DE3336659C2 - Meßgerät zum Bestimmen des Profils des Feuchtigkeitsgehalts einer Materialbahn quer zu ihrer Laufrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät zum Bestimmen des Profils des Feuchtigkeitsgehalts einer Materialbahn quer zu ihrer Laufrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie es aus CH-PS 5 23 500 bekannt ist.

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 Material­ bahn bewegt. Obwohl dieses Abtastverfahren im allge­ meinen befriedigend ist, leidet es doch unter ver­ schiedenen Nachteilen. Zunächst einmal bewegt sich die Sensoranordnung quer über die Materialbahn, wäh­ rend diese in Längsrichtung mit relativ hoher Ge­ schwindigkeit weiterläuft, so daß sich anstelle eines echten Querprofils ein diagonaler Verlauf des schließ­ lich ermittelten Feuchtigkeitsprofils ergibt. Wenn beispielsweise mit den üblichen mechanisch angetrie­ benen Sensoranordnungen Messungen an einer Material­ bahn durchgeführt werden, welche mit einer Geschwin­ digkeit 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 Quer­ abtastung erfolgt, während eine beträchtliche Länge der Materialbahn unter der Sensoranordnung hindurch­ läuft.

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.

Im einzelnen beschreibt die weiter oben bereits erwähnte CH-PS 523 500 ein gattungsgemäßes Feuchtigkeitsmeßgerät, bei dem die Filterung der Ausgangssignale der einzelnen Detektorelemente erst im eigentlichen Empfänger mit seinen Filtern erfolgt, was eine Verfälschung der Meßergebnisse bzw. des Meßprofils in Abhängigkeit von den unterschiedlichen charakteristischen Parametern mehrerer Meßschaltungen zur Folge haben kann. Weiterhin ist aus der DE 29 11 177 A1 ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Oberflächenprüfung von durchlaufenden Bändern bekannt, bei dem bzw. bei der jede von mehreren Fotodioden mit einer Abtastfrequenz zwischen 1 und 10 MHz abgetastet wird, wobei der durch Abtastung gebildete und sich zeitlich wiederholende Signalverlauf in einer Schaltung ausgewertet wird, die zur Speicherung des Signalverlaufs aus einem taktweise fortschaltbaren Speicher besteht, der mit einer Rechenschaltung verbunden ist. Das bekannte Verfahren befaßt sich jedoch nicht mit der Erstellung eines Feuchtigkeits-Querschnittsprofils, sondern mit der Erfassung von an der Oberfläche eines Bandes vorhandenen Fehlerstellen, die durch eine starke Streuung der Strahlung ermittelt werden.

Weiterhin befaßt sich die Zeitschrift Chemie-Ing.-Techn., Jg. 35, 1963, Seiten 55 bis 62, mit einem Verfahren zur Feuchtemessung durch Infrarotreflexion, wobei jedoch wiederum keine Möglichkeit für das Erfassen eines Feuchtigkeitsprofils besteht. Aus der zitierten Druckschrift ist es jedoch im Prinzip bereits bekannt, bei der Feuchtemessung durch Infrarotreflexion auf der Eingangsseite des Strahlengangs ein Filterrad mit Interferenzfiltern vorzusehen.

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 da­ durch beeinflußt ist, daß die Materialbahn während des Meßvorganges weiterläuft.

Diese Aufgabe wird bei einem Meßgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch die in seinem kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale gelöst.

