CN104406996B - 一种射线强度可调的纸张定量传感器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射线强度可调的纸张定量传感器及其控制方法，包括扫描架和设置在扫描架上且上下对齐的上头箱和下头箱，上头箱中设有电离室，下头箱中设有放射室，放射室的内部设有放射源，上部设有可调快门，放射源发出的射线能够穿过可调快门到达电离室，电离室与可调快门之间连有能够控制可调快门开度并且能够锁定可调快门的快门控制装置。本发明能够在测量不同纸种及放射源能量衰减时，根据所需电压无级调整快门开度，连续调节β射线强度，解决了传统定量传感随纸张克重增加和放射源能量衰减带来的灵敏度降低、测量精度降低的问题，并且检测精度高。

Description

一种射线强度可调的纸张定量传感器及其控制方法

技术领域

本发明属于纸张定量测量技术领域，具体涉及一种射线强度可调的纸张定量传感器及其控制方法。

背景技术

纸张定量在线检测通常采用β射线穿透纸张时，纸张定量越高对射线吸收能力越强，穿透纸张后的射线能量衰减符合贝尔定量，利用电离室检测射线能量并转换成电压信号，经过计算得到纸张定量数据。国内外定量传感器通常由放射源、快门机构、快门控制机构、电离室、信号放大电路组成。从快门机构发出的β射线穿透纸张后进入电离室，引起电离室内惰性气体电离。不同克重的纸张对射线的能量吸收不同，穿透纸张后进入电离室的射线能量也不同，经过电离室转换成的电压信号也不同。目前国内外定量传感器快门开孔是固定不变的，放射源选定后，从快门机构发射的β射线的强度无法变化；此外，所有放射源均有半衰期，随着使用时间的增加，放射源发射的能量也逐步衰减。这样就会造成两种情况：1、在生产过程中，当纸张定量增加时，穿透纸张后的射线能量越来越弱；2、随着定量传感器使用年限的增加，即使纸张定量不变，由于放射源能量的衰减，穿透纸张后的射线能量也会越来越弱。这两种情况都会造成定量传感器灵敏度降低，检测精度变差。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种射线强度可调的纸张定量传感器及其控制方法，本发明可以根据需求调节发射β射线强度，解决了传统定量传感随纸张克重增加和放射源能量衰减带来的灵敏度降低、测量精度降低的问题，并且检测精度高。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种射线强度可调的纸张定量传感器，包括扫描架和设置在扫描架上且上下对齐的上头箱和下头箱，上头箱中设有电离室，下头箱中设有放射室，放射室的内部设有放射源，上部设有可调快门，放射源发出的射线能够穿过可调快门到达电离室，电离室与可调快门之间连有能够控制可调快门开度并且能够锁定可调快门的快门控制装置。

进一步地，快门控制装置包括依次连接的PID快门开度控制器、能够锁定可调快门的伺服电机控制器、伺服电机和减速齿轮，PID快门开度控制器与电离室连接，减速齿轮和可调快门配合连接。

进一步地，上头箱和下头箱通过设置在两者上的光电传感器对齐。

进一步地，光电传感器包括设在上头箱下部的光电传感器发射端和设在下头箱上部的光电传感器接收端，且光电传感器发射端和光电传感器接收端上下对齐。

进一步地，下头箱上还设有指示灯，且指示灯与光电传感器接收端连接。

一种射线强度可调的纸张定量传感器的控制方法，包括以下步骤：

1)在扫描架的带动下，将纸张定量传感器停至无纸时的库位置，在无射线的情况下测量电离室发出的电压信号作为背景电压V_Background；

2)当测量不同纸种时，根据所测纸种选择空态电压V_Air作为电压设定值；当放射源能量衰减时，将能量未衰减时的空态电压V_Air作为电压设定值；

3)通过快门控制装置调整可调快门的开度，进而调整射线的强度，使电离室发出的电压值与电压设定值相等，然后锁定可调快门；

4)步骤1)至步骤3)结束后，纸张定量传感器在扫描架的带动下行进到纸面进行连续在线测量工作，并在测量过程中对纸张定量进行计算。

进一步地，步骤2)中根据所测纸种选择空态电压V_Air是通过以下方式实现的：在纸张定量传感器中放入标准纸样，调整可调快门的开度，通过电离室发出的电压信号测量电压值，选择标准纸样的定量计算值与标准纸样的标准定量值偏差最小时的电压值作为空态电压V_Air。

进一步地，纸张定量通过以下公式进行计算：

BW＝BA₀+BA₁X+BA₂X²+BA₃X³；

其中，BW为纸张定量；BA₀～BA₃为计算系数；V_BW、V_Background和V_Air分别为在线扫描电压、背景电压和空态电压。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的纸张定量传感器，可以根据需求调节放射源发射的射线强度，当纸张定量克重低时，通过快门控制装置使可调快门开度减小，此时射线强度降低，；当纸张定量克重高时，通过快门控制装置使可调快门开度增大，此时射线强度升高；当放射源使用年限增加时，快门根据设定电压自动调节开度，补偿因放射源半衰期带来的能量衰减快；本发明通过控制可调快门的开度实现调节射线强度，解决了传统定量传感随纸张克重增加和放射源能量衰减带来的灵敏度降低、测量精度降低的问题，并且检测精度高。

