CN102345242B - 带有多个传感器阵列的工业辊 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及带有多个传感器阵列的工业辊。一种工业辊包括：具有外表面的基本上呈圆柱形的芯部，环绕地覆盖在芯部外表面上的聚合物封套，以及传感系统。该传感系统包括：串联连接第一组传感器的第一信号载送元件，串联连接第二组传感器的第二信号载送元件，以及在操作时与第一和第二信号载送元件相关联的信号处理单元，该信号处理单元被构造为选择性地监控由第一和第二组传感器提供的信号。

Description

带有多个传感器阵列的工业辊
相关申请
本申请要求2010年6月4日提交的美国临时专利申请No.61/351,499的优先权，该临时申请的全部内容结合于此。
技术领域
本发明涉及工业辊，更特别地涉及用于造纸的辊。
背景技术
在通常的造纸工艺中，纤维素纤维的水浆或悬浮液(通常称为造纸“原料”)被供给到在两个或更多个辊之间行进的织物网带和/或合成材料的环形带的上行侧(upper run)的顶部上。通常被称作“成形织物”的带在其上行侧的上表面上提供造纸表面，该上行侧的上表面用作将造纸原料的纤维素纤维从水介质中分离从而形成湿纸幅的过滤器。通过重力或者位于织物上行侧(即“机器侧”)的下表面上的真空，将水介质通过成形织物的网眼(通常称为排水孔)排出。
在离开成形部之后，纸幅被传递到造纸机的压榨部，在该处纸幅穿过一个或多个覆盖有另一织物(通常称为“压毡”)的压榨机(通常为辊压机)的辊隙。来自压榨机的压力将多余的水分从纸幅中去除；水分的去除通常通过压毡上的“毛毡”层来增强。然后纸张被传递到干燥部以进一步去除水分。在干燥之后，纸张准备好二次处理和包装。
圆柱形辊通常用在造纸机的不同部中，例如压榨部。这种辊在苛刻的环境条件中存在和操作，在该环境条件中它们可能暴露于高的动态负荷和温度以及侵蚀性或腐蚀性化学试剂。举例来说，在典型的造纸厂中，辊不仅用于在处理站之间传输纤维纸幅薄片，而且在压榨部和砑光辊的情况下，用来将纸幅薄片本身加工成纸张。
通常需要牢记辊在造纸机内的位置来构造用于造纸的辊，这是因为处于造纸机内不同位置的辊需要执行不同的功能。因为造纸辊可能具有很多不同的性能要求，并且因为替换整个金属辊会相当昂贵，所以很多造纸辊包括聚合物封套，其围绕通常为金属的芯部的圆周表面。通过改变封套所采用的材料，封套 设计者可以根据造纸应用需求来为辊提供不同的性能特点。而且，相比于替换整个辊，修理、再次研磨或替换金属辊上的封套会相当地便宜。用于封套的示例性的聚合物材料包括天然橡胶、合成橡胶，比如氯丁橡胶、苯乙烯-丁二烯(SBR)、丁腈橡胶、氯磺化聚乙烯(“CSPE”-也公知为DuPont(杜邦)的商标HYPALON)、EDPM(由乙烯-丙烯二烯单体所形成的乙烯-丙烯三元共聚物的名称)、聚氨酯、热固性复合材料，以及热塑性复合材料。
在很多情况下，辊封套将包括至少两个不同的层：基层，其覆盖芯部并提供与其的接合；以及顶层(topstock layer)，其覆盖并接合至基层并且用作辊的外表面(一些辊还将包括夹在基层和顶层之间的中间“结合”层)。通常选择这些材料的层来为封套提供用于操作的物理性能的规定设置。这些物理性能的规定设置包括必要的强度、弹性模量，以及对高温、水和有害的化学物质的抵抗力，以承受得住造纸环境。另外，封套通常被设计成具有适合于其所要执行的工序的预定表面硬度，并且它们通常要求纸张从封套“释放”而不会对纸张造成损伤。而且，为了节约，封套应当是耐剥蚀和耐磨损的。
当纸幅被传送通过造纸机时，了解纸幅所经受的压力分布可能是非常重要的。压力变化会影响从纸幅排出的水量，这会影响最终的纸张水分含量、厚度和其它性能。因此，用辊施加的压力大小可能影响造纸机所生产的纸的质量。
辊的其它性能也很重要。例如，辊封套在机器横向上经受的应力和应变能提供有关封套的耐用性和尺寸稳定性的信息。另外，辊的温度分布会有助于识别封套的潜在问题区域。
已知在工业辊的封套中包括压力和/或温度传感器。例如，Moschel等人的美国专利No.5,699,729描述了一种具有螺旋形布置的导引线的辊，其包括嵌入辊的聚合物封套中的多个压力传感器。传感器是螺旋形布置的，从而可以在沿辊的长度上提供不同轴向位置的压力读数。通常传感器由向处理器传送传感器信号的信号载送元件连接，其中处理器处理这些信号并提供压力和位置信息。
更具体地，当每个传感器经过辊隙时，传感器被加载并发射信号，然后在经过辊隙后传感器被卸载。但是，传感器是由信号载送元件串联连接的，并且如果一个以上的传感器同时通过辊隙，那么传感器信号可以相互重叠或叠加。因此，在特定的应用中，系统可能不会生成准确的压力分布。
传感器信号会在扩展辊隙或宽辊隙应用中重叠。例如，工业辊可以相对于 配合结构进行设置，例如靴形压榨机的靴，从而形成相对宽的辊隙。在这种情况下，至少邻近的传感器可同时位于辊隙中，而这会导致错误的测量。
在其中辊与多个配合结构配合设置从而产生多个辊隙的应用中，信号也可能重叠或叠加。示例性的应用包括在压榨部中成组的辊和在砑光部中的辊。在这些情况下，在特定时间至少一个传感器会位于每个辊隙中。这将再次导致错误的测量。
发明内容
