DE3618518A1 - Verfahren zum messen von eigenschaften einer durchgehenden materialbahn im querprofil - Google Patents
Verfahren zum messen von eigenschaften einer durchgehenden materialbahn im querprofilInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen der
Eigenschaften einer durchgehenden Materialbahn im Querprofil.
In vielen industriellen Prozessen werden Materialien in der
Form einer durchgehenden bzw. zusammenhängenden Bahn erzeugt.
Derartige Materialbahnen werden während des Prozesses entwe
der an Einzelpunkten, an denen für eine bestimmte Stelle in
der Querrichtung zur Materialbahn ein Längsprofil erhalten
wird, oder an mehreren Punkten mit Hilfe von Sonden gemessen,
die auf mechanische Weise quer zur Materialbahn hin- und
herbewegt werden, wodurch Meßinformationen sowohl für das
Querprofil als auch für das Längsprofil erhalten werden.
Heutzutage ist man beispielsweise in der Papier- und Kunst
stoffindustrie zunehmend bemüht, die Querprofile zu messen
und die Maschinen gemäß den Meßergebnissen unmittelbar nach
der Messung einzustellen. Zu messende Eigenschaften sind
beispielsweise die Feuchtigkeit, das Flächengewicht und die
Stärke oder Güte von Oberflächenbeschichtungen.
Bei der Anwendung der bekannten Verfahren bestehen Probleme
hinsichtlich der komplizierten Gestaltung der bewegbaren
Sonden und deren Anordnung nahe der Materialbahn sowie hin
sichtlich der Faktoren der Umgebungsbedingungen wie der
Feuchtigkeit und der Temperatur, die Schwierigkeiten hin
sichtlich einer zuverlässigen Funktion der Sonden verur
sachen. Mit den gegenwärtig bekannten Verfahren ist es nicht
möglich, auf zuverlässige Weise gleichzeitig Messungen an
einigen verschiedenen Stellen in der Querrichtung zur Mate
rialbahn vorzunehmen. Ein zusätzliches Problem liegt in der
Verzögerung bei dem Erhalten der Meßergebnisse und den da
durch verursachten Kosten, da die Ergebnisse für den Einsatz
zu einer möglichen Steuerung der Eigenschaften der Material
bahn sofort verfügbar sein sollten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Ausschalten der
bei den Verfahren nach dem Stand der Technik auftretenden
Mängel für das Messen von Eigenschaften einer durchgehenden
Materialbahn im Querprofil ein Verfahren zu schaffen, mit dem
das Querprofil einer zu messenden Größe sowohl für die Aus
gabe als auch für eine Steuerung in Echtzeit erhalten wird.
Dabei soll mit der Erfindung ein Verfahren geschaffen werden,
bei dem die Messungen ohne mechanisch bewegbare Sonden vorge
nommen werden und das zuverlässig, betriebssicher und von
Änderungen der Umgebungsbedingungen unbeeinflußt ist.
Die Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patent
anspruchs 1 genannten Maßnahmen gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit optischer Messung
(mit Ultraviolettlicht, sichtbarem Licht oder Infrarotlicht)
sind keine mechanisch in der Querrichtung bewegte Sonden
erforderlich, während das Querprofil der zu messenden Größe
verzögerungsfrei ermittelt wird.
Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Bezug
nahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenan
sicht eines Aufbaus zur Ausführung des erfindungsge
mäßen Verfahrens gemäß einem Beispiel.
Fig. 2 ist eine Blockdarstellung eines Auswerteteils des
Aufbaus nach Fig. 1.
Der in Fig. 1 gezeigte Aufbau weist in einem Lichtquellenge
häuse 2 angeordnete Impulslaser, einen Meßquerträger 7, der
im wesentlichen in Querrichtung zu einer Materialbahn 1 an
geordnet wird, einen parallel zu dem Meßquerträger angeordne
ten Auswertequerträger 8 und einen Auswerteteil 6 auf. Inner
halb der Querträger sind Leiterelemente bzw. Lichtleiter 3
bzw. 5 aus einem optisch leitenden Material wie beispiels
weise Lichtleitfasern angeordnet. Der Lichtleiter bzw. das
Lichtabgabe-Faserbündel 3 ist für das Weiterleiten von aus
den Impulslasern zugeführten Lichtimpulsen innerhalb des
Meßquerträgers 7 ausgebildet. In dem Lichtleiter 3 und dem
Meßquerträger 7 sind in gegenseitigen Abständen Zwischenaus
lässe 4 ausgebildet, während in dem Auswertequerträger 8 an
den entsprechenden Stellen Öffnungen 9 ausgebildet sind, in
die Fasern des Sammel-Faserbündels bzw. Lichtleiters 5 einge
setzt sind. Die Abstände zwischen den Zwischenauslässen 4
sind so gewählt, daß sie größer als die von dem Licht in dem
Lichtleiter während der Dauer eines Lichtimpulses zurückge
legte Wegstrecke sind. Die Zwischenauslässe an dem Meßquer
träger sowie die Öffnungen an dem Auswertequerträger sind bei
diesem Beispiel durch lichtdurchlässige Abdeckungen 14 ge
schützt.
