在食品生產(chǎn)行業(yè)，有嚴(yán)格的健康和安全規(guī)定，以確保消費(fèi)者收到的產(chǎn)品質(zhì)量上乘。不符合這些政府和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的后果可能對(duì)食品生產(chǎn)商造成極大的損害。如果劣質(zhì)食品進(jìn)入市場(chǎng)，就會(huì)給消費(fèi)者帶來(lái)疾病，給制造商帶來(lái)法律風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，不通過(guò)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的食品可能導(dǎo)致材料浪費(fèi)、制造成本上升，最終導(dǎo)致收入損失。

在奶酪生產(chǎn)中，能夠測(cè)量材料的濕度和溫度是達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵參數(shù)。奶酪中所含的水量會(huì)極大地影響奶酪的質(zhì)量、加工和保質(zhì)期。本文將探討依靠微波頻率和射頻諧振器精確測(cè)量軟奶酪（特別是莫札雷拉奶酪）水分的好處，并提供一個(gè)案例為用戶(hù)應(yīng)用基于微波諧振腔的奶酪水分傳感器提供指導(dǎo)。

海默生微波水分儀在干酪生產(chǎn)中的應(yīng)用

利用微波諧振器傳感器解決方案，奶酪制造商可以獲得精確的測(cè)量數(shù)據(jù)，用于計(jì)算莫扎雷拉的水分或含水量。通過(guò)精確測(cè)量濕度，微波射頻傳感器幫助制造商減少細(xì)菌的生長(zhǎng)，幫助公司獲得最高質(zhì)量的產(chǎn)品。微波傳感器還可用于其他測(cè)量，如重量、密度和溫度，以及識(shí)別與奶酪接觸的外來(lái)顆?；蛭镔|(zhì)。在本文中，我們將專(zhuān)門(mén)關(guān)注測(cè)量濕度的好處，因?yàn)檫@是目前最關(guān)鍵的測(cè)量指標(biāo)。

先進(jìn)的海默生微波水分儀有幾個(gè)特點(diǎn)，使其成為測(cè)量奶酪含水量的理想解決方案。一個(gè)好處是，它們使制造商能夠在一個(gè)小范圍內(nèi)進(jìn)行精確測(cè)量。利用微波諧振器技術(shù)，射頻傳感器只需2-3厘米范圍便可檢測(cè)到產(chǎn)品的含水量。與電容式傳感器相比，測(cè)量場(chǎng)始終位于材料內(nèi)部，電容式傳感器使用更大的測(cè)量面積，因此通常在物質(zhì)外部進(jìn)行測(cè)量。

微波測(cè)量還提供了能夠檢測(cè)產(chǎn)品表面和核心水分的優(yōu)勢(shì)。這使得更容易測(cè)量具有挑戰(zhàn)性的產(chǎn)品，例如，那些可能只在表面干燥的產(chǎn)品。用電容和光學(xué)測(cè)量方法測(cè)量這些類(lèi)型的產(chǎn)品是很困難的。

基于微波諧振器的傳感器也滿足奶酪制造商在線測(cè)量的要求，因?yàn)閭鞲衅骺梢灾苯影惭b在生產(chǎn)線上。對(duì)于具有1米或1米以上寬傳送帶的生產(chǎn)線，可以連續(xù)使用多個(gè)傳感器。使用內(nèi)聯(lián)傳感器，制造商可以消除使用探針和在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量一次性樣品的需要，這是執(zhí)行濕度測(cè)量的傳統(tǒng)方法。有了內(nèi)聯(lián)傳感器，制造商可以從生產(chǎn)線上立即進(jìn)行測(cè)量；不需要制備樣品。這種方法速度明顯更快，以每秒10000次測(cè)量的速度處理高達(dá)65GHz的微波頻率。此外，它的精確度更高，工業(yè)研究表明，與實(shí)驗(yàn)室樣品相比，在線測(cè)量的精確度會(huì)提高。

微波諧振技術(shù)
典型的諧振腔測(cè)量系統(tǒng)包括諧振腔、信號(hào)處理器和計(jì)算機(jī)軟件控制。（見(jiàn)圖1。）

圖1：微波測(cè)量系統(tǒng)

傳感器的核心元件是微波諧振器，諧振器的外殼向一側(cè)打開(kāi)。這個(gè)孔被一塊陶瓷板覆蓋著。在惡劣環(huán)境下工作時(shí)，傳感器主體采用不銹鋼V4A。陶瓷板正下方有一個(gè)溫度傳感器。微波傳感器如圖2所示

圖2：微波傳感器

在生產(chǎn)線上安裝微波傳感器是一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程。微波傳感器通過(guò)法蘭安裝。標(biāo)準(zhǔn)法蘭的尺寸如圖3所示。制造商也可以要求符合其確切要求的特定法蘭。

圖3：微波傳感器安裝法蘭

為了測(cè)量電特性，諧振器有兩個(gè)端口：一個(gè)用于發(fā)送微波，另一個(gè)用于接收微波。出于分析目的，需要考慮微波從發(fā)射端口到接收端口的吸收，并且正在測(cè)量的材料類(lèi)型可能會(huì)產(chǎn)生影響。為了進(jìn)行測(cè)量，諧振器將連接到評(píng)估單元。筆記本電腦將顯示測(cè)量的透射率。

