CN109594416B - 一种激光强度可调的纸张涂布定量传感器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光强度可调的纸张涂布定量传感器，其特征在于：上部器件（1）的下表面开有上开孔（1a），下部器件（2）的上表面开有下开孔（2a），上开孔（1a）与下开孔（2a）位置上下对齐且涂布测量纸张（3）位于上开孔（1a）与下开孔（2a）之间；能够针对不同测量纸种、不同涂料种类、不同涂层厚度以及激光能量散射、衰减时，根据检测精度、生产需求，及时通过对激光能量发射功率、光学镜片组的焦距、以及上开孔和下开孔的孔径动态调整激光发射强度，同时采用激光作为穿透检测纸张的射线能量，解决了传统定量传感器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，并且提高了检测精度。

Description

一种激光强度可调的纸张涂布定量传感器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种传感装置及其控制方法，具体涉及一种激光强度可调的纸张涂布定量传感器及其控制方法。

背景技术

在热敏原纸、热敏膜生产过程中，现有技术中尚未出现有技术成熟、结果准确的定量传感器对纸张的涂布或涂料量进行测量，使用传统的纸张涂布定量传感器精度低、结果不准确，测量得到的涂布量往往远低于原纸定量，进而不能精确反应工艺稳定程度、生产成本无法及时准确掌控，因此亟需对高定量纸板进行定量、精确地测量。

而采用纸板定量精确测量则同时涉及到量程自动识别、扫描架机械间隙补偿和断纸预警等问题，需要将多个传感器测量数据或单个传感器多次输出数据进行综合分析处理。数据融合技术可以充分发挥多传感器或多数据协同作用，在提高某些参数测量精度及或对某些目标预警具有独特优势。纸张定量精确测量通常采用 β 射线穿透纸张，纸张涂布量越高对射线吸收能力越强，穿透纸张后的射线能量衰减越多且符合贝尔定律，利用电离室检测射线能量并转换成电压信号，经过计算得到纸张涂布定量数据。从射线发出机构即快门机构发出的 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，不同涂布量的纸张对射线能量的吸收程度不同，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。

然而，现有技术中纸板定量精确测量还存在以下缺陷：1）定量传感器中快门机构的开孔是固定不变的，放射源选定后，从快门机构发射的 β 射线的强度无法变化；2）另一方面，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。这样一方面会导致在生产过程中，当纸张涂布量增大时，穿透纸张后的射线能量越来越弱；另一方面随着定量传感器使用年限的增加，即使纸张涂布量不变，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

为了克服现有技术中存在的不足和缺陷，本发明提供了一种激光强度可调的纸张涂布定量传感器及其控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种激光强度可调的纸张涂布定量传感器，其特征在于：包括上部器件、下部器件和设置在上部器件与下部器件之间的涂布测量纸张，上部器件的下表面开有上开孔，下部器件的上表面开有下开孔，上开孔与下开孔位置上下对齐且涂布测量纸张位于上开孔与下开孔之间；

在所述上部器件内部设置有用于提供激光能量的泵浦源，泵浦源发出的激光能量经连接通道被发送至光学谐振腔中，最后再通过发射装置将激光能量透过设置于上开孔位置的光学镜片组从上开孔射出，在所述上部器件内部还设置有能够调节泵浦源发出的激光能量的功率、以及能够调节光学镜片组的光学参数的的控制模组；

在所述下部器件内部下开孔位置设置有用于接收激光能量的前置放大电路接收器，前置放大电路接收器将接受到的激光能量从第一输入接口和第二输入接口被传输至放大电路中，最后再通过放大电路的输出接口将激光能量传输进入FPGA信号电路中，FPGA信号电路再将收集到的电压输出信号发送至外部控制器。

进一步地，所述发射装置上还设置有对齐指示灯，上部器件和下部器件通过对齐指示灯和前置放大电路接收器之间的信号传输实现对齐。

进一步地，所述控制模组内部设置有用于调节泵浦源发出的激光能量的功率的激光控制单元，还包括有用于调节光学镜片组的光学参数的镜片控制单元。

进一步地，所述镜片控制单元用于调节光学镜片组的焦距。

进一步地，所述镜片控制单元以及所述激光控制单元根据在上部器件与下部器件之间连续通过标准涂布纸张对光学镜片组的焦距、以及泵浦源发出的激光能量的功率分别进行调节。

进一步地，所述涂布测量纸张缠绕为纸卷的形式且从上部器件与下部器件之间连续通过。

进一步地，所述光学镜片组设置于上部器件的上开孔位置且位于上开孔的内部；所述前置放大电路接收器设置于下部器件的下开孔位置且位于下开孔的内部。

进一步地，所述上部器件的上开孔及所述下部器件的下开孔的孔径能够调节。

进一步地，所述光学镜片组的最小镜面尺寸大于所述上开孔的最大孔径，所述前置放大电路接收器的最小接收面尺寸大于所述下开孔的最大孔径。

进一步地，本发明还提供一种激光强度可调的纸张涂布定量传感器的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将上部器件的上开孔与下部器件的下开孔保持对齐；

