CN104508459A - 水份测量 - Google Patents

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Abstract

检测器接收通过被测对象传输的光辐射并响应于水的一个或多个预定光吸收带、纤维素的一个或多个预定光吸收带、以及与由着色物质引起的光谱干扰相关的两个或更多个单独的光带。测量单元在所述检测器的响应的基础上，在水的预定光吸收带中光辐射的衰减的基础上测量水依赖值，在纤维素的预定光吸收带中光辐射的衰减的基础上测量纤维素依赖值，通过测量除了水和纤维素的预定带以外的预定单独光带处的衰减，确定衰减相对于包括由着色物质导致的频谱干扰的波长的一般依赖性；并且在水份依赖值、纤维素依赖值、和用于补偿所述至少一种着色物质的光谱干扰的衰减的一般依赖性的基础上形成水份值。

Description

水份测量
技术领域
本发明涉及一种水份测量。
背景技术
纸的水份含量可以通过从光源到纸引导红外光进行测量。纸和红外光之间的相互作用减弱红外光的功率。例如，水在红外区域中公知的窄频带处衰减较强。水的衰减依赖于纸中的水的数量。当测量水的吸收带的衰减时，能够确定被测纸张的水份含量。
当纸在纸张表面上或内侧中包括例如油墨等着色剂时，测量面临严重的问题，且不能提供可靠的结果。因此，需要一种更好的测量。
发明内容
下面给出本发明的简要概述，以提供对本发明的一些方面的基本理解。其目的在于以简化形式呈现本发明的一些方面，作为稍后给出的更详细描述的前序。
本发明的一个方面涉及如权利要求1所述的装置。
本发明的一个方面涉及如权利要求8所述的系统。
本发明的一个方面涉及如权利要求9所述的系统。
本发明的一个方面涉及如权利要求10所述的方法。
本发明的一个方面涉及如权利要求18所述的装置。
本发明的一个方面涉及如权利要求20所述的系统。
本发明的一个方面涉及如权利要求21所述的系统。
虽然独立地描述各个方面、实施例和特征，但是应该理解的是，本发明的各个方面、实施例和特征的组合是可能的并且落入如权利要求所述的本发明的范围之内。
本解决方案提供的优点为，当测量包括至少一种着色物质和纤维素的对象时光水份测量可行并且较准确。还可以在测量的基础上增强对被测对象的过程控制。
附图说明
在下文中，参照附图，将通过示例性实施例的方式更详细地描述本发明，其中
图1示出了测量结构；
图2A示出了作为波长的函数的衰减；
图2B示出经校正的衰减曲线；
图2C展示具有不同量的不同着色物质的被测对象的衰减；
图3示出带有分散元件的测量系统；
图4示出包括具有干涉滤波器的多通道检测器的测量系统；
图5示出具有旋转干扰滤波器的测量系统；
图6示出利用光束分离器的、具有多个窄带光源和检测的测量系统；
图7A示出对印刷过程的控制；
图7B示出印刷过程；
图7C示出干燥过程；
图8示出一种造纸机；
图9示出测量方法的流程图；
图10示出干燥过程的控制方法的流程图；以及
图11示出控制方法的印刷过程的流程图。
具体实施方式
现将参照附图在下文中更充分地描述本发明的示例性实施例，其中示出本发明的一些实施例但非所有实施例。实际上，本发明可用许多不同的形式体现并且不应被解释为限于这里阐述的实施方式。虽然本说明书可能在多个位置指称“一”、“一个”或“一些”实施例，但这不一定意指每个这样的指称是相同的实施例，或者该特征仅适用于于单个实施例。不同实施例的单个特征也可以被组合以提供其他实施例。
图1表示测量结构的原理。包括纤维素材料和着色物质的被测对象100被置于输出光辐射的光源102与接收与片材100相互作用之后的光辐射的检测器104之间。检测器104和测量单元106可以是测量装置的一部分，测量装置还可包括光源102。
被测对象100例如可以是一张纸。被测对象100的纤维素材料可以是木纤维，其可以是被测对象100的原料。着色物质可以是一种或多种着色剂或色调(tone)。着色物质可以是用于在被测对象100上印刷可读字符(诸如字母数字符号)和/或图像的油墨。当进行测量时，可读字符和/或图像可以是在被测对象100上可见的和可识别的。可替代地，着色物质可以混合和/或分散在被测对象100的材料内，例如这可以发生在测量彩色纸或用回收纸制成的片材时。着色物质例如可以是凹版油墨或凸版印刷油墨。
光源102可以输出较宽和连续的辐射带。输出光带可以包括红外区域，该红外区域包括约750nm至500μm之间的波长。例如，在一个实施例中，光源102的光带包括近红外、短波红外和中波红外区域，包括约750nm至10μm之间的波长。光源102可以在所测量的光带中输出至少两个离散的光带来替代连续带。光源102例如可包括白炽灯、发光二极管(LED)、激光器、气体放电灯等。光源102还可以包括至少一个光部件，用于改变光束的形状和/或将光的光束引导到被测对象100。所述至少一个光部件可以是透镜、反射镜、光束分离器/组合器、滤光器、光纤维等。
