CN103403513B - 带有光纤布拉格传感器的造纸机滚筒 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种使用在造纸机内的滚筒(1)，该滚筒具有辊芯(11)、包围辊芯(11)的辊包覆层(12)和至少一个带有多个光纤布拉格光栅(22)的光波导体(21)。至少一个光波导体(21)或者布置在辊芯(11)和辊包覆层(12)之间或者嵌入辊包覆层(12)内。至少一个光波导体(21)的分别含有光纤布拉格光栅(22)的区段与光波导体(21)的至少一个无光纤布拉格光栅(22)的区段在光波导体的纵向方向上交替。此外，至少一个光波导体(21)的分别含有光纤布拉格光栅(22)的区段与滚筒(1)的周向方向成小于80°的角度，且尤其成小于60°的角度，且进一步尤其成小于45°的角度。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于工业造纸机的滚筒，所述滚筒具有用于检测作用在滚筒上的压力的光纤布拉格传感器。
背景技术
为成形纤维毡幅，在工业造纸中首先将悬液施加在例如筛的载体上且将其脱水。脱水在成形之后在造纸机的随后的区中继续，直至最后产生出自支承的纤维毡幅。在脱水过程期间，通常将尚未自支承的纤维毡幅转移到另外的载体上，例如转移到毯或另外的筛上。在造纸机的成形区段以及湿部分内，纤维毡幅与分别支承它们的载体一起导引通过一系列压区。概念“压区”意味着两个共同作用的滚筒之间的区域或滚筒和压靠在滚筒上的所述靴之间的区域，在所述压区内通过压力压榨纤维毡。在纤维毡幅通过压区时所形成的压力分布对于纤维幅脱水效率和平整效率具有明显的影响。在压区内的压力分布不均匀时，纤维毡幅具有不均匀的湿度分布或仅具有差的平整度。因此，造纸商致力于监测压区区域内的压力分布。
所使用的滚筒通常具有承载的辊芯。根据在生产过程的阶段来加工纤维毡，滚筒与纤维毡接触的表面具有不同的特征。因此，在与纤维毡接触的滚筒周面的区域内，滚筒通常设有所谓辊包覆层，所述辊包覆层分别具有希望的特征。在此，辊包覆层可构造为多层。直接邻接辊芯且建立辊芯和辊包覆层之间的连接的层经常称为基层。
为在连续运行期间监测压区内的压力分布，可使用传感器。通常，传感器布置在辊芯的外周面上或辊包覆层内。参考滚筒几何形状径向上作用的力通常通过使用压电传感器或电机传感器检测。两种传感器类型产生电信号，所述电信号的变化代表了各压力关系。因为在现代造纸机中滚筒的转速很高，所以传感器信号值优选地通过无线电传输到外部处理装置。
代替以电方式工作的传感器，也可使用纤维光学传感器，其中光波导体(例如光纤)的光学特征通过传递到所述光波导体的变形应力而改变。在国际专利申请PCT/EP2008/08050中描述一种使用在造纸机的辊包覆层内的纤维光学传感器，所述纤维光学传感器使用引入到光纤内的光纤布拉格光栅作为传感器元件。光纤布拉格光栅是例如借助于激光引入到光波导体内的布置在光波导体内的光学干涉滤波器。处在λB周围的预先给定的滤波器带宽以内的波长被反射。在WO2010/034321的公开文本中，考虑到光纤布拉格光栅的作用原理，进行了整周包覆。
发明内容
本发明涉及一种使用在造纸机内的滚筒，所述滚筒允许以可靠的方式确定作用在滚筒上的压力和所述压力在滚筒几何形状上(例如在压区内)的变化曲线，且同时所述滚筒可以以简单的方式廉价地制造。此外，本发明涉及用于制造相应的滚筒的方法。
本发明根据实施形式通过独立权利要求的特征的组合解决。优选的扩展在从各属权利要求中给出。
根据本发明的第一方面建议一种使用在造纸机内的滚筒，所述滚筒具有辊芯、包围辊芯的辊包覆层和至少一个带有多个光纤布拉格光栅的光波导体。辊芯可例如由金属(尤其是钢)或塑料(尤其是碳纤维强化塑料CFK或纤维塑料复合物FKV)形成，且所述辊芯是实心的或空心的。此外，辊芯可选择地构造为单件或多件式辊芯。辊包覆层可例如包括塑料或由塑料形成。至少一个光波导体可布置在辊芯和辊包覆层之间或嵌入辊包覆层内。如果至少一个光波导体嵌入辊包覆层内，则所述光波导体可选择地嵌入辊包覆层的层内或嵌入辊包覆层的两个层之间。在本文献中，直接邻接辊芯且建立辊芯和辊包覆层之间的连接的经常被称为“基层”的层理解为辊包覆层的层，即使该层由与辊芯相同的材料形成。在光波导体的纵向方向上，分别含有光纤布拉格光栅的至少一个光波导体的区段(在下文中称为光纤布拉格光栅区段)与无光纤布拉格光栅的至少一个光波导体的区段交替。光纤布拉格光栅区段与滚筒的周向方向成小于80°的角度，且尤其成小于60°的角度，且进一步尤其成小于45°的角度。
