz der Mikrowellenstrahlung ist, 1 die Länge des Strahlengangs ist, während er das Material des Moduls durchdringt, &egr;' (oder &egr;') die Dielektrizitätskonstante der Masse von Material ist, &egr;'' (oder &egr;'') die Dämpfungskonstante eines zu analysierenden Massenguts ist, &egr;() (oder &egr;()) die Vakuum-Dielektrizitätskonstante ist, t die Zeitverzögerung eines Mikrowellensignals ist, nachdem es durch ein zu analysierendes Material hindurchgedrungen ist, C die Geschwindigkeit von Mikrowellen durch ein zu analysierendes Material ist, C() die Geschwindigkeit des Referenzsignals 35 als Referenzempfänger 118 (≈ Lichtgeschwindigkeit) ist, d die Dichte eines zu analysierenden Materials ist, m die Feuchtigkeit eines zu analysierenden Materials ist, die Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung ist und f den Ausdruck "ist eine Funktion von..." darstellt.

  • 1. = C/F
  • 2. Sowohl &egr;' als auch &egr;'' sind Funktionen von d und m; &egr;' wird jedoch nur minimal von m beeinflusst. Daher gilt: &egr;' ≈ f(d, m) ≈ f(d) &egr;'' ≈ f(d, m)
  • 3. Die Beziehung zwischen &egr;' und &egr;'' ist somit hauptsächlich eine Funktion des Feuchtigkeitsgehalts des Materials (m):
  • 4. Wenn Co > C

5 ist eine Darstellung von Kanteneffekten und Fremdkörpereffekten auf Dämpfungsdaten, die von mehreren Mikrowellen-Scheiben durch das Modul 10 gewonnen wurden. Ähnliche Effekte werden auch bei Zeitverzögerungsdaten beobachtet.

5A zeigt, wie sich das Modul 10 in Richtung V zwischen der Mikrowellenstrahlungsquelle 28, die das Quellensignal 32 aussendet, und der Empfangsantenne 36 bewegt, die das Ausgangssignal 34 empfängt. Ein Fremdkörper 91 befindet sich im Modul 10. Die Länge des Moduls 10 ist von Punkt A bis Punkt C.

5B zeigt einen Graph 99 der gemessenen Dämpfung, die im Wesentlichen für alle Scheiben entlang der Länge des Moduls 10 gewonnen wurde. Eine erste Spitze 94 tritt auf, wenn das Modul 10 zuerst in das Quellensignal 32 eintritt, was einer Scheibe zwischen den Punkten A und A' entspricht, und ist künstlich hoch aufgrund eines Vorderkanteneffekts. So wird auch eine Spitze 96 durch die Hinterkante des Moduls 10, an der Scheibe C-C', verursacht, wenn das Modul 10 aus dem Quellensignal 32 austritt. Eine Scheibe B-B', die durch den Fremdkörper 91 dringt, verursacht ein Artefakt 95. Da die Spitzen 94 und 96 Artefakte sind, können sie nicht zur Bestimmung der korrigierten Dämpfung verwendet werden, daher der Roh-Feuchtigkeitswert, wie in 4 oben beschrieben, und werden somit ausgefiltert wie in Schritt 2 von 4 beschrieben. Deshalb werden die Datenpunkte, die zur Bestimmung der Dämpfung verwendet werden, zwischen den Spitzen 94, 95 und 96 gewonnen, wie durch Kasten 98 und Kasten 100 dargestellt.