检测器104接收通过包括纤维素材料的被测对象100传输的光辐射。响应于所测量的光带的检测到的功率，检测器104输出电信号，使得检测器104响应于水的一个或多个预定的光吸收带、纤维素的一个或多个预定的光吸收带和除了预定的光吸收带之外的两个或更多个单独的光带。预定的吸收带是指与吸收曲线中绝对最大值或局部最大值相关联的光带。光带与最大吸收相关联是指在已知的吸收带中检测到至少一个波长。该至少一个波长可以包括在检测到的带中具有最强吸收的波长，或该至少一个波长可包括已知的吸收带中的一个或多个其他波长。
当被测对象100不在光源102和检测器104之间时，作为波长的函数的输出功率或功率分布可以通过从输出光辐射中取样来由检测器104测量。测量可被执行为使得检测器104和光源102在被测对象的边缘上方(以虚线示出)移动。在横移测量中，这可以在每次横移之后进行或不时进行。不带有被测对象100的测量定义被引导到被测对象100的每个测量带Δλi中的基准光功率I0。以这种方式，可以测量整个光路。
在一个实施例中，类似于检测器104的检测器108可被用来取光源102的输出光辐射的一个样本，作为可替代的或附加的基准光功率I0。输出光辐射的样本例如可以指源102的输出光辐射的一些已知的百分比。例如，可由光束分离器将每个波长的约95％前进到被测对象100，将5％引导到检测器108。
附加地或可替代地，功率或功率分布可以是预先已知的，因为某些类型的光源(诸如激光)可以输出作为已知的光带中已知的光功率或已知光功率分布。因此，不给出光源102的输出光功率的采样的更多细节。
检测器104可以包括一个或多个检测元件。检测器104可基于半导体技术。检测器104可以包括至少一个光电二极管，诸如PIN二极管、雪崩二极管等。检测器104的检测元件可布置成阵列或者矩阵。具有多个检测元件的检测器104可以包括分立元件，或者它们可以采用IC技术(集成电路)被集成在一起。在红外区域中，检测器104的元件的基质例如可基于InGaAs(砷化铟镓)、扩展InGaAs、HgCdTe(汞镉碲化物)、PbS(硫化铅)、PbSe(硒化铅)技术。检测器104可同时检测不同的光带，使得不同的检测元件在同一时间检测不同的光带。可替代地或附加地，检测器104可以相对于至少一个其他光带在时间上连续地检测至少一个光带。
检测器104可附加地包括至少一个光部件，用于改变光的光束的形状和/或将光的光束引导到所述至少一个检测元件。所述至少一个光部件可以是透镜、反射镜、光束分离器/组合器、滤光器、光纤维等。
在检测器104的响应的基础上，测量单元106测量光辐射的所检测的带的多个参数。检测器104和测量单元106一起形成测量作为波长的函数的光功率的光功率计。测量单元106可以包括至少一个处理器、至少一个存储器和至少一个计算机程序，用于处理所测量的数据。在一个实施例中，检测器104和至少一个适当的计算机程序包括测量设备，由于所述至少一个计算机程序可以加载在与造纸机或印刷机相关联的其他现有系统中，用于处理从检测器104提供的数据。
下面借助图2A说明测量单元106的操作。测量单元106在水的一个或多个预定的光吸收带200、202中光辐射的衰减的基础上测量至少一个水依赖值Aw。该衰减是相对于对象100的透射率的线性倒数值。然而，它们都暗示相同的属性，并且可以被称为衰减。同样地，测量单元106在纤维素的一个或多个预定的光吸收带204、206处光辐射的衰减的基础上测量至少一个纤维素依赖值Ac。每个带200、202的水依赖值Aw可以与在光带200、202上积分后的光功率相关。相应地，其他测量值可以通过在所测量的带上积分形成。
所测量的带Δλi的衰减(其中i指带的下标(index)，并且Δλ指带i的波长范围)可以通过比较被引导到被测对象100的光功率I0，Δλi和由检测器104接收的光功率IΔλi来测量。所测量的带Δλi可以包括单色的光辐射或连续波长范围。每个光带i中的衰减Ai(其可被解释为吸光度)则可以被确定为：
Ai＝-log(IΔλi/I0，Δλi)
更准确地说，衰减Ai可从等式求解，其中exp为基于欧拉数(约2.71828)或10的指数函数，例如，j是被测对象100中物质的下标，N是物质的数量，asj是散射系数，aaj是吸收系数，x是被测对象100中光辐射的行进距离。项I0，Δλi经常可被忽略，使得它的值可例如假定为1。系数asj和aaj取决于物质j的浓度。由于距离x可以被忽略，所以测量到的衰减Ai是散射系数的总和及吸收系数的总和的函数， A i = - log ( I Δλi / I 0 , Δλi ) = ( Σ j = 1 N as j + Σ j = 1 N aa j ) , 其中对数函数例如基于欧拉数或10。在测量中，测量水和纤维素材料的衰减。然而，例如着色材料等其他物质导致一般性波长依赖性，其可能干扰衰减的测量并相对于用无着色材料的样本进行的测量而导致衰减曲线的位移和倾斜。
图2B示出着色材料的干扰导致衰减曲线220。第一曲线252表示无着色物质的被测对象的衰减。第二条曲线250表示具有一种着色物质混合物的被测对象的衰减。第三曲线254表示具有第二种着色物质混合物的被测对象的衰减。可以看出，曲线250、252、254彼此偏移，并且它们在其间具有倾斜角，该倾斜角也具有波长依赖性。