作为第一方面，本发明的实施例针对一种工业辊。该工业辊包括：具有外表面的基本上呈圆柱形的芯部；环绕地覆盖在芯部外表面上的聚合物封套；以及传感系统。该传感系统包括：包括至少部分地嵌在聚合物封套中并以螺旋构型环绕辊设置的第一组传感器和第二组传感器的多个传感器，其中所述传感器被构造为感测辊所经受的操作参数，并提供与操作参数相关的信号，并且其中第一传感器组的传感器与第二传感器组的传感器不同；串联连接第一组传感器的第一信号载送元件；串联连接第二组传感器的第二信号载送元件；以及在操作时与第一和第二信号载送元件相关联的信号处理单元，其中该信号处理单元被构造为选择性地监控由第一和第二组传感器提供的信号。
作为第二方面，本发明的实施例针对一种工业辊。该工业辊包括：具有外表面的基本上呈圆柱形的芯部；环绕地覆盖在芯部外表面上的聚合物封套；以及传感系统。该传感系统包括：串联连接至少部分地嵌在聚合物封套中的第一组传感器的第一信号载送元件，该第一组传感器以由第一螺旋角限定的第一螺旋构型围绕辊设置，其中这些传感器被构造为感测辊所经受的操作参数，并提供与操作参数相关的信号，并且其中该第一螺旋角由相对于辊的转动轴的第一组传感器中的第一末端传感器的圆周位置和第一组传感器中的第二末端传感器的圆周位置之间的角限定；与第一信号载送元件间隔开的第二信号载送元件，该第二信号载送元件串联连接至少部分地嵌在聚合物封套中且以由第二螺旋角限定的第二螺旋构型围绕辊设置的第二组传感器，其中这些传感器被构造为感测辊所经受的操作参数并提供与操作参数相关的信号，并且其中该第二螺旋角由相对于辊的转动轴的第二组传感器中的第一末端传感器的圆周位置和第二组传感器中的第二末端传感器的圆周位置之间的角限定；以及在操作时与该第一和第二信号载送元件相关联的信号处理单元，其中该信号处理单元被构造为选 择性地监控由第一和第二组传感器提供的信号。
作为第三方面，本发明的实施例针对一种测量工业辊所经受的操作参数的方法。该方法包括提供工业辊，该工业辊包括：具有外表面的基本上呈圆柱形的芯部；环绕地覆盖在芯部外表面上的聚合物封套；以及传感系统。该传感系统包括：包括至少部分地嵌在聚合物封套中且以螺旋构型环绕辊设置的第一组传感器和第二组传感器的多个传感器，其中这些传感器被构造为感测辊所经受的操作参数并提供与操作参数相关的信号；串联连接第一组传感器的第一信号载送元件；串联连接第二组传感器的第二信号载送元件；以及在操作时与第一和第二信号载送元件相关联的信号处理单元，其中该信号处理单元被构造成选择性地监控由第一和第二组传感器提供的信号。该方法进一步包括转动带有相对于工业辊设置的配合结构从而与其形成辊隙的辊，这样第一传感器组的至多一个传感器和第二传感器组的至多一个传感器同时位于辊隙中。
作为第四方面，本发明的实施例针对一种测量工业辊所经受的操作参数的方法。该方法包括提供一种工业辊，该工业辊包括：具有外表面的基本上呈圆柱形的芯部；环绕地覆盖在芯部外表面上的聚合物封套；以及传感系统。该传感系统包括：串联连接嵌在聚合物封套中且以由第一螺旋角限定的第一螺旋构型围绕辊设置的第一组传感器的第一信号载送元件，其中所述传感器被构造为感测辊所经受的操作参数并提供与操作参数相关的信号，并且其中该第一螺旋角由相对于辊的转动轴的第一组传感器中的第一末端传感器的圆周位置和第一组传感器中的第二末端传感器的圆周位置之间的角限定；与第一信号载送元件间隔开的第二信号载送元件，该第二信号载送元件串联连接嵌在聚合物封套中的第二组传感器，该第二组传感器以由第二螺旋角限定的第二螺旋构型围绕辊设置，其中所述传感器被构造为感测辊所经受的操作参数并提供与操作参数相关的信号，并且其中该第二螺旋角由相对于辊的转动轴的第二组传感器中的第一末端传感器的圆周位置和第二组传感器中的第二末端传感器的圆周位置之间的角限定；以及在操作时与该第一和第二信号载送元件相关联的信号处理单元，其中该信号处理单元被构造成选择性地监控由第一和第二组传感器提供的信号。该方法进一步包括转动带有相对于辊设置的第一配合结构以便与其形成第一辊隙、并且带有相对于辊设置的第二配合结构以便与其形成第二辊隙的辊，从而第一传感器组的至多一个传感器同时位于第一辊隙和第二辊隙中，并且第 二传感器组的至多一个传感器同时位于第一辊隙和第二辊隙中。
需要注意的是，关于一个实施例描述的任何一个或多个方面或特征可以结合到不同的实施例中，尽管没有特别关于其进行描述。即，所有实施例和/或任何实施例的特征都可以以任何方式结合和/或组合。因此申请人保留改变任何原始申请的权利要求或申请任何新的权利要求的权利，包括能够修改任何原始申请的权利要求以从属于任何其他权利要求和/或并入任何其它权利要求的任何特征(尽管没有原始地以那种方式来主张权利)的权利。本发明的这些及其它的目的和/或方面将在下面所述的说明书中进行详细说明。
附图说明
图1是现有技术中的辊及相关联的探测系统的标准视图。
图2是图1中的辊的截面图。
图3是图1中的辊的一部分的端部透视图，位于辊上的传感器由信号载送元件串联连接。
图4是示出了图3中的信号载送元件所传送的示例性信号的曲线图。
图5是示出了图3中的信号载送元件所传送的替换示例性信号的曲线图。
图6是辊的一部分的端部透视图，位于辊上的传感器由根据本发明一些实施例的多个信号载送元件连接。
图7是图6中的辊的端视图，该辊相对于配合结构设置以便与其形成辊隙。
图8是辊的端部透视图，位于辊上的传感器由根据本发明一些实施例的多个信号载送元件连接。
图9和图10是构造的端视图，在所述构造中图8中的辊可以相对于多个配合结构设置以便与其形成多个辊隙。
图11是示出用于从图6和图8中的信号载送元件传送数据的部件的框图。
图12是示出根据本发明一些实施例的操作的流程图。
图13和图14示出由图6和图8中的信号载送元件传送的示例性信号的曲线图。
具体实施方式