根据一个实施形式，至少一个光波导体在光纤布拉格光栅区段内与相邻的辊芯和/或辊包覆层摩擦配合地连接。光纤布拉格光栅区段和相邻的辊芯和/或辊包覆层相互直接邻接且相互接触。
在此类光波导体的光纤布拉格光栅区段的定向中，在滚筒上的径向压力载荷导致光波导体在此区段内的拉力载荷。作为原因，在周向方向上出现由压力载荷所导致的、辊包覆层的临时的且可逆的挤压。取决于此拉力载荷，被光纤布拉格光栅反射的辐射的波长范围移动。原因是光波导体内的折射率过渡之间的距离的移动。因此，此波长范围的移动能够推断滚筒的压力载荷。
在此，无害的是使单独的光纤布拉格光栅区段与滚筒的周向方向成大于80°的角度，只要区段的超过50%且尤其区段的超过70%且进一步尤其区段的超过90%成小于80°的角度，且尤其成小于60°的角度，且进一步尤其成小于45°的角度。与滚筒的周向方向成大于80°的角度的光纤布拉格光栅区段与滚筒的轴向方向成小于10°的角度，且因此几乎平行于轴向方向走向。如此布置的光纤布拉格光栅区段在滚筒的压力载荷下仅受到低的拉力载荷(或在轴向定向时不受到拉力载荷)，因此难以或不可能确定压力。处在光纤布拉格光栅区段之间的无光纤布拉格光栅区段可任意地走向。总体上，光波导体可波状地或曲折地布置。
根据本发明的另外的独立的方面建议一种使用在造纸机内的滚筒，所述滚筒具有辊芯和包围辊芯的辊包覆层以及至少一个带有多个光纤布拉格光栅的光波导体，其中至少一个光波导体沿其布置在辊芯和辊包覆层之间的或其嵌入辊包覆层内的轴向长度在与滚筒的旋转轴线同中心的圆柱面上走向。换言之，光波导体在与滚筒的旋转轴线同中心的、通过辊芯和辊包覆层之间的界面形成的或布置在辊包覆层内部的圆柱面上走向。此外，至少一个光波导体的光纤布拉格光栅区段与至少一个光波导体的无光纤布拉格光栅区段在光波导体的纵向方向上交替。在根据本发明的滚筒中，根据本发明的第二方面进一步建议，布置在辊芯和辊包覆层之间的或嵌入在辊包覆层内的至少一些光纤布拉格光栅区段在圆柱面上弯曲地走向。
通过无光纤布拉格光栅区段在唯一的径向高度上的弯曲的走向，光纤布拉格光栅区段可几乎任意地定向，尤其在此可实现将光纤布拉格光栅区段定向为使其与滚筒的周向方向成小于80°的角度，且尤其成小于60°的角度，且进一步尤其成小于45°的角度。
此外，通过无光纤布拉格光栅区段的弯曲的走向，光纤布拉格光栅区段相互间的距离可在大的范围内变化，且因此根据对于滚筒的要求，例如在滚筒的轴向方向上，光纤布拉格光栅在滚筒内的距离且因此传感器相互间的距离可改变且因此调节局部分辨率。
此外，可考虑的是，至少一个光波导体的不同的无光纤布拉格光栅区段具有相互最大不同为30%的优选地最大不同为10%的长度。尤其优选的是至少一个光波导体的多个无光纤布拉格光栅区段具有相同的长度。以此，可以与滚筒的长度和周长无关地批量生产用于几乎每个滚筒的光波导体，且通过无光纤布拉格光栅区段的弯曲走向调节光纤布拉格光栅在辊包覆层内所具有的相互距离。
为在至少一个光波导体的弯曲的走向的情况下避免过高的对于光的衰减，有意义的是，光波导体不过强地弯曲。这是特别有意义的，因为在例如用于纸张、纸板或织物制造机的滚筒的约束的结构空间中仅能使用光相对弱的光源，所述光源不具有高的发热且因此也不需要昂贵的且空间需求大的冷却装置。因此，也可视作本发明的独立方面的本发明的尤其优选的构造建议，至少一个光波导体沿其布置在辊芯和辊包覆层之间的或沿其嵌入辊包覆层内的纵向长度至少部分地弯曲地延伸，且光波导体的弯曲的走向的弯曲半径大于等于2cm，优选地大于等于3cm，尤其优选地大于等于5cm。
优选地，至少一些尤其是所有布置在辊芯和辊包覆层之间的或嵌入辊包覆层内的、至少一个光波导体的无光纤布拉格光栅区段分别仅在一个方向上弯曲。这可例如在两个其间设有光纤布拉格光栅区段的无光纤布拉格光栅区段中意味着，两个无光纤布拉格光栅区段的一个具有正弯曲且两个无光纤布拉格光栅区段的另一个具有负弯曲，或反之。