（2）在上部器件的上开孔与下部器件的下开孔之间连续通过标准涂布纸张，并根据该标准涂布纸张对光学镜片组的焦距、以及泵浦源发出的激光能量的功率分别进行调节，FPGA信号电路将收集到的标准电压输出信号V0发送至外部控制器；

（3）在上部器件的上开孔与下部器件的下开孔之间连续通过涂布测量纸张，FPGA信号电路将收集到的测量电压输出信号V1发送至外部控制器；

（4）外部控制器根据以下公式确定涂布测量纸张的涂布定量测量值：MB=L0V0+L1Y+L2Y²+L3Y³

其中，MB为涂布测量纸张的涂布定量测量值，单位为1；

L0为根据光学镜片组的焦距所确定的第一光学计算系数，单位为1；

L1、L2、L3为根据前置放大电路接收器的接收灵敏度所确定的第二光学计算系数，单位为1；

Y=Ln(V1/V0)；

V0为测量标准涂布纸张所得的标准电压，单位为V；

V1为测量涂布测量纸张所得的测量电压，单位为V。

（5）对标准涂布纸张及涂布测量纸张分别计算其涂布定量测量值，并根据计算所得的涂布测量纸张的涂布定量测量值与计算所得的标准涂布纸张的涂布定量测量值的差值是否在预设阈值内，以确定涂布测量纸张的涂布量是否达标。

本发明的有益效果是：

（1）能够针对不同测量纸种、不同涂料种类、不同涂层厚度以及激光能量散射、衰减时，根据检测精度、生产需求，及时通过对激光能量发射功率、光学镜片组的焦距、以及上开孔和下开孔的孔径动态调整激光发射强度，同时采用激光作为穿透检测纸张的射线能量，解决了传统定量传感器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，并且提高了检测精度。

（2）通过发射装置上设置的对齐指示灯，以及上部器件和下部器件通过对齐指示灯和前置放大电路接收器之间的信号传输实现上部器件的上开孔和下部器件的下开孔之间的对齐，进一步保证对齐程度进而保证测量结果精确度。

（3）还设置有镜片控制单元用于调节光学镜片组的焦距，从而根据纸种、涂料种类对发射出的激光能量做出进一步辅助调整，根据检测精度、生产需求及时动态调整激光发射强度。

（4）上部器件的上开孔、以及下部器件的下开孔的孔径大小能够调节，从而根据纸种、涂料种类对发射出和接受到的激光能量做出进一步辅助调整，根据检测精度、生产需求及时动态调整激光发射强度。

（5）通过多次实验所得公式对测量结果进行计算，并可以根据对检测结果精度的不同需求对系数作出调整，并根据计算所得的涂布测量纸张的涂布定量测量值与计算所得的标准涂布纸张的涂布定量测量值的差值是否在预设阈值内，以确定涂布测量纸张的涂布量是否达标，从而有效保证检测结果精确，纸张涂布准确。

附图说明

图1为本发明一种激光强度可调的纸张涂布定量传感器的结构示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，一种激光强度可调的纸张涂布定量传感器，包括上部器件1、下部器件2和设置在上部器件1与下部器件2之间的涂布测量纸张3，上部器件1的下表面开有上开孔1a，下部器件2的上表面开有下开孔2a，上开孔1a与下开孔2a位置上下对齐且涂布测量纸张3位于上开孔1a与下开孔2a之间；

在上部器件1内部设置有用于提供激光能量的泵浦源11，泵浦源11发出的激光能量经连接通道12被发送至光学谐振腔13中，最后再通过发射装置14将激光能量透过设置于上开孔1a位置的光学镜片组16从上开孔1a射出，在上部器件1内部还设置有能够调节泵浦源11发出的激光能量的功率、以及能够调节光学镜片组16的光学参数的的控制模组15；

在下部器件2内部下开孔2a位置设置有用于接收激光能量的前置放大电路接收器22，前置放大电路接收器22将接受到的激光能量从第一输入接口231和第二输入接口232被传输至放大电路23中，最后再通过放大电路23的输出接口233将激光能量传输进入FPGA信号电路24中，FPGA信号电路24再将收集到的电压输出信号发送至外部控制器，经过外部控制器的计算、分析和判断，能够针对不同测量纸种、不同涂料种类、不同涂层厚度以及激光能量散射、衰减时，根据检测精度、生产需求，及时通过对激光能量发射功率、光学镜片组的焦距、以及上开孔和下开孔的孔径动态调整激光发射强度，同时采用激光作为穿透检测纸张的射线能量，解决了传统定量传感器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，并且提高了检测精度。