Der Lichtleiter 3 ist derart gestaltet, daß er in dem Meß
querträger 7 von einem Ende bis zum anderen verläuft und bei
diesem Beispiel derart umläuft, daß jede Faser des Faserbün
dels bzw. Lichtleiters mehrmalig von einem Ende des Querträ
gers bis zum anderen verläuft, und zwar um so öfter, je
weiter der dieser Faser entsprechende Zwischenauslaß weg
gelegen ist. Unter diesen Bedingungen ist die zu dem ersten
Auslaß führende Faser des Lichtleiters überhaupt nicht über
das andere Ende des Querträgers geführt, während die zu dem
zweiten Auslaß führende Faser einmal über das andere Ende des
Querträgers geführt ist, die zu dem dritten Auslaß führende
Faser zweimal über das andere Ende des Querträgers geführt
ist usw. Auf diese Weise entsteht bei der Ankunft der Licht
impulse an einem jeweiligen Auslaß im Vergleich zu dem voran
gehenden Auslaß eine bestimmte Verzögerung.
Bei einem zweiten vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
innerhalb des Meßquerträgers von dessen einem Ende bis zu dem
anderen Ende mehrmalig nur eine einzige optische bzw. Licht
leitfaser herumgeführt. Hierbei wird die Oberfläche der Faser
an jedem der Auslässe derart behandelt, daß ein Teil des
Lichtstroms durch die Oberfläche in den Zwischenauslaß über
tritt. Die behandelten Stellen an der Oberfläche der Faser
werden auf die vorstehend beschriebene Weise angeordnet,
wodurch jeweils eine entsprechende Verzögerung erzielt wird.
Durch das Behandeln der Oberfläche beispielsweise derart, daß
sie ungefähr 2% der Strahlung durchläßt, wird eine funktions
fähige Lösung erzielt. Für das Herbeiführen der Verzögerung
können jedoch auch andere Werte und Ausführungen eingesetzt
werden.
Das Lichtabgabe-Faserbündel in dem Meßquerträger kann sehr
dünn sein, da je Meßpunkt nur eine einzige Faser oder ein
Teil derselben benutzt wird, weil es möglich ist, in das Ende
des dünnen Faserbündels bzw. der Faser mit den Lasern eine
hohe Leistung einzugeben; demgegenüber müssen die Sammel-
Lichtleitfasern in dem Auswertequerträger infolge des erfor
derlichen Sammelwirkungsgrads für die Lichtstärke dicker
gestaltet werden. Diese erforderliche Dicke kann sich ändern
und ist von der Leistung der Laser sowie von der Absorption
oder dem Durchlaß der zu untersuchenden Materialbahn abhän
gig.
Mittels des Impulslasers werden in das Lichtabgabe-Faserbün
deI Lichtimpulse eingegeben, deren Dauer unterhalb einer
Mikrosekunde liegt, nämlich in der Praxis im Hinblick auf die
elektronische Ausstattung ungefähr 10 bis 100 ns beträgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die Funktion des Geräte
aufbaus werden nun anhand eines Beispiels erläutert, bei dem
die Feuchtigkeit einer Papierbahn gemessen wird.
Die Feuchtigkeit einer Papierbahn wird häufig mittels der
Absorptionsspitzen von Wasser gemessen, die hinsichtlich der
Wellenlänge im nahen Infrarotbereich von 1 bis 2 µm liegen.