衰减则可以表达为Ai＝(aso+asw+asc+aao+aaw+aac)，其中aso是其他物质的散射系数，asw是水的散射系数，asc是纤维素的散射系数，aao是其他物质的吸收系数，aaw是水的吸收系数，并且aac是纤维素的吸收系数。由于系数aso+asw+asc+aao+aaw+aac是波长依赖的，所以光功率的导数或差商作为波长的函数取决于散射系数aso和吸收系数aao，而不论其余系数asw、asc、aaw和aac是常数还是变量。散射系数aso和吸收系数aao的值例如取决于包括纸中其他物质的着色物质。这就是为什么在表面上或片材内包括诸如油墨等着色物质的纸的测量面临现有技术中的问题的原因。然而，可以确定由着色物质所造成的衰减相对于波长的一般依赖性。
在水和纤维素的吸收带200、204、202、206的测量光带的环境中，测量单元106确定衰减相对于波长的一般依赖性。可以通过在除水和纤维素相关联的预定带200、202、204、206之外两个或更多个单独预定光带208、210、212、214处测量衰减来确定一般依赖性。衰减的一般依赖性是指衰减曲线220的无水和纤维素的吸收峰值的基本表现。因此，它包括在光谱中由着色物质导致的干扰。例如，如果测量单元106测量带202中的水依赖值和带206中的纤维素依赖值，则测量单元106可以考虑两个单独的光带212和214中(多个)着色物质来测量衰减。光带202可包括约1927nm(5189.5cm-1)的波长，光带206可包括约2108nm(4743.1cm-1)的波长，光带212可包括约1800nm的波长(5555cm-1)，并且光带214可包括约2250nm(4444cm-1)的波长。
测量单元106可以确定衰减相对于波长的一般依赖性，作为期望类型的函数，其参数基于除水和纤维素相关的预定带200、204、202、206之外的的测量波长208、210、212、214处的衰减值。在一个实施例中，函数的类型可以是线性函数Ac＝bλ+c，其中Ac是与着色物质相关联的衰减，λ是波长，b为第一参数并且c是第二参数。参数b和c可以通过要求线性函数(＝直线)216穿过在水和纤维素的吸收带以外的光带212和214中的测量点来确定。
在一实施例中，衰减的一般依赖性的基线可以包括：包括至少两个线性函数的分段线性函数。在这种情况下，衰减的一般依赖性的曲线可以是连续的，但斜率可以在不同的部分发生变化。每段的范围可以从一个预定的波长到与除水和纤维素的衰减峰以外单独的光带相关的另一预定波长。
在一实施例中，函数的类型还可以是非线性初等函数或非初等函数f(λ)。非线性初等函数的一例子为多项式函数，其次数(degree)不同于1和0。以类似的方式，可要求任何函数f(λ)穿过测量点212、214。相应的处理可应用于水及纤维素的衰减峰以外的光带208和210被用于定义期望的函数的参数所在的光带208、200、204和210。光带208可包括约1300nm(7700cm-1)的波长，光带210可包括约1650nm(6040cm-1)的波长，光带200可包括约1450nm(6900cm-1)的波长，并且光带204可包括约1600nm(6250cm-1)的波长。在一实施例中，用于确定该函数的至少一个预定的单独的光带218还可以驻留在水和纤维素的任何吸收带202、206之间。所测量的带的带宽例如可从约1nm至100nm间变化。
在一实施例中，一般依赖性的确定例如可以基于用带208、210、212、214和218中任何至少两个的测量值。
测量单元106可以在至少两个光带的基础上测量衰减的一般依赖性。一个带214可以为使得它的每个波长比与水和纤维素相关联的预定光带202、206的任何波长更长。另一个带218可以为使得它的每个波长在水的预定光吸收带202与纤维素的预定光吸收带214之间。第三个可能的光带212为使得它的每个波长比与水和纤维素相关联的预定光吸收带202、206的任何波长更短。可以以类似的方式在光带208、200、204和210中进行测量。
测量单元106可通过从水和纤维素依赖值Aw、Ac中去除衰减的一般依赖性来形成经校正的水和纤维素依赖值Awc、Acc。经校正的水依赖值Awc可以在测量带λ1到λ2上积分，其中与水有关的光带200从λ1到λ2，fs(x)是光带200中的光衰减分布，fd(x)是由测量点212和214确定的期望函数，使得其给出光带200和204中每个波长中的衰减的估计值。经校正的纤维素依赖值Acc可以表示为数学形式 其中与纤维素相关的光带206从λ1到λ2，fs(x)是光带206中的光衰减分布，fd(x)是由测量点212和214确定的期望函数。积分可以在检测器元件中自动地发生或者可以在测量单元中计算。相应的过程可应用于光带208、200、204和210的测量。以类似的方式，可以在带208、200、204和210中进行测量。一般而言，一般依赖性可以用于推断或内插与水和纤维素相关的光带中的衰减的值。