具体地，发射装置14上还设置有对齐指示灯17，上部器件1和下部器件2通过对齐指示灯17和前置放大电路接收器22之间的信号传输实现对齐，通过发射装置上设置的对齐指示灯，以及上部器件和下部器件通过对齐指示灯和前置放大电路接收器之间的信号传输实现上部器件的上开孔和下部器件的下开孔之间的对齐，进一步保证对齐程度进而保证测量结果精确度。

具体地，控制模组15内部设置有用于调节泵浦源11发出的激光能量的功率的激光控制单元，从而能够针对不同测量纸种、不同涂料种类、不同涂层厚度以及激光能量在散射、衰减时，根据检测精度、生产需求，及时通过对激光能量发射功率进行动态调整，作为优选，还包括有用于调节光学镜片组16的光学参数的镜片控制单元，作为优选，镜片控制单元用于调节光学镜片组16的焦距，通过光学镜片组的焦距的动态调整能够进一步辅助调节从光学镜片组射出的激光发射强度。

具体地，镜片控制单元以及激光控制单元根据在上部器件1与下部器件2之间连续通过标准涂布纸张对光学镜片组16的焦距、以及泵浦源11发出的激光能量的功率分别进行调节，通过根据同种纸卷同种涂料标准涂布量的纸张进行相适应的激光能量发射功率及焦距调节，可以得到最适应于检测该同种纸卷涂布有同种涂料的检测条件，进而可以在涂布测量纸张进行检测时保证足够的检测精度。

具体地，涂布测量纸张3缠绕为纸卷的形式且从上部器件1与下部器件2之间连续通过，从而可以以纸卷为单位，通过单层涂布测量纸张连接经过上部器件1与下部器件2之间对整卷纸卷进行检测，检测连续、方便快捷、高速有效。

具体地，光学镜片组16设置于上部器件1的上开孔1a位置且位于上开孔1a的内部；前置放大电路接收器22设置于下部器件2的下开孔2a位置且位于下开孔2a的内部，从而保证光学镜片组16及前置放大电路接收器22的使用安全，避免因外力碰撞、灰尘侵蚀等发生损坏从而影响使用精度。

具体地，上部器件1的上开孔1a及下部器件2的下开孔2a的孔径能够调节，从而在光学镜片组16的焦距、以及泵浦源11发出的激光能量的功率已经确定后，对激光能量的功率做出进一步的微调。

具体地，光学镜片组16的最小镜面尺寸大于上开孔1a的最大孔径，前置放大电路接收器22的最小接收面尺寸大于下开孔2a的最大孔径，从而有效避免光学镜片组16从上开孔1a处脱出、以及前置放大电路接收器22从下开孔2a处脱出。

具体地，本发明还提供一种激光强度可调的纸张涂布定量传感器的控制方法，包括以下步骤：

（1）将上部器件的上开孔与下部器件的下开孔保持对齐；

（2）在上部器件的上开孔与下部器件的下开孔之间连续通过标准涂布纸张，并根据该标准涂布纸张对光学镜片组的焦距、以及泵浦源发出的激光能量的功率分别进行调节，FPGA信号电路将收集到的标准电压输出信号V0发送至外部控制器；

（3）在上部器件的上开孔与下部器件的下开孔之间连续通过涂布测量纸张，FPGA信号电路将收集到的测量电压输出信号V1发送至外部控制器；

（4）外部控制器根据以下公式确定涂布测量纸张的涂布定量测量值：MB=L0V0+L1Y+L2Y²+L3Y³

其中，MB为涂布测量纸张的涂布定量测量值，单位为1；

L0为根据光学镜片组的焦距所确定的第一光学计算系数，单位为1；

L1、L2、L3为根据前置放大电路接收器的接收灵敏度所确定的第二光学计算系数，单位为1，检测人员能够根据精度要求的不同在步骤（2）之后对第二光学计算系数L1、L2、L3进行预设；

Y=Ln(V1/V0)；

V0为测量标准涂布纸张所得的标准电压，单位为V；

V1为测量涂布测量纸张所得的测量电压，单位为V。

（5）对标准涂布纸张及涂布测量纸张分别计算其涂布定量测量值，并根据计算所得的涂布测量纸张的涂布定量测量值与计算所得的标准涂布纸张的涂布定量测量值的差值是否在预设阈值内，以确定涂布测量纸张的涂布量是否达标，所述阈值由检测人员根据精度要求的不同在步骤（2）之后进行预设。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种激光强度可调的纸张涂布定量传感器，其特征在于：包括上部器件（1）、下部器件（2）和设置在上部器件（1）与下部器件（2）之间的涂布测量纸张（3），上部器件（1）的下表面开有上开孔（1a），下部器件（2）的上表面开有下开孔（2a），上开孔（1a）与下开孔（2a）位置上下对齐且涂布测量纸张（3）位于上开孔（1a）与下开孔（2a）之间；