在下文中将参考附图对本发明进行更详细的描述。本发明并不意图局限于所示的实施例；更确切地说，这些实施例旨在全面且完整地向本领域技术人员公开本发明。在附图中，类似的附图标记一直指的是类似的元件。为清楚起见， 一些部件的厚度和尺寸可能被夸大。
出于简洁和/或清楚的目的，公知的功能或结构可能不会进行详细描述。
除非另有定义，此处使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员所通常理解的相同的意思。此处本发明的说明书中使用的术语仅是出于描述特定实施例的目的，而并不是旨在对本发明进行限制。如在本发明的说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式“一个”、“一”和“该”也意在包括复数形式，除非文中另外清楚地指明。如此处所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列条目的任何和所有组合。用于此处的术语“附接”、“连接”、“互连”、“接触”、“耦合”、“安装”、“覆盖”及类似用语可意味着元件之间直接或间接地附接或接触，除非另有说明。
现在参照附图，概括地标示为20的常规辊在图1中示出。辊20包括圆柱形芯部22(图2)和围绕芯部22的封套24(通常由一种或多种聚合物材料形成)。用于感测操作参数(例如，压力、温度、辊隙宽度等)的传感系统26包括信号载送元件28和多个传感器30，其每一个至少部分地嵌在封套24中。如此处所使用的，传感器“嵌”在封套中是指传感器完全包含在封套中，并且传感器“嵌”在封套的特定层或层组中是指传感器完全包含在该层或层组中。传感系统26还包括对传感器30产生的信号进行处理的处理器32。
芯部22通常由金属材料形成，例如钢或铸铁。芯部22可以是实心的或中空的，并且如果是中空的则可以包括能改变压力或辊轮廓的装置。
封套24能采用任何形式并且能由本领域技术人员所知的适合于供辊使用的任何聚合物和/或弹性材料形成。示例性的材料包括天然橡胶、合成橡胶，比如氯丁橡胶、苯乙烯-丁二烯(SBR)、丁腈橡胶、氯磺化聚乙烯(“CSPE”-也公知为商标名HYPALON)、EDPM(由乙烯-丙烯二烯单体所形成的乙烯-丙烯三元共聚物的名称)、环氧树脂，以及聚氨酯。封套24还可以包括增强材料和填充材料、添加剂等。示例性的添加材料在授予Stephens的美国专利No.6,328,681、授予Jones的美国专利No.6,375,602以及授予Gustafson的美国专利No.6,981,935中进行了讨论，上述专利文献中的每一篇的全部内容结合于此。
辊20可以以例如在Moore等人的美国专利申请公开号No.2005/0261115及Pak的共同未决的美国专利申请No.12/489,711中所述的方式进行制造，其中每篇文献的全部内容结合于此。如这些申请中所述，封套24可以包括多层。例如， 芯部22可以由内部基层覆盖，然后信号载送元件28和传感器30可以置于并粘附于适当的位置。然后可以施加外部基层，并且可以在外部基层上施加顶层。本发明意在包括具有封套24的辊，该封套24仅包括基层和顶层，还意在包括具有包括另外的中间层的封套的辊。任何中间层都可在施加顶层之前施加到外部基层上。在一些实施例中，传感器30可以至少部分地嵌在一层中。在一些其他实施例中，传感器30可以位于两层之间，这样传感器30在一层的顶部上并被不同的第二层覆盖。
然后完成的辊20和封套24可以被用于例如造纸机中。在一些实施例中，辊20是辊隙压榨机的一部分，其中一个或多个辊或压榨装置邻近辊20设置以形成一个或多个成形纸幅能够通过的辊隙。在这种环境下，监控封套24所经受的压力会是重要的，尤其是在(多个)辊隙区域中。传感系统26可以为沿着封套24的不同轴向位置提供压力信息，其中传感器30中的每一个提供关于辊20上的不同轴向位置的压力信息。在一些其它实施例中，辊20是用于提供纸张产品的最终加工的砑光部的一部分。需要指出的是，在砑光应用中，辊封套可以是聚合物、棉制品或冷淬铁，并且传感器至少部分地嵌在封套中。
仍参考图1，传感系统26的传感器30适合于探测辊20的操作参数，例如压力。传感器30可以采用本领域技术人员所知的任何形状或形式，包括压电传感器、光学传感器等等。示例性的传感器已经在授予Moore的美国专利No.5,562,027，授予Moschel等人的美国专利No.5,699,729，授予Meller的美国专利No.6,429,421，授予Gustafson的美国专利No.6,981,935和授予Gustafson的美国专利No.7,572,214，Moore等人的美国专利申请公开号No.2005/0261115及Pak的共同未决的美国专利申请No.12/488,753和No.12/489,711中被讨论，其中每篇文献的全部内容结合于此。
传感系统26的信号载送元件28可以是本领域技术人员所知的任何适合于在辊中传递电信号的信号载送元件。在一些实施例中，信号载送元件28可以包括一对引导件，每个引导件与每个传感器30的不同部分接触，例如，如在上述的Pak的美国专利申请No.12/489,711中所描述的。