在一实施例中，测量单元106可以将每个经校正的水值Awc形成为在已知类型的函数的基础上为水的预定光吸收带202形成的值Awf与对应的水依赖值Aw之间的差。值Alf可以通过将光带200、202、204、206设定为已知类型的函数的自变量(argument)，f(Δλk)＝Alfk，其中k是预定光带的下标。在一实施例中，测量单元106可以将每个经校正的纤维素值Acc形成为在所述已知类型函数的基础上为纤维素的预定光吸收带206形成的值Acf与对应的纤维素依赖值Ac之间的差。在数学形式中，经校正的水值Awc可以表示为Awc＝Aw-Awf。在数学形式中，经校正的纤维素值Acc可以表示为Acc＝Ac-Acf。可以以类似的方式在带208、200、204和210中进行测量。例如，用于光带200的Awf可被计算为Awf(200)＝(a1+r(a2-a1))，其中Awf(200)指光带200中的Awf，k是系数，a1为带208中的衰减值，并且a2是带210中的衰减。系数r可以是光带208和200之间的距离I与光带208和210之间距离L的比值I/L。在其他情况下，可以以类似的方式计算Awf和Acf。
测量单元106可在至少一个经校正的水份依赖值Awc和至少一个经校正的纤维素依赖值Acc的基础上形成水份值Mv。水份值可以通过将经校正的水份依赖值Awc和对应的校正纤维素依赖值Acc相除来形成。除值可以进一步与预定系数k相乘，以便得到水份值，Mv＝k*Awc/Acc。系数k可以通过测试性测量具有已知量的至少一种着色物质、纤维素和水的预定样本来确定，即水份值也是事先已知的。如果它们经过相同的衰减一般依赖性校正，即使用相同的基线校正，则经校正的纤维素和水份依赖值彼此对应。为了降低噪声，基于相同的光带的测量的多个水份测量值可以被平均。相应地，如果可以在用多种光带测量的基础上形成多个水份值，则可以形成测量值的平均水份值。
在一实施例中，水份值可以通过将系数赋予不同的光带中的测量值来形成。因此，水份值可在至少一个水份依赖值、至少一个纤维素依赖值、及衰减的一般依赖性的基础上形成。衰减的一般依赖性补偿至少一种着色物质的光谱干扰。算法的一个例子可以如下：
X＝(a0+a1A1+a2A2+a3A3+a4A4)/(b0+b1A1+b2A2+b3A3+b4A4)
其中，A1指一般依赖性的测量值，A2指与水的吸收峰相关的光带中的测量值，A3指与纤维素的吸收峰相关的光带中的测量值，并且A4指一般依赖性的测量值。A1可以在约1805nm处测量，A2可以在约1945nm处测量，A3可以在约2110nm处测量，并且A4可以在约2250nm处测量。分子可以被解释为代表经校正的水依赖值，分母可以被解释为代表经校正的纤维素依赖值。系数a0、a1、a2、a3、a4和b0、b1、b2、b3、b4例如可以在测试性测量预定样本的基础上确定。一般而言，变量X可以在分子和分母中具有至少两项：X＝(a0+…+aNAN)/(b0+…+bNAN)，其中N是项数，并且N至少为1。变量X可以直接是水份值。
然而，在一实施例中，变量X和预定水份含量的参考样本的测量到的值可使用多项式拟合匹配在一起。系数d0…dM的数量取决于拟合多项式的次数M，M至少为1。进而，在预定样本的测试性测量的基础上可以确定系数d0…dM。多项式的次数例如可以是2。则水份值MOI可以计算为：MOI＝d0+d1X+d2X2。
图2C给出在用衰减的一般依赖性校正后，具有不同量的不同着色物质的被测对象100的作为波长的函数的衰减。然而，这些测量值中的水份水平已大致相同。校正可对应于坐标旋转连接除水和纤维素的吸收带外单独的光带的点的线216斜率的角度。旋转角度可以由线性函数Ac＝bλ+c的系数b来限定。可替代地或附加地，校正可以对应于竖直方向上曲线220的平行位移。平行位移可以通过线性函数Ac＝bλ+c的系数c来限定。可以注意到，水和纤维素的吸收峰的表现类似，并且实际上校正值Awc和Acc之间的比率实际上保持恒定。
图3提供了检测器104可包括将光辐射分散至从Δλ1到ΔλM的不同光带的频谱中的分散部件300和多个检测器元件302的实施例。分散部件300可以包括棱镜(prism)或光栅(optical grating)。检测器104可以包括分光计(spectrometer)。检测器元件302可以形成阵列或矩阵。例如，检测器元件302可形成为用于红外光的InGaAs(砷化铟镓)、扩展InGaAs、HgCdTe(汞镉碲化物)、PbS(硫化铅)、PbSe(硒化铅)传感器。每个检测器元件302接收经分散的光辐射的光带之一，并且通过输出对应于该光带的光功率的电信号来对其响应。电信号可以馈送到测量单元106。来自合适的检测器元件302的电信号可单独作为与测量带中的衰减上的数据相关的信号。可替代地，来自多个检测器元件302的信号可包括一个测量光带的信息。