在所述上部器件（1）内部设置有用于提供激光能量的泵浦源（11），泵浦源（11）发出的激光能量经连接通道（12）被发送至光学谐振腔（13）中，最后再通过发射装置（14）将激光能量透过设置于上开孔（1a）位置的光学镜片组（16）从上开孔（1a）射出，在所述上部器件（1）内部还设置有能够调节泵浦源（11）发出的激光能量的功率、以及能够调节光学镜片组（16）的光学参数的控制模组（15）；

在所述下部器件（2）内部下开孔（2a）位置设置有用于接收激光能量的前置放大电路接收器（22），前置放大电路接收器（22）将接受到的激光能量从第一输入接口（231）和第二输入接口（232）被传输至放大电路（23）中，最后再通过放大电路（23）的输出接口（233）将激光能量传输进入FPGA信号电路（24）中，FPGA信号电路（24）再将收集到的电压输出信号发送至外部控制器；

所述控制模组（15）内部设置有用于调节泵浦源（11）发出的激光能量的功率的激光控制单元，还包括有用于调节光学镜片组（16）的光学参数的镜片控制单元；

所述镜片控制单元用于调节光学镜片组（16）的焦距；

所述镜片控制单元以及所述激光控制单元根据在上部器件（1）与下部器件（2）之间连续通过标准涂布纸张对光学镜片组（16）的焦距、以及泵浦源（11）发出的激光能量的功率分别进行调节。

2.根据权利要求1所述的一种激光强度可调的纸张涂布定量传感器，其特征在于：所述发射装置（14）上还设置有对齐指示灯（17），上部器件（1）和下部器件（2）通过对齐指示灯（17）和前置放大电路接收器（22）之间的信号传输实现对齐。

3.根据权利要求1所述的一种激光强度可调的纸张涂布定量传感器，其特征在于：所述涂布测量纸张（3）缠绕为纸卷的形式且从上部器件（1）与下部器件（2）之间连续通过。

4.根据权利要求1所述的一种激光强度可调的纸张涂布定量传感器，其特征在于：所述光学镜片组（16）设置于上部器件（1）的上开孔（1a）位置且位于上开孔（1a）的内部；所述前置放大电路接收器（22）设置于下部器件（2）的下开孔（2a）位置且位于下开孔（2a）的内部。

5.根据权利要求4所述的一种激光强度可调的纸张涂布定量传感器，其特征在于：所述上部器件（1）的上开孔（1a）及所述下部器件（2）的下开孔（2a）的孔径能够调节。

6.根据权利要求5所述的一种激光强度可调的纸张涂布定量传感器，其特征在于：所述光学镜片组（16）的最小镜面尺寸大于所述上开孔（1a）的最大孔径，所述前置放大电路接收器（22）的最小接收面尺寸大于所述下开孔（2a）的最大孔径。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种激光强度可调的纸张涂布定量传感器的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将上部器件的上开孔与下部器件的下开孔保持对齐；

（2）在上部器件的上开孔与下部器件的下开孔之间连续通过标准涂布纸张，并根据该标准涂布纸张对光学镜片组的焦距、以及泵浦源发出的激光能量的功率分别进行调节，FPGA信号电路将收集到的标准电压输出信号V0发送至外部控制器；

（3）在上部器件的上开孔与下部器件的下开孔之间连续通过涂布测量纸张，FPGA信号电路将收集到的测量电压输出信号V1发送至外部控制器；

（4）外部控制器根据以下公式确定涂布测量纸张的涂布定量测量值：MB=L0V0+L1Y+L2Y²+L3Y³

其中，MB为涂布测量纸张的涂布定量测量值，单位为1；

L0为根据光学镜片组的焦距所确定的第一光学计算系数，单位为1；

L1、L2、L3为根据前置放大电路接收器的接收灵敏度所确定的第二光学计算系数，单位为1；

Y=Ln(V1/V0)；

V0为测量标准涂布纸张所得的标准电压，单位为V；

V1为测量涂布测量纸张所得的测量电压，单位为V；

（5）对标准涂布纸张及涂布测量纸张分别计算其涂布定量测量值，并根据计算所得的涂布测量纸张的涂布定量测量值与计算所得的标准涂布纸张的涂布定量测量值的差值是否在预设阈值内，以确定涂布测量纸张的涂布量是否达标。

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