传感系统26包括安装在辊20的端部的多路转接器31或其它数据收集装置。该多路转接器31接收并收集来自传感器30的信号并将所述信号传送给处理器32。处理器32通常是个人电脑或类似的数据交换装置，例如造纸厂的分布 式控制系统，其与传感器30在操作时相关联并且能将来自传感器30的信号处理成有用的、易于理解的信息。在一些实施例中，使用无线通信模式，例如发送RF信号，将从传感器30收集的数据从多路转接器31发送至处理器32。其它替换配置包括使信号能够从传感器30传送到处理器32的滑环连接器。合适的示例性处理单元在授权给Moore的美国专利No.5,562,027和No.7,392,715，授权给Moschel等人的美国专利No.5,699,729，授权给Gustafson等人的美国专利No.6,752,908中被讨论，其中每篇文献的全部内容结合于此。
在操作过程中，辊20和封套24围绕辊20的轴以非常高的速度旋转。每当传感器30中的一个传感器通过由辊20和配合辊或压榨机形成的辊隙时，传感器30就传送由配合辊施加在辊20在传感器30上的区域上的压力产生的脉冲。当在辊隙中没有传感器30时，不产生超过通常噪声水平的显著脉冲。因此，当辊20旋转时，每个传感器30行进通过辊隙并提供代表在其相应位置处的压力的脉冲。因此，由传感器30产生脉冲形式的数据，该脉冲形式的数据沿着信号载送元件28被传送，并在多路转接器31中被接收。在通常的数据获取期间，每个传感器30接收10至30个脉冲；这些单个脉冲可被存储并针对每个传感器30被处理成代表性压力信号。一旦原始传感器数据被收集，就将其从多路转接器31发送给处理器32以处理成易于理解的形式，例如沿着辊20的长度的辊20的压力分布。
图3示出辊20的一部分，其包括由信号载送元件28串联连接的传感器30。传感器30通常在轴向上均匀地间隔开(然而在一些应用中，例如用于生产薄纸的辊，传感器可能更集中在靠近辊的端部)。通常一个螺旋曲线完全环绕辊20，这样每个传感器30都位于唯一的轴向和圆周位置处，因此允许测量在每个位置处的操作参数。螺旋形传感器结构在之前提到的授权给Moschel等人的美国专利No.5,699,729以及之前提到的Moore等人的美国专利申请公开号No.2005/0261115中被更详细地描述。
图4是示出从信号载送元件28传送的示例性信号的曲线图。当每个传感器30进入辊隙时，其被加载并发射由信号中的反峰P之一代表的脉冲。在离开辊隙时每个传感器30被卸载。在反峰P之间建立基准线B。辊隙压力由脉冲高度或幅度确定，其是反峰P和基准线B之间的差值。
理想的是，以及如图4中所示，所有传感器30都将被卸载，因此在峰P 之间建立了一致的基准线B。但是，当辊20用于特定应用中时，其中一个以上的传感器30同时被部分地或全部加载，情况将不是这样。因为信号载送元件28串联连接传感器30，所以仅有一个信号是所有传感器30的输出总和。图5是示出由信号载送元件28传送的另一示例性信号的曲线图，其中脉冲P重叠。在这个例子中，相邻传感器30同时被部分地加载。这改变了基准线B(即，使基准线向下偏移)并且因此降低了脉冲高度，导致错误的测量。
这个问题可能在扩展辊隙或宽辊隙应用中产生。图1和图3中所示的辊20的传感器系统可能适合于大约1英寸宽的辊隙，例如在压榨部中两辊之间形成的一些辊隙。但是，扩展辊隙或宽辊隙，例如那些在辊与靴形压榨机的靴配合时所形成的辊隙，可以达到10英寸宽，并且有时会甚至更宽。因此，在这些应用中，来自至少两个相邻传感器30的脉冲会重叠。相邻传感器30之间的角间距或圆周间距可能被增大；但是，这会导致传感器30总数量减少，并且在测量位置(传感器位置)之间产生带有大空隙空间的分布。
图6示出一实施例，该实施例可以克服在宽辊隙应用中遇到的问题。辊120包括传感系统，该传感系统包括第一组传感器1301和第二组传感器1302。第一组中的传感器1301与第二组中的传感器1302是不同的。传感器1301、1302以螺旋型构造环绕辊120设置。每个传感器1301、1302被构造成感测辊120所经受的操作参数(例如压力)，并且提供与操作参数相关的信号。
传感系统还包括第一和第二信号载送元件1281、1282。第一信号载送元件1281串联连接第一组传感器1301，并且第二信号载送元件1282串联连接第二组传感器1302。在所示的实施例中，与图1和图3中所示的辊20的相邻传感器30之间的轴向距离相比，第一组的相邻传感器1301之间的轴向距离被增大(例如，被加倍)。类似地，与辊20的相邻传感器30之间的轴向距离相比，第二组的相邻传感器1302之间的轴向距离被增大(例如，被加倍)。这种构造可以增加来自单个信号载送元件1281、1282的相邻传感器的信号峰之间的时间。这些增加的持续时间可以消除重叠信号，所述重叠信号可能在单个信号载送元件串联连接的传感器中遇到。
传感系统还包括信号处理单元或装置，其在操作时与第一信号载送元件1281(并且因此与第一组传感器1301)和第二信号载送元件1282(并且因此与第二组传感器1302)相关联。该信号处理单元或装置被构造成选择性地监控由 第一和第二组传感器1301、1302提供的信号(或从这些信号接收数据)。在一些实施例中，信号处理单元或装置被构造为交替监控第一信号载送元件1281和第二信号载送元件1282(或从其接收数据)。下面对该信号处理单元或装置进行更详细地描述。