Die 6A und 6B zeigen die Bedeutung der Auswahl eines bestimmten Abschnitts der gemessenen Dämpfung für die Berechnung der Feuchtigkeit des Materials. In 6A zeigt die Kurve die Beziehung zwischen wahren Feuchtigkeitswerten (aufgetragen entlang der X-Achse) und der gemessenen Dämpfung, die von einer der künstlich hohen Spitzen abgeleitet wurde, die in 5 beschrieben sind (aufgetragen auf der Y-Achse). Es besteht eindeutig keine Korrelation zwischen dem tatsächlichen Feuchtigkeitsgehalt des Materials und den Artefakt-Messungen, die von den Spitzen gewonnen wurden. Hingegen zeigt 6B die Beziehung zwischen wahren Feuchtigkeitswerten (auf der X-Achse) und der gemessenen Dämpfung (auf der Y-Achse), die aus einem Bereich zwischen den Spitzen, z. B. Kasten 100, gewonnen wird. Die Korrelation ist eindeutig sehr hoch, da die wahre Feuchtigkeit und die gemessene Dämpfung nahezu linear ansteigen. Somit spiegelt die gemessene Dämpfung den wahren Feuchtigkeitsgehalt eines Materials nur dann präzise wider, wenn Artefakt-Messungen, wie z. B. solche, die durch Vorder- oder Hinterkanten-Effekte oder Fremdkörper verursacht werden, ausgefiltert werden.

Daher wurde ein Verfahren zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts eines nicht homogenen Materials beschrieben, basierend auf der Messung der Zeitverzögerung eines übertragenen Mikrowellensignals. Da der Mechanismus zur Messung der Zeitverzögerung relativ einfach ist und nicht das Signal selbst verändert, sind komplizierte Kalibrierungs- und Kompensationsverfahren nicht erforderlich, wie es beim Messen von Phasenverschiebung der Fall ist. Die Vorrichtung ist somit günstiger herzustellen und auf lange Sicht zuverlässiger (da eine "Verschiebung" der Kalibrierung im Laufe der Zeit nicht relevant ist). Weiterhin ist das Verfahren, da "Vorderkanten"-Effekte für Kalibrierungszwecke nicht notwendig sind, sowohl für die Verwendung mit Modulen als auch mit einem kontinuierlichen Fluss von Massengut geeignet, in dem es keine Vorderkanten gibt. Da es keine Auflösungsschwierigkeiten im Zusammenhang mit Phasenverschiebung gibt, ist das Verfahren sowohl für die Verwendung mit Materialien geringer Dichte als auch mit höherer Dichte geeignet.

Obwohl die Erfindung im Hinblick auf eine begrenzte Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurde, wird erkannt, dass viele Änderungen, Modifikationen und andere Anwendungen der Erfindung vorgenommen werden können. Dort, wo technische Merkmale, die in irgendeinem Anspruch erwähnt werden, von Bezugszeichen gefolgt sind, wurden diese Bezugszeichen nur für den Zweck eingeschlossen, die Verständlichkeit der Ansprüche zu erhöhen, und dementsprechend haben solche Bezugszeichen keine einschränkende Wirkung auf den Schutzumfang jedes Elements, das exemplarisch durch solche Bezugszeichen gekennzeichnet ist.


Anspruch[de]
Ein Verfahren zur Bestimmung eines Feuchtigkeitsgehalts eines Materials, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

(a) Übertragen von Mikrowellen, deren Frequenz sich mit der Zeit verändert, durch einen Abschnitt des Materials;

(b) Empfangen der übertragenen Mikrowellen, nachdem die übertragenen Mikrowellen aus dem Abschnitt des Materials ausgetreten sind;

(c) Bestimmen eines erreichten Dämpfungswerts und eines erreichten Zeitverzögerungswerts der empfangenen Mikrowellen im Verhältnis zu den übertragenen Mikrowellen;

(d) Wiederholen der Schritte (a) bis (c) für eine Vielzahl von Abschnitten des Materials, sodass eine Vielzahl erreichter Dämpfungswerte und eine Vielzahl erreichter Zeitverzögerungswerte erhalten werden;

(e) Berechnen eines Roh-Feuchtigskeitsgehaltswerts aus einem Dämpfungswert für jeden der Vielzahl von Abschnitten des Materials, sodass eine Vielzahl von Abschnitts-Roh-Feuchtigkeitsgehaltswerten erhalten wird;

(f) Berechnen eines Dichtewerts aus einem Zeitverzögerungswert für jeden der Vielzahl von Abschnitten des Materials, sodass eine Vielzahl von Abschnitts-Dichtewerten erhalten wird;