Es ist ein Vorteil des erfindungsgemäßen Feuchtigkeits­ meßgeräts, daß die einzelnen Detektorelemente, die den verschiedenen quer zur Materialbahn hintereinander­ liegenden Punkten zugeordnet sind, elektronisch mit so hoher Geschwindigkeit abgetastet werden können, daß praktisch eine gleichzeitige Abtastung aller Meß­ punkte der Materialbahn erfolgt, so daß ein echtes Querprofil erhalten wird.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Feuchtig­ keitsmeßgeräts besteht darin, daß durch die Verwen­ dung von Lichtleiterelementen die Möglichkeit geschaf­ fen wird, sowohl die Sendeeinrichtungen als auch die temperaturempfindlichen Empfangseinrichtungen in ei­ nem erheblichen Abstand von der Materialbahn anzu­ ordnen, 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 Meß­ daten auch schnelle Änderungen der Prozeßbedingungen bei der Herstellung der Materialbahn sofort erfaßt und entsprechend korrigiert werden können.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung wer­ den nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Wellen­ länge der einfallenden Strahlung und der vom Feuchtigkeitsgehalt abhängigen Durchlässigkeit einer Materialbahn;

Fig. 2 eine schematische Darstellung ei­ ner ersten bevorzugten Ausführungs­ form eines Feuch­ tigkeitsmeßgeräts, welches mit von der Materialbahn reflektierter Strahlung arbeitet;

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Filter­ scheibe des Feuchtigkeitsmeßge­ räts gemäß Fig. 2;

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht der Sensoreinrichtungen des Feuch­ tigkeitsmeßgeräts gemäß Fig. 2, gesehen von der Linie 4-4 in dieser Figur;

Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild eines Mikroprozessor-Steuersystems eines Feuchtig­ keitsmeßgerätes und

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer abgewandelten bevorzugten Ausfüh­ rungsform eines Feuchtigkeitsmeß­ gerätes bei dem die durch die Materialbahn hin­ durchgehende Infrarot-Strahlung aus­ gewertet wird.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 der Zeichnung für Material­ bahnen mit unterschiedlich hohem Feuchtigkeitsgehalt (zwischen 1,3 und 10,3%) den Verlauf der (Licht-)Durch­ lässigkeit in Prozent über der Wellenlänge in µm. Man sieht, daß eine maximale Absorption von Infrarot-Strah­ lung durch Wassermoleküle in der Bahn bei einer Wellenlänge von 1,94 µm zu beobachten ist, während Licht mit einer relativ dicht benachbarten Wellen­ länge von beispielsweise 1,81 µm vergleichsweise wenig beeinflußt wird, so daß diese Wellenlänge bzw. die Lichtdurchlässigkeit bei dieser Wellenlänge zur Erzeu­ gung eines Bezugssignals verwendet werden kann.

Wie Fig. 2 zeigt, wird bei dem Feuchtigkeitsmeßgerät 10 ein nach einer Seite ge­ richteter Sensorkopf von einem Hauptrahmen 12 getragen, welcher von zwei Kolbenstangen 14 und 16 gehaltert ist. Diese Kolbenstangen 14,16 gehören zu pneumatischen 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 be­ zeichnet wird, sind im Abstand von der Materialbahn zu einem getrennten Detektormodul 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 be­ einträchtigt werden. Das Modul mit den aktiven Ele­ menten 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, insbeson­ dere einer Papierbahn, 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 das Detektormodul 22 Analogsignale zu einem Sensor-Schnittstellenmodul 26, welches ein Mikropro­ zessor-Steuersystem enthält, um die Analogsignale in Daten umzusetzen, die dem Feuchtigkeitsgehalt in einer der gängigen technischen Einheiten entsprechen. In bekannter Weise steht das Sensor-Schnittstellenmodul 26 über ein 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 das Detektormodul 22 eine Lichtquelle 28, eine Filterscheibe 30 und eine Stan­ dard-Scheibe 32. Die Filterscheibe 30 besitzt vier Segmente, wobei ein Segment 34 eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 1,94 µm passieren läßt, wäh­ rend ein weiteres Segment 36 eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 1,81 µm passieren läßt, d. h. Strah­ lung 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 Übertragungsweg befinden. Die Filterscheibe 30 wird von einem Motor 42 z. B. einen Synchron­ motor angetrieben, dem ein Winkelcodierer (nicht dargestellt) zugeordnet ist, welcher anzeigt, welches Segment jeweils gerade im optischen Übertragungsweg 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. Kalibrierung wird nacheinander jeder der fünf internen Standards in den optischen Über­ tragungsweg gedreht, um die Kalibrierung zu prüfen. Dies geschieht, während der Sensorkopf mit Hilfe des pneu­ matischen Aggregats 18 von der Materialbahn 20 weg­ geschwenkt ist. Da das Kalibriersystem selbst keinen Teil der Erfindung darstellt, soll hier auf eine detail­ liertere Beschreibung verzichtet werden.