因此优选的是至少一个光波导体的、在其间设有至少一个光波导体的光纤布拉格光栅区段的相继的无光纤布拉格光栅区段在相互不同的方向上弯曲。
至少一个光波导体可优选地至少在沿其嵌入辊包覆层内或嵌入辊芯和辊包覆层之间的长度上具有芯和包围芯的外壳或由所述芯和外壳形成。在此，优选的是外壳在光纤布拉格光栅区段的区域直接与辊芯和辊包覆层接触，或直接与辊包覆层接触。因此根据此构造，光波导体的光纤布拉格光栅区段与WO2010/034321中所公开的情况不同不用在此称为“钉元件”的中间元件直接以力作用施加在辊包覆层上。令人惊奇的是本发明人的实验显示，为实现足够的信号灵敏性，在WO2010/034321中所描述的中间元件的使用不是必要的。
如果光纤布拉格光栅区段与滚筒的周向方向成0°角度，则布置在辊芯和辊包覆层之间的或布置在辊包覆层内的光纤布拉格光栅区段在滚筒的压力载荷下受到最大的拉力载荷。在此情况中，光纤布拉格光栅区段具有最大的信号灵敏性。一般地认为，随着光波导体的光纤布拉格光栅区段与滚筒的周向方向所成的角度变小，信号灵敏性增大，且如前所解释，在与滚筒的轴向方向平行定向时信号灵敏性为零。
为实现高信号灵敏性，本发明的优选的构造建议，光纤布拉格光栅区段与滚筒的周向方向成小于30°的角度，且尤其成小于20°的角度，且进一步尤其成小于10°的角度。
取决于光波导体在辊芯上或在辊包覆层内的布置、用于辊芯和辊包覆层的材料、滚筒的直径和所出现的压力，例如在软辊包覆层的情况中存在光波导体上的拉力载荷过大且因此导致光波导体的不可逆的损坏的风险。因此，对于许多应用可有意义的是，光纤布拉格光栅区段与滚筒的周向方向成大于10°的角度，且尤其成大于20°的角度，且进一步尤其成大于30°的角度。在此类倾斜中，一方面在滚筒的压力载荷下出现了光波导体的有规则的足够的拉力载荷，且同时防止了导致所述光波导体的不可逆损坏的过大拉力载荷。
根据一个实施形式，光纤布拉格光栅区段在滚筒的轴向方向上相邻地布置。在此，光纤布拉格光栅区段可布置于在整个滚筒长度上在轴向方向上延伸的区域内，所述区域在轴向方向上的长度小于15cm，且尤其小于5cm，且进一步尤其小于1cm。这允许在一定的滚筒旋转角度下确定滚筒的轴向方向上的压力变化曲线。
根据一个实施形式，光纤布拉格光栅区段在滚筒的轴向方向上以恒定的距离间隔开。这允许在滚筒的轴向方向上均匀地确定压力变化曲线。此恒定的距离可例如从各光纤布拉格光栅的中间测量。
根据替代的实施形式，光纤布拉格光栅区段在滚筒的轴向方向上在第一区域内以第一距离间隔开且在至少一个第二区域内以第二距离间隔开，其中尤其第二距离大于第一距离至少30%，且尤其至少60%，且进一步尤其至少90%。此恒定的距离可例如从各光纤布拉格光栅的中间测量。此类布置允许在滚筒的轴向方向上确定压力变化曲线，其中在滚筒的轴向方向上在所关心的区域内(例如在滚筒轴承附近)的光纤布拉格光栅的密度且因此所获得的压力测量值的密度大于在滚筒的轴向方向上的另外的区域内(例如在滚筒中部)的密度。如果提供了多个第二区域，则在第二区域内的第二距离相等(且尤其成对地相等)或不同。距离的持续变化也是可以的。
根据一个实施形式，滚筒具有多于一个的光波导体，且不同的光波导体的相邻的光纤布拉格光栅区段布置于在周向方向上在整个滚筒周部延伸且因此总体上环形的区域内，所述区域的在滚筒的轴向方向上的长度小于10cm，且尤其小于3cm，且进一步尤其小于1cm。不同的光波导体的所有相邻的区段不必满足上述条件。而是如果不同的光波导体的单独的光纤布拉格光栅区段成对地满足此条件，就足以。因此，不同的光波导体的(直接)相邻的光纤布拉格光栅在此实施形式中沿着在周向方向上圆形地包围滚筒带布置。这允许了在滚筒的不同旋转角度下确定压力载荷。
与之相关地，优选的是，不同光波导体的布置在具有在滚筒轴向方向上小于10cm且尤其小于3cm且进一步尤其小于1cm的长度的区域内的、相互相邻的光纤布拉格光栅区段布置为在滚筒的周向方向上相互错开45°或更多，尤其是相互错开90°。
根据替代的实施形式，光纤布拉格光栅区段在滚筒的周向方向上相邻地布置。在此，光纤布拉格光栅区段可布置于在周向方向上在整个滚筒周部上延伸的区域内，所述区域在滚筒的轴向方向上的长度小于15cm，且尤其小于5cm，且尤其小于1cm。这允许了在不同的滚筒旋转角度下确定滚筒的压力载荷。
