CN1065336C - 一种纸厚动态测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种纸厚动态测量技术，采用光纤传感的原理，经光电转换后进行模拟比较送入单片机中处理，本发明特点是采用与形成被测纸张金属网格目数一致的光纤面板作为光源光线发出部件，使光线接收处能感应到纸厚的变化，其测量精度可达±1微米，适用于薄纸制造中纸厚变化的测量，并能反馈控制纸浆喷射量，提高生产中相对厚度的精度要求。具有结构简单、成本低、精度高、安装使用方便的优点，还可根据需要设置其他控制功能。
Description
本发明属于造纸业中对薄型纸张厚度的动态测量装置，涉及光电传感技术和微机信号处理技术。
对于纸张的动态测量，在本发明之前，中型以上造纸厂中常用三种测量技术，一为β射线测量技术，此法由于β射线穿透力强，对薄纸的测量灵敏度低，且成本高、安全性差，现多用于厚纸的测量中；二为激光扫描技术，其虽能完成对薄纸厚度的测量，但其测试系统结构复杂，对系统内导轨精度要求很高，相应其成本很高；第三种是采用红外透过率法，由于受纸张干湿度的影响，其测量结果的误差较大，无法使用。
本发明的目的在于，提出一种光纤传感纸厚动态测量装置，克服上述技术中的缺陷，提高测量精度、降低制作成本。
本发明是以下述内容为理论基础。在薄纸的制造过程中是把纸浆喷射到有一定目数的金属网上，因而在金属网的交叉点必然积累相对多的纸浆纤维，纸烘干后对着白光照射，可以观察到纸面也是网格状，故其透光能力就有差异，交叉点的透光能力差，网格内的透光能力较高。在薄纸的制造过程中，若在移动着的纸下设置一块与金属网目数相同的带有光源的玻璃网格板，在纸上面的相应处设有接收器，则在纸张移动时，静态的玻璃网格板与动态的纸张网格孔相互对准时光线透过率最高，两网格相互错位时透光率降低。因此对光线而言，玻璃网格板起到斩波器的作用，纸在制造过程中被斩波器调制而得到一个交流信号，从而测出纸张的厚度。
实现本发明的技术方案如下，在被测纸张下面设置有与形成该纸张金属网格目数一致的光纤面板，在光纤面板的下方装置连有光源的导光纤维束，在被测纸张上方与光纤面板相对应处设置连有光纤光缆的自聚焦透镜，在光纤光缆上设置有Y型光分路器，将光分为两路；一路经过滤光片成为λ1，λ1经光电转换器后再经放大器，将电信号I1分别输至加法器和减法器，减法器的输出端通入除法器，另一路经过滤光片后成为λ2，λ2经光电转换器后再经放大器，将电信号I2分别输至减法器和加法器，加法器的输出端经补偿电路通入除法器；进入除法器的两路电信号经处理后再经A／D数模转换送入单片机CPU中处理，同时显示纸厚，并可反馈控制纸浆的喷射量。
本发明的特征还在于，在被测纸张的宽度方向上设置有导轨，将光纤面板和自聚焦透镜分别装置，二者同时移动可测出整幅纸宽的多点厚度和平均厚度；或是在纸宽方向上设置多个光纤面板和自聚焦透镜，能够分别循环输出测量与控制信号。在本发明中所述的光纤面板还可以采用玻璃网格板。
从上述方案中可以看出，本发明具有结构简单、制作成本低、测量精度高、安装使用都很方便的优点，其测量精度可以达到±1微米。当纸张的潮湿程度改变时，将引起光强透过率的改变，由于采用除法器使纸厚与吸收系数无关，又由于采用二路比较，使光源波动和机械设备的振动不影响测量结果。由于本发明采用计算机控制和光纤传感，不仅可显示所测量的纸厚，还可控制纸浆喷射量，因光纤传感的响应快速，相对纸张的控制精度大大提高；另外还可根据生产需要设置有报警、停车等功能。
附图1为本发明所设计纸厚动态测量装置的结构原理图。图中1为移动的纸张，2为滚轮，3为光源，4为导光纤维束，5为光纤面板，6为自聚焦透镜，7为光纤光缆，8为Y型光分路器，9为滤光片，10为光电转换器，11为放大器，12为加法减法器，13为补偿电路，14为除法器，15为CPU单片机。
