本文公开一种估算材料含水量的方法，本方法包括：引导第一频率（ｆ↓［１］）信号和第二频率（ｆ↓［２］）信号通过材料；确定所述第一频率信号的第一绝对相移（Φ↓［１］）和所述第二频率信号的第二绝对相移（Φ↓［２］）；按照Φ↓［１］和Φ↓［２］之间期望的关系，把Φ↓［１］变换为第一校正绝对相移（Φ↓［１ｃ］）和把Φ↓［２］变换为第二校正绝对相移（Φ↓［２ｃ］）；和从Φ↓［１ｃ］和Φ↓［２ｃ］估算含水量。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种确定材料中含水量的方法和设备。
技术介绍
含水量是许多生产过程中的关键生产参数。要研究其含水量的材料，范围广泛，包括食品、化学品、矿砂、精矿、煤、石油、和煤气。利用电磁波与要研究的材料的相互作用，可以提供一种确定水分的方法，对此已经认识有些时候了。以微波为基础的方法，依赖于含水量与波的相移、反射、或衰减中一个或多个参数之间观察到的高度相关。该相关存在于相当多的材料中。从根本上说，相关的出现是因为游离的水，比夹带水的材料，呈现出大得多的介质常数值。有效的介质常数可以从介电张量导出，介质常数是所有类型线性媒质，包括磁性的和非磁性的媒质中，描述波的色散最普遍的物理量。一般说，非磁性材料的响应与有效介质常数的实部和虚部有关。但是，对要研究的通常材料，相移和反射率一般受实部的影响最大，而衰减则更多地依赖于实部和虚部两者。类似的情况可以应用于磁性材料，只要磁性响应依旧比受游离水分存在的影响的电性响应更弱一些。微波方法一般可以在不同测量类型之间划分。例如，测量可以采用调谐微波谐振腔设备。另一类测量涉及自由空间测量。在自由空间测量中，辐射结构(天线)发射电磁波，而电磁波的发射，不使用指向要研究的材料的任何波导结构。自由空间方法的一般优点是，设备对材料的流动不加任何限制，这一优点在工业处理过程中可能是关键的。自由空间测量本身一般可以在透射测量和反射测量之间细分。在反射测量中，测量的是被空气-材料界面反射的波。该波可以用发射该波的同一结构接收，或用另外的接收天线接收。反射波的振幅和相位按某种方式与含水量进行相关。在透射测量中，令波从要研究的材料的一侧通过要研究的材料传播，并用分开的接收天线，在该材料层的另一侧测量。通过材料的波的相移和振幅之一或两者，可以用作估算含水量的基本变量，虽然相移一般表现出与含水量有更紧密的相关关系。但是，相移与衰减一般都与材料的密度和厚度两者有关。具体说，相移几乎线性地随出现在发射波中由每单位面积材料质量(MPUA)定义的量而变化。在大多数的应用中，因为该量不可避免的变化，通常要求用辅助的或规格化的接近MPUA的参数，补偿这些变化。例如，可以用材料高度或质量负荷之一的参数来迫近MPUA。在从测量导出水分之前，利用辅助参数来提供加权参数，使波的相移规格化。在加权参数与MPUA之间存在显著非线性时，这样做将增加估算的含水量的误差。自由空间透射技术的一个重要细节，是相移的数值受材料的影响。相移大于360度是常见的。因为相位的单次测量只能把相位定义在0-360度的范围，所以，依赖于单次透射频率的测量，常常只限于含水量不呈现明显改变的材料。这一事实限制了单次频率测量的使用率。现在，在透射测量领域的状态是，采用多频率方法。有若干类多频率方法。一类采用两个(双)离散的频率，两个频率由有限的频率范围分开(高的频率约为较低频率的1.05至2倍)。另一类采用多个离散的频率或在某频带内的频率连续谱；这些多频率方法一般可以称为“扫”频方法。还有另一类采用电磁波脉冲(在该类中，脉冲的有限长度不明显地定义了用于产生边带的频带)。所有这些情形中，额外的频率成分中载运的信息，都是为了分辨超出360度的绝对相移透射测量中的误差有许多来源。一个误差来源是接收的杂散波相位，与材料水分不相关或弱相关。该种杂散波包括到达接收机的波没有通过材料(或只通过小部分材料)，以及因多此反射而通过材料若干次。这些杂散波的作用，是使所有类型透射测量所测量的相位失真。另一种误差来源可能来自接收机本身的限制。例如，接收机在高衰减时灵敏度变低，导致测量的相位不是实际接收的波相位的真实表示。提供一种改进的估算含水量的技术，是合乎需要的。
技术实现思路
