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Feuchtigkeitsmessgerät zum Messen des
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Feuchtigkeitsgehalts einer laufenden Materialbahn Die Erfindung betrifft
ein Feuchtigkeitsmessgerät zum Messen des Feuchtigkeitsgehalts einer laufenden Materialbahn
durch Messung der von der Materialbahn zu einer Detektoranordnung gelangenden Strahlungsmenge
beim Bestrahlen der Bahn mit Infrarot-Strahlung aus einer Strahlungsquelle.
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Es hat sich gezeigt, daß spektroskopische Messungen des Feuchtigkeitsgehalts
einer laufenden Materialbahn unter Verwendung von Infrarot-Strahlung bei vielen
industriellen Anwendungen genaue und zuverlässige Ergebnisse liefern. Dabei ist
in den meisten bekannten Systemen eine Infrafrot-Feuchtigkeitssensoranordnung an
einem Rahmen montiert und wird mittels mechanischer Antriebseinrichtungen, beispielsweise
mittels eines Motors mit zugehöriger Kupplung, quer zur Materialbahn bewegt. Obwohl
dieses Abtastverfahren im allgemeinen befriedigend ist, leidet es doch unter verschiedenen
Nachteilen.
Zunächst einmal bewegt sich die Sensoranordnung quer über die Materialbahn, während
diese in Längsrichtung mit relativ hoher Geschwindigkeit weiterläuft, so daß sich
anstelle eines echten Querprofils ein diagonaler Verlauf des schließlich ermittelten
Feuchtigkeitsprofils ergibt. Wenn beispielsweise mit den üblichen mechanisch angetriebenen
Sensoranordnungen Messungen an einer Materialbahn durchgeführt werden, welche mit
einer Geschwindigkeit von etwa 2200 m/min läuft, dann bewegt sich die Materialbahn,
wenn sie auf einer Breite von etwa 10 m abgetastet wird, bei einem Abtastzyklus
um etwa 1300 m weiter. Dies hat zur Folge, daß die von der Sensoranordnung erhaltene
Information bezüglich der Schwankungen der Prozessvariablen in Querrichtung der
Materialbahn dadurch verzerrt wird, daß die Querabtastung erfolgt, während eine
beträchtliche Länge der Materialbahn unter der Sensoranordnung hindurchläuft.
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Weiterhin werden die aktiven Bauteile, insbesondere Halbleiterbauelemente
der Sensoranordnung, während diese quer über die Materialbahn hinwegläuft, unter
Umständen den relativ hohen Temperaturen im Bereich der Materialbahn ausgesetzt.
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Ausgehend vom Stande der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Infrarot-Feuchtigkeitsmessgerät anzugeben, mit dessen Hilfe es möglich ist,
ein echtes Querprofil des Feuchtigkeitsgehalts einer
laufenden Materialbahn
zu erhalten, welches nicht dadurch beeinflusst ist, daß die Materialbahn während
des Messvorganges weiterläuft.
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Diese Aufgabe wird bei einem Feuchtigkeitsmessgerät der eingangs angegebenen
Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Anzahl von stationären Lichtleiterelementen
vorgesehen ist, mit deren Hilfe die von der Strahlungsquelle ausgehende Infrarot-Strahlung
der laufenden Materialbahn an einer Reihe von zugeordneten Punkten zuführbar ist,
die quer zur Laufrichtung der Materialbahn vorgesehen sind, daß jedem dieser Punkte
jeweils ein Detektorelement zugeordnet ist und daß Abtasteinrichtungen zum elektronischen
Abtasten der Detektorelemente vorgesehen sina.
