專利名稱：測定木材的介電特性的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測定木材介電特性的方法，特別是為了從中得到木材含水量的測量值，以及用于該方法的裝置。
木材的含水量可用木材的濕重與干重之差除以木材的干重來表示。
在木材烘干窯中干燥木材時(shí)，通常要求5％至20％的最終含水量。測量木材含水量的傳統(tǒng)方法在接近最終含水量時(shí)有合理的精度，但在含水量的值較高時(shí)精度變得較低。在30％以上含水量的情況下，傳統(tǒng)方法變得完全不可靠。
為了適當(dāng)?shù)乜刂聘稍锬静牡沫h(huán)境，例如木材烘干窯，在含水量仍然相對較高，例如超過30％時(shí)準(zhǔn)確地了解木材的含水量很重要。如果準(zhǔn)確地了解在這些相對高的值的含水量，則可以明顯加速干燥處理，而不在木材中產(chǎn)生不適合的應(yīng)力。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種測定木材介電特性的方法，該方法包括將木材置于電極之間，向電極施加變化的電信號，測量信號的電學(xué)值，并從該測量值測定電極之間復(fù)阻抗的相角和幅度。
變化的電信號可以是適宜的正弦電壓并可經(jīng)由電阻元件施加到電極，并測定所施加的電壓(即電阻元件前的電壓)和跨越電極的電壓(即電阻元件后的電壓)之間的相角，和所述電壓的幅度。由此可得到電極之間復(fù)阻抗的相角和幅角。
可以理解，電極之一即支撐木材的結(jié)構(gòu)可以被接地，而該結(jié)構(gòu)是一種導(dǎo)電材料。
可在一個(gè)緊靠電極的電子模塊中測定測量值，并可在遠(yuǎn)離電極的數(shù)據(jù)處理裝置中從測量值測定所述復(fù)阻抗的相角和幅度，在電子模塊和數(shù)據(jù)處理裝置之間有一數(shù)據(jù)鏈路。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種測定木材介電特性的裝置，該裝置包括一對其間可設(shè)置木材的電極，和用于測定電極之間復(fù)阻抗的相角和幅度的裝置。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種木材烘干設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)木材烘干窯和用于測定窯中被烘干木材的含水量的裝置，所述裝置包括一對窯中木材可放置其間的電極，和用于測定電極之間復(fù)阻抗的相角和幅度的裝置。
用于測定電極之間復(fù)阻抗的相角和幅度的裝置可包括與電極之一串聯(lián)的一個(gè)電阻元件，用于經(jīng)電阻元件向電極施加正弦電壓的裝置，和用于測定所施加的電壓和跨越電極的電壓之間的相角和所述電壓的幅度的裝置。
下面將參考附圖通過實(shí)例更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明設(shè)置有測量裝置的木材烘干窯中木材堆的端面圖；圖2是測量裝置的方框圖；圖3示出確定電壓波形；和圖4是電壓的相圖。
現(xiàn)在更詳細(xì)地參考附圖，參考標(biāo)號10表示其中具有木材堆12的木材烘干窯。由隔離物將木材12相互隔開分層排列。根據(jù)木材的含水量控制烘干窯中的環(huán)境。
為準(zhǔn)確地測定木材的含水量，烘干窯設(shè)置有測量裝置，該裝置包括在烘干窯外側(cè)，但緊貼烘干窯的電子模塊14，一對在烘干窯內(nèi)部并通過電連線18連接模塊14的電極16，和通過數(shù)據(jù)鏈路22連接到電子模塊14的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理器20。在此可有多個(gè)烘干窯10，每個(gè)烘干窯有其自己的電子模塊14，各個(gè)電子模塊可全部連接到同一個(gè)數(shù)據(jù)處理器20。
電極16為金屬板形式并簡單地插入木材堆12中層與層之間的空間中。本發(fā)明一個(gè)重要特性是由于裝置的操作不受與物理接觸的程度的影響，在電極16插入木材堆前不需對其進(jìn)行清潔。電極的尺寸和準(zhǔn)確位置也不重要。如果改變電極的尺寸和/或位置，所需要的全部工作是重新校正系統(tǒng)。
電子模塊14用來測量測定電極16之間復(fù)阻抗的相角和幅度所需的值。這是通過下列方式實(shí)現(xiàn)的。電子模塊14包括一個(gè)與電極之一串聯(lián)的電阻元件24，和一個(gè)振蕩器26和相關(guān)驅(qū)動(dòng)器28，正弦電壓可由此經(jīng)電阻元件施加到電極。振蕩器26具有在超聲范圍內(nèi)，例如40kHz量級的頻率。標(biāo)號30指示的阻抗表示電極16之間的阻抗。
電子模塊14還包括一個(gè)經(jīng)精密緩沖器34連接到驅(qū)動(dòng)器28的輸出，和經(jīng)精密緩沖器36連接到電極之一的超快比較器32，另一個(gè)電極接地。