进一步地，本发明的上头箱和下头箱上分别设置有光电传感器发射端和光电传感器接收端，当上下头箱对准时，光电传感器接收端输出高电平，指示灯亮，可以实现快速准确对准，解决了传统扫描架上下头箱目测对准有误差和标尺对准繁琐的问题。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明可调快门机构及调节原理图；

图3是本发明的工作示意图；

图4是本发明电压调节闭环控制原理图。

其中，1、电压信号；2、电离室；3、纸张；4、射线；5、可调快门；6、放射源；7、伺服电机；8、减速齿轮；9、扫描架；10、伺服电机控制器；11、PID快门开度控制器；12、上头箱；13、下头箱；14、光电传感器发射端；15、光电传感器接收端；16、指示灯；17、放射室。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

参见图1至图3，一种射线强度可调的纸张定量传感器，包括扫描架9和设置在扫描架9上且上下对齐的上头箱12和下头箱13，上头箱12中设有电离室2，下头箱13中设有放射室17，放射室17的内部设有放射源6，上部设有可调快门5，放射源6发出的射线4能够穿过可调快门5到达电离室2，电离室2与可调快门5之间连有能够控制可调快门5开度并且能够锁定可调快门5的快门控制装置。快门控制装置包括依次连接的PID快门开度控制器11、能够锁定可调快门5的伺服电机控制器10、伺服电机7和减速齿轮8，PID快门开度控制器11与电离室2连接，减速齿轮8和可调快门5配合连接。上头箱12和下头箱13通过设置在两者上的光电传感器对齐，光电传感器包括设在上头箱12下部的光电传感器发射端14和设在下头箱13上部的光电传感器接收端15，且光电传感器发射端14和光电传感器接收端15上下对齐，下头箱13上还设有指示灯16，且指示灯16与光电传感器接收端15连接。

参见图1至图3，一种射线强度可调的纸张定量传感器的控制方法，包括以下步骤：

1)在扫描架9的带动下，将纸张定量传感器停至无纸时的库位置，在无射线4的情况下测量电离室2发出的电压信号1作为背景电压V_Background；

2)当测量不同纸种时，根据所测纸种选择空态电压V_Air作为电压设定值；当放射源6能量衰减时，将能量未衰减时的空态电压V_Air作为电压设定值；根据所测纸种选择空态电压V_Air是通过以下方式实现的：在纸张定量传感器中放入标准纸样，调整可调快门5的开度，通过电离室2发出的电压信号1测量电压值，选择标准纸样的定量计算值与标准纸样的标准定量值偏差最小时的电压值作为空态电压V_Air，并将此空态电压V_Air作为电压设定值；

3)通过快门控制装置调整可调快门5的开度，进而调整射线4的强度，使电离室2发出的电压值与电压设定值相等，然后锁定可调快门5；

4)步骤1)至步骤3)结束后，纸张定量传感器在扫描架9的带动下行进到纸面进行连续在线测量工作，并在测量过程中对纸张定量进行计算。

纸张定量通过以下公式进行计算：BW＝BA₀+BA₁X+BA₂X²+BA₃X³；

其中，BW为纸张定量；BA₀～BA₃为计算系数；V_BW、V_Background和V_Air分别为在线扫描电压、背景电压和空态电压。

以上控制方法中步骤3)的控制原理如图4所示，电压设定值与电压检测值比较后偏差经PID快门开度控制器11运算，输出控制信号至伺服电机控制器10，由伺服电机控制器10驱动伺服电机7，在伺服电机7带动下，经过减速齿轮8改变可调快门5开度进而改变射线4强度，经电离室2改变输出电压信号1，直到电压检测值与电压设定值一致。

下面对本发明的实施过程作进一步详细说明：

传统纸张定量传感器在测量不同纸种时，空态电压V_Air不变，随纸张定量增加，定量传感器灵敏度降低，检测精度下降；射线能量衰减时，空态电压V_Air也会降低从而导致定量传感器灵敏度降低，检测精度下降。

在本发明中，测量不同纸种时，在扫描架9的带动下，先将定量传感器停至无纸时的库位置，在电压信号1处测量背景电压V_Background；放入标准纸样，调整空态电压V_Air测量标准纸样定量，选择测量定量与标准纸样偏差最小时空态电压V_Air作为电压设定值，此时电压设定值与电压检测值比较后偏差经PID快门开度控制器11运算，输出控制信号至伺服电机控制器10，在伺服电机7的带动下，经过减速齿轮8，改变可调快门5的开度，调整由快门机构5发射的β射线强度，达到电压设定值后，锁定可调快门5开度，然后在扫描架9的带动下行进到纸面进行连续在线测量工作。