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Es ist ein Vorteil des erfindungsgemäßenFeuchtigkeitsmessgeräts, daß
die einzelnen Detektorelemente, die den verschiedenen quer zur Materialbahn hintereinanderliegenden
Punkten zugeordnet sind, elektronisch mit so hoher Geschwindigkeit abgetastet werden
können, daß praktisch eine gleichzeitige Abtastung aller Messpunkte der Materialbahn
erfolgt, so daß ein echtes Querprofil erhalten wird.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Feuchtigkeitsmessgeräts
besteht darin, daß durch die Verwendung von Lichtleiterelementen die Möglichkeit
geschaffen wird, sowohl die Sendeeinrichtungen als auch die
temperaturempfindlichen
Empfangseinrichtungen in einem erheblichen Abstand von der Materialbahn anzuordnen,
wo die Betriebsbedingungen (beispielsweise hinsichtlich der Temperatur, der Feuchtigkeit
usw.) gut kontrollierbar sind. Weiterhin ist es ein Vorteil des erfindungsgemäßen
Feuchtigkeitsmessgeräts, daß durch die schnelle Erfassung einer Vielzahl von Messdaten
auch schnelle Änderungen der Prozessbedingungen bei der Herstellung der Materialbahn
sofort erfasst und entsprechend korrigiert werden können.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend
anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine grafische Darstellung
des Zusammenhangs zwischen der Wellenlänge der einfallenden Strahlung und der vom
Feuchtigkeitsgehalt abhängigen Durchlässigkeit einer Materialbahn; Fig. 2 eine schematische
Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Feuchtigkeitsmessgeräts,
welches mit von der Materialbahn reflektierter Strahlung arbeitet;
Fig.
3 eine Draufsicht auf eine Filterscheibe des Feuchtigkeitsmessgeräts gemäß Fig.
2; Fig. 4 eine schematische Seitenansicht der Sensoreinrichtungen des Feuchtigkeitsmessgeräts
gemäß Fig. 2, gesehen von der Linie 4-4 in dieser Figur; Fig. 5 ein schematisches
Blockschaltbild eines Mikroprozessor-Steuersystems eines erfindungsgemäßen Feuchtigkeitsmessgerätes
und Fig. 6 eine schematische Darstellung einer abgewandelten bevorzugten Ausführungsform
eines Feuchtigkeitsmessgerätes gemäß der Erfindung, bei dem die durch die Materialbahn
hindurchgehende Infrarot-Strahlung ausgewertet wird.
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Im einzelnen zeigt Fig. 1 der Zeichnung für Materialbahnen mit unterschiedlich
hohem Feuchtigkeitsgehalt (zwischen 1,3 und 10,3%) den Verlauf der (Licht-)Durchlässigkeit
in Prozent über der Wellenlänge in ßm.
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Man sieht, daß eine maximale Absorption von Infrarot-Strahlung durch
Wassermoleküle in der Bahn bei einer
Wellenlänge von 1,94 ßm zu
beobachten ist, während Licht mit einer relativ dicht benachbarten Wellenlänge von
beispielsweise 1,81 wm vergleichsweise wenig beeinflusst wird, so daß diese Wellenlänge
bzw. die Lichtdurchlässigkeit bei dieser Wellenlänge zur Erzeugung eines Bezugssignals
verwendet werden kann.
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Wie Fig. 2 zeigt, wird bei dem erfindungsgemäßen Feuchtigkeitsmessgerät
10 ein nach einer Seite gerichteter Sensorkopf von einem Hauptrahmen 12 getragen,
welcher von zwei Kolbenstangen 14 und 16 gehaltert ist.
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Diese Kolbenstangen 14,16 gehören zu pneumatischen Kolben/Zylinder-Aggregaten
18, welche betätigbar sind, um den Hauptrahmen 12 auf eine laufende Materialbahn
20 zu und von dieser weg zu bewegen. Der Sensorkopf wird je nach Anwendungszweck
sowie zu Prüfzwecken relativ zu der Materialbahn 20 bewegt.