根据一个实施形式，滚筒具有超过一个光波导体，且不同的光波导体的相邻的光纤布拉格光栅区段布置于在轴向方向上在整个滚筒长度上延伸的区域内，所述区域在滚筒的轴向方向上的长度小于15cm，且尤其小于5cm，且尤其小于1cm。这允许了在不同的滚筒旋转角度下确定滚筒的轴向方向上的压力载荷。
根据一个实施形式，在光波导体的纵向方向上形成相同的光波导体的间隔开的光纤布拉格光栅以反射不同波长的光。这允许当相同的光波导体的光纤布拉格光栅同时受到拉力载荷时将测量信号与相同的光波导体的各光纤布拉格光栅相关联。因此，当相同的光波导体的光纤布拉格光栅在滚筒的轴向方向上布置在狭窄的同时受到压力载荷的区域内时，也实现了位置分辨。
根据一个实施形式，在光波导体的纵向方向上形成相同的光波导体的间隔开的光纤布拉格光栅以反射相同的波长的光。此类光波导体尤其简单地制造。但仅当相同的光波导体的光纤布拉格光栅在滚筒的周向方向上相互错开布置且因此在不同的时刻受到压力载荷时方可实现位置分辨。
根据一个实施形式，光纤布拉格光栅区段沿在滚筒的表面上描述的螺旋曲线布置，其中在滚筒的轴向方向上且在滚筒的周向方向上与螺旋曲线的偏差小于15cm，且尤其小于5cm，且进一步尤其小于1cm。这允许了在不同的滚筒旋转角度下在滚筒的不同的轴向区域内的压力测量。
根据一个实施形式，至少一个光波导体的端部从辊包覆层突出。根据另外的实施形式，至少一个光波导体的两个端部从辊包覆层突出。根据替代的实施形式，在滚筒内设有光源和光检测器，所述光源和光检测器与至少一个光波导体连接且形成为执行相对于至少一个光波导体的光纤布拉格光栅的测量。光检测器可与发送器连接，以将所获得的测量数据通过空中接口输出到滚筒外部。此外可在滚筒内布置线圈，在所述线圈内从滚筒外部通过感应可激励电流，以向包含在滚筒内的部件供电。
根据一个实施形式，辊包覆层具有多个层，且至少一个光波导体布置在辊包覆层的两个层之间。根据替代的实施形式，辊包覆层具有多个层，且至少一个光波导体嵌入多个层之一内且被此层包围。这允许至少一个光波导体的简单且可靠的固定。此外，因此很好地保护光波导体不被损坏。
根据一个实施形式，至少一个光波导体嵌入环氧树脂内。环氧树脂允许很好地将作用在滚筒上的压力载荷转移到至少一个光波导体上。
根据本发明的另外的独立方面，建议了一种用于制造使用在造纸机内的滚筒的方法，所述方法带有如下步骤：
-提供带有或不带有辊包覆层的辊芯，
-提供带有多个光纤布拉格光栅的光波导体，其中光纤布拉格光栅区段与无光纤布拉格光栅区段在光波导体的纵向方向上交替，
-将光纤布拉格光栅区段固定在辊芯上或辊包覆层上，使得所述区段与滚筒的周向方向成小于45°的角度，且尤其成小于20°的角度，且进一步尤其成小于10°的角度，和
-施加覆盖至少一个光波导体的至少一个另外的辊包覆层。
因此，首先固定光纤布拉格光栅区段使得无光纤布拉格光栅区段可任意地被导引则足以。但在此应注意所使用的光波导体的最小允许弯曲半径。以此，可快速、简单且廉价地将光波导体整合在滚筒内。可以持久地，例如用环氧树脂或可拆卸地，例如用粘性带将光纤布拉格光栅区段固定在辊芯或辊包覆层上。
根据本发明的另外的独立方面，建议一种用于制造使用在造纸机内的滚筒的方法，所述方法带有如下步骤:
-提供带有旋转轴线而带有或不带有辊包覆层的辊芯，其中辊芯或辊包覆层提供了与旋转轴线同中心的圆柱面，
-提供带有多个光纤布拉格光栅的光波导体，其中光纤布拉格光栅区段与无光纤布拉格光栅区段在光波导体的纵向方向上交替，
-将光波导体固定在圆柱面上，使得无光纤布拉格光栅区段在圆柱面上至少部分地弯曲地走向，和
-施加覆盖至少一个光波导体的至少一个另外的辊包覆层。
根据方法的一个实施形式，在固定光纤布拉格光栅区段的步骤前执行在辊芯或辊包覆层上施加标记的步骤，所述标记指示了应进行压力测量的点或区域。此标记也可例如以槽的形式进行，在所述槽内嵌入光波导体。以此，提高了光纤布拉格光栅区段的布置精度。