图4表示检测器104可以包括多通道检测器400和用于多通道检测器400的每个通道410、412、414、416的光干涉滤波器402、404、406、408的实施例。通道的数量至少是4。至少一个光干涉滤波器402可具有与水的最大吸收相关联的一个或多个预定光通带。至少一个光干涉滤波器404可具有一个或多个与纤维素的最大吸收相关联的一个或多个预定光通带。至少一个光干涉滤波器406可具有除水和纤维素的预定光吸收带以外单独的一个或多个预定光通带。至少一个另外的光干涉滤波器408还可以具有除水和纤维素的预定光吸收带以外单独的一个或多个预定光通带。干涉滤波器408中的至少一个光通带与干涉滤波器406中的至少一个光通带不同。通道410至416可以将它们的响应馈送到测量单元106，测量单元106如上述处理所检测到的光带。
干涉滤波器的通带的典型带宽Δλ例如在1nm到100nm之间。可以自由地选择带宽。通带的中间波长可以自由调节，使得合适的测量光带可被传递到检测器104。
图5示出利用旋转干涉滤波器盘500的实施例。光源是能够输出光辐射的所有测量带的宽频带光源。检测器104能够输出相对于它接收的光功率的电信号。盘500可具有至少四个干涉滤波器402、404、406、408，每个干涉滤波器能够通过一个测量光带。当盘500旋转时，干涉滤波器402、404、406、408将测量光带一个接一个朝被测对象100传递。检测器104相应地一个接一个检测测量光带。与检测到的光带相关的电信号可以被馈送到测量单元106，测量单元106如上述处理所检测到的光带。
图6示出利用具有窄的光输出频带的一组光源元件600的实施例。光源元件600可以是具有在测量中使用的波长的激光器或LED。光源106可具有用于外围一个光源元件的反射器602(诸如反射镜)和用于其余光源元件600的光束分离器604、606、608。光束分离器604至608用作光束组合器，使得来自不同光源元件600的所有光带被引导到被测对象100的相同部分。
检测器106可以具有一组检测器元件618和用于外围一个光检测器元件的反射器616(诸如反射镜)，以及用于其余光检测器元件618的光束分离器610、612、614。光束分离器610至614将测量光束分裂分成不同的测量光带，并将每个光带引导到一个检测器元件618。
还可以使用宽带光源取代多个窄带光源。如果使用宽带光源，则可以不需要反射镜602和光束分离器604至608。检测器104仍可以与图6所示保持相同。
如果多个窄带光源600如图6中使用那样，则检测器104可以类似于如图3所示，即检测器104包括分光计。
在一实施例中，至少一个光源可以扫过至少一个测量波长带。
图7A示出使用水份的测量来控制至少一个过程的实施例。在一实施例中，包括光源102和检测器104的测量系统706将测量到的信号馈送到测量单元106，测量单元106将测量到的水份值馈送到控制器700，控制器700可控制印刷过程702和/或干燥过程704。测量单元106可以是控制器700的一部分或单独的实体。
在图7B所示的印刷过程704中，诸如油墨等着色物质被转移到作为被测对象100的纸的表面上，印刷过程704的目的可以是再现文本和/或图像。在典型的印刷过程中，油墨从油墨容器726供给到墨辊722。印刷筒720进而可以从墨辊722接收油墨并将油墨传送到送进纸的印刷机。在印刷机中，例如通过由印刷圆筒720接触印刷筒720挤压纸，油墨从印刷筒722传送到纸的表面。在印刷过程中，来自水容器728的水可添加到油墨中。在油墨已转移到纸的表面上之后，可通过干燥过程进行干燥。控制器700可基于水份值控制从油墨容器726输入到印刷过程的油墨。以类似的方式，控制器700可基于水份值控制从水容器728输入到印刷过程的水。
图7C示出干燥过程。例如，热固卷筒胶印中，油墨和纸可以被干燥，使得干燥机730吹动热空气到纸张上。该干燥过程可被称为强制空气加热。通过增加加热器732的热空气的温度可以增加干燥功率。通过降低加热器732的热空气的温度可以降低干燥功率。附加地或可替代地，通过鼓风机734可以增加或减少热空气流[m3/s]以改变干燥功率。如果使用过高的干燥功率，则纸张变得粗糙和/或有皱纹，且它的表面看起来并不好。附加地，过于干燥的纸有静电使它们彼此贴附，难以处理。另一方面，如果使用过低的干燥功率，则油墨不会变得足够干燥并且油墨的散布不必要地破坏印刷质量。在更严重的情况下，干燥不够的油墨把到处都弄脏。因此，无论使用何干燥过程，优化干燥功率都是很有用的。在任何干燥过程中，所需要的干燥功率取决于油墨和纸张的水份含量。
