Microwave measurement techniques for industrial process monitoring and quality control
Doctoral thesis, 2018
The first problem is to monitor the internal state of a pharmaceutical fluidised bed process used for film-coating and drying of particles. The metal vessel that confines the process is here treated as a cavity resonator and the complex resonant frequency of eight different cavity modes are measured using a network analyser. Based on the resonant frequencies, we estimate parameters in a low-order model for the spatial permittivity distribution inside the vessel, which can be related to process states such as the liquid and solid content of the particles in different regions.
The second measurement problem is an aspect of quality control, namely the detection of undesirable objects in flowing granular materials. We present measurement techniques based on resonant cavity sensors that are capable to detect the presence of small dielectric objects embedded in a flowing granular material. Detection algorithms that exploit the statistics of the noise caused by material density fluctuations and the characteristic signatures caused by an object passage event, are evaluated based on experiments which lead to quantitative assessments of the detection performance.
powder
matched filter
fluidised bed
parameter estimation
cavity resonator
signal detection
finite element method
microwave measurement
Author
Johan Nohlert
Chalmers, Electrical Engineering, Signal Processing and Biomedical Engineering
Global monitoring of fluidized-bed processes by means of microwave cavity resonances
Measurement: Journal of the International Measurement Confederation,;Vol. 55(2014)p. 520-535
Journal article
Microwave Resonator Sensor for Detection of Dielectric Objects in Metal Pipes
IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC), 11-14 May 2015, Pisa,;(2015)p. 914-919
Paper in proceeding
Microwave Measurement System for Detection of Dielectric Objects in Powders
IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,;Vol. 64(2016)p. 3851-3863
Journal article
Matched filter for microwave-based detection of dielectric objects in powders
I2MTC 2017 - 2017 IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference, Proceedings,;(2017)
Paper in proceeding
J. Nohlert, T. Rylander, and T. McKelvey, "Cavity Resonator Sensor and Temporal Signals Analysis for Object Detection in Granular Flows"
I denna avhandling beskrivs nya mikrovågsbaserade mättekniker som syftar till att förbättra mätförmågan inom dessa industrier och i processindustrin i stort. Dessa mättekniker utnyttjar metallkaviteter för att åstadkomma elektromagnetiska resonanser i mikrovågsområdet. Ett mätobjekt som exponeras för det elektromagnetiska fältet hos en sådan resonans ger upphov till mätsignaler som är mycket känsliga för små förändringar i materialets elektriska egenskaper. Detta gör det möjligt att med hög känslighet skatta exempelvis materialets fuktinnehåll eller detektera förekomsten av kontaminerande föremål.
Mätteknikerna som presenteras i avhandlingen utmärker sig genom att flera mikrovågsresonanser används samtidigt och där mångfalden hos de resonanta fältens rumsvariation utnyttjas för att förbättra mätprestandan och för att närma oss nya typer av mätproblem. I avhandlingen presenteras också signalbehandlingsmetoder där vi utnyttjar kännedomen om den underliggande fysik som ger upphov till mätdatan för att ytterligare förbättra förmågan till parameterskattning och detektion. Mätteknikerna har utvärderats experimentellt under industriellt verklighetstrogna förhållanden för två specifika mätproblem, där det första handlar om att övervaka en fluidiserad-bädd-process avsedd för läkemedelstillverkning, och det andra om detektion av oönskade föremål i strömmande pulvermaterial.
Areas of Advance
Information and Communication Technology
Life Science Engineering (2010-2018)
Driving Forces
Sustainable development
Innovation and entrepreneurship
Subject Categories
Medical Laboratory and Measurements Technologies
Signal Processing
Other Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering
Infrastructure
C3SE (Chalmers Centre for Computational Science and Engineering)
ISBN
978-91-7597-700-3
Doktorsavhandlingar vid Chalmers tekniska högskola. Ny serie: 4381
Publisher
Chalmers
HC2, Hörsalsvägen 11
Opponent: Prof. Ari Sihvola, Department of Electronics and Nanoengineering, Aalto University, Finland