根据方法的另外的实施形式，在施加至少一个辊包覆层的步骤前执行在辊芯或辊包覆层上固定光纤布拉格光栅区段的步骤。以此保证使得至少一个光波导体完全地靠放在辊芯或辊包覆层上。如果使用光纤布拉格光栅区段在辊芯或辊包覆层上的可拆卸的固定装置，则可附加地提供此可拆卸的固定装置的拆卸和由持久固定装置的替代。
附图说明
在下文中将根据附图详细解释本发明的示例实施形式。在附图中，相同的或相似的元件以相同的或相似的附图标记标示。各图为：
图1示意性地示出了根据第一实施形式的滚筒的透视图，其中去除了包覆层的区段且暴露了带有光纤布拉格光栅的光波导体；
图1a示出了图1的图示的辊包覆层的示意性截面放大图；
图2示意性地示出了根据第二实施形式的滚筒的透视图，其中去除了包覆层的区段且暴露了带有光纤布拉格光栅的光波导体；
图3示意性地示出了根据第三实施形式的滚筒的透视图，其中去除了包覆层的区段且暴露了带有光纤布拉格光栅的光波导体；
图4示意性地示出了根据第三实施形式的滚筒的透视图，其中去除了包覆层的区段且暴露了带有光纤布拉格光栅的光波导体；和
图5示意性地示出了根据第三实施形式的滚筒的透视图，其中去除了包覆层的区段且暴露了带有光纤布拉格光栅的光波导体。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据第一实施形式的滚筒1的透视图。
滚筒1具有提供了旋转轴线44的辊芯11以及包围辊芯11的辊包覆层12。在此实施形式中，辊芯11由钢制成且辊包覆层12由塑料制成。为实现辊包覆层12和辊芯11之间的良好的附着，在辊包覆层12和辊芯11之间提供了专业人员已知为“基层”的连接层，所述连接层在附图中自身未示出。
辊包覆层12的部分区域在图1中被暴露且显露出带有多个光纤布拉格光栅22的光波导体21。光波导体21的单独的光纤布拉格光栅22形成为反射不同的波长的光。
如从图1和图1a的图示中可见，光波导体21具有光纤布拉格光栅区段22以及无光纤布拉格光栅区段43’、43”，其中光纤布拉格光栅区段22与无光纤布拉格光栅区段43’、43”在光波导体21的纵向方向上交替。
光波导体21曲折地布置在辊包覆层12内且在滚筒的轴向方向上在辊包覆层12的整个宽度上延伸。光波导体21的含有光纤布拉格光栅区段22的区段(在下文中称为光纤布拉格光栅区段22)布置为使其与滚筒1的周向方向成大致0°的角度。在此，大致0°意味着可容许从0°至最大15°的偏差，且优选地至最大10°的偏差。
在此第一实施形式中，沿光波导体21的长度相邻的光纤布拉格光栅区段22在滚筒1的轴向方向上相邻地布置在区域3内，所述区域3在滚筒11的周向方向上的长度正好为1cm。因此，在轴向方向上相邻地布置的光纤布拉格光栅区段22应在周向方向上具有最大1cm的错移。在此，在滚筒轴向方向上相邻的光纤布拉格光栅区段22之间的距离选择为恒定的距离。
由于光纤布拉格光栅区段2的此布置，在辊包覆层12上的压力载荷导致带有光纤布拉格光栅的光波导体21的(微小的)应变，且因此导致被单独的光纤布拉格光栅反射的光的波长的改变。以此方式可沿在滚筒1的轴向方向上走向的线测量滚筒上的压力载荷。
在所示的实施形式中，光波导体的两个端部23和24向外导引，以便与图1中未示出的测量装置连接。
图1a示出了图1的图示的辊包覆层12的示意性截面放大图。
辊包覆层12具有在滚筒1的径向方向上的内部圆柱形周面12i以及在滚筒1的径向方向上的外部圆柱形周面12a，其中外部圆柱形周面12a提供了可与材料幅或网毯接触的、辊包覆层的上侧。两个圆柱形的周面12i和12a在此与旋转轴线44同中心地布置。
与旋转轴线44同中心的圆柱面12k处在辊包覆层12内部，在所述圆柱面12k上设有至少一个光波导体21，且所述光波导体21的无光纤布拉格光栅区段43’、43”在所述圆柱面12k上弯曲地延伸。同中心的圆柱面12k在此可例如通过其上设有光波导体21的且又被径向外部的辊包覆层12”覆盖的、径向内部的辊包覆层12’的径向外部的周面形成，使得结果是至少一个光波导体21嵌入所述辊包覆层12内。
应提及的是光波导体21的弯曲走向的弯曲半径大于等于2cm。
此外可见，每个无光纤布拉格光栅区段43’、43”分别在仅一个唯一的弯曲方向上弯曲，且其间设有光纤布拉格光栅区段22的、相继的无光纤布拉格光栅区段43’、43”在相互不同的弯曲方向上弯曲。因此，例如无光纤布拉格光栅区段43’与43”相反地弯曲。
