双烟条超高速卷烟机微波密度检测中避免两路信号互相干扰的方法

李华文 刘泓滨 卢洪林 赵宇 周明

摘 要：在双烟条超高速卷烟机微波检测系统中，由于受卷烟机安装空间限制，两套独立微波检测系统之间的距离很近，微波密度检测系统易发生微波泄漏及互相干扰。文章从理论研究、结构设计和材料选择三方面详细说明了防止微波泄漏及抗干扰的方法。经过烟厂现场测试，该方法能够保证双路微波检测系统正常独立运行，双烟道目标重量取样标准偏差SD均能符合工艺标准值。

关键词：双烟条；微波；干扰

中图分类号：TS43 文献标志码：A 文章编号：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

在烟支生产过程中，需要严格控制烟支的湿度和密度，其测量和控制直接关系到产品质量和生产效率。实时、非接触、无损伤的微波测量是目前湿度和密度测量的重要要求和研究方向。

图1为单独一个微波检测装置时的微波泄漏情况图。

2 解决方法

2.1 理论研究

根据微波理论，波导管的频率特性可以用截止频率来描述，在烟支的进出口位置設计一段既要能让被测物质通过，又不能让微波信号从这个孔向外泄漏的截止波导。

该波导的截止频率应设计于远远高于所要传输的微波信号的工作频率，根据微波理论，圆形波导管的截止频率：

2.2 结构设计

为了解决微波信号互相干扰的问题，在两条烟道谐振腔的进烟端和出烟端，做了技术处理，具体结构如图3所示。

2.3 材料选择

微波泄漏有隔离块和隔离环，在材质上选用了可以吸收微波的复合材料。材料以金属基为载体，在其上复合了一层微粒子热塑型树脂聚醚醚酮（peek），隔离块的外表设计成凹凸不平的表面。凹凸不平的表面对泄漏的微波进行进一步的削减和吸收。

我们在烟支进出口位置使用了过截止波导，既解决了微波能量从烟支进出口位置的严重泄漏，又能让被测烟支顺利通过。

2.4 计算

对于我们系统中使用的谐振腔，直径D=55mm，谐振波长？姿0=1.31D=7.2cm。而烟支进出口的孔径d=1.2cm，则其截止波长为？姿c=2.04cm。谐振腔的谐振波长远远大于截止波长？姿c=2.04cm。为了使泄漏小于30dB，我们取t≥2cm。可以满足我们对泄漏的要求。

在圆柱形微波谐振腔中，有两种最低阶振荡模式（即谐振波长最长的振荡模式），一种是H型振荡模式H111，另一种是E型振荡模式E010（也称为TM010工作模式）。这两种振荡模式的谐振波长分别为：

式中R为圆柱谐振腔的半径，L为谐振腔的长度。由计算可知：

当圆柱谐振腔的长度L大于2.1R（R为圆柱谐振腔的半径）时，TE111为谐振腔的最低次模；当圆柱谐振腔的长度L小于2.1R时，TM010为谐振腔的最低次模。对于我们的系统，设R=27.5mm，我们取第一通道微波谐振腔的长度为50mm，第二通道微波谐振腔的长度L=60mm。这样就能使得第一通道谐振腔工作于TM010模式，而第二通道谐振腔工作于TE111模式。

这两种工作模式的电磁场结构图如图2、3所示。可见，TM010模式的电场方向是平行于谐振腔的长度方向且电场只有沿谐振腔的长度方向分量。

由微波谐振腔理论知道， 对于圆柱形谐振腔的最低次模，谐振腔的Q值随腔长L的增加而增大，并逐渐趋向一个近似恒定的值。

为了在两个通道的微波谐振腔中激励起不同的工作模式，我们应对两种谐振腔采取两种不同的激励方式。

3 结论

目标重量取样标准偏差是考核微波检测系统重要的技术指标，一般目标重量取样标准偏差≤8mg都合格。目标重量取样是指在显示屏上设定好需要取出烟的目标重量之值、取样数量以及内排或外排取样方式，重量控制系统接受微波检测系统送过来的烟支重量信号，并将等于目标重量设定值的烟进行取样剔除。一般取50支烟，计算50支烟重量标准偏差值，重量标准偏差

4 结束语

前、后烟道防微波干扰的机械结构有效地保证了两路检测系统正常独立运行；烟支进出口位置使用过截止波导，解决了微波能量从烟支进、出口位置的严重泄漏问题。两路检测系统的谐振腔采用正交不能互相耦合的电磁场，从而避免了两个通道间电磁场的互相干扰；两个烟道目标重量取样标准偏差SD都小于8mg。

参考文献：

[1]美国专利 5397993.Method for measuring the material moisture content of a material under test using microwave[P].March.14，1995.