Procedimiento y dispositivo para la medición de humedad y/o la medición de densidad.

Procedimiento para la medición de humedad y/o de densidad en un material que ha de ser medido,

con un emisor de microondas, un receptor de microondas y una unidad de evaluación que es capaz de determinar lafase y la amplitud para la radiación de microondas del emisor de microondas recibida por el receptor de microondasy en la que puede almacenarse una función de transmisión compleja de la disposición de medición, presentando elprocedimiento los siguientes pasos:

- en un procedimiento de medición, para un número de frecuencias se determina la fase y la amplitud de la radiaciónde microondas transmitida por el material que ha de ser medido, y a partir de los valores determinados se determinauna función de transmisión compleja de la disposición de medición,

- una función de transmisión compleja del material que ha de ser medido se calcula mediante la formación de larelación de la función de transmisión compleja de la disposición de medición con material que ha de ser medido y sinmaterial que ha de ser medido, y se transforma al intervalo de tiempo como función de intervalo de tiempo complejamediante transformación de Fourier inversa,

- a partir de la función de intervalo de tiempo se determina como magnitud característica A el momento en el que elimporte del pulso principal tiene su valor máximo,

- a partir de la función de intervalo de tiempo se determina el ancho del pulso principal como magnitud característicaB y/o el valor de amplitud del pulso principal como magnitud característica H,

- una humedad independiente de la densidad y/o una densidad del material que ha de ser medido se determinan condependencia de la magnitud característica A y de las magnitudes características B y/o H.

Procedimiento y dispositivo para la medición de humedad y/o la medición de densidad

La invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo para la medición de humedad y/o la medición de densidad en un material que ha de ser medido, usando la técnica de microondas. La invención se refiere especialmente a la medición sin contacto de un valor de humedad independiente de la densidad y del grosor del material que ha de ser medido y/o de un valor de densidad superficial, independiente de la humedad, que al conocerse el grosor puede transformarse en una densidad. La medición de realiza en materiales dieléctricos mediante la transmisión de radiación electromagnética a través del material que ha de ser medido. La presente invención es aplicable para cualquier tipo de materiales que han de ser medidos, especialmente para la medición de humedad de grandes fardos y de cartones llenos por ejemplo de té, tabaco, algodón, textiles, celulosas, materiales orgánicos y similares, así como para materiales que han de ser medidos, en forma de placas, como por ejemplo placas de madera, placas de viruta prensada, placas de fibras de densidad media, materiales de construcción, yeso, poliestireno, plásticos y similares. Asimismo, la invención es apropiada para emplearse en materiales parados o movidos, como por ejemplo en granos, cereales, frutos secos y verduras, granulados y similares.

Por el documento DE4004119C2, por ejemplo, se conoce que es posible la medición de humedad en sustancias dieléctricas con ondas electromagnéticas. Esta medición está basada en el hecho de que el agua tiene un alto índice de refracción complejo n-ik, de modo que las propiedades dieléctricas del material húmedo que ha de ser medido son determinadas en medida decisiva por las propiedades dieléctricas del agua contenida. Además del hecho de que el agua tiene un alto índice de refracción complejo, para la evaluación de la medición es importante que el índice de refracción complejo sea proporcional a la densidad del material que ha de ser medido. Las ondas electromagnéticas que entran en interacción con el material que ha de ser medido experimentan dentro del material que ha de ser medido tanto una atenuación como un acortamiento de las longitudes de onda. La atenuación de las ondas electromagnéticas es mayor cuanto más grande es la parte imaginaria k del índice de refracción complejo del material. El acortamiento de longitud de la onda electromagnética es más intenso cuanto más grande es la parte real n del índice de refracción complejo del material. Por lo tanto, ambos efectos son tanto más grandes cuanto mayores son la humedad y la densidad del material.

La medición del índice de refracción complejo del material que ha de ser medido se consigue especialmente bien con resonadores de microondas, por ejemplo con DE4004119C2. Aquí se registran el cambio del ancho de resonancia y la modificación de la frecuencia de resonancia del resonador lleno en comparación con el resonador no lleno, y de esta manera se determinan magnitudes características para la parte imaginaria y la parte real del índice de refracción complejo o de las constantes de dielectricidad complejas del material que ha de ser medido. A partir de las magnitudes características se determinan entonces un valor de humedad independiente de la densidad y/o un valor de densidad independiente de la humedad para el material que ha de ser medido usando otros parámetros específicos. Dado que el campo electromagnético está vinculado al resonador y penetra en el material que ha de ser medido sólo hasta una pequeña profundidad de aprox. media longitud de onda, en el caso de extensos materiales que han de ser medidos y especialmente en caso de usar sensores de campo de dispersión, los procedimientos de resonador están sujetos generalmente a la limitación técnica de poder registrar la humedad y la densidad sólo en la superficie, pero no en el núcleo del material que ha de ser medido. Además, el resonador tiene que ponerse siempre cerca del material que ha de ser medido, teniendo que estar en la mayoría de los casos incluso en contacto con éste.