(g) Vergleichen jedes der Abschnitts-Dichtewerte mit jedem anderen der Abschnitts-Dichtewerte, um eine Regelmäßigkeit einer Struktur des Materials zu bestimmen, wobei die Struktur als unregelmäßig eingestuft wird, wenn einer der Abschnitts-Dichtewerte sich wesentlich von irgendeinem anderen der Abschnitts-Dichtewerte unterscheidet;

(h) Berechnen eines durchschnittlichen wahren Feuchtigkeitsgehalts des Materials aus der Vielzahl von Abschnitts-Roh-Feuchtigkeitsgehaltswerten und aus der Vielzahl von Abschnitts-Dichtewerten des Materials.
Das Verfahren von Anspruch 1, das weiter folgende Schritte umfasst:

(i) Korrektur der Vielzahl erreichter Dämpfungswerte nach der Dichte des Materials, Temperatur des Materials, Art des Materials und Struktur des Materials durch Verwendung mindestens eines empirischen Faktors, sodass eine Vielzahl korrigierter Dämpfungswerte erhalten wird;

(j) Korrektur der Vielzahl erreichter Zeitverzögerungswerte nach Art des Materials und einer Standard-Dichte des Materials durch Verwendung mindestens eines empirischen Faktors, sodass eine Vielzahl korrigierter Zeitverzögerungswerte erhalten wird;

(k) Berechnen eines korrigierten Roh-Feuchtigkeitsgehalts des Materials aus der Vielzahl korrigierter Dämpfungswerte;

(l) Berechnen einer korrigierten Dichte des Materials aus der Vielzahl korrigierter Zeitverzögerungswerte; und

(m) Berechnen eines korrigierten wahren Feuchtigkeitsgehalts des Materials aus dem korrigierten Roh-Feuchtigkeitsgehalt und aus der korrigierten Dichte des Materials.
Das Verfahren von Anspruch 1, worin der Abschnitt des Materials Teil eines Moduls des Materials ist. Das Verfahren von Anspruch 3, das weiter den Schritt des Filterns der Vielzahl erreichter Zeitverzögerungswerte und der Vielzahl erreichter Dämpfungswerte zum Entfernen von Artefakt-Werten umfasst, die durch die Vielzahl von Mikrowellen erzeugt wurden, welche durch einen Rand des Moduls hindurchgedrungen sind. Das Verfahren von Anspruch 1, worin der Abschnitt des Materials Teil eines Massendurchflusses des Materials ist. Das Verfahren von Anspruch 1, worin, wenn ermittelt wird, dass die Struktur unregelmäßig ist, ein wahrer Feuchtigkeitsgehalt aus der Vielzahl von Abschnitts-Dichtewerten und aus der Vielzahl von Abschnitts-Roh-Feuchtigkeitsgehaltswerten für jeden der Vielzahl von Abschnitten des Materials berechnet wird. Das Verfahren von Anspruch 1, worin die übertragenen Mikrowellen als digitaler Impuls von Mikrowellen mit Meterwellen-Hochfrequenz übertragenen werden. Das Verfahren von Anspruch 7, worin die Frequenz des digitalen Impulses sich kontinuierlich ändert. Das Verfahren von Anspruch 1, worin der Roh-Feuchtigkeitsgehalt des Materials aus der Vielzahl erreichter Dämpfungswerte unter Verwendung einer empirisch abgeleiteten Korrelation zwischen der Signaldämpfung und dem Feuchtigkeitsgehalt des Materials berechnet wird. Das Verfahren von Anspruch 1, worin das Material gewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Baumwollfaser, Seidenfaser, Wollfaser, pharmazeutischem Material, Samen, Papier, Tabak und synthetischer Faser. Das Verfahren von Anspruch 1, das weiter folgenden Schritt umfasst:

(k) Bereitstellen eines Referenz-Zeitverzögerungswerts; und

(l) Identifikation gestreuter Mikrowellen innerhalb der empfangenen Mikrowellen durch Vergleichen der erreichten Zeitverzögerung mit dem Referenz-Zeitverzögerungswert.






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