Eine Optik bzw. ein Linsensystem 46 bündelt das Licht aus der Lichtquelle 8, ehe das Licht durch die Fil­ terscheibe 30 und die Standard-Scheibe 32 hindurch auf den Lichtleiter 23 gerichtet wird. Der Lichtlei­ ter 23 besteht aus mehreren einzelnen Faserleitern 50, von denen jeder geeignet ist, einfallende Strahlung zu einem Strahlungsausgang 52 zu übertragen. Die Strahlungsausgänge 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 wesent­ lichen senkrecht zur Laufrichtung der Materialbahn 20 orientiert ist. Die Strahlung wird von den Strahlungs­ ausgängen 52 über zugeordnete Diffusoren 54, die am Haupt­ rahmen 12 befestigt sind, gegen die laufende Material­ bahn 20 gerichtet.

Jedem der Strahlungsausgänge 52 ist ferner ein Strah­ lungseinlaß 56 zugeordnet. Auch die Strahlungsein­ lässe 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 Strahlungs­ einlässen 56 empfangen und über die einzelnen Faser­ leiter 58 des Lichtleiters 24 wieder zu dem Sensor­ modul 22 übertragen. Die Enden der Faserleiter 58 sind dabei angrenzend an die Strahlungsausgänge 52 der Fa­ serleiter 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 Fo­ todetektoren, beispielsweise Fotodioden, umfassende Detektorfeld 64 derart ausgerichtet, daß das Licht aus jedem Faserleiter 58 auf ein bestimmtes Ele­ ment 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 Detektor­ elemente auftreffende Strahlung dazu, den Feuchtig­ keitsgehalt 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 Steuer­ system umfaßt einen Mikroprozessor 68, welcher einen Schreib/Lesespeicher 70, 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/Di­ gital-Wandler 76, dem die Analogsignale der einzel­ nen Detektorelemente über den Multiplexer 66, einen Verstärker 78 mit einstellbarer Verstärkung und einen Abtast/Halte-Verstärker 80 zugeführt werden. Nach der Umsetzung werden die digi­ talen Werte mit Hilfe eines Unterprozessors bzw. einer Bussteuerung 86 in zwei Pufferspeichern 82 bzw. 84 ge­ speichert.

Der Mikroprozessor 68 überwacht weiterhin die Tempe­ ratur des Detektorfeldes 64 und hält diese Temperatur mit einer Toleranz von ± 5°C mittels einer geeigneten Temperaturregeleinheit 88 konstant. Außerdem überwacht der Mikroprozessor 68 die Position der Standard-Scheibe 32 über eine geeignete Steuereinheit 90 und die Posi­ tion der Filterscheibe 30 über einen geeigneten Detek­ tor 92. Der Mikroprozessor 68 steht mit jeder der ge­ nannten Baugruppen des Steuersystems über einen digi­ talen Datenbus 94 in Verbindung.