射线能量衰减时，在扫描架9的带动下，先将定量传感器停至无纸时的库位置，在电压信号1处测量背景电压V_Background；将射线能量未衰减的空态电压V_Air作为设定值，此时电压设定值与电压检测值比较后偏差经PID快门开度控制器11运算，输出控制信号至伺服电机控制器10，在伺服电机7的带动下，经过减速齿轮8，改变可调快门5的开度，调整经可调快门5发射的β射线强度，当达到电压设定值时，锁定可调快门5开度，然后在扫描架9的带动下行进到纸面进行连续在线测量工作。

本发明的射线强度可调的的定量传感器结构中的可调快门5在伺服电机7带动下，经过减速齿轮8，可实现由全关到全开、全开到全关的动作，伺服电机7的旋转角度，由伺服电机控制10控制。PID快门开度控制器11，根据穿透纸张3后的电压信号1，输出改变快门开度信号，输出控制信号至伺服电机控制器10。可调快门5可连续无级可调，达到需求开度时，由伺服电机控制器10实现锁止。

放射源6放出的射线4穿过纸张3时，射线4衰减符合比尔定律原理，衰减后的β射线经电离室2和放大电路转化为电压信号：

BW＝BA₀+BA₁X+BA₂X²+BA₃X³；

其中，BW为纸张定量；BA₀～BA₃为计算系数；V_BW、V_Background和V_Air分别为在线扫描电压、背景电压和空态电压。

同时，当向上头箱12和/或下头箱13中安装部件时或者故障检修时，需要将上头箱12和下头箱13左右错位，对纸张定量传感器进行检修，安装完或者检修后需要将上头箱12和下头箱13对准，本发明的上头箱12和下头箱13上分别设置有光电传感器发射端14和光电传感器接收端15，当上下头箱对准时，光电传感器接收端15输出高电平，指示灯16亮，可以实现快速准确对准，解决了传统扫描架上下头箱目测对准有误差和标尺对准繁琐的问题。

Claims (6)

1.一种射线强度可调的纸张定量传感器，其特征在于，包括扫描架(9)和设置在扫描架(9)上且上下对齐的上头箱(12)和下头箱(13)，上头箱(12)和下头箱(13)通过设置在两者上的光电传感器对齐，上头箱(12)中设有电离室(2)，下头箱(13)中设有放射室(17)，放射室(17)的内部设有放射源(6)，上部设有可调快门(5)，放射源(6)发出的射线(4)能够穿过可调快门(5)到达电离室(2)，电离室(2)与可调快门(5)之间连有能够控制可调快门(5)开度并且能够锁定可调快门(5)的快门控制装置，快门控制装置包括依次连接的PID快门开度控制器(11)、能够锁定可调快门(5)的伺服电机控制器(10)、伺服电机(7)和减速齿轮(8)，PID快门开度控制器(11)与电离室(2)连接，减速齿轮(8)和可调快门(5)配合连接。

2.根据权利要求1所述的一种射线强度可调的纸张定量传感器，其特征在于，光电传感器包括设在上头箱(12)下部的光电传感器发射端(14)和设在下头箱(13)上部的光电传感器接收端(15)，且光电传感器发射端(14)和光电传感器接收端(15)上下对齐。

3.根据权利要求2所述的一种射线强度可调的纸张定量传感器，其特征在于，下头箱(13)上还设有指示灯(16)，且指示灯(16)与光电传感器接收端(15)连接。

4.权利要求1所述的射线强度可调的纸张定量传感器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在扫描架(9)的带动下，将纸张定量传感器停至无纸时的库位置，在无射线(4)的情况下测量电离室(2)发出的电压信号(1)作为背景电压V_Background；

2)当测量不同纸种时，根据所测纸种选择空态电压V_Air作为电压设定值；当放射源(6)能量衰减时，将能量未衰减时的空态电压V_Air作为电压设定值；

3)通过快门控制装置调整可调快门(5)的开度，进而调整射线(4)的强度，使电离室(2)发出的电压值与电压设定值相等，然后锁定可调快门(5)；

4)步骤1)至步骤3)结束后，纸张定量传感器在扫描架(9)的带动下行进到纸面进行连续在线测量工作，并在测量过程中对纸张定量进行计算。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，步骤2)中根据所测纸种选择空态电压V_Air是通过以下方式实现的：在纸张定量传感器中放入标准纸样，调整可调快门(5)的开度，通过电离室(2)发出的电压信号(1)测量电压值，选择标准纸样的定量计算值与标准纸样的标准定量值偏差最小时的电压值作为空态电压V_Air。

6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，纸张定量通过以下公式进行计算：BW＝BA₀+BA₁X+BA₂X²+BA₃X³；

其中，BW为纸张定量；BA₀～BA₃为计算系数；V_BW、V_Background和V_Air分别为在线扫描电压、背景电压和空态电压。