此外，所有嵌入辊包覆层12内的光纤布拉格光栅区段43具有相同的长度。
在图2中在示意性透视图中示出了滚筒的第二实施形式1’。因为此实施形式很类似于前述第一实施形式，所以仅论述差异且其他参考第一实施形式。
在图2中示出的第二实施形式与前述第一实施形式的差异尤其在于提供了在周向方向上与带有光纤布拉格光栅区段22的第一光波导体21错开地布置的、带有光纤布拉格光栅区段22’的第二光波导体21’。此第二光波导体21’通过连接部23’可从外部接近。
在此第二实施形式中，光波导体21、21’的第二端不向外导引。
第二光波导体21’的光纤布拉格光栅区段22’在滚筒的周向方向上错开地布置在第一光波导体21的光纤布拉格光栅区段22的下方，使得在滚筒周部的周向方向上相邻地布置的光纤布拉格光栅区段22、22’在滚筒1’的轴向方向上错移小于3cm。因此，在周向方向上相邻的光纤布拉格光栅区段22、22’处于在周向方向上包围滚筒的窄环内。在轴向方向上，每个光波导体21、21’的光纤布拉格光栅区段22、22’如在第一实施形式中所述地布置。
光波导体21、21’和光纤布拉格光栅区段22、22’的此类布置允许在滚筒的不同的旋转角度下在滚筒的轴向方向上测量压力分布。
在图3中示意性地示出了根据第三实施形式的滚筒1”的透视图。因为此实施形式很类似于前述第一和第二实施形式，所以仅论述差异且其他参考第一和第二实施形式。
在图3中所示的第三实施形式与前述第一和第二实施形式的差异在于，作为由实体材料制成的辊芯11的替代，使用由碳纤维强化塑料CFK制成的形成为管子的辊芯11’。在管子的内部内设有测量装置，所述测量装置包括光源和用于将光发射到光波导体21”内的且检测由光波导体21”的光纤布拉格光栅所反射的光的光检测器，用于根据光检测器的输出值获得测量结果的微处理器，以及用于通过空中接口向外输出测量结果的发送器。所需的能量在滚筒1”旋转时以感应的方式输入测量装置。
此外，第三实施形式与第一实施形式的区别在于光纤布拉格光栅区段22”的布置。在第三实施形式中，光纤布拉格光栅区段22”在滚筒1”的轴向方向上成对地以第一距离41或第二距离42间隔开。在所示的实施形式中，第二距离42为第一距离41的两倍。光纤布拉格光栅区段22’在此实施形式中布置为使得光纤布拉格光栅区段的密度在滚筒1”的端部上且因此在轴承的区域内比在滚筒1”的中部更高。这允许在尤其关注的区域内测量滚筒上的压力。在图3中所示的滚筒1”的背侧上提供了带有光纤布拉格光栅的第二光波导体，所述第二光波导体相对于第一光波导体21及其光纤布拉格光栅区段22”的布置如在第二实施形式中所述的情况。
在图4中在透视图中示意性地示出了滚筒1”的第四实施形式。因为此实施形式很类似于前述第一至第三实施形式，所以仅论述差异且其他参考前述实施形式。
在第四实施形式中，带有光纤布拉格光栅区段22、22’的光波导体21、21’布置为使得单独的光波导体21、21’布置在辊包覆层12的两层之间(单独的层自身未示出)且在周向方向上分别环形地包围滚筒1”。因此，相同的光波导体21的沿光波导体21的长度相邻的光纤布拉格光栅区段22在滚筒的周向方向上相邻地布置，其中两个相邻的光纤布拉格光栅区段22、22’之间的距离5选择为恒定的距离。各相同的光波导体21、21’的光纤布拉格光栅区段22、22’相对于滚筒1”’的轴向方向处于在周向方向上在整个滚筒周部上延伸的、其在辊1的轴向方向上的长度为5cm的区域6内。
在本实施形式中，不同的光波导体21、21’的在轴向方向上相邻地布置的光纤布拉格光栅区段22、22’以恒定的距离相邻且布置为使其在滚筒的周向方向上布置为错移小于1cm。
在此第四实施形式中，相同的光波导体21、21’的光纤布拉格光栅分别形成为反射相同的波长的光。在已知滚筒1”’的角位置时，光波导体21、21’和光纤布拉格光栅的此类布置允许了在滚筒的不同的旋转角度下在滚筒1”’的轴向方向上检测压力分布。如在第三实施形式中，辊芯11’在第四实施形式中是中空的且容纳与光波导体21、21’连接的测量装置。
图5示意性地示出了根据第五实施形式的滚筒1”“的透视图。