Während des normalen Betriebes des Sensors wird das Licht aus der Lichtquelle 8 gebündelt und durch die Filterscheibe 30 und die Öffnung in der Standard-Scheibe 32 hindurch auf das Ende des aus den einzelnen Faserleitern 50 bestehenden Lichtleiters 23 gerichtet. Über den Lichtleiter 23 wird das Licht zu den einzel­ nen Strahlungsausgängen 52 übertragen und von dort durch die Diffusoren 54 hindurch gegen die Material­ bahn 20 gerichtet. Die Streustrahlung von der Material­ bahn 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 bei­ spielsweise 60 betragen kann, so daß alle 240 ms ein Meßprofil für 60 Punkte erzeugt wird. Die analogen Detektorausgangssignale werden dann von dem Mikroprozessor 68 mit Hilfe des Multiplexers 66 digitalisiert, und 60 Sätze von jeweils vier umgewandelten Signalen, die den Meßwerten für das 1,81 µm-Segment 36, das 1,94 µm-Seg­ ment 34 und für die beiden maskierten Segmente 38 und 40 entsprechen, werden für jeden Strahlungseinlaß 56 mit Hilfe des Unterprozessors 86 in einem der Puf­ ferspeicher 82 bzw. 84 gespeichert, wobei diese Puffer­ speicher auch als Pufferspeicherbank A und Pufferspei­ cherbank B bezeichnet werden. Das den maskierten Seg­ menten zugeordnete Ausgangssignal der Detektoren er­ möglicht es, den Einfluß des Umgebungslichtes auf die Signalwerte durch entsprechende Aufbereitung der Signale auszuschließen. Andererseits sind die Aus­ gangssignale der Detektoren, die bei der Bezugswellen­ länge erzeugt werden, sehr nützlich, um die Sensorin­ stabilitäten, 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 umgewan­ delten Daten in dem jeweils anderen Pufferspeicher und informiert den Mikroprozessor 68, daß ein Satz von Meßdaten verfügbar ist. Während nunmehr der Hilfs- oder Unterprozessor 86 den anderen Pufferspei­ cher füllt, kann der Hauptprozessor die Daten nach Belieben aus dem ersten Pufferspeicher auslesen. Der Mikro­ prozessor 68 vergleicht dann die Intensität der Streu­ strahlung bei 1,94 µm mit derjenigen bei 1,81 µm, 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 Regel­ kreise (nicht dargestellt) so einzustellen, daß der Feuchtigkeitsgehalt für die Materialbahn bei der Her­ stellung derselben stabilisiert wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß die Zuverlässigkeit des Systems durch die Verwendung des Detektorfeldes 64 einerseits erhöht wird, während andererseits das Detektorfeld 64 kompakt aufgebaut ist und hinsichtlich der Temperatur leicht stabilisiert werden kann. Außerdem wird deut­ lich, 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 Strah­ lungsausgänge 52 zu geben.

Gemäß Fig. 6 umfaßt der Detektormodul 100 auf der Übertragungsseite des elektronisch abtastenden Systems zur Feuchtemessung mittels Infra­ rot-Strahlung eine Lichtquelle 102 hoher Intensität, deren Licht mittels einer Optik 104 durch eine Filter­ scheibe 106 und eine Standard-Scheibe 108 auf ein Faserbündel 110 gebündelt werden kann. Dabei entspre­ chen die Filterscheibe 106 und die Standard-Scheibe 108, die durch zugeordnete Motoren 122 bzw. 120 ange­ trieben werden, im wesentlichen der Filterscheibe 30 und der Standard-Scheibe 32.

Das Faserbündel 110 besteht aus mehreren Lichtfasern 124, die mit ihrem einen Ende der Licht­ quelle 102 zugewandt sind und an deren anderem Ende jeweils ein Strahlungsausgang 126 vorgesehen ist. Da­ bei ist jeder Strahlungsausgang als eine Linse aus­ gebildet, 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 128 ausgerichtet ist, und werden von ei­ nem Gehäuse 132 gehaltert, welches den unteren Sensor bzw. den Sendekopf bildet.

Die auf das Faserbündel 110 auftreffende Strahlung wird längs der Faserleiter zu den Strahlungsaus­ gängen 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 Licht­ leiter 136 montiert ist. Die Strahlungseinlässe 134 sind quer über die Breite der Materialbahn 128 zu ei­ ner Reihe geordnet, die im wesentlichen senkrecht zur Laufrichtung der Materialbahn 128 verläuft. Die Strah­ lungseinlässe 134 sind ferner in einem Gehäuse 138 gehaltert, welcher einen oberen Sensor bzw. einen Empfangskopf bildet. Jeder Strahlungseinlaß 134 ent­ spricht 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 Lichtleiter 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 zuge­ führt, über den für jedes Detektorelement ein Signal an ein Mikroprozessor-Steuersystem geliefert wird, um dort in einen Feuchtemeßwert mit der gewünschten Maß­ einheit 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 darge­ stellt) 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 Temperatur­ stabilität zu erreichen. Ferner sind die Diffusoren 130 am Sendegehäuse leicht gewölbt bzw. verdickt, und zwar für den Fall, daß der Sensorkopf 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 sau­ berer Luft "gespült".