图8示出造纸机的原理结构。纸浆流或多个纸浆流可通过导线槽(wirepit)800送入造纸机，造纸机前面通常是用于纸浆流的混合桶830和机器桶832。纸浆可含有着色物质，着色物质可以是有意添加到纸浆的来自有色纸或再生纸的一些着色物质。通过重量控制或等级改变程序，将机浆配料用于短循环。混合桶830和机器桶832也可以由单独的混合反应器(图8中未示出)取代，并且，机纸浆的配料通过借助于阀门或一些其他流量调节装置828单独送入每个纸浆流来控制。在导线槽800中，机浆与水混合，以提供短循环(从成形器810到导线槽800的虚线)，具有期望的稠度。通过清洁设备802可以从如此产生的纸浆中除去砂(旋流)、空气(脱气槽)或其他粗糙的材料(压力筛)，并且纸浆借助于泵804泵入集管箱(head box)806。在集管箱806之前，如果需要的话，填料TA(诸如高岭土、碳酸钙、滑石、白垩、氧化钛、二氧化硅等)和/或保持剂(retention agent)RA(诸如无机、天然有机或合成水可溶性有机聚合物)可以被添加到纸浆。填料可以用来改进成形、表面性能、不透明度、亮度和可印刷性并降低制造成本。至于保持剂RA，则提高细小纤维和填料的保持性，同时以本身已知的方式加快脱水。因此，填料和保持剂两者均影响纸幅和纸的表面形貌。用TA和/或RA，至少一种着色物质可以添加到纸浆。
从集管箱806，纸浆通过集管箱806的切片808送入成形器810，成形器810可以是长网(fourdrinier)或间隙成形器。在成形器810中，纸幅10被脱水，并且被去除灰尘、颗粒，进入短循环。在成形器810中，纸浆被作为纸幅10送上线，并且纸幅10被初步干燥并在印刷机812中挤压。纸幅10主要在干燥部814干燥。通常有至少一个测量部816至824，通过其例如可以测量纸幅10的表面形貌。
造纸机，在本申请中是指纸张和纸板制造机器并且还指纸浆制造机器，还可以例如包括前压延机(precalender)838、涂布部/部分840和/或后压延机842。然而，不一定有任何涂布部840，并且在这种情况下，也不一定有多于一个压延机838、842。在涂覆部840中，涂覆颜料(其例如可含有高岭土、白垩或碳酸盐、淀粉和/或胶乳)也可以被施加到纸表面上。涂覆颜料的使用通常降低纸张的粗糙度并改善光泽。
在压延机838、842中，其中，用期望的力按压辊之间的未涂覆或涂覆的纸幅，可以改变纸张的表面形貌，诸如粗糙度。压延机838、842还可以影响纸张的厚度和/或光泽度。在压延机838、842中，可以通过湿润纸幅或借助于温度和辊之间的压区负载/压力来改变纸幅的性能，使得施加到纸幅的压力越大，纸将变得越光滑和越有光泽。湿润和增加温度进一步降低粗糙度和提高光泽度。此外，很明显，造纸机的操作本身是本领域技术人员所知的，因此在本文中不加以更详细的描述。
图8还示出用于造纸机的控制系统。影响质量和等级改变的因素包括纸浆流的量和比率、填料的量、保持剂的量、机器速度、回水量和干燥容量。控制器826可借助于调节阀828控制纸浆流的配料，通过阀836控制填料TA的配料、通过阀834控制保持剂RA的配料，它还控制切片808的大小、机器速度、回水量和框814中的干燥过程。控制器826利用测量设备816到820，测量设备816到820包括检测器804，还通常包括光辐射源802，用于监控水份。控制器826还可以在别处测量纸幅10的特性例如，在实施控制的相同点)。
控制器826可以被认为是基于造纸机的自动数据处理的控制装置，或者作为控制装置的一部分。控制器826可接收数字信号或将接收到的模拟信号转换为数字信号。控制器826可以包括微处理器和存储器，并根据适当的计算机程序处理信号。控制器826例如可基于PID(比例-积分-微分)、MPC(模型预测控制)或GPC(广义预测控制)。
图9示出测量的流程图。在步骤900中，允许光辐射通过包含纤维素材料和着色物质的被测对象传播。在步骤902中，在水的一个或多个预定光吸收带中通过被测对象传输的光辐射的衰减的基础上测量至少一个水依赖值。在步骤904中，在纤维素的一个或多个预定光吸收带中通过被测对象传输的光辐射的衰减的基础上测量至少一个纤维素依赖值。在步骤906中，通过测量已知包括由至少一种着色物质引起的光谱干扰的两个或更多个预定的单独的光带处的衰减，来确定通过被测对象传输的光辐射的衰减相对于波长的一般依赖性，所述单独的光带在与水和纤维素相关联的预定光带之外。在步骤908中，在至少一个水份依赖值、至少一个纤维素依赖值、和用于补偿所述至少一种着色物质的光谱干扰的衰减的一般依赖性的基础上形成水份值。
图10示出干燥过程的控制的流程图。步骤1000包括图9中的各步骤。在步骤1002中，在水份值的基础上控制干燥过程中的干燥功率。
图11示出印刷过程的控制的流程图。步骤1100包括图9中的各步骤。在步骤1102中，在水份值的基础上控制在印刷过程中输入的水。
能够实施图9至图11中至少一个所示的步骤的测量单元106和控制器700、826可被实现为电子数字计算机，或者可以包括工作存储器(RAM)、中央处理单元(CPU)和系统时钟的电路。CPU可包括一组寄存器、算术逻辑单元和控制器。控制器或电路被从RAM转移到CPU的程序指令序列来控制。控制器可包含用于基本操作的多个微指令。微指令的实现可取决于CPU设计而变化。所述程序指令可通过编程语言编码，编程语言可以是诸如C、Java等高级编程语言，或诸如机器语言或汇编等低级编程语言。电子数字计算机还可具有操作系统，其可以为写有程序指令的计算机程序提供系统服务。