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Die aktiven Elemente des Sensorkopfes, der nachstehend auch als Feuchtigkeitssensor
bzw. nur als Sensor bezeichnet wird, sind im Abstand von der Materialbahn zu einem
getrennten Modul 22 zusammengefasst, jedoch mit dem Hauptrahmen 2 über Lichtleiter
23,24 in Form von Faserbündeln verbunden. Man erkennt sofort, daß die aktiven Elemente
des Sensors wegen der Verwendung der Lichtleiter 23,24 in einem solchen Abstand
von der Materialbahn 20 angeordnet werden können, daß sie durch hohe Temperaturen
der Materialbahn 20 nicht beeinträchtigt werden. Der Modul mit den aktiven Elementen
kann also an einer Stelle montiert werden, wo
die Umgebungsbedingungen
kontrolliert werden können.
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Es hat sich gezeigt, daß der Abstand zwischen den aktiven Bauteilen
und der Materialbahn 20, insbesondere einer Papierbahn, vorzugsweise etwa 0,9 m
oder größer ist, wodurch eine deutliche Verbesserung der Leistung des Sensors erreicht
wird.
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Wie nachstehend noch näher erläutert werden wird, überträgt der Detektormodul
22 Analogsignale zu einem Sensor-Schnittstellenmodul 26, welcher ein Mikroprozessor-Steuersystem
enthält, um die Analogsignale in Daten umzusetzen, die dem Feuchtigkeitsgehalt in
einer der gängigen technischen Einheiten entsprechen. In bekannter Weise steht der
Schnittstellenmodul 26 über einen Schnittstellenmodul 27 eines Terminals für den
Bedienungsmann mit einem übergeordneten Rechner in Verbindung, welcher entsprechende,
an sich bekannte Regler steuert, die einem Prozess-Schnittstellenmodul 28 zugeordnet
sind, um hinsichtlich der Feuchtigkeit für eine Stabilisierung des Prozesses zu
sorgen.
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Gemäß Fig. 2 bis 4 umfasst der Detektormodul 22 eine Lichtquelle 28,
eine Filterscheibe 30 und eine Standard-Scheibe 32. Die Filterscheibe 30 besitzt
vier Segmente, wobei ein Segment 34 eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 1,94
ijin passieren lässt, während ein weiteres Segment 36 eine Strahlung mit einer Wellenlänge
von 1,81 ßm passieren lässt, d.h. Strahlung mit einer Bezugswellenlänge zur Erzeugung
eines
Bezugssignals. Die beiden anderen Segmente 38 und 40 der
Filterscheibe 30 sind derart maskiert, daß kein von der Lichtquelle ausgehendes
Licht übertragen wird, wenn sich diese Segmente im optischen Ubertragungsweg befinden.
Die Filterscheibe 30 wird von einem Synchronmotor 42 angetrieben, dem ein Winkelcodierer
(nicht dargestellt) zugeordnet ist, welcher anzeigt, welches Segment jeweils gerade
im optischen Ubertragungsweg liegt. Die Standard-Scheibe 32, welche von einem Motor
44 angetrieben wird, umfasst fünf interne Standards zur Verwendung bei der regelmäßigen
diagnostischen Sensorüberprüfung sowie eine Öffnung zur Verwendung während des normalen
On-Line-Messbetriebes. Bei der Standardisierung bzw. Eichung wird nacheinander jeder
der fünf internen Standards in den optischen Übertragungsweg gedreht, um die Eichung
zu prüfen. Dies geschieht,während der Sensorkopf mit Hilfe des pneumatischen Aggregats
18 von der Materialbahn 20 weggeschwenkt ist. Da das Eichsystem selbst keinen Teil
der Erfindung darstellt, soll hier auf eine detailliertere Beschreibung verzichtet
werden.
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Eine Optik bzw. ein Linsensystem 46 bündelt das Licht aus der Lichtquelle
28, ehe das Licht durch die Filterscheibe 30 und die Standard-Scheibe 32 hindurch
auf den Lichtleiter 23 gerichtet wird. Der Lichtleiter 23 besteht aus mehreren einzelnen
Faserleitern oder Rohren 50 von denen jeder bzw. jedes geeignet ist, einfallende
Strahlung zu einem Strahlungsausgang
52 zu übertragen. Die Ausgänge
52 sind bezüglich des Hauptrahmens 12 derart montiert, daß sie fluchtend auf einer
Linie liegen, welche sich über die gesamte Breite der Materialbahn 20 erstreckt
und im wesentlichen senkrecht zur Laufrichtung der Materialbahn 20 orientiert ist.