在一些实施例中，并且如图6中所示，第一组中的传感器1301和第二组中的传感器1302在螺旋型构造内交替。第一信号载送元件1281可绕过第二组的传感器1302，并且第二信号载送元件1282可绕过第一组中的传感器1301。如此处所用的，信号载送元件“绕过”一个或多个传感器是指信号载送元件不接触该一个或多个传感器。信号载送元件可以用从上方通过、从下方通过和/或围绕传感器的方式来绕过传感器。当特定的传感器被绕过时，信号载送元件可以至少部分地嵌在辊的封套中的不同深度处(例如，在信号载送元件从传感器的上方通过或从下方通过的情况下)；或者当特定的传感器被绕过时，信号载送元件可以至少部分地嵌在辊的封套中的相同或基本上相同的深度处(例如，在信号载送元件围绕传感器通过的情况下)。如所示，第一信号载送元件1281可以“曲线”地围绕第二组中的传感器1302，并且第二信号载送元件1282可以“曲线”地围绕第一组中的传感器1301。
图13和图14分别是示出从信号载送元件1281和1282传送的示例性信号的曲线图。如上所述，并且如图13中所示，由于传感器1301的轴向距离增大，来自相邻传感器1301的脉冲P1之间的时间增长。这有助于保证脉冲P1不会重叠，并且同样地有助于保证合适基准线B1建立。类似地，如图14中所示，由于传感器1302的轴向距离增大，来自相邻传感器1302的脉冲P2之间的时间增长，这有助于保证脉冲P2不重叠，并且有助于保证合适基准线B2建立。在监控来自第一组传感器1301的信号后(例如，在脉冲P1之后但是在脉冲P3之前)，处理器132可以切换和监控来自第二组传感器1302的信号(例如，图10中所示的脉冲P2)。处理器132可以以多种方式在监控第一和第二组传感器1301、1302之间切换。在一些实施例中，处理器132被构造成可以交替地监控来自第一组传感器1301和第二组传感器1302的信号。
因此，通过采用多组可被选择性监控的传感器，可减少或防止由于脉冲重叠所导致的错误测量，并且辊上的传感器覆盖没有受损，因此为精确和全面的辊分布留出余地。
如上所述，当相对于配合结构设置并因此形成相对宽的辊隙时，辊120可能尤其有用。为了图示说明，图7示出了配合结构150(例如，靴型压榨机的靴)相对于辊120设置，以便与其形成相对宽的辊隙152。上述传感系统可被如此构造，使得第一传感器组中的至多一个传感器1301和第二传感器组中的至多一个传感器1302同时位于辊隙152中。
虽然两组传感器和两个信号载送元件已经在上文中进行了详细描述并图示于图6中，可以预料的是当需要的时候可以使用两个以上的传感器组，每个传感器组被一个单独的信号载送元件连接。两个以上的传感器组可能例如在包括特定宽的辊隙的应用中被需要。
辊和传感系统，例如图1和图3中所示的那个，也可能与多辊隙结构不相兼容。这种结构的例子是在压榨部(图9)和砑光部(图10)中的成组的辊。在图9中，压榨辊202，203相对于压榨辊201设置以便与其形成辊隙N1，N2。类似地，在图10中，砑光辊802，803相对于砑光辊801设置以便与其形成辊隙N4，N5。如果辊20(如图1和图3中所示)用在辊201(或辊801)的适当位置，那么在操作过程中的特定时间至少一个传感器30可以至少部分地加载在每个辊隙N1，N2(或每个辊隙N4，N5)中。由于传感器30全部被信号载送元件28串联连接，因此这会导致至少两个信号重叠或叠加。在信号重叠的情况下，如上文中更详细所述的，基准线可能变化。而且，叠加的信号会导致不知哪个信号相应于哪个辊隙的混乱。
为了克服至少一个传感器在一个以上的辊隙中同时被加载的问题，图1和图3中所示的传感器30的角间距或圆周间距可能被减小。这又会减小由传感器30限定的螺旋角，使得由传感器30形成的螺旋将不完全围绕辊20缠绕。尽管如此，为了维持相同数量的传感器，相邻传感器之间的轴向间距需要减小。这会导致与上面关于扩展辊隙或宽辊隙应用所描述的相同的问题，即，一个以上的传感器可能同时位于单个辊隙中，并且信号会发生重叠。
图8示出可以克服与多辊隙结构相关联的这些问题的实施例。辊220包括传感系统，该传感系统包括第一信号载送元件2281，该第一信号载送元件2281串联连接第一组传感器2301。传感器2301被构造成可以感测辊220所经受的操作参数(例如，压力)并提供与操作参数相关的信号。该第一信号载送元件2281被构造成围绕辊220的由第一螺旋角θ1限定的第一螺旋构型。该第一螺旋角θ 1是相对于辊220的转动轴R由第一末端传感器2301A的角位置或圆周位置和第二末端传感器2301B的角位置或圆周位置之间的角所限定的。
辊220的传感系统还包括与第一信号载送元件2281间隔开的第二信号载送元件2282。该第二信号载送元件2282串联连接第二组传感器2302。传感器2302被构造成可以感测辊220所经受的操作参数(例如，压力)并提供与操作参数相关的信号。该第二信号载送元件2282被构造成围绕辊220的由第二螺旋角θ2限定的第二螺旋构型。该第二螺旋角θ2是相对于辊220的转动轴R由第一末端传感器2302A的角位置或圆周位置和第二末端传感器2302B的角位置或圆周位置之间的角所限定的。
辊220的传感系统还包括信号处理单元或装置，其在操作时与第一和第二信号载送元件2281、2282相关联。信号处理单元或装置被构造成选择性地监控由第一信号载送元件2281传送(并因此由第一组传感器2301提供)的信号和由第二信号载送元件2282传送(并因此由第二组传感器2302提供)的信号。在一些实施例中，信号处理单元或装置被构造为交替监控由第一信号载送元件2281传送的信号和由第二信号载送元件2282传送的信号。下文中对该信号处理单元或装置进行更详细的描述。
在所示的实施例中，第一传感器组中的相邻传感器2301之间的角间距减小，并且第二传感器组中的相邻传感器2302之间的角间距减小。这种构造可以防止与特定信号载送元件2281、2282相关联的一个以上的传感器同时位于一个以上的辊隙中。而且，第一传感器中组的相邻传感器2301之间的轴向间距增大，并且第二传感器组中的相邻传感器2302之间的轴向间距增大。这可以防止与特定信号载送元件2281、2282相关联的一个以上的传感器同时位于一个以上的辊隙中。