测量单元106和控制器700、826可包括指所有以下组成的电路：(a)纯硬件电路实现，诸如仅模拟和/或数字电路中的实现，及(b)电路和软件(和/或固件)的组合，诸如(如适用)：(i)(多个)处理器的组合或(ii)(多个)处理器/软件的部分，包括协同工作以使装置能够执行各种功能的(多个)数字信号处理器、软件和(多个)存储器，以及(c)电路，诸如(多个)微处理器或(多个)微处理器的部分，其需要软件或固件操作，即使软件或固件实际不存在。
作为进一步的示例，术语“电路”还包括仅处理器(或多个处理器)的实现或处理器的一部分，及其附带的软件和/或固件。
一个实施例提供在分布介质上实施的计算机程序，包括计算机指令，当加载到电子装置中时，被配置为控制该装置以执行上述实施例。
计算机程序可以是源代码形式、对象代码形式或者某些中间形式，并且可以被存储在某种载体中，载体可以是能够承载程序的任何实体或设备。这样的载体例如包括记录介质、计算机存储器、只读存储器以及软件分发包。根据所需的处理能力，计算机程序可以在单个电子数字计算机中执行或可被分布在多个计算机上。
该装置还可以被实现为一个或多个集成电路，诸如应用专用集成电路ASIC(应用专用集成电路)。其他硬件实施例也是可行的，诸如由分开的逻辑元件构成的电路。这些不同实现方式的混合也是可行的。当选择实现方法时，本领域技术人员将考虑例如装置的尺寸和功率消耗的设定要求、必要的处理能力、生产成本和生产量。
本领域技术人员将显而易见的是，随着技术的进步，本发明概念可以以各种方式来实现。本发明及其实施例不限于上述的例子，而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims (21)

1.一种用于测量包括纤维素材料和至少一种着色物质的对象的装置，其中所述装置包括：
检测器和测量单元；
所述检测器被配置为接收通过被测对象传输的光辐射，并响应水的一个或多个预定光吸收带、纤维素的一个或多个预定光吸收带，以及已知包括由至少一种着色物质引起的光谱干扰的两个或更多个单独的光带，所述单独的光带在与水和纤维素相关联的所述预定光带之外；
所述测量单元被配置为在所述检测器的响应的基础上，
在水的一个或多个预定光吸收带中光辐射的衰减的基础上测量至少一个水依赖值，
在纤维素的一个或多个预定光吸收带中光辐射的衰减的基础上测量至少一个纤维素依赖值，
通过测量除了与水和纤维素相关联的预定带以外的测量波长处的衰减，确定衰减相对于包括由所述至少一种着色物质导致的频谱干扰的波长的一般依赖性；并且将每个经校正的水值形成为在已知类型的函数基础上为水的预定光吸收带所形成的值与对应水依赖值之间的差值，并将每个经校正的纤维素值形成为在已知类型的函数基础上为纤维素的预定光吸收带所形成的值与对应纤维素依赖值之间的差值，并且
在至少一个水份依赖值、至少一个纤维素依赖值、和用于补偿所述至少一种着色物质的光谱干扰的衰减的一般依赖性的基础上形成水份值。
2.根据权利要求1所述的装置，所述装置包括：光源，被配置为穿过所述被测对象传输光辐射。
3.根据权利要求1所述的装置，所述测量单元被配置为通过从水和纤维素依赖值中除去衰减的一般依赖性来形成经校正的水和纤维素依赖值，用于至少补偿至少一种着色物质在频谱上的扰动，并且
在至少一个经校正的水份依赖值和至少一个经校正的纤维素依赖值的基础上形成水份值。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述测量单元被配置为在至少两个下述光带的基础上测量所述衰减的一般依赖性：每个波长比水和纤维素的预定光吸收带的任何波长更长的带，以及
每个波长比水和纤维素的预定光吸收带的任何波长更短的带。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述测量单元被配置为在每个波长位于水和纤维素的预定光吸收带之间的至少一个带的基础上附加地测量所述衰减的一般依赖性。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述检测器包括：分散部件，被配置为将光辐射分散到包括测量光带的光带中；以及检测器元件，被配置为接收所述光带并对其响应。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述检测器包括：多通道检测器和用于每个通道的光干涉滤波器；至少一个光干涉滤波器具有与最大水吸收相关联的一个或多个预定光通带，与最大纤维素吸收相关联的一个或多个预定光通带以及在所述预定光带以外的两个或多个单独的光通带，并且所述通道被配置为将它们的响应馈送到所述测量单元。
8.一种系统，包括根据权利要求1所述的装置，其中所述系统包括至少一个干燥机以及控制器，所述干燥机被配置为干燥所述被测对象，并且所述控制器被配置为在所述水份值的基础上控制所述至少一个干燥机的干燥功率。
9.一种系统，包括根据权利要求1所述的装置，其中所述系统包括印刷过程以及控制器，所述控制器被配置为在所述水份值的基础上控制印刷过程中输入的水。
10.一种用于测量包括纤维素材料和至少一种着色物质的对象的方法，所述方法包括：