En muchas aplicaciones es necesario el registro de la humedad y/o de la densidad en el núcleo de extensos materiales que han de ser medidos, como por ejemplo en grandes cartones o fardos. En la técnica de microondas, para ello se emplean mediciones de transmisión en las que el material que ha de ser medido es atravesado por radiación de microondas.

Por el documento US4, 727, 311 se conoce un procedimiento de medición por transmisión, en el que usando microondas se determina el contenido en humedad en el material que ha de ser medido. Para ello, se usan dos señales de entrada de microondas de distintas frecuencias y se mide respectivamente su atenuación. A partir de la atenuación se determina la humedad. Para determinar la densidad del material que ha de ser medido se registra el desfase de las señales de microondas en el material que ha de ser medido.

Por el documento US5, 333, 493 se conocen un dispositivo y un procedimiento para la determinación del contenido en humedad en una muestra transportada sobre una cinta transportadora pasando por una disposición de medición. Para la medición se usa una serie de señales de microondas con frecuencias discretas. El desfase de las señales recibidas se promedia y se evalúa junto con un peso del material que ha de ser medido, determinado por pesaje, para determinar la humedad.

Por el documento US6, 025, 724 se conocen un dispositivo y un procedimiento para la determinación del contenido en humedad en materiales embalados. En este caso, se miden varias veces el desfase y la atenuación de las microondas recibidas, pasando las microondas por diferentes zonas del material que ha de ser medido. Añadiendo otra magnitud característica para el material que ha de ser medido, a partir de los valores medidos para la atenuación se determina un valor bruto para una atenuación corregida, que sirve entonces para determinar la humedad.

Por el documento US2004/023338A1 se conoce un procedimiento y un dispositivo para la medición de la humedad y/o del contenido en sal en un material que ha de ser medido. El material que ha de ser medido es atravesado por radiación de microondas polarizada y se analiza la radiación reflejada. A partir de la atenuación de la radiación reflejada se determina entonces la humedad.

Por el documento US2005/0253595A1se conocen un dispositivo y un procedimiento para determinar la humedad, en el que se analizan el desfase y la atenuación de la radiación transmitida. Además, se mide por separado el grosor de la muestra para analizar la humedad de la muestra.

Por un artículo de O. Schimmer y col., "Noncontacting determination of moisture content in bulk materials using subnanosecond UWB-pulses", Microwave Theor y and Techniques, IEEE Transactions, junio de 2005 se conoce un procedimiento en el que un corto pulso casi Gaussiano genera ondas electromagnéticas y se irradia a través de una antena de emisión y que entonces atraviesa el material que ha de ser medido y vuelve a ser recibido por una antena receptora. Con la ayuda de una calibración multivariada, una regresión de componentes principales (PCR) o de una red neuronal artificial, la forma del impulso transmitido se compara con la forma del pulso transmitido sin material que ha de ser medido. Con esta técnica se pueden obtener al menos dos magnitudes de medición que se usan para la medición de humedad independiente de la densidad.

Por el documento US4, 319, 185 se conoce un procedimiento en el que se emite un pulso electromagnético, cuya intensidad después de la transmisión por el material que ha de ser medido se usa como magnitud característica para la humedad. En este procedimiento se registra exclusivamente la atenuación, de modo que es necesaria una medición de densidad adicional para poder determinar un valor de humedad independiente de la densidad.

En S.I. Elkhetali y col.: "Estimation of Electromagnetic of Libyan soil Properties by Stepped Frequency Radar", publicado en Advanced Ground Penetrating Radar, 2007, Fourth International Workshop on IEEEPE, 1 de junio de 2007, páginas 110 a 113, se dio a conocer el procedimiento de hacer pasar señales de microondas del intervalo de frecuencias de 1 a 3 GHz por un material que ha de ser medido con un grosor D definido. Las señales de microondas transmitidas se reflejan en un reflector, registrándose la radiación reflejada. Se realiza una medición de la atenuación y del desfase de las señales de microondas reflejadas. A continuación, el procedimiento se repite para una muestra para medición con el grosor D + º Z. A continuación, se realiza una transformación de los valores de medición obtenidos... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la medición de humedad y/o de densidad en un material que ha de ser medido, con un emisor de microondas, un receptor de microondas y una unidad de evaluación que es capaz de determinar la fase y la amplitud para la radiación de microondas del emisor de microondas recibida por el receptor de microondas y en la que puede almacenarse una función de transmisión compleja de la disposición de medición, presentando el procedimiento los siguientes pasos:

- en un procedimiento de medición, para un número de frecuencias se determina la fase y la amplitud de la radiación de microondas transmitida por el material que ha de ser medido, y a partir de los valores determinados se determina una función de transmisión compleja de la disposición de medición,

- una función de transmisión compleja del material que ha de ser medido se calcula mediante la formación de la relación de la función de transmisión compleja de la disposición de medición con material que ha de ser medido y sin material que ha de ser medido, y se transforma al intervalo de tiempo como función de intervalo de tiempo compleja mediante transformación de Fourier inversa,

- a partir de la función de intervalo de tiempo se determina como magnitud característica A el momento en el que el importe del pulso principal tiene su valor máximo,

- a partir de la función de intervalo de tiempo se determina el ancho del pulso principal como magnitud característica B y/o el valor de amplitud del pulso principal como magnitud característica H,

- una humedad independiente de la densidad y/o una densidad del material que ha de ser medido se determinan con dependencia de la magnitud característica A y de las magnitudes características B y/o H.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en la función de intervalo de tiempo compleja, para determinar las magnitudes características se evalúan una o varias de las siguientes magnitudes: el importe, la parte real y/o la parte imaginaria.

3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la magnitud característica B se calcula con dependencia del valor de amplitud H teniendo en consideración una frecuencia fInicio más baja y una frecuencia fParada más alta de un intervalo de frecuencias del que proceden las frecuencias durante el procedimiento de medición, o bien, se determina como valor inverso del valor de amplitud H.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se determinan una densidad superficial g del material que ha de ser medido, con dependencia del valor de humedad < y al menos una de las magnitudes características A, B y H.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque adicionalmente se determina una densidad del material que ha de ser medido, con dependencia del valor de humedad <, del grosor del material que ha de ser medido y de al menos una de las magnitudes características A, B y H.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se realiza la determinación de al menos uno de los siguientes valores: la humedad, la densidad superficial o la densidad, con dependencia de al menos una temperatura medida.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque se miden una o varias de las siguientes temperaturas: la temperatura del material que ha de ser medido, la temperatura de la disposición de medición y la temperatura del ambiente.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la radiación de microondas irradiada está polarizada de forma circular o lineal.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque, para cada material que ha de ser medido, el procedimiento de medición se repite varias veces con un sentido de polarización distinto, modificándose el sentido de polarización en cada repetición.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque en el caso de la radiación de microondas polarizada de forma lineal, la determinación de las magnitudes características A, B se realiza con un ángulo de polarización con el que la magnitud característica B tiene un valor mínimo.

11. Dispositivo para la medición de humedad y/o de densidad en un material que ha de ser medido, con

un emisor de microondas, un receptor de microondas y una unidad de evaluación que es capaz de determinar la fase y la amplitud para la radiación de microondas recibida por el receptor de microondas e irradiada por el emisor de microondas y en la que puede almacenarse una función de transmisión compleja de la disposición de medición, caracterizado porque la unidad de evaluación evalúa la radiación de microondas transmitida por el material que ha 5 de ser medido y determina una función de transmisión compleja del material que ha de ser medido formando la relación de la función de transmisión compleja de la disposición de medición con material que ha de ser medido y sin material que ha de ser medido, y porque además, la unidad de evaluación presenta medios para transformar la función de transmisión compleja en el intervalo de tiempo como función de intervalo de tiempo mediante una transformación de Fourier inversa, y para evaluar el pulso principal de la función de intervalo de tiempo, y porque 10 además, la unidad de evaluación presenta medios para determinar un momento A para el pulso principal de la función de intervalo de tiempo como magnitud característica y el ancho B y/o el valor de amplitud H del pulso principal de la función de intervalo de tiempo como magnitud característica adicional, y porque presenta una unidad de evaluación de magnitudes características para la humedad y/o la densidad, que a partir de la magnitud característica A y al menos una de las magnitudes características B y H puede determinar un valor de humedad

independiente de la densidad y/o un valor de densidad para el material que ha de ser medido.

12. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque entre el receptor de microondas y el emisor de microondas está previsto un dispositivo transportador para el material que ha de ser medido.

13. Dispositivo según la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque está previsto al menos un dispositivo de medición de temperatura para registrar la temperatura del material que ha de ser medido, de la disposición de medición y/o del ambiente.