需要注意的是，为了清楚起见，在图9中仅示出了9个传感器(第一传感器组中的5个传感器2301和第二传感器组中的4个传感器2302)。可以预见的是，也可以使用更少或更多的传感器。例如，可以使用11个传感器2301和10个传感器2302。也可以有相同数量的传感器2301和传感器2302。而且，可以预见的是，螺旋角θ1、θ2可以小于或大于图中所示的角。例如，螺旋角θ1、θ2中的一个或两个可以大于图中所示的角，使得相比于图中所示的，相应的信号载送元件2281、2282更多地“曲线围绕”辊220。
此外，尽管两组传感器和两个信号载送元件已在此处进行了详细说明并示于图8中，但是可以预见的是，如果需要的话，可以采用多于两组的传感器组，其中每个传感器组由一个单独的信号载送元件连接。
传感器2301和传感器2302可以相互轴向地交错排列来防止在辊分布中的任何“空隙”并因此为全面的分布留出余地。例如，第二组中的传感器2302可具有位于第一组中的传感器2301之间的中间位置或大约中间位置的轴向位置。
在一些实施例中，第一和第二螺旋角θ1、θ2可以是基本上相等的。因此，信号载送元件2281、2282可以是基本上平行的。信号载送元件2281、2282之间的间距可以根据所采用的螺旋角θ1、θ2而变化。在一些实施例中，螺旋角θ1、θ2不发生重叠；因此，第一传感器组中的传感器2301跨越辊220的第一圆周部分，并且第二传感器组中的传感器2302跨越辊220的第二不同的圆周部分。
如上文所述，当辊220相对于一个以上的配合结构设置以便与其形成一个以上的辊隙时，辊220可能尤其有用。在一些实施例中，第一配合结构相对于工业辊220设置以便与其形成第一辊隙，并且第二配合结构相对于工业辊220设置以便与其形成第二辊隙。传感系统可以如此构造以使得第一传感器组中的至多一个传感器2301同时位于第一辊隙和第二辊隙中，并且第二传感器组中的至多一个传感器2302同时位于第一辊隙和第二辊隙中。
通过示例的方式，并参考图9，压榨辊202和203可以相对于压榨辊201设置，以便与其形成相应的辊隙N1、N2。辊201可采用图8中所示的辊220的构造，从而至多一个传感器2301同时位于辊隙N1和辊隙N2中，并且至多一个传感器2302同时位于辊隙N1和辊隙N2中。通过进一步示例的方式，并参考图10，砑光辊802和803可以相对于砑光辊801设置，以便与其形成相应的辊隙N4、N5。辊801可采用图8中所示的辊220的构造，从而至多一个传感器2301同时位于辊隙N4和辊隙N5中，并且至多一个传感器2302同时位于辊隙N4和辊隙N5中。
在一些实施例中，第一和第二螺旋角θ1、θ2小于或等于由第一和第二辊隙限定的角。例如，参考图9，辊隙N1和N2在其之间限定角β1。该角β1相对于辊201的转动轴R而被测量，其中辊201的转动轴R垂直于页面。第一和第二螺旋角θ1、θ2可以小于或等于角β1，从而有助于保证第一传感器组中的至多一个传感器2301同时位于辊隙N1和N2中，并且第二传感器组中的至多一个 传感器2302同时位于辊隙N1和N2中。
仍参考图9，需要注意的是，可以看到成组的压榨辊可包括一个或多个另外的辊，例如辊204。在这点上，压榨辊201和204可相对于压榨辊202设置，以便与其形成相应的辊隙N1、N3。然后，辊202可采用图8中所示的辊220的构造，从而至多一个传感器2301同时位于辊隙N1和辊隙N3中，并且至多一个传感器2302同时位于辊隙N1和辊隙N3中。
使用一个以上的传感器阵列也会是有利的，因为即使一个(或多个)阵列停止工作，监控也仍然可以继续。例如，如果图6中所示的信号载送元件1281、1282之一断开，那么由信号载送元件1281、1282中的另外一个所连接的传感器仍然能提供信号。这同样适用于图8中所示的信号载送元件2281、2282。
现在转到图11，示出了供辊120、220使用的系统部件。特别地，图11示出了数据可以怎样从传感器(或者信号载送元件)流向使用者。如上文所述，辊120、220可包括多个信号载送元件(例如，1281、1282、1283、....128N)。信号载送元件可与一个或多个多路转接器131电耦合。该一个或多个多路转接器131可与信号调节单元84电耦合。该信号调节单元84可将代表测量的操作参数(例如，压力)的被调节的信号传送给处理器32。信号调节单元84和处理器32之间的链接可以是无线数据传送器86。可替换地，信号调节单元84和处理器32可以是硬连线的。处理器32可将数据传送给用户界面单元88。例如，用户界面单元88可包括显示器、打印机等。用户界面单元88可被构造成以用户友好的方式呈现数据(例如，可将辊的压力分布显示给用户)。处理器32可与用户界面单元88硬连线或者数据可以被无线地传送。
需要注意的是，虽然未示出，但是可以在(多个)多路转接器131之后，在数据被存储到存储器之前存在放大器和/或模-数转换器。数据可被存储到存储器，因为相比于其可被无线传送而言，数据可更快地建立。