允许光辐射穿过被测对象传输；
在水的一个或多个预定光吸收带中穿过所述被测对象传输的光辐射的衰减的基础上测量至少一个水依赖值，
在纤维素的一个或多个预定光吸收带中穿过所述被测对象传输的光辐射的衰减的基础上测量至少一个纤维素依赖值，
通过测量已知包括由至少一种着色物质引起的光谱干扰的两个或更多个预定的单独光带中的衰减，作为已知类型的函数，来确定穿过所述被测对象传输的光辐射的衰减相对于波长的一般依赖性，所述函数的参数基于除了与水和纤维素相关联的预定带以外的测量波长处的衰减值；并且将每个经校正的水值形成为在所述已知类型的函数基础上为水的预定光吸收带形成的值与对应水依赖值之间的差值，并将每个经校正的纤维素值形成为在所述已知类型的函数基础上为纤维素的预定光吸收带形成的值与对应纤维素依赖值之间的差值，并且
在至少一个水份依赖值、至少一个纤维素依赖值、和用于补偿所述至少一种着色物质的光谱干扰的衰减的一般依赖性的基础上形成水份值。
11.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括通过从水和纤维素依赖值中除去所确定的衰减的一般依赖性来形成经校正的水和纤维素依赖值，用于至少补偿至少一种着色物质在频谱上的扰动，并且
在至少一个经校正的水份依赖值和至少一个经校正的纤维素依赖值的基础上形成水份值。
12.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括：在至少两个下述光带的基础上测量所述衰减的一般依赖性：每个波长比水和纤维素的预定光吸收带的任何波长更长的带，以及
每个波长比水和纤维素的预定光吸收带的任何波长更短的带。
13.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括，在每个波长位于水和纤维素的预定光吸收带之间的至少一个带的基础上附加地测量所述衰减的一般依赖性。
14.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括：在检测器中，将光辐射分散到频谱中，并由每个检测器元件接收和响应所述频谱的光带。
15.根据权利要求10所述的方法，其中所述检测器包括：多通道检测器和用于每个通道的光干涉滤波器；至少一个光干涉滤波器具有与最大水吸收相关联的一个或多个预定光通带，与最大纤维素吸收相关联的一个或多个预定光通带，以及在来自预定光带的已知范围内的两个或更多个单独的光通带；通过所述通道将它们的响应馈送到测量单元。
16.一种方法，所述方法包括根据权利要求10的步骤，并且还包括在所述水份值的基础上控制干燥过程中的干燥功率。
17.一种方法，所述方法包括根据权利要求10的步骤，并且还包括在所述水份值的基础上控制印刷过程中输入的水。
18.一种用于测量包括纤维素材料和至少一种着色物质的对象的装置，该装置包括：
至少一个处理器；和
至少一个存储器，包括计算机程序代码，其中，所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置为与所述至少一个处理器一起使得所述装置至少执行：
允许光辐射穿过包括纤维素材料和至少一种着色物质的被测对象传播；
在水的一个或多个预定光吸收带中穿过所述被测对象传输的光辐射的衰减的基础上测量至少一个水依赖值，
在纤维素的一个或多个预定光吸收带中穿过所述被测对象传输的光辐射的衰减的基础上测量至少一个纤维素依赖值，
通过测量已知包括由至少一种着色物质引起的光谱干扰的两个或更多个预定的单独光带中的衰减，作为已知类型的函数，来确定穿过所述被测对象传输的光辐射的衰减相对于波长的一般依赖性，所述函数的参数基于除了与水和纤维素相关联的预定带以外的测量波长处的衰减；并且将每个经校正的水值形成为在已知类型的函数基础上为水的预定光吸收带形成的值与对应水依赖值之间的差值，并将每个经校正的纤维素值形成为在已知类型的函数基础上为纤维素的预定光吸收带形成的值与对应纤维素依赖值之间的差值，并且
在至少一个水份依赖值、至少一个纤维素依赖值、和用于补偿所述至少一种着色物质的光谱干扰的衰减的一般依赖性的基础上形成水份值。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述计算机程序代码，使得所述装置通过从水和纤维素依赖值中除去所确定的衰减的一般依赖性来形成经校正的水和纤维素依赖值，用于至少补偿至少一种着色物质在频谱上的扰动，并且
在至少一个经校正的水份依赖值和至少一个经校正的纤维素依赖值的基础上形成水份值。
20.一种系统，所述系统包括根据权利要求18所述的装置，并且还包括干燥过程，以及控制器，被配置为在所述水份值的基础上控制所述干燥过程。
21.一种系统，所述系统包括根据权利要求18所述的装置，并且还包括印刷过程，以及控制器，被配置为在所述水份值的基础上控制在所述印刷过程中输入的水。
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