Das Ausrichten der Strahlungsausgänge und -einlässe 126, 134 wird durch die Höhe der Ausgangsspannung der Detektoren des Detektorfeldes 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 Detektormoduls 100 ist eine geeignete Temperaturrege­ lung vorgesehen, beispielsweise eine Klimaanlage mit Wasserkühlung, wobei in diesem Fall ein leicht über­ höhter Innendruck aufrechterhalten wird, so daß ein Lecken nur von innen nach außen erfolgen kann. Weiter­ hin 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 geeig­ net ist oder für eine Montage in einem gewissen Ab­ stand von der Materialbahn wie im Falle des Streulicht­ sensors.

Man sieht ohne weiteres, daß wie beim Streulichtsensor Änderungen in der Leuchtintensität der Lichtquelle 102 und Änderungen in der Lichtleiter-Charakteristik dadurch in erheblichem Maße kompensiert werden, daß man die Streustrahlung bei einer Wellenlänge von 1,94 µm mit der Streustrahlung bei einer Wellenlänge von 1,81 µm 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 unwirk­ sam gemacht, daß man das Strahlungssignal abzieht, welches für die maskierten Segmente der Filterscheibe 106 vor der Lichtquelle 102 erhalten wird.

Das Strahlungssignal mit einer Wellenlänge von 1,81 µm liefert eine konstante Bezugsgröße, so daß der Empfangs­ sensor kontinuierlich stabilisiert wird. Außerdem wird das Signal mit der Bezugswellenlänge dazu verwendet, das Empfangssignal bei Änderungen der relativen Empfind­ lichkeit des Detektorfeldes 144 und bei Änderungen, die durch Staubbildung auf den Sensorfenstern (den Diffusoren 130) hervorgerufen werden, zu korrigieren.

Es ist ferner wünschenswert, den Sensor durch Verwen­ dung der Standard-Scheibe 108 zu kalibrieren. Bei einer Form der Kalibrierung 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 Übertragungsweg 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 Kalibrierung wird bei jedem Material­ wechsel und bei jedem Bruch der Materialbahn durchge­ führt, wobei außerdem sämtliche Strahlungsausgänge und -einlässe daraufhin geprüft werden, daß dort keine Reste der Materialbahn mehr vorhanden sind.

Eine zweite Form der Kalibrierung wird angewandt, wenn sich die Materialbahn 128 zwischen den Gehäusen 132 und 138 befindet. In diesem Fall werden die Ausgangsspannungen für jeden der Strahlungsein­ lässe 134 abgerufen und für volle 60 Umdrehungen der Filterscheibe 106 gespeichert. Anschließend wird ein Histogramm für die 60 Verhältniswerte für jeden Ein­ laß 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 Ver­ hältniswerte 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 ein Infrarot-Feuchtig­ keitsmeßsystem mit elektronischer Abtastung geschaffen wird, bei dem die aktiven Elemente des Sensors im Ab­ stand von der zu prüfenden Materialbahn angeordnet werden können. Weiterhin wird deutlich, daß mit dem beschriebenen Meßsystem ein echtes Querschnitts­ profil des Feuchtigkeitsgehaltes der Materialbahn er­ halten wird, da durch das Laufen der Materialbahn keine Verzerrungen wie bei einem verfahrbaren Detektor her­ vorgerufen werden können. Außerdem können zur Diagnose schneller Änderungen der Prozeß­ bedingungen große Datenmengen schnell verarbeitet werden.