也在此实施形式中，包围了由纤维塑料复合物FKV制成的实心辊芯11的辊包覆层12的一部分被暴露，且可见多个嵌入在由环氧树脂制成的“基层”内的带有光纤布拉格光栅区段22、22’的光波导体21、21’。
在此实施形式中，光波导体21、21’的两个端部23、23’、24’分别被向外导引。根据此实施形式，单独的光波导体21、21’的光纤布拉格光栅区段22、22’分别沿在轴向方向上完全地且在周向方向上部分地涂在滚筒上的螺旋曲线布置。在此也将相邻的光波导体21、21’的光纤布拉格光栅布置为使得在周向方向上相邻的光纤布拉格光栅在滚筒的轴向方向上不具有或仅具有小的错移量。
虽然在图1至图5中光纤布拉格光栅区段与滚筒的周向方向成大致0°的角度，但本发明不限制于此。而是如果角度小于80°，尤其小于60°，且进一步尤其小于40°足以。在很高的压力下和/或在至少一个光波导体嵌入相对软的辊包覆层内时，可甚至要求提供一定的角度，尤其大于10°且尤其大于20°且进一步尤其大于30°，以避免至少一个光波导体的过大的拉力载荷。
例如，光纤布拉格光栅区段可与滚筒的周向方向成如下角度范围α：
10<α<80；20<α<80；30<α<80；
10<α<60；20<α<60；30<α<60；
10<α<40；20<α<40；30<α<40；
在下文中简要地描述了用于造纸机的滚筒的制造方法。因为方法线性地进行，所以省去了制图。
在第一步骤中提供了辊芯。此辊芯可例如由金属或塑料制成，且可以是实心的或空心的。所述辊芯可具有辊包覆层，例如“基层”。
进一步，提供带有多个光纤布拉格光栅的至少一个光波导体，其中至少一个光波导体的分别含有光纤布拉格光栅的区段与光波导体的不含有光纤布拉格光栅的区段在光波导体的纵向方向上交替。
然后，在辊芯或辊包覆层上施加标记，所述标记指示了其上应进行压力测量的区域。此标记可例如通过颜色施加或也以槽的形式引入到辊芯或辊包覆层内，所述槽允许容纳至少一个光波导体。但施加标记的步骤仅是可选择的。
然后进行至少一个光波导体的分别含有光纤布拉格光栅的区段的固定，使得所述区段与滚筒的周向方向成小于80°的角度，且尤其成小于60°的角度，且进一步尤其成小于45°的角度。可例如通过粘性带可拆卸地固定，以此可容易地修正。
然后，将至少一个光波导体的无光纤布拉格光栅的剩余区段持久地例如通过环氧树脂固定在辊芯上或通过合适的粘合剂固定在辊包覆层上。在此，无光纤布拉格光栅的此区段可在光波导体的分别具有光纤布拉格光栅的区段之间形成任意的圈。
然后，去除至少一个光波导体的含有光纤布拉格光栅的区段的可拆卸的固定且将此区段例如通过环氧树脂持久地固定在辊芯上或通过合适的粘合剂固定在辊包覆层上，然后施加至少一个另外的辊包覆层。
代替至少一个光波导体的含有光纤布拉格光栅的区段的可拆卸的固定，此区段也可同样持久地与滚筒或辊包覆层连接。因此取消去除可解开的连接的步骤。
应强调的是通过参考图1至图5所述的优选实施形式仅是示例性的且不应限制通过权利要求所确定的保护范围。
Claims (19)
1.一种适于使用在造纸机内的滚筒(1)，所述滚筒具有：
提供所述滚筒(1)的旋转轴线(44)的辊芯(11)；
包围所述辊芯(11)的辊包覆层(12)；和
至少一个带有多个光纤布拉格光栅(22)的光波导体(21)；
其中所述至少一个光波导体(21)或者布置在辊芯(11)和辊包覆层(12)之间或者嵌入所述辊包覆层(12)内；其中所述至少一个光波导体(21)沿其布置在所述辊芯(11)和所述辊包覆层(12)之间的或嵌入所述辊包覆层(12)内的纵向长度在与所述滚筒的旋转轴线(44)同中心的圆柱面上走向；
其中所述至少一个光波导体(21)的分别含有光纤布拉格光栅(22)的区段与所述至少一个光波导体(21)的无光纤布拉格光栅(22)的区段在所述光波导体(21)的纵向方向上交替；且
其中至少一些布置在辊芯(11)和辊包覆层(12)之间的或嵌入所述辊包覆层(12)内的无光纤布拉格光栅区段在所述圆柱面上至少部分地弯曲地走向，其中，光波导体波状地或曲折地布置。
2.根据权利要求1所述的滚筒(1)，所述滚筒具有：
辊芯(11)；
包围所述辊芯(11)的辊包覆层(12)；和
至少一个带有多个光纤布拉格光栅(22)的光波导体(21)；
其中，所述至少一个光波导体(21)或者布置在辊芯(11)和辊包覆层(12)之间或者嵌入所述辊包覆层(12)内；