在圖3中以標(biāo)號38指示施加電壓(即，驅(qū)動(dòng)器28的輸出)的波形，而跨越電極16(即，電阻元件24之后)的電壓的波形在圖3中由參考標(biāo)號40表示。在圖4中，所施加電壓38是由相量V1表示的，并且跨越電極的電壓由相量V2表示。由于阻抗30是一個(gè)復(fù)阻抗，電壓V1和V2之間存在相差，在圖4中由角度ω表示該相差。圖4中的Vr是跨越電阻元件24的電壓。
比較器32用來分別將正弦電壓38和40轉(zhuǎn)換成方波電壓42和44。
電子模塊14還包括一個(gè)“異”(XOR)電路46，其輸出在圖3中以標(biāo)號48表示。輸出48的RMS值與電壓38和40之間的相差成正比變化。緩沖器34和36的輸出以及XOR電路46的輸出經(jīng)多路復(fù)用器50送到RMS-DC轉(zhuǎn)換器52。與所施加信號的頻率相比，多路復(fù)用路50具有相對低的取樣速度。
RMS-DC轉(zhuǎn)換器52的輸出54經(jīng)數(shù)據(jù)鏈路22轉(zhuǎn)送到數(shù)據(jù)處理器20。
利用下面的等式確定阻抗30的相角a＝V2·cosωb＝V2·sinωd＝V1/{-a·(a/b-b)}
c＝a·d/bCx＝d/{R·2πf}Rx＝R/(c-1)其中，V1是所施加電壓的幅度；V2是跨越電極的電壓的幅度；ω是電壓V1和V2之間的相差；R是串聯(lián)電阻元件24；f是所施加電壓的頻率；Cx是復(fù)阻抗30的電容分量的值；和Rx是復(fù)阻抗30的電阻分量。假設(shè)阻抗的電容和電阻分量并聯(lián)。
在復(fù)阻抗包括與電容分量Cx并聯(lián)的電感分量(Lx)的情況下，可通過在兩個(gè)不同頻率測量復(fù)阻抗從Cx獨(dú)立地確定Lx的值。
應(yīng)該理解，可利用其它方法測定復(fù)阻抗30的相角和幅度。
通過在數(shù)據(jù)處理器20中適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理得到木材的含水量。
權(quán)利要求
1.一種測定木材介電特性的方法，其特征在于，它包括步驟在電極(16)之間設(shè)置木材(12)，向電極施加變化的電信號，測量信號的電學(xué)值，和從該測量值測定電極之間復(fù)阻抗的相角和幅度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，變化的電信號是經(jīng)電阻元件(24)施加到電極(16)的正弦電壓(38)；和測量值是所施加的電壓(V1)和跨越電極的電壓(V2)之間的相角(ω)，和所述電壓的幅度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在緊貼電極的電子模塊(14)中確定測量值；在遠(yuǎn)離電極的數(shù)據(jù)處理裝置(20)中從測量值確定所述復(fù)阻抗的相角和幅度；在電子模塊和數(shù)據(jù)處理裝置之間有一個(gè)數(shù)據(jù)鏈路(22)。
4.用于測定木材介電特性的測量裝置，其特征在于包括一對其間可放置木材(12)的電極(16)，和用于測定電極之間復(fù)阻抗的相角和幅度的裝置(14、20)。
5.一種包括有一個(gè)木材烘干窯(10)和用于測定窯中所干燥木材(12)的介電特性的裝置的木材烘干設(shè)備，其特征在于，所述裝置包括一對窯內(nèi)木材可放置其間的電極(16)，和用于測定電極之間復(fù)阻抗的相角和幅度的裝置(14、20)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的木材烘干設(shè)備，其特征在于，用于測定電極之間復(fù)阻抗的相角和幅度的裝置包括一個(gè)與電極(16)之一串聯(lián)的電阻元件(24)，用于經(jīng)電阻元件向電極施加正弦電壓(38)的裝置(26、28)，和用于測定所施加的電壓(V1)與跨越電極的電壓(V2)之間的相角(ω)和所述電壓幅度的裝置(34…46)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的述的木材烘干設(shè)備，其特征在于，電阻元件(24)和用于測定所施加的電壓(V1)和跨越電極的電壓(V2)之間的相角(ω)和所述電壓的幅度的裝置(34…46)構(gòu)成靠近電極的電子模塊(14)的一部分，并且其進(jìn)一步包括一個(gè)遠(yuǎn)離電極的數(shù)據(jù)處理裝置(20)，用于從測量值確定所述復(fù)阻抗的相角和幅度；在電子模塊和數(shù)據(jù)處理裝置之間有一數(shù)據(jù)鏈路(22)。
8.一種基本如本文所描述和說明的測定木材介電特性的方法。
9.一種基本如本文所描述和說明的測定木材介電特性的測量裝置。
10.一種基本如本文所描述和說明的木材烘干設(shè)備。
全文摘要
一種測定木材烘干窯(10)中木材(12)的介電特性的方法和裝置,在電極(16)之間放置木材,經(jīng)電阻元件(24)向電極施加正弦電壓(38),測定所施加的電壓(V
文檔編號G01R27/02GK1178581SQ96192544
公開日1998年4月8日 申請日期1996年3月14日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月14日
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