在食品生产行业，有严格的健康和安全规定，以确保消费者收到的产品质量上乘。不符合这些政府和行业标准的后果可能对食品生产商造成极大的损害。如果劣质食品进入市场，就会给消费者带来疾病，给制造商带来法律风险。另一方面，不通过质量标准的食品可能导致材料浪费、制造成本上升，最终导致收入损失。
在奶酪生产中，能够测量材料的湿度和温度是达到质量标准的关键参数。奶酪中所含的水量会极大地影响奶酪的质量、加工和保质期。本文将探讨依靠微波频率和射频谐振器精确测量软奶酪（特别是莫札雷拉奶酪）水分的好处，并提供一个案例为用户应用基于微波谐振腔的奶酪水分传感器提供指导。
利用微波谐振器传感器解决方案，奶酪制造商可以获得精确的测量数据，用于计算莫扎雷拉的水分或含水量。通过精确测量湿度，微波射频传感器帮助制造商减少细菌的生长，帮助公司获得最高质量的产品。微波传感器还可用于其他测量，如重量、密度和温度，以及识别与奶酪接触的外来颗粒或物质。在本文中，我们将专门关注测量湿度的好处，因为这是目前最关键的测量指标。
先进的海默生微波水分仪有几个特点，使其成为测量奶酪含水量的理想解决方案。一个好处是，它们使制造商能够在一个小范围内进行精确测量。利用微波谐振器技术，射频传感器只需2-3厘米范围便可检测到产品的含水量。与电容式传感器相比，测量场始终位于材料内部，电容式传感器使用更大的测量面积，因此通常在物质外部进行测量。
微波测量还提供了能够检测产品表面和核心水分的优势。这使得更容易测量具有挑战性的产品，例如，那些可能只在表面干燥的产品。用电容和光学测量方法测量这些类型的产品是很困难的。
基于微波谐振器的传感器也满足奶酪制造商在线测量的要求，因为传感器可以直接安装在生产线上。对于具有1米或1米以上宽传送带的生产线，可以连续使用多个传感器。使用内联传感器，制造商可以消除使用探针和在实验室测量一次性样品的需要，这是执行湿度测量的传统方法。有了内联传感器，制造商可以从生产线上立即进行测量；不需要制备样品。这种方法速度明显更快，以每秒10000次测量的速度处理高达65GHz的微波频率。此外，它的精确度更高，工业研究表明，与实验室样品相比，在线测量的精确度会提高。
微波谐振技术
典型的谐振腔测量系统包括谐振腔、信号处理器和计算机软件控制。（见图1。）
图1：微波测量系统
传感器的核心元件是微波谐振器，谐振器的外壳向一侧打开。这个孔被一块陶瓷板覆盖着。在恶劣环境下工作时，传感器主体采用不锈钢V4A。陶瓷板正下方有一个温度传感器。微波传感器如图2所示
图2：微波传感器
在生产线上安装微波传感器是一个简单的过程。微波传感器通过法兰安装。标准法兰的尺寸如图3所示。制造商也可以要求符合其确切要求的特定法兰。
图3：微波传感器安装法兰
为了测量电特性，谐振器有两个端口：一个用于发送微波，另一个用于接收微波。出于分析目的，需要考虑微波从发射端口到接收端口的吸收，并且正在测量的材料类型可能会产生影响。为了进行测量，谐振器将连接到评估单元。笔记本电脑将显示测量的透射率。
应用微波透射率在频率上，制造商可以找到谐振器的空载频率fRES_unloaded。将任何材料放在谐振器上，随后将最大值移到较低的频率，即频率为FraseLoad。这样就可以区分材料中不同程度的水分。
图 4：共振曲线
微波谐振传感器可以很容易地集成在生产线的传输系统中。完整的测量结果（包括图表等）可以显示在本地笔记本电脑或中央工作站的PC机（如通过以太网连接）或机器上的面板PC机上。此外，还可以在生产线上安装一个工业显示面板显示湿度百分比和温度的即时摘要。传感器可以通过标准的IEEE 802.3以太网通信接口进行监控，允许制造商通过计算机轻松读取及记录数据。对于固定的生产环境，即流水生产线，传感器还支持Profibus和电流回路（4-20mA）接口。通过在传感器固件中实现定制的校准公式和测量表，制造商可以精确读取莫扎雷拉奶酪的水分。
案例分析：在奶酪生产线上安装海默生微波水分仪传感器
本节将描述一个基于微波谐振器的传感器如何应用在奶酪生产线在线测量水分。在这种应用中，微波传感器被安装在一个金属滑槽下，在滑槽上运送奶酪。溜槽上的孔的尺寸与外法兰直径相同，使微波传感器直接与奶酪接触。（见图5和图6。）
图5：安装在奶酪生产线上的微波传感器
图6：用于检测奶酪生产的微波水分传感器照片
图7：从微波谐振器传感器测量的原始水分和温度
图8：奶酪生产中水分的最终计算数据，无人为干扰
图7显示了在奶酪生产线上进行的原始测量。红线表示原始数据湿度，蓝色表示温度。较大的尖峰是由手动干扰引起的，例如，为实验室取一个探头。使用手动取的探头，在实验室测量湿度时，可以校准传感器。奶酪生产中水分的最终计算数据如图8所示，绿色表示含水量，蓝色表示温度。
为了得到含水量的值，需要进行校准。在计算水分值之前，对原始数据应用了一种特殊的平均算法。与实验值比较，精度达到0.5%左右。
EMC 注意事项
微波传感器使用开放式谐振器。因此，必须注意不超过由适当的DIN规范（尤其是DIN EN 61000）确定的最大允许RF功率。在运行中，被测材料（如一层奶酪）会引起射频功率的附加衰减，因此满足了DIN标准的要求。对于空载传感器，需要采取更多的预防措施。在这种情况下，应使用特殊的电平控制电路。
结论
通过使用微波传感器，奶酪生产商可以连续测量他们的产品，以确保在生产过程的各个阶段都有正确的水分。与电容式和光学式传感器相比，基于微波谐振器的传感器具有明显的优势。它们允许制造商在较小的区域内进行精确测量，可以检测产品表面和核心的水分，并且可以直接安装在生产线上，从而实现更快、更精确的测量。
作为微波传感器的供应商，海默生公司开发和制造高精度传感器解决方案，用于食品、制药和化学工业的广泛测量和应用。我们的传感器已用于多种奶酪类型，包括马苏里拉奶酪、费城®奶油奶酪等软奶酪和帕尔马干酪等硬奶酪，使制造商能够在满足健康和安全法规的同时保持最高质量。
