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1、01Harrer & Kassen GmbHHK8 近红外LED水分测量仪在粮食业的应用连续地在生产过程中实时测量HK8 近红外LED水分测量仪原理应用近红外测量技术，用近红外LED在4个近红外波长 范围内照射被测产品表面。通过反射所得数据 ， 经 HK8系统分析评估。通过处理反射得到的吸收频谱， 分析仪器能够确定水份含量。产品颜色: 不同颜色/颜色的变化不影响测量！ 环境光线: 环境光对测量无影响！HK8 近红外LED水分测量仪 功能及构造- 铝合金外壳 HK8 高x宽x深:180x180x110mm - 不锈钢外壳 HK8 高x宽x深:300x500x167mm - 铝合金外壳传感器 高x
2、宽x深:180x180x110mm - 1个模拟输出0/4 20mA - 串口界面: 串口RS232 或 RS485 - 连接传感器和分析仪器:LED传感系 统HK8评估仪器数据线RS232 数据线 50m - 传感器: 具有4个波长的近红外LED被测产品在生产传送带上利用近红外LED连续地在线测量产品。 近红外水份测量仪由评估仪器和传感器两部分组成。 仪器分别在970nm，1299nm，1800nm 和2200nm处进行测量。 传感器和产品表面间距保持在200mm。 测量所得到的水份含量可以以数字模式或者模拟信号模式输出。接下来，我们比较HK8和其他 传统过滤式近红外仪器的结 构及优缺点！H
3、K8 模块化的设备组装HK8 评估仪器HK8 传感器HK8功能结构图被测产品 传感器评估仪器HK8系统是分离式的，传感器部分采用近红外LED光照系统。 通过最长50米的数据传输线连接传感器和评估仪器。HK8 传感器内部结构图传感器，即LED光照系统发射近 红外光线照射产品表面，光线经 产品反射后进入光探测器。该信 号经过处理进入评估仪器。评估 仪器具有两个电流输出端口，一 个RS232接口，两个模拟输入。优点： 传感器中各部件都是固定的， 结构简单，不易损坏！ 且LED使用寿命长达10年!信号处理光探测器 近红外光源传统过滤式近红外仪器结构传统过滤式仪器采用卤素灯作为光 源，该灯光线波长涵盖整
4、个光频谱。 为了测量目标成分，该光线必须要 经过过滤飞轮（filter wheel）过 滤，然后得到具有一个波长的光线。 该飞轮由内部马达驱动。光线经反 射镜照射产品上，然后反射光线经 由聚焦镜 （focussing mirror） 进入光探测器（detector）。探测器反射镜聚焦镜过滤飞轮卤素灯缺点： 该结构对机械要求很高，成本大，并且在内部存在过滤飞轮等运动部 件，易受损坏！影响近红外光学仪器的六大普遍因素1.测量距离影响 即传感器到被测表面的距离。距离近，光探测器能接受到更多的反射光线；距离 远，接受到的光线少。也就是说，如果被测产品表面不平整，起伏较大，会影响测 量结果。 2.产品颜
5、色影响 颜色深物品的反射的光线少，颜色浅的反射的光线多。 3.镜面效应 某些产品表面会产生镜面效应。近红外测量的基础是漫反射光。由于镜面效应产生 的直接反射光，这些不带任何信息的光线进入光探测器，会引起测量误差。 4.环境光影响 自然光含有近红外光线。 5.灰尘，水蒸气，温度影响 灰尘吸收光线，从而影响测量；仪器会测量到水蒸气中的水分，从而影响测量；明 显的温度变化会影响传感器内部的半导体元器件。 6.光照系统寿命 当卤素灯的工作功率降低到原始功率的50%时候，我们说它的使用寿命到了。一般来 说，卤素灯的寿命在一年半左右，平均每个月降低2。8%，所以每4到5个星期必须对 近红外仪器做一次新的校
6、准。 以上6个因素是所有近红外仪器都会受到影响。这些因素由其物理背景所决定， 是不可避免的！HK8 解决方案1. 测量距离影响的解决 传感器安装在离被测产品200mm处。 2. 产品颜色影响的解决 基于新算法，消除了产品颜色的影响 3. 镜面效应的解决 让仪器倾斜一定角度，避免镜面效应的影响 4. 环境光影响的解决 基于新算法，消除环境光对测量的影响。并且在捷克工厂中实际运用， 没有看到日光对仪器有任何的影响。 5. 灰尘，水蒸气和温度影响的解决 我们的传感器部分具有一个可以连接压力气的接口，通过导入压力气 可以很好避免灰尘的干扰。但是如果环境温度变化非常大，比如单位 时间内温差大于60-70
7、度时，会有影响。因为所有的半导体器件都是受温 度影响的，信噪比会增加。 6. 光照系统寿命 影响的解决 LED光照系统寿命长达10年，加上新的算法消除了光照寿命对测量的影响。 一旦在生产线上调试校准好仪器之后，无需重复校准。比较HK8和过滤器的近红外设备干干干扰扰扰因因因素素素HK8HK8HK8过过过滤滤滤式式式 ( ( (其它近红外产品其它近红外产品其它近红外产品) ) )与与与产产产品品品表表表面面面的的的距距距离离离无影响影响产产产品品品颜颜颜色色色无影响影响光光光源源源老老老化化化无影响影响镜镜镜面面面效效效应应应影响减弱影响环环环境境境温温温度度度无影响影响环环环境境境光光光无影响影