其中，所述至少一个光波导体(21)的分别含有光纤布拉格光栅(22)的区段与至少一个光波导体(21)的无光纤布拉格光栅(22)的区段(43’、43”)在光波导体的纵向方向上交替；且
其中，所述至少一个光波导体(21)的至少一些无光纤布拉格光栅区段沿其布置在所述辊芯(11)和所述辊包覆层(12)之间的或嵌入所述辊包覆层(12)内的纵向长度至少部分地弯曲地走向，且所述光波导体的弯曲走向的弯曲半径大于等于2cm。
3.根据权利要求1或2所述的滚筒，其中，所述至少一个光波导体(21)的分别含有光纤布拉格光栅(22)的区段与所述滚筒(1)的周向方向成小于80°的角度。
4.根据权利要求1所述的滚筒，其中，所述至少一个光波导体(21)的分别无光纤布拉格光栅(22)的区段分别在弯曲方向上弯曲。
5.根据权利要求1所述的滚筒，其中，所述至少一个光波导体(21)的分别无光纤布拉格光栅(22)且其间设有至少一个光波导体(21)的含有光纤布拉格光栅(22)的区段的相继的区段在相互不同的弯曲方向上弯曲。
6.根据权利要求1所述的滚筒，其中，所述至少一个光波导体(21)的分别无光纤布拉格光栅(22)的不同的区段的长度差最大30％。
7.根据权利要求6所述的滚筒，其特征在于，至少一个光波导体(21)的分别无光纤布拉格光栅(22)的不同的区段具有相同的长度。
8.根据权利要求1所述的滚筒，其中，所述至少一个光波导体(21)至少沿其走向具有芯和包围所述芯的外壳，在所述走向上所述光波导体(21)或者布置在辊芯(11)和辊包覆层(12)之间或者布置在辊包覆层(12)内，其中所述外壳在分别含有光纤布拉格光栅(22)的区段的区域内或者与所述辊芯(11)和所述辊包覆层(12)直接接触或与所述辊包覆层(12)直接接触。
9.根据权利要求1所述的滚筒，其中相同的光波导体的分别含有光纤布拉格光栅(22)的区段在所述滚筒(1)的轴向方向上相邻地布置。
10.根据权利要求1所述的滚筒，其中相同的光波导体的分别含有光纤布拉格光栅(22)的区段布置于在轴向方向上在整个滚筒长度上延伸的区域(3)内，所述区域(3)在周向方向上的延伸小于15cm。
11.根据权利要求10所述的滚筒，其特征在于，所述区域(3)在周向方向上的延伸小于1cm。
12.根据权利要求1所述的滚筒(1)，其中相同的光波导体的分别含有光纤布拉格光栅(22)的区段在所述滚筒(1)的轴向方向上以恒定的距离(4)间隔开。
13.根据权利要求1所述的滚筒(1)，其中相同的光波导体的分别含有光纤布拉格光栅(22)的区段在所述滚筒(1)的轴向方向上在第一区域内以第一距离(41)间隔开且在至少一个第二区域内以第二距离(42)间隔开，其中第二距离(42)大于第一距离(41)至少30％。
14.根据权利要求1所述的滚筒(1)，所述滚筒具有多于一个的光波导体(21)，其中不同的光波导体(21)的含有光纤布拉格光栅(22)的相邻的区段布置于在周向方向上在整个滚筒周部延伸的区域(6)内，所述区域(6)在所述滚筒(1)的轴向方向上的长度小于10cm。
15.根据权利要求14所述的滚筒(1)，其中不同的光波导体(21)的分别含有光纤布拉格光栅(22)且布置在一个区域内的彼此相邻的区段在所述滚筒的周向方向上布置为相互错开45°或更多，所述区域在所述滚筒(1)的轴向方向上的长度小于10cm。
16.根据权利要求15所述的滚筒(1)，其特征在于，不同的光波导体(21)的分别含有光纤布拉格光栅(22)且布置在一个区域内的彼此相邻的区段在所述滚筒的周向方向上布置为相互错开90°或更多。
17.根据权利要求1所述的滚筒(1)，其中相同的光波导体的分别含有光纤布拉格光栅(22)的区段沿在所述滚筒(1)的表面上描述的螺旋曲线布置，其中螺旋曲线在所述滚筒(1)的轴向方向上以及在所述滚筒(1)的周向方向上的偏差小于15cm。
18.根据权利要求1所述的滚筒(1)，其中所述至少一个光波导体的至少一个端部从所述辊包覆层(12)引出。
19.根据权利要求18所述的滚筒(1)，其特征在于，所述至少一个光波导体的两个端部从所述辊包覆层(12)引出。
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