例如，在使用之处，信号调节单元84可包括在数据被传送至处理器32之前将数据存储于其中的微处理器缓冲器。在一些实施例中，该缓冲器可被分区，从而为每个信号载送元件留出一定量的空间。例如，如果有两个信号载送元件1281、1282，那么该缓冲器可被分区，从而为从第一信号载送元件1281传送的数据留出缓冲器的一半或大约一半，并且为从第二信号载送元件1282传送的数据留出缓冲器的一半或大约一半。用户可以在用户界面单元88处发送收集数据的命令。多路转接器131(或第一多路转接器131)可以被设置为接收从第一信号载送元件1281传送的信号，并且缓冲器的一半或大约一半可被来自第一信号载送元件1281的数据填充。然后该多路转接器131可切换为(或第二多路转接器131可被设置为)接收从第二信号载送元件1282传送的信号，并且缓冲器的剩余部分可被来自第二信号载送元件1282的数据填充。在这点上，所有数据可被传送给处理器132。然后数据可以适当的格式被发送至用户界面88。
在一些其它实施例中，缓冲器可每次被来自一个信号载送元件的数据填充。例如，如果有两个信号载送元件1281、1282，在来自用户的命令之后，数据处理器32可首先从第一信号载送元件1281请求数据。多路转接器131(或第一多路转接器131)可被设置为接收从第一信号载送元件1281传送的信号，并且缓冲器可被来自第一信号载送元件1281的数据填充。然后来自第一信号载送元件1281的数据可被传送到处理器32。在将数据提供给用户界面88之前，多路转接器131然后可切换为(或第二多路转接器131可被设置为)接收从第二信号载送元件1282传送的信号，并且缓冲器可被来自第二信号载送元件1282的数据填充。然后来自第二信号载送元件1282的数据可被传送到数据处理器32，在这点处，例如，处理器32可在用户界面88处将两组数据组合以生成压力分布。
如上文所述，辊120、220的传感系统包括在操作时与信号载送元件相关联的信号处理单元或装置，并且该信号处理单元或装置被构造成选择性地监控从信号载送元件传送的(或由与之相关联的传感器所提供的)信号。在不同的实施例中，信号处理单元或装置可包括一个或多个图11中所示的部件，例如(多个)多路转接器131，信号调节单元84，无线数据传送器86，处理器32和/或用户界面装置88。
根据本发明一些实施例的测量工业辊所经受的操作参数的方法示于图12中。所提供的辊至少包括串联连接第一组传感器的第一信号载送元件和串联连接第二组传感器的第二信号载送元件(框300)。该辊可采用上面所描述的辊120、220中任一个的形式。特别地，该辊可包括上面参考辊120、220所描述的特征中的任何一个。
在一些实施例中，转动辊，其中配合结构相对于该辊设置以便与其形成辊隙，使得第一传感器组中的至多一个传感器和第二传感器组中的至多一个传感器同时位于辊隙中(框305)。在一些其它实施例中，转动辊，其中第一配合结构相对于该辊设置以便与其形成第一辊隙、并且第二配合结构相对于该辊设置以便与其形成第二辊隙，使得第一传感器组中的至多一个传感器同时位于第一辊隙和第二辊隙中，并且第二传感器组中的至多一个传感器同时位于第一辊隙和第二辊隙中(框310)。
在一些实施例中，来自第一传感器组的信号和来自第二传感器组的信号可被交替监控和/或传送。来自第一组传感器和第二组传感器的数据可被传送以生成操作参数(例如，压力)分布。
前述是本发明的示例而不应解释为其限制。尽管对本发明的示例性实施例进行了描述，但是本领域技术人员将容易地认识到，在未实质性地脱离本发明的新颖教导和优点的情况下，在示例性实施例中的许多修改是可能的。因此，所有这些修改都旨在被包含在如权利要求所限定的本发明的范围内。本发明由下面的权利要求限定，并且权利要求的等同物也被包含于其中。

Claims (25)

1.一种工业辊，包括：
具有外表面的基本上呈圆柱形的芯部；
环绕地覆盖在芯部外表面上的聚合物封套；以及
传感系统，其包括：
包括至少部分地嵌在聚合物封套中并以螺旋构型环绕所述工业辊设置的第一组传感器和第二组传感器的多个传感器，其中所述传感器被构造为感测所述工业辊所经受的操作参数并提供与操作参数相关的信号，并且其中第一传感器组中的传感器与第二传感器组中的传感器不同；
串联连接第一组传感器的第一信号载送元件；
串联连接第二组传感器的第二信号载送元件；以及
在操作时与第一和第二信号载送元件相关联的信号处理单元，其中该信号处理单元被构造为选择性地监控由第一和第二组传感器提供的信号；
所述工业辊与相对于该工业辊设置的配合结构相结合以便与其形成辊隙，其中该传感系统被构造为使得第一传感器组中的至多一个传感器和第二传感器组中的至多一个传感器同时位于辊隙中。
2.如权利要求1所述的工业辊，其中第一传感器组中的传感器和第二传感器组中的传感器在螺旋构型中交替。
3.如权利要求2所述的工业辊，其中第一信号载送元件绕过第二传感器组的传感器，并且其中第二信号载送元件绕过第一传感器组的传感器。
4.如权利要求1所述的工业辊，其中该配合结构是靴形压榨机的靴。
5.如权利要求1所述的工业辊，其中每个传感器位于不同的轴向和圆周位置处。
6.如权利要求1所述的工业辊，其中该信号处理单元被构造为交替监控来自第一组传感器的信号和来自第二组传感器的信号。
7.如权利要求1所述的工业辊，其中该操作参数是压力。
8.一种工业辊，包括：
具有外表面的基本上呈圆柱形的芯部；
环绕地覆盖在芯部外表面上的聚合物封套；以及
传感系统，其包括：
串联连接至少部分地嵌在聚合物封套中的第一组传感器的第一信号载送元件，该第一组传感器以由第一螺旋角限定的第一螺旋构型围绕所述工业辊设置，其中所述传感器被构造为感测所述工业辊所经受的操作参数并提供与操作参数相关的信号，并且其中该第一螺旋角由相对于所述工业辊的转动轴的第一组传感器中的第一末端传感器的圆周位置和第一组传感器中的第二末端传感器的圆周位置之间的角限定；