8、响灰灰灰尘尘尘/ / /蒸蒸蒸汽汽汽影响减弱影响总结：HK8针对传统红外仪器具有以下特点：HK8传感器和评估仪器是分离的，轻巧，便于安装。 通过50米的连接线连接传感器和评估仪器，可以更好的保护评估仪 器。使评估仪器远离恶劣的生产环境。 在传感器内部没有运动器件，如过滤飞轮等，便于安装和维护。并且 HK8成本低，运行更加稳定。 LED光照系统寿命长达10年，加上新的算法消除了光照系统老化对测 量的影响。在生产线上调试校准好仪器之后，无需再进行重复校准。 基于Harrer&Kassen公司自行研发的算法，消除了产品厚度的影响。 基于Harrer&Kassen公司自行研发的算法，消除了产品颜色的影
9、响。 基于Harrer&Kassen公司自行研发的算法，消除了日光的影响。 基于Harrer&Kassen公司自行研发的算法，消除了环境温度的影响。 采取了新的外壳结构，增加了压力气的接口，消除了灰尘的影响。 所有近红外仪器只能测量物质表面，所以要求被测产品的水份应当均 匀分布。HK8在传送带上的测量安装示意高度传感器刮刀 （可任意选择）HK8传感器压力气被测产品传送带为什么要使用刮刀？HK8测量不受传感器和产品表面之间距离变化的影响 ， 但是有时候产品高度变化非常大，因此要使用刮刀控制 产 品 高 度 变 化 在 一 个 普 通 范 围 内 。为什么要用高度传感器？当被测产品（比如：面粉）在
10、传送带上传输时， 可能在测量点有时有足够的产品，而有时没有足 够的产品，为此我们需要高度传感器来判断测量 点 上 是 否 有 足 够 的 产 品 来 进 行 测 量 。螺旋式传送带HK8传感器Output螺旋式推进被测产品传送带俯视图通过镜片测量HK8 传感器 测量点HK8淀粉水份在线测量方案工作原理 HK8可以对生产线上的淀粉水份含量进行 实时连续测量。HK8采用LED光源，用四个 不同波长的LED对淀粉表面进行照射，淀粉 中的水分会吸收近红外光线，水分含量越 高，吸收度越大， 通过测量反射的光线强 度，就可对水份含量进行定量。测量值以 模拟或者数字信号输出到生产控制环节。淀粉干燥工艺 淀粉
11、气流干燥系统结构如下图所示淀粉经真空脱水机处理后水分含量 在30%左右，经螺旋输送机进入气流 管道，干燥后水分含量在14%以下。 现有干燥设备并无水分检测和控制 设备，完全由人工凭经验来完成， 即操作人员用肉眼观察或手感来估 计淀粉水分含量，并根据经验手动 控制阀门，调节进料量，蒸汽流量 以及风量大小。这种做法很难精确 地稳定淀粉中的水分含量，且滞后 时间较长，造成水分波动大。 采用串级前馈原理，对前端进料 和后端出料的淀粉同时进行在线水 分测量，将水分数据输入PLC系统， 对有关工艺变量进行自动调节，实 现对淀粉水分含量的精确控制。HK8 校准HK8的校准必须利用本公司的Specter8校准
12、软件。在校准 时选取在测量范围内均匀分布的多个样品，将实验室测 量值输入软件，软件可自动生成校准频谱。然后将校准 频谱传送至HK8评估仪器。有时工厂根据实际情况需要，会在同一条流水线在不同 季节生产不同产品。为此HK8提供了很多便利。HK8评估仪器可存储8个校准频谱，也就是说HK8可在同一 测量点最多测量8种产品。通过外部的产品选择开关HK8 可自动选择相对应的测量。在线测量的特点及优势 测量准确 HK8的标准误差保持在0,2%左右。如果校准执行的好，误 差更加小。 稳定性高 只需执行一次校准，就可长期使用，运行稳定。 仪表防护等级为IP65 可防尘防水，适应恶劣工况，抗干扰强。 输出信号 可
13、输出模拟信号（0/4mA20mA）或数字信号， 使用方便。欧洲面粉厂的安装实例欧洲面粉厂的校准数据Starch16141210Lab 8 HK864201611 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96 101 106 111 116 121 126 131 136 141 146标准误差：0,47%中国面粉厂的安装实例HK8 传感器HK8 评估仪器中国面粉厂的校准数据181614121086420 0102030405060Lab HK8标准误差：0,27%非常感谢您的关注Harrer & Kassen GmbH Geschftsfhrer Dr. Dipl. Ing. Horst Harrer Am Heschen 4-6 75328 Langenbrand Germany Tel.: +49 (0)7084/9248-0 Fax: +49 (0)7084/924829