Claims (5)

1. Meßgerät zum Bestimmen des Profils des Feuchtigkeitsge­ halts einer Materialbahn quer zu ihrer Laufrichtung durch Messung der von der Materialbahn zu einer im Abstand von der Materialbahn angeordneten Detektoranordnung gelangen­ den Strahlungsmenge beim Bestrahlen der Bahn mit Infra­ rot-Strahlung einer im Abstand von der Materialbahn ange­ ordneten Lichtquelle, mit

• - einer Anzahl von diskreten Bestrahlungselementen, die in einer quer zur Laufrichtung der Materialbahn ver­ laufenden Reihe angeordnet sind und mit deren Hilfe die von der Lichtquelle ausgehende Infrarot-Strahlung der Materialbahn an den dieser Reihe zugeordneten Be­ reichen zuführbar ist,
• - einer Anzahl von diskreten Strahlungsemp­ fangselementen, die quer zur Laufrichtung der Ma­ terialbahn in einer Reihe angeordnet sind, um Infra­ rot-Strahlung von den durch die jeweils zugeordneten Bestrahlungselemente bestrahlten Bereichen der Ma­ terialbahn zu empfangen,
• - einer optischen Filteranordnung,
• - einer Detektoranordnung, welche eine Anzahl von Detek­ torelementen umfaßt,
• - Lichtleiterelementen, mit denen die von der Licht­ quelle abgegebene Infrarot-Strahlung den diskreten Be­ strahlungselementen und die von den Strahlungsemp­ fangselementen empfangene Strahlung den zugeordneten Detektorelementen der Detektoranordnung zuführbar sind, und mit
• - einer Auswerte- und Anzeigeeinrichtung für den Feuch­ tigkeitsgehalt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die optische Filteranordnung im Strahlengang zwischen der Lichtquelle (8; 102) und den Bestrahlungselementen (Strahlungsausgänge 52; 126) angeordnet ist und als optische Filterscheibe (30; 106) mit mehreren Segmen­ ten (34, 36, 38, 40) ausgebildet ist,
• - ein Motor (42; 122) zum Drehen der Filterscheibe (30; 106) vorgesehen ist, um die einzelnen Segmente (34, 36, 38, 40) nacheinander in den Strahlengang zu brin­ gen,
• - eine Meßschaltung (Schnittstellen-Module 26, 27, 28; Analog/Digital-Wandler 76, Verstärker 78, Abtast/Hal­ te-Verstärker 80) zum aufeinanderfolgenden Erfassen der Ausgangssignale jeweils eines der Detektorelemente für die jeweilige Position der einzelnen Segmente (34, 36, 38, 40) vorgesehen ist, und daß
• - ein Multiplexer (66; 146) vorgesehen ist, der derart steuerbar ist, daß der Meßschaltung bei jeder nachfolgenden Umdrehung der Filterscheibe (30; 106) die Ausgangssignale eines jeweils anderen Detektorele­ ments zuführbar sind.

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungselemente Strahlungsausgänge (126) auf der einen Seite der Materialbahn (128) vorgesehen sind und daß die zugeordneten Strahlungsempfangselemente Strah­ lungseinlässe (134) zum Erfassen der an den einzelnen Be­ reichen durch die Materialbahn (128) hindurchgetretenen Infrarot-Strahlung auf der gegenüberliegenden Seite der Materialbahn (128) angeordnet sind.

3. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungselemente Strahlungsausgänge (52) auf der einen Seite der Materialbahn (20) angeordnet sind und daß die zugeordneten Strahlungsempfangselemente Strahlungs­ einlässe (56) zum Erfassen der von der Materialbahn (20) reflektierten Infrarot-Strahlung auf derselben Seite der Materialbahn (20) angeordnet sind.

4. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bestrahlungselemente Strahlungs­ ausgänge (52; 126) und die zugeordneten Strahlungsemp­ fangselemente Strahlungseinlässe (56; 134) senkrecht zur Laufrichtung der Materialbahn (20) angeordnet sind.