Für die Messung wird die Absorptionsspitze von Wasser bei 1,4
µm gewählt, während als Bezugswellenlänge 1,30 µm gewählt
wird. Die Wahl erfolgt unter Berücksichtigung des Umstands,
daß für diese Wellenlängen sowohl Halbleiter-Impulslaser
verfügbar sind als auch diese Wellenlängen im Empfangsbereich
einer schnellen Diode (Indium-Gallium-Arsen-Diode mit einer
Anstiegszeit von ungefähr 1 ns) als Detektorvorrichtung lie
gen, jedoch können auch andere geeignete Wellenlängen heran
gezogen werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel für
den Meßaufbau werden in dem Lichtquellengehäuse 2 sowohl ein
Meßlaser mit der Wellenlänge 1,4 µm als auch ein Bezugslaser
mit der Wellenlänge 1,3 µm untergebracht. Zuerst wird mit dem
Meßlaser ein ungefähr 30 ns langer Lichtimpuls, der zwischen
dem Anstieg und dem Abfall für mindestens 10 ns einen flachen
Pegel hat, in den Lichtleiter bzw. das Faserbündel 3 eingege
ben, aus dem an einer ersten Meßstelle 15 ein bestimmter Teil
abgenommen wird. Auf diese Weise gelangt ein Teil des Lichts
in den Zwischenraum zwischen den lichtdurchlässigen Schutzab
deckungen 14 des Meßquerträgers und des Auswertequerträgers.
Zwischen den Querträgern befindet sich an dem ersten Meßpunkt
15 kein Papier, so daß daher dieser Meßpunkt zur Festlegung
der Nennstärke des Laserlichts bzw. eines Nullwerts Io heran
gezogen wird. Zu dem nächsten bzw. ersten tatsächlichen Meß
punkt wird das Licht beispielsweise dadurch geleitet, daß der
Lichtimpuls über die Enden des Meßquerträgers geführt wird.
Falls die Länge des Meßquerträgers beispielsweise 5 m be
trägt, trifft an diesem Meßpunkt das Licht nach einer Zeit
von ungefähr 2×5×n/c ein, so daß bei einem Brechungsindex
n der Lichtleiterfaser (Glas) von 1,55 und der Lichtgeschwin
digkeit c in Vakuum diese Verzögerungszeit aus der Gleichung
zu 50 ns berechnet werden kann. Das Sende-Faserbündel wird um
die Enden des Meßquerträgers geführt, um zwischen den Impul
sen eine Verzögerung herbeizuführen, wobei die Lichtimpulse
senderseitig derart geleitet werden, daß sie jeweils eine
zusätzliche Schleife über die Enden des Querträgers durchlau
fen und danach an der Stelle eines jeweiligen Zwischenauslas
ses 4 austreten. Die Anzahl dieser Meßstellen ist veränderbar
und beträgt beispielsweise 50, wodurch 49 Meßpunkte für das
Querprofil der Papierbahn 1 gebildet werden bzw. das Querpro
fil der 5 m-Bahn mit einer Auflösung von 10 cm gemessen
werden kann.
Zur Messung des Feuchtigkeitsprofils des Papiers müssen die
Querträger gemäß der Darstellung in Fig. 1 an den einander
gegenüberliegenden Seiten der Papierbahn angeordnet werden.
Wenn das Licht aus den Lichtabgabestellen der Zwischenausläs
se 4 durch die zwischen den Abdeckungen 14 gelegene Papier
bahn 1 hindurchtritt, trifft es auf die Sammel-Fasern im Aus
wertequerträger auf, so daß es in dem Sammel-Faserbündel des
Lichtleiters 5 als eine fortgesetzte Impulsfolge zu beobach
ten ist, die aus 50 Impulsen in Abständen von 50 ns besteht.
Die gesammelte Impulsfolge wird dem Auswerteteil 6 folgender
maßen zugeführt: Nach der Eingabe eines Auswertebefehls wird
an der Verstärkung eines Verstärkers ein Anstieg in der Weise
eingeleitet, daß der Anstieg der in den Lichtleitfasern bzw.
dem Lichtleiter 3 auftretenden Dämpfung entspricht, bzw. so,
daß bei gleichmäßiger Aufteilung des Faserbündels auf die
verschiedenen Meßpunkte und einer Dämpfung von 90% auf der
maximalen Länge 500 m einer Faser bei den verwendeten Wellen
längen die Verstärkung des Verstärkers innerhalb von 50×50
ns bzw. 2,5 µs exponential auf das zehnfache ansteigt.
Ferner erhält der Verstärker eine derartige Vorspannung, daß