Die Strahlung wird von den Strahlungsausgängen 52 über zugeordnete Diffusoren 54,
die am Rahmen 12 befestigt sind, gegen die laufende Materialbahn 20 gerichtet.
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Jedem der Strahlungsausgänge 52 ist ferner ein Strahlungseinlaß 56
zugeordnet. Auch die Strahlungseinlässe 56 sind längs einer quer zur Laufrichtung
der Materialbahn 20 verlaufenden Linie ausgerichtet und am Hauptrahmen 12 befestigt.
Die von der Materialbahn 20 reflektierte Streustrahlung wird an den Strahlungseinlässen
56 empfangen und über die einzelnen Faserleiter 58 des Lichtleiters 24 wieder zu
dem Sensormodul 22 übertragen. Die Enden der Faserleiter 58 sind dabei angrenzend
an die Strahlungsausgänge 52 der Faserleiter 50 unter einem Winkel von etwa 450,
bezogen auf die Ebene der Materialbahn 20, ausgerichtet. Das aus dem Lichtleiter
24 austretende Licht wird mit Hilfe eines optischen Systems 62 auf eine mehrere
Fotodetektoren, beispielsweise Fotodioden, umfassende Detektoranordnung 64 derart
ausgerichtet, daß das Licht aus jedem Faserleiter 58 auf ein bestimmtes Element
des Detektorfeldes 64 gelenkt wird. Auf diese Weise kann die Strahlung von jeder
Stelle über die
Breite der Materialbahn mit Hilfe eines zugeordneten
Detektorelementes erfasst werden. Wie nachstehend noch näher erläutert wird, dient
die auf die Detektorelemente auftreffende Strahlung dazu, den Feuchtigkeitsgehalt
der Materialbahn 20 zu bestimmen. Außerdem wird noch deutlich werden, daß jeder
Strahlungseinlaß 56 eine andere Eingangscharakteristik hat, für die ein spezielles
Feuchtigkeitsprofil ermittelt wird.
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Wie Fig. 5 zeigt, ist der Ausgang des Detektorfeldes 64 mit einem
Multiplexer 66 verbunden, welcher die Ausgangssignale der einzelnen Detektorelemente
dem Mikroprozessorsteuersystem zuführt, welches sich in dem Sensor-Schnittstellenmodul
26 befindet. Das Steuersystem umfasst einen Mikroprozessor 68, welcher einen Schreib/Lesespeicher
70 (local scratch pad random access memory), einen Lesespeicher 72 zur Speicherung
des Betriebsprogramms und eine Schnittstellen-Steuerung 74 umfasst. Der Mikroprozessor
68 steuert die Umsetzung der ankommenden Analogsignale durch einen Analog/ Digital-Wandler
76, dem die Analogsignale der einzelnen Detektorelemente über den Multiplexer 66,
einen Verstärker 78 mit einstellbarer Verstärkung und einen Abtast/Halte-Verstärker
80 (sample and hold amplifier) zugeführt werden. Nach der Umsetzung werden die digitalen
Werte mit Hilfe eines Unterprozessors bzw. einer Bussteuerung 86 in zwei Pufferspeichern
82 bzw. 84 gespeichert.
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Der Mikroprozessor 68 überwacht weiterhin die Temperatur des Detektorfeldes
64 ur.-d hält diese Temperatur mit einer Toleranz von + 50C mittels einer geeigneten
Temperaturregeleinheit 88 konstant. Außerdem überwacht der Mikroprozessor 68 die
PosItion der Standard-Scheibe 32 über eine geeignete Steuereinheit 90 und die Position
der Filterscheibe 30 über einen geeigneten Detektor 92. Der Mikroprozessor 68 steht
mit jeder der genannten Baugruppen des Steuersystems über einen digitalen Datenbus
94 in Verbindurg.
