雙煙條超高速卷煙機(jī)微波密度檢測中避免兩路信號(hào)互相干擾的方法

李華文 劉泓濱 盧洪林 趙宇 周明

摘 要：在雙煙條超高速卷煙機(jī)微波檢測系統(tǒng)中，由于受卷煙機(jī)安裝空間限制，兩套獨(dú)立微波檢測系統(tǒng)之間的距離很近，微波密度檢測系統(tǒng)易發(fā)生微波泄漏及互相干擾。文章從理論研究、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇三方面詳細(xì)說明了防止微波泄漏及抗干擾的方法。經(jīng)過煙廠現(xiàn)場測試，該方法能夠保證雙路微波檢測系統(tǒng)正常獨(dú)立運(yùn)行，雙煙道目標(biāo)重量取樣標(biāo)準(zhǔn)偏差SD均能符合工藝標(biāo)準(zhǔn)值。

關(guān)鍵詞：雙煙條；微波；干擾

中圖分類號(hào)：TS43 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）19-0134-02

Abstract： In the microwave detection system of double cigarette ultra-high speed cigarette rolling machine， the distance between the two independent microwave detection systems is very close， due to the limitation of the installation space of the cigarette machine. Microwave density detection system is prone to microwave leakage and interference with each other. In this paper， the methods of preventing microwave leakage and anti-jamming are explained in detail from three aspects： theoretical research， structure design and material selection. After field test in tobacco factory， the method can ensure the dual microwave detection system to operate independently， and the standard deviation SD of double flue target weight sampling can accord with the standard value of technology.

Keywords： double cigarette； microwave； interference

1 概述

在煙支生產(chǎn)過程中，需要嚴(yán)格控制煙支的濕度和密度，其測量和控制直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。實(shí)時(shí)、非接觸、無損傷的微波測量是目前濕度和密度測量的重要要求和研究方向。

圖1為單獨(dú)一個(gè)微波檢測裝置時(shí)的微波泄漏情況圖。

2 解決方法

2.1 理論研究

根據(jù)微波理論，波導(dǎo)管的頻率特性可以用截止頻率來描述，在煙支的進(jìn)出口位置設(shè)計(jì)一段既要能讓被測物質(zhì)通過，又不能讓微波信號(hào)從這個(gè)孔向外泄漏的截止波導(dǎo)。

該波導(dǎo)的截止頻率應(yīng)設(shè)計(jì)于遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于所要傳輸?shù)奈⒉ㄐ盘?hào)的工作頻率，根據(jù)微波理論，圓形波導(dǎo)管的截止頻率：

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了解決微波信號(hào)互相干擾的問題，在兩條煙道諧振腔的進(jìn)煙端和出煙端，做了技術(shù)處理，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.3 材料選擇

微波泄漏有隔離塊和隔離環(huán)，在材質(zhì)上選用了可以吸收微波的復(fù)合材料。材料以金屬基為載體，在其上復(fù)合了一層微粒子熱塑型樹脂聚醚醚酮（peek），隔離塊的外表設(shè)計(jì)成凹凸不平的表面。凹凸不平的表面對泄漏的微波進(jìn)行進(jìn)一步的削減和吸收。

我們在煙支進(jìn)出口位置使用了過截止波導(dǎo)，既解決了微波能量從煙支進(jìn)出口位置的嚴(yán)重泄漏，又能讓被測煙支順利通過。

2.4 計(jì)算

對于我們系統(tǒng)中使用的諧振腔，直徑D=55mm，諧振波長？姿0=1.31D=7.2cm。而煙支進(jìn)出口的孔徑d=1.2cm，則其截止波長為？姿c=2.04cm。諧振腔的諧振波長遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于截止波長？姿c=2.04cm。為了使泄漏小于30dB，我們?nèi)≥2cm。可以滿足我們對泄漏的要求。

在圓柱形微波諧振腔中，有兩種最低階振蕩模式（即諧振波長最長的振蕩模式），一種是H型振蕩模式H111，另一種是E型振蕩模式E010（也稱為TM010工作模式）。這兩種振蕩模式的諧振波長分別為：

式中R為圓柱諧振腔的半徑，L為諧振腔的長度。由計(jì)算可知：

當(dāng)圓柱諧振腔的長度L大于2.1R（R為圓柱諧振腔的半徑）時(shí)，TE111為諧振腔的最低次模；當(dāng)圓柱諧振腔的長度L小于2.1R時(shí)，TM010為諧振腔的最低次模。對于我們的系統(tǒng)，設(shè)R=27.5mm，我們?nèi)〉谝煌ǖ牢⒉ㄖC振腔的長度為50mm，第二通道微波諧振腔的長度L=60mm。這樣就能使得第一通道諧振腔工作于TM010模式，而第二通道諧振腔工作于TE111模式。

這兩種工作模式的電磁場結(jié)構(gòu)圖如圖2、3所示。可見，TM010模式的電場方向是平行于諧振腔的長度方向且電場只有沿諧振腔的長度方向分量。

由微波諧振腔理論知道， 對于圓柱形諧振腔的最低次模，諧振腔的Q值隨腔長L的增加而增大，并逐漸趨向一個(gè)近似恒定的值。

為了在兩個(gè)通道的微波諧振腔中激勵(lì)起不同的工作模式，我們應(yīng)對兩種諧振腔采取兩種不同的激勵(lì)方式。

3 結(jié)論

目標(biāo)重量取樣標(biāo)準(zhǔn)偏差是考核微波檢測系統(tǒng)重要的技術(shù)指標(biāo)，一般目標(biāo)重量取樣標(biāo)準(zhǔn)偏差≤8mg都合格。目標(biāo)重量取樣是指在顯示屏上設(shè)定好需要取出煙的目標(biāo)重量之值、取樣數(shù)量以及內(nèi)排或外排取樣方式，重量控制系統(tǒng)接受微波檢測系統(tǒng)送過來的煙支重量信號(hào)，并將等于目標(biāo)重量設(shè)定值的煙進(jìn)行取樣剔除。一般取50支煙，計(jì)算50支煙重量標(biāo)準(zhǔn)偏差值，重量標(biāo)準(zhǔn)偏差

4 結(jié)束語

前、后煙道防微波干擾的機(jī)械結(jié)構(gòu)有效地保證了兩路檢測系統(tǒng)正常獨(dú)立運(yùn)行；煙支進(jìn)出口位置使用過截止波導(dǎo)，解決了微波能量從煙支進(jìn)、出口位置的嚴(yán)重泄漏問題。兩路檢測系統(tǒng)的諧振腔采用正交不能互相耦合的電磁場，從而避免了兩個(gè)通道間電磁場的互相干擾；兩個(gè)煙道目標(biāo)重量取樣標(biāo)準(zhǔn)偏差SD都小于8mg。

參考文獻(xiàn)：

[1]美國專利 5397993.Method for measuring the material moisture content of a material under test using microwave[P].March.14，1995.