應(yīng)用微波透射率在頻率上，制造商可以找到諧振器的空載頻率fRES_unloaded。將任何材料放在諧振器上，隨后將最大值移到較低的頻率，即頻率為FraseLoad。這樣就可以區(qū)分材料中不同程度的水分。

圖 4：共振曲線

微波諧振傳感器可以很容易地集成在生產(chǎn)線的傳輸系統(tǒng)中。完整的測(cè)量結(jié)果（包括圖表等）可以顯示在本地筆記本電腦或中央工作站的PC機(jī)（如通過(guò)以太網(wǎng)連接）或機(jī)器上的面板PC機(jī)上。此外，還可以在生產(chǎn)線上安裝一個(gè)工業(yè)顯示面板顯示濕度百分比和溫度的即時(shí)摘要。傳感器可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的IEEE 802.3以太網(wǎng)通信接口進(jìn)行監(jiān)控，允許制造商通過(guò)計(jì)算機(jī)輕松讀取及記錄數(shù)據(jù)。對(duì)于固定的生產(chǎn)環(huán)境，即流水生產(chǎn)線，傳感器還支持Profibus和電流回路（4-20mA）接口。通過(guò)在傳感器固件中實(shí)現(xiàn)定制的校準(zhǔn)公式和測(cè)量表，制造商可以精確讀取莫扎雷拉奶酪的水分。

案例分析：在奶酪生產(chǎn)線上安裝海默生微波水分儀傳感器
本節(jié)將描述一個(gè)基于微波諧振器的傳感器如何應(yīng)用在奶酪生產(chǎn)線在線測(cè)量水分。在這種應(yīng)用中，微波傳感器被安裝在一個(gè)金屬滑槽下，在滑槽上運(yùn)送奶酪。溜槽上的孔的尺寸與外法蘭直徑相同，使微波傳感器直接與奶酪接觸。（見(jiàn)圖5和圖6。）

圖5：安裝在奶酪生產(chǎn)線上的微波傳感器

圖6：用于檢測(cè)奶酪生產(chǎn)的微波水分傳感器照片

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圖7：從微波諧振器傳感器測(cè)量的原始水分和溫度

圖8：奶酪生產(chǎn)中水分的最終計(jì)算數(shù)據(jù)，無(wú)人為干擾

圖7顯示了在奶酪生產(chǎn)線上進(jìn)行的原始測(cè)量。紅線表示原始數(shù)據(jù)濕度，藍(lán)色表示溫度。較大的尖峰是由手動(dòng)干擾引起的，例如，為實(shí)驗(yàn)室取一個(gè)探頭。使用手動(dòng)取的探頭，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量濕度時(shí)，可以校準(zhǔn)傳感器。奶酪生產(chǎn)中水分的最終計(jì)算數(shù)據(jù)如圖8所示，綠色表示含水量，藍(lán)色表示溫度。

為了得到含水量的值，需要進(jìn)行校準(zhǔn)。在計(jì)算水分值之前，對(duì)原始數(shù)據(jù)應(yīng)用了一種特殊的平均算法。與實(shí)驗(yàn)值比較，精度達(dá)到0.5%左右。

EMC 注意事項(xiàng)
微波傳感器使用開(kāi)放式諧振器。因此，必須注意不超過(guò)由適當(dāng)?shù)腄IN規(guī)范（尤其是DIN EN 61000）確定的最大允許RF功率。在運(yùn)行中，被測(cè)材料（如一層奶酪）會(huì)引起射頻功率的附加衰減，因此滿足了DIN標(biāo)準(zhǔn)的要求。對(duì)于空載傳感器，需要采取更多的預(yù)防措施。在這種情況下，應(yīng)使用特殊的電平控制電路。

結(jié)論
通過(guò)使用微波傳感器，奶酪生產(chǎn)商可以連續(xù)測(cè)量他們的產(chǎn)品，以確保在生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)階段都有正確的水分。與電容式和光學(xué)式傳感器相比，基于微波諧振器的傳感器具有明顯的優(yōu)勢(shì)。它們?cè)试S制造商在較小的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行精確測(cè)量，可以檢測(cè)產(chǎn)品表面和核心的水分，并且可以直接安裝在生產(chǎn)線上，從而實(shí)現(xiàn)更快、更精確的測(cè)量。

作為微波傳感器的供應(yīng)商，海默生公司開(kāi)發(fā)和制造高精度傳感器解決方案，用于食品、制藥和化學(xué)工業(yè)的廣泛測(cè)量和應(yīng)用。我們的傳感器已用于多種奶酪類(lèi)型，包括馬蘇里拉奶酪、費(fèi)城?奶油奶酪等軟奶酪和帕爾馬干酪等硬奶酪，使制造商能夠在滿足健康和安全法規(guī)的同時(shí)保持最高質(zhì)量。