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Während des normalen Betriebes des Sensors wird das Licht aus der
Lichtquelle 28 cebündelt und durch die Filterscheibe 30 und die hoffnung in der
Standard-Scheibe 32 hindurch auf das Erde des aus den einzelnen Faserleitern 50
bestehenden Lchtleiters 23 gerichtet.
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Über den Lichtleiter 23 wird cas Licht zu den einzelnen Strahllmgsausgängen
52 übertragen und von dort durch die Diffusoren 54 hindurch gegen die Materialbahn
20 gerichtet. Die Streustrahlung von der Materialbahn 20 wird an den Strahlungseinlässen
56 aufgefangen und über die Faserleiter 58 des Lichtleiters 24 zu dem Detektorfeld
64 übertragen.
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Die Auswahl der Wellenlänge der Strahlung erfolgt durch die vier Segmente
aufweisende Filterscheibe 30, welche von dem Motor 42 mit etwa 250 Hz gedreht wird.
Vier Detektorausgangssignale (eines für jedes Filtersegment) werden dabei pro Umdrehung
der Filterscheibe 30 für
jedes Detektorelement des Detektorfeldes
64 erhalten.
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Jedes Detektorelement erfasst dabei die Strahlung von einem bestimmten
Strahlungseinlaß, deren Anzahl beispielsweise 60 betragen kann, so daß alle 240
ms ein Messprofil für 60 Punkte erzeugt wird. Die analogen Detektorausgangssignale
werden dann von dem Prozessor 68 mit Hilfe des Multiplexers 66 digitalisiert, und
60 Sätze von jeweils vier umgewandelten Signalen, die den Messwerten für das 1,81
ßm-Segment 36, das 1,94 ßm-Segment 34 und für die beiden maskierten Segmente 38
und 40 entsprechen, werden für jeden Strahlungseinlaß 56 mit Hilfe des Unterprozessors
86 in einem der Pufferspeicher 82 bzw. 84 gespeichert, wobei diese Pufferspeicher
auch als Pufferspeicherbank A und Pufferspeicherbank B bezeichnet werden. Das den
maskierten Segmenten zugeordnete Ausgangssignal der Detektoren ermöglicht es, den
Einfluß des Umgebungslichtes auf die Signalwerte durch entsprechende Aufhereitung
der Signale auszuschließen. Andererseits sind die Ausgangssignale der Detektoren,
die bei der Bezugswellenlänge erzeugt werden, sehr nützlich, um die Sensorinstabilitäten,
die sich aufgrund von Änderungen der Detektorcharakteristik und der Lichtquellencharakteristik
ergeben, auf ein Minimum zu reduzieren.
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Nach jedem Durchlauf des Detektorfeldes 64 speichert der Unterprozessor
86 die nächsten Sätze von umgewandelten Daten in dem jeweils anderen Pufferspeicher
und informiert den Hauptprozessor 68, daß ein Satz
von Messdaten
verfügbar ist. Während nunmehr der Hilfs- oder Unterprozessor 86 den anderen Pufferspeicher
füllt, kann der Hauptprozessor die Daten nach Belieben aus dem ersten Pufferspeicher
auslesen. Der Prozessor 68 vergleicht dann die Intensität der Streustrahlung bei
1,94 ßm mit derjenigen bei 1,81 ßm, um daraus den Feuchtigkeitsgehalt in der gewünschten
technischen Einheit zu ermitteln. Das Messergebnis wird kontinuierlich zum Schnittstellen-Modul
27 am Terminal des Bedienungsmannes übertragen, wo ein oder mehrere übergeordnete
Rechner verfügbar sind, um die Information zu verarbeiten und die verschiedenen
Regelkreise (nicht dargestellt) so einzustellen, daß der Feuchtigkeitsgehalt für
die Materialbahn bei der Herstellung derselben stabilisiert wird.