因此，本专利技术提供一种估算材料中含水量的方法，包括引导第一频率(f1)信号和第二频率(f2)信号通过材料；确定所述第一频率信号的第一绝对相移(φ1)和所述第二频率信号的第二绝对相移(φ2)；按照期望的φ1与φ2之间关系，把φ1变换为第一校正绝对相移(φ1c)和把φ2变换为第二校正绝对相移(φ2c)；以及从φ1c及φ2c估算含水量。所述期望关系最好是φ1＝Kφ2f1/f2，这里K是计及材料在该两个频率上色散的常数。把所述第一和第二绝对相位进行变换时，最好用下述变换，其中γ是固定的常数φ2c=φ2+γφ11+γ2]]>φ1c＝γφ2c最好选择f1和f2，使K接近于1.0。f1和f2最好在0.5到2.0GHz范围。本专利技术还提供一种估算材料中含水量的方法，包括(a)获得的测量数据包括测量的相位数据、实际含水量数据、和加权数据，这里的加权数据，代表要估算含水量的材料每单位面积材料的质量；(b)建立第一模拟函数，用于模拟所述加权数据中任何非线性，所述第一模拟函数有第一组系数；(c)建立第二模拟函数，把估算的含水量与测量的相位及所述第一模拟函数关联起来，所述第二模拟函数有第二组系数；(d)确定所述第一和第二组系数值，这些值能使估算的含水量与实际含水量之间的误差，对所述测量数据为最小；和 (e)用所述第一和第二模拟函数，连同所述确定了的所述第一和第二组系数值，估算含水量。步骤(d)最好包括(i)对所述第一组系数，确定多组试验值；(ii)进行回归，以确定所述第二组系数值，该第二组系数值要能使每一组试验值的误差最小；和(iii)确定哪一组试验值使误差最小。步骤(d)(i)最好用非线性最小化方案进行。所述非线性最小化方案最好是Nelder-Mead下降单纯形法(Nelder-Mead downhill simplex method)。所述第一模拟函数最好取w*＝G(w，B)的形式，这里w*是被模拟的加权，w是实际加权，而B代表第一组系数。G(w，B)最好选择最精密地模拟w中的非线性。在一个实施例中，G(w，B)等于b1+b2w+b3w2，这里B＝{b1，b2，b3}是第一组系数。所述第二模拟函数最好是一组函数，形式是M*=ΣI=1nCiFi]]>这里M*是估算的含水量，Ci代表一组n个第二系数，而Fi代表一组函数。所述函数组Fi最好是测量的相位(φ)和所述第一模拟函数w*的函数。最好是，n＝3和F(φ,w*)={1,φw*,φ2w*2}]]>显然，可以组合上述的方法来估算材料的含水量。附图说明图1a画出标准的回归；图1b画出尊照优选实施例的校正技术的回归；图2a画出标准的回归；图2b画出如何考虑加权中的非线性；图2c画出预测水分相对于抽样水分的曲线；和图3画出用于执行本专利技术优选实施例的方法的典型设备。具体实施例方式本专利技术的优选实施例是一种方法，本方法采用双离散频率自由空间透射设备，用该设备对通过被研究材料传播的电磁波在每一频率上的相移和衰减，进行连续的测量。本优选实施例开发一种分析技术的发现，本文此后称之为方法(I)，它涉及用两个提供水分测量优良精度的测量的相位。具体说，用包括两个测量的相位的一种变换，计算校正值，从而降低杂散波及接收机的误差作用，获得更为精确的绝对相移。其次，该优选的实施例在装置校准以改进测量的精度时，开发一种补偿技本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种估算材料中含水量的方法，包括：引导第一频率（ｆ↓［１］）信号和第二频率（ｆ↓［２］）信号通过材料；确定所述第一频率信号的第一绝对相移（Φ↓［１］）和所述第二频率信号的第二绝对相移（Φ↓［２］）；按照期望的Φ↓［１ ］和Φ↓［２］之间关系，把Φ↓［１］变换为第一校正绝对相移（Φ↓［１ｃ］）和把Φ↓［２］变换为第二校正绝对相移（Φ↓［２ｃ］）；和从Φ↓［１ｃ］和Φ↓［２ｃ］估算含水量。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：戴维G米利亚克，
申请(专利权)人：联邦科学和工业研究组织，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]
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