DE3336659A1 - Feuchtigkeitsmessgeraet zum messen des feuchtigkeitsgehalts einer laufenden materialbahn - Google Patents

Feuchtigkeitsmessgeraet zum messen des feuchtigkeitsgehalts einer laufenden materialbahn

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    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3554Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for determining moisture content
    • G01N21/3559Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for determining moisture content in sheets, e.g. in paper

Description

  • Feuchtigkeitsmessgerät zum Messen des
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • verdickt, und zwar für den Fall, daß der Sensorkopf 132 in Berührung mit der Materialbahn 128 stehen muß.
  • 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".
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (6)

  1. Patentansprüche 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, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß eine Anzahl von stationären Lichtleiterelementen (50) vorgesehen ist, mit deren Hilfe die von der Strahlungsquelle (28) ausgehende Infrarot-Strahlung der laufenden Materialbahn (20) an einer Reihe von zugeordneten Punkten zuführbar ist, die quer zur Laufrichtung der Materialbahn (20) vorgesehen sind, daß jedem dieser Punkte jeweils ein Detektorelement (58,64) zugeordnet ist und daß Abtasteinrichtungen (66) zum elektronischen Abtasten der Detektorelemente (58,64) vorgesehen sind.
  2. 2. Feuchtigkeitsmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiterelemenet (124, 126)auf der einen Seite der laufenden Materialbahn (128) vorgesehen sind und daß die Detektorelemente (136,134) zum Erfassen der an den einzelnen Punkten durch die Materialbahn (128) hindurchtretenden Infrarot-Strahlung auf der gegenuberliegenden Seite der Materialbahn (128) angeordnet sind.
  3. 3. Feuchtigkeitsmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiterelemente (50) stationär auf der einen Seite der laufenden Materialbahn (20) angeordnet sind und daß die zugeordneten Detektorelemente (58,64) zum Erfassen der von der Materialbahn (20) reflektierten Infrarot-Strahlung auf derselben Seite der Materialbahn (20) vorgesehen sind.
  4. 4. Feuchtigkeitsmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtungen (66) und/oder die Lichtquelle (28) im Abstand von der Materialbahn (20) angeordnet und mit dieser über Lichtleiteranordnungen (23,24) verbunden sind.
  5. 5. Feuchtigkeitsmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die der Materialbahn (20) zugewandten Enden der Lichtleiterelemente (50) zu einer quer, insbesondere senkrecht,.zur Laufrichtung der Materialbahn (20) verlaufenden Reihe geordnet sind.
  6. 6. Feuchtigkeitsmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit den den Detektorelementen (58,64) zugeordneten Abtasteinrichtungen (66) Auswerteeinrichtungen (26 bis 28) verbunden sind, mit deren Hilfe eine Anzeige des Feuchtigkeitsgehalts erzeugbar ist.
DE19833336659 1982-10-12 1983-10-08 Meßgerät zum Bestimmen des Profils des Feuchtigkeitsgehalts einer Materialbahn quer zu ihrer Laufrichtung Expired - Fee Related DE3336659C2 (de)

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