与第一信号载送元件间隔开的第二信号载送元件，该第二信号载送元件串联连接至少部分地嵌在聚合物封套中的第二组传感器，该第二组传感器以由第二螺旋角限定的第二螺旋构型围绕所述工业辊设置，其中所述传感器被构造为感测所述工业辊所经受的操作参数并提供与操作参数相关的信号，并且其中该第二螺旋角由相对于所述工业辊的转动轴的第二组传感器中的第一末端传感器的圆周位置和第二组传感器中的第二末端传感器的圆周位置之间的角限定；以及
在操作时与第一和第二信号载送元件相关联的信号处理单元，其中该信号处理单元被构造为选择性地监控由第一和第二组传感器提供的信号；
所述工业辊与相对于该工业辊设置的第一配合结构相结合以便与其形成第一辊隙，并且与相对于该工业辊设置的第二配合结构相结合以便与其形成第二辊隙，其中传感系统被构造为使得第一传感器组中的至多一个传感器同时位于第一辊隙和第二辊隙中的任一辊隙中并且第二传感器组中的至多一个传感器同时位于第一辊隙和第二辊隙中的任一辊隙中。
9.如权利要求8所述的工业辊，其中第一组传感器中的传感器和第二组传感器中的传感器在轴向上相互间隔开。
10.如权利要求8所述的工业辊，其中第一和第二螺旋角是基本上相等的。
11.如权利要求8所述的工业辊，其中第一和第二辊隙相对于所述工业辊的转动轴在其之间限定一个角，并且其中第一和第二螺旋角小于或等于由第一和第二辊隙限定的所述角。
12.如权利要求8所述的工业辊，其中该信号处理单元被构造成交替地监控来自第一组传感器的信号和来自第二组传感器的信号。
13.如权利要求8所述的工业辊，其中该操作参数是压力。
14.如权利要求8所述的工业辊，其中该第一和第二螺旋角均小于180度。
15.一种测量工业辊所经受的操作参数的方法，包括：
提供工业辊，该工业辊包括：
具有外表面的基本上呈圆柱形的芯部；
环绕地覆盖在芯部外表面上的聚合物封套；以及
传感系统，其包括：
包括至少部分地嵌在聚合物封套中并以螺旋构型环绕所述工业辊设置的第一组传感器和第二组传感器的多个传感器，其中所述传感器被构造成感测所述工业辊所经受的操作参数并提供与操作参数相关的信号；
串联连接第一组传感器的第一信号载送元件；
串联连接第二组传感器的第二信号载送元件；以及
在操作时与该第一和第二信号载送元件相关联的信号处理单元，其中该信号处理单元被构造成选择性地监控由第一和第二组传感器提供的信号；
转动所述工业辊，其中配合结构相对于该工业辊设置以便与其形成辊隙，使得第一传感器组中的至多一个传感器和第二传感器组中的至多一个传感器同时位于辊隙中；以及
利用所述传感系统来感测由所述工业辊所经受的操作参数并提供与操作参数相关的信号。
16.如权利要求15所述的方法，进一步包括交替监控来自第一组传感器的信号和来自第二组传感器的信号。
17.如权利要求15所述的方法，进一步包括传送来自第一组传感器和第二组传感器的数据以生成操作参数分布。
18.如权利要求15所述的方法，其中所述配合结构包括靴形压榨机的靴。
19.如权利要求15所述的方法，其中所述操作参数是压力。
20.一种测量工业辊所经受的操作参数的方法，包括：
提供工业辊，该工业辊包括：
具有外表面的基本上呈圆柱形的芯部；
环绕地覆盖在芯部外表面上的聚合物封套；以及
传感系统，其包括：
串联连接至少部分地嵌在聚合物封套中的第一组传感器的第一信号载送元件，该第一组传感器以由第一螺旋角限定的第一螺旋构型围绕所述工业辊设置，其中所述传感器被构造为感测所述工业辊所经受的操作参数并提供与操作参数相关的信号，并且其中该第一螺旋角由相对于所述工业辊的转动轴的第一组传感器中的第一末端传感器的圆周位置和第一组传感器中的第二末端传感器的圆周位置之间的角限定；
与第一信号载送元件间隔开的第二信号载送元件，该第二信号载送元件串联连接至少部分地嵌在聚合物封套中的第二组传感器，该第二组传感器以由第二螺旋角限定的第二螺旋构型围绕所述工业辊设置，其中所述传感器被构造成感测由所述工业辊所经受的操作参数并提供与操作参数相关的信号，并且其中该第二螺旋角由相对于所述工业辊的转动轴的第二组传感器中的第一末端传感器的圆周位置和第二组传感器中的第二末端传感器的圆周位置之间的角限定；以及
在操作时与第一和第二信号载送元件相关联的信号处理单元，其中该信号处理单元被构造成选择性地监控由第一和第二组传感器提供的信号；
转动所述工业辊，其中第一配合结构相对于所述工业辊设置以便与其形成第一辊隙、并且第二配合结构相对于所述工业辊设置以便与其形成第二辊隙，使得第一传感器组中的至多一个传感器同时位于第一辊隙和第二辊隙中的任一辊隙中，并且第二传感器组中的至多一个传感器同时位于第一辊隙和第二辊隙中的的任一辊隙中；以及
利用所述传感系统来感测由所述工业辊所经受的操作参数并提供与操作参数相关的信号。
21.如权利要求20所述的方法，进一步包括交替监控来自第一组传感器的信号和来自第二组传感器的信号。
22.如权利要求20所述的方法，其中第一和第二螺旋角是基本上相等的。
23.如权利要求20所述的方法，其中第一和第二辊隙在其之间限定一个角，并且其中第一和第二螺旋角小于或等于由第一和第二辊隙限定的所述角。
24.如权利要求20所述的方法，进一步包括传送来自第一传感器组和第二传感器组的数据以生成所述工业辊的操作参数分布。
25.如权利要求20所述的方法，其中该操作参数是压力。
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