以下结合附图详细说明本发明的技术实施方案。
参见附图，在滚轮的作用下，纸张连续地移动。将与纸张金属网格目数一致的光纤面板设置在被测的移动纸张下方，在光纤面板下方设置有导光纤维束并连通光源，光源可选择红外光源或可见光光源，光源光线经过导光纤维束滤去了抖动光，经过光纤面板成为与金属网目数一致的光线射向被测纸张；光线通过纸张后被设置在纸张上方相应处的自聚焦透镜接收，通过光纤光缆进入Y型分路器光分两路，分别经过滤光片成为λ1和λ2，其中λ1小于1μm，λ2大于1μm；λ1和λ2分别经过光电转换器将电信号通入前置放大器I1+I2，放大后的电信号I1由两路分别输至减法器(I1-I2)和加法器(I1+I2)，放大后的电信号I2由两路分别输至加法器(I1+I2)和减法器(I1-I2)，在减法器中两路电信号经过处理将I1-I2电信号输至除法器，在加法器中两路电信号经过处理将I1+I2电信号经补偿电路通入除法器，对I1+I2电信号进行补偿是为了调整从除法器得到的模拟曲线和零点，使模拟输出量附合调试要求；进入除法器中的两路电信号经过(I1-I2)／(I1+I2)处理后将模拟量输出，经过数模转换后进入单片机按编制的程序进行处理，显示纸张厚度。并可将信号反馈用于控制生产中的环节。
本发明技术方案中所述的光纤面板，玻璃网格板、导光纤维束、自聚焦透镜、光纤光缆及Y型光分路器和滤光片等在光学材料行业中均为已有技术，且市场上可以买到，其中本发明所使用自聚焦透镜的数值孔径NA为0．6；所述的光电转换器，电路放大器、加法器、减法器、补偿电路、除法器及数模转换器和单片机等在电子材料行业中也属已有技术，各部件在市场均有销售，其中本发明所使用除法器是以对数模拟处理，即Ln(I1-I2／I1+I2)=Ln(I1-I2)-Ln((I1+I2)；并且对电信号的模拟和处理是专业技术人员都能完成的，这里不再叙述。
Claims (5)
1．一种纸厚动态测量装置，采用了光纤传感的方法，包括有光源、光线接收、滤光和光电转换等部件，是将光信号转换为电信号经放大后，通过比较模拟再经数模转换后送入单片机进行处理；其特征在于，在被测纸张下面设置有与形成该纸张金属网格目数一致的光纤面板，在光纤面板下方装置连有光源的导光纤维束，在被测纸张上方与光纤面板对应处设置连有光纤光缆的自聚焦透镜，在光纤光缆上设置有Y型光分路器将光分为二路；一路经过滤光片成为λ1，λ1经光电转换后再经放大器，将电信号I1分别输至加法器和减法器，减法器的输出端通入除法器，另一路经过滤光片成为λ2，λ2经光电转换器后再经放大器，将电信号I2分别输至减法器和加法器，加法器的输出端经补偿电路通入除法器，进入除法器的两路电信号经处理后将模拟量输出，再经数摸转换后送入单片机中处理，即可显示纸厚。
2．根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，在被测纸张的宽度方向上设置有导轨，将光纤面板和自聚焦透镜分别装置，二者同时移动可测出整幅纸宽的多点厚度和平均厚度。
3．根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，在被测纸张的宽度方向上设置多个光纤面板和自聚焦透镜，来完成多点的厚度测量。
4．根据权利要求2或3所述的测量装置，其特征在于，所述的自聚焦透镜的数值孔径为0．6；所述的两路光波长λ1小于1μm、λ2大于1μm。
5．根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述的光纤面板可以采用网格目数一致的玻璃网格板。
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