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Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß die Zuverlässigkeit
des Systems durch die Verwendung eines Fotodioden- bzw. Detektorfeldes 64 einerseits
erhöht wird, während andererseits das Detektorfeld 64 kompakt aufgebaut ist und
hinsichtlich der Temperatur leicht stabilisiert werden kann. Außerdem wird deutlich,
daß mehrere einzelne Detektoren mit kleinem Querschnitt auch direkt an den Enden
der einzelnen Faserleiter 58 befestigt werden könnten. Weiterhin könnte auch ein
optischer Abtaster verwendet werden, um die Strahlung nacheinander auf die einzelnen
Strahlungsausgänge 52 zu geben.
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GemäB Fig. 6 umfasst der Detektormodul 100 auf der Übertragungsseite
des erfindungsgemäßen elektronisch abtastenden Systems zur Feuchtemessung mittels
Infrarot-Strahlung eine Lichtquelle 102 hoher Intensität, deren Licht mittels einer
Optik 104 durch eine Filterscheibe 106 und eine Standard-Scheibe 108 auf ein Faserbündel
110 gebündelt werden kann. Dabei entsprechen die Filterscheibe 106 und die Standard-Scheibe
108, die durch zugeordnete Motoren 122 bzw. 120 angetrieben werden, im wesentlichen
der Filterscheibe 30 und der Standard-Scheibe 32.
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Das Faserbündel 110 besteht aus mehreren Lichtfasern bzw. -rohren
124, die mit ihrem einen Ende der Lichtquelle 102 zugewandt sind und an deren anderem
Ende jeweils ein Strahlungsausgang 126 vorgesehen ist. Dabei ist jeder Strahlungsausgang
als eine Linse ausgebildet, aus der die Strahlung durch einen Diffusor 130 in Form
einer Milchglasscheibe oder dergleichen gegen die laufende Materialbahn 128 gerichtet
wird.
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Die Strahlungsausgänge 126 sind über die Breite der Materialbahn 128
hinweg zu einer Reihe geordnet, welche im wesentlichen senkrecht zur Laufrichtung
der Materialbahn 28 ausgerichtet ist, und werden von einem Gehäuse 132 gehaltert,
welches den unteren Sensor bzw. den Sendekopf bildet.
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Die auf das Faserbündel 110 auftreffende Strahlung wird längs der
Faserleiter 128 zu den Strahlungsausgängen
126 transportiert und
gelangt von dort zu der Materialbahn 128. Nach dem Passieren der Materialbahn 128
wird das Licht von mehreren Strahlungseinlässen 134 gesammelt, von denen jeder ein
linsenförmiges Ende hat, welches an dem zugehörigen Faserleiter bzw. Lichtleiter
136 montiert ist. Die Strahlungseinlässe 134 sind quer über die Breite der Materialbahn
128 zu einer Reihe geordnet, die im wesentlichen senkrecht zur Laufrichtung der
Materialbahn 128 verläuft. Die Strahlungseinlässe 134 sind ferner in einem Gehäuse
138 gehaltert, welcher einen oberen Sensor bzw. einen Empfangskopf bildet. Jeder
Strahlungseinlaß 134 entspricht exakt einem Strahlungsausgang 126 auf der gegenüberliegenden
Seite der Materialbahn 128.
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Die Lichtleiter 136 sind zu einem zweiten Faserbündel 140 zusammengefasst,
welches zu dem Detektormodul 100 führt. Die Ausgänge der Fasern des Faserbündels
140 werden mittels einer Optik 142 auf ein Detektorfeld 144 mit einer Vielzahl von
Fotodetektoren fokusiert, derart, daß das Licht aus jedem Faserleiter 136 zu einem
ihm allein zugeordneten Detektorelement gelangt.
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Wie oben für den Streulichtsensor beschrieben, werden auch bei dem
Durchlichtdetektor die Ausgangssignale des Detektorfeldes 144 einem Multiplexer
146 zugeführt, über den für jedes Detektorelement ein Signal an ein Mikroprozessor-Steuersystem
geliefert wird, um dort in einen Feuchtemesswert mit der gewünschten Maßeinheit
umgesetzt zu werden.
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Die Gehäuse 138 und 132 für den oberen bzw. den unteren Detektorteil
überspannen die Materialbahn 128 und sind derart montiert, daß eine optimale Isolation
gegenüber Vibrationen erreicht wird. Jedes der Gehäuse 132,138 wird dabei mittels
eines Ventilators (nicht dargestellt) belüftet, welcher Frischluft über ein Filter
ansaugt. Die Linsen bzw. die Strahlungsausgänge und -einlässe 126,134 sind im Inneren
der Gehäuse 132,138 auf INVAR-Stäben montiert, um eine maximale Temperaturstabilität
zu erreichen. Ferner sind die Milchglas-Diffusoren 130 am Sendegehäuse leicht gewölbt
bzw.
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verdickt, und zwar für den Fall, daß der Sensorkopf 132 in Berührung
mit der Materialbahn 128 stehen muß.
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In den meisten Fällen bleiben jedoch sowohl der obere wie auch der
untere Detektorteil außer Kontakt mit der Materialbahn und sind mindestens etwa
30 cm von der Laufebene der Materialbahn 128 entfernt,!um das Einfädeln der Materialbahn
128 beim Anlaufen oder nach einer Unterbrechung zu erreichen. Weiterhin wird jeder
Strahlungsausgang und -einlaß kontinuierlich mit sauberer Luft "gespült".
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Das Ausrichten der Strahlungsausgänge und -einlässe 126,134 wird durch
die Höhe der Ausgangsspannung der Detektoren 144 erleichtert. Sowohl das obere wie
auch das untere Sensorgehäuse gleiten auf Lagern (nicht dargestellt) und sind mittels
einer Mikrometer-Schraube (nicht dargestellt) an ihrem einen Ende verstellbar, um
eine fluchtende Ausrichtung herbeizuführen.
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Für das Gehäuse (nicht dargestellt) des Lichtquellen-Detektormoduls
100 ist eine geeignete Temperaturregelung vorgesehen, beispielsweise eine Klimaanlage
mit Wasserkühlung, wobei in diesen Fall ein leicht überhöhter Innendruck aufrechterhalten
wird, so daß ein Lecken nur von innen nach außen erfolgen kann. Weiterhin besteht
die Möglichkeit, die Lichtquelle 102 selbst auf einer wassergekühlten Basis zu montieren.
Dies ist gegebenenfalls erforderlich, da das Gehäuse für die Montage an dem oberen
oder dem unteren Gehäuse geeignet ist oder für eine Montace in einem gewissen Abstand
von der Materialbahn wie im Falle des Streulichtsensors.
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Man sieht ohne weiteres, daß wie beim Streulichtsensor Änderungen
in der Leuchtintensität der Lampe 102 und Änderungen in der Lichtleiter-Charakteristik
dadurch in erheblichem Maße kompensiert werden, daß man die Streustrahlung bei einer
Wellenlänge von 1,94 ßm mit der Streustrahlung bei einer Wellenlänge von 1,81 ßm
vergleicht. Außerdem wird das Signal mit Hilfe des Empfangssensors noch weiter korrigiert,
indem man die Messungen an sämtlichen Anschlüssen mit denjenigen am ersten Anschluß
148 vergleicht, der sich in einer Lage außerhalb der Breite der Materialbahn befindet.
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Schwankungen in der Intensität des Umgebungslichtes, welches die Detektoren
erreicht, werden dadurch unwirksam gemacht, daß man das Strahlungssignal abzieht,
welches für die maskierten Segmente der Scheibe 106
vor der Lichtquelle
102 erhalten wird.
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Das Strahlungssignal mit einer Wellenlänge von 1,81 ßm liefert eine
konstante Bezugsgröße, so daß der Empfangssensor kontinuierlich stabilisiert wird.
AuBerdem wird das Signal mit der Bezugswellenlänge dazu verwendet, das Empfangssignal
bei Änderungen der relativen Empfindlichkeit des Detektorfeldes 144 und bei Anderungen,
die durch Staubbildung auf den Sensorfenstern (den Diffusoren 130) hervorgerufen
werden, zu korrigieren.
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Es ist ferner wünschenswert, den Sensor durch Verwendung der Standard-Scheibe
108 zu standardisieren. Bei einer Form der Standardisierung zur Verwendung bei Brüchen
der Materialbahn und während der Standzeiten der Maschine werden die Spannungspegel
für alle vier Filterscheibensegmente und für alle fünf Standards im optischen Ubertragungsweg
für jedes Detektorelement des Detektorfeldes ermittelt und gespeichert. Diese Messergebnisse
werden dann benutzt, um die relative Ansprechempfindlichkeit der Detektoren für
das Licht von den verschiedenen Strahlungseinlässen zu bestimmen.
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Diese Art der Standardisierung wird bei jedem Materialwechsel und
bei jedem Bruch der Materialbahn durchgeführt, wobei außerdem sämtliche Strahlungsausgänge
und -einlässe daraufhin geprüft werden, daß dort keine Reste der Materialbahn mehr
vorhanden sind.
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Eine zweite Form der Standardisierung wird angewandt, wenn sich die
Materialbahn 128 zwischen den Sensorköpfen
132 und 138 befindet.
In diesem Fall werden die Ausgangsspannungen für jeden der Strahlungseinlässe 134
abgerufen und für volle 60 Umdrehungen der Filterscheibe 106 gespeichert. Anschließend
wird ein Histogramm für die 60 Verhältniswerte für jeden Einlaß ermittelt. Danach
wird die Standard-Scheibe 108 gedreht, um einen einzigen Standard in den optischen
Übertragungsweg zu bringen. Die Ausgangsspannungen für jeden einzelnen Strahlungseinlaß
134 werden dann erneut abgetastet und für volle 60 Umdrehungen der Filterscheibe
106 gespeichert, um einen zweiten Satz von Histogrammen der 60 Verhältniswerte für
jeden der Strahlungseinlässe 134 zu bestimmen. Alle Messwerte, die jenseits einer
Standard-Abweichung für die Verhältniswerte liegen, werden dabei außer acht gelassen,
und man berechnet die mittleren Verhältniswerte für jeden der Strahlungseinlässe.
Aus diesen Messwerten wird dann ein Satz von Standardisierungs-Parametern gewonnen.
Dieses Standardisierungsprogramm versagt, wenn die Grenzwerte der Standardisierungs-Parameter
überschritten werden oder wenn die Histogramme zu breit sind, und in diesen Fällen
wird wieder zu den Standardisierungs-Parametern übergegangen, die bei Fehlen einer
Materialbahn zwischen den Sensorköpfen ermittelt wurden.
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Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß die der Erfindung
zugrunde liegende Aufgabe gelöst wird und daß erfindungsgemäß ein Infrarot-Feuchtigkeitsmeßsystem
mit
elektronischer Abtastung geschaffen wird, bei dem die aktiven Elemente des Sensors
im Abstand von der zu prüfenden Materialbahn angeordnet werden können. Weiterhin
wird deutlich, daß mit dem erfindungsgemäßen Meßsystem ein echtes Querschnittsprofil
des Feuchtigkeitsgehaltes der Materialbahn erhalten wird, da durch das Laufen der
Materialbahn keine Verzerrungen wie bei einem verfahrbaren Detektor hervorgerufen
werden können. Außerdem können erfindungsgemäß zur Diagnose schneller Änderungen
der Prozessbedingungen große Datenmengen schnell verarbeitet werden. Schließlich
wird aus der vorstehenden B-eschreibung auch deutlich, daß dem Fachmann, ausgehend
von den Ausführungsbeispielen, zahlreiche Möglichkeiten für Änderungen und/oder
Ergänzungen zu Gebote stehen, ohne daß er dabei den Grundgedanken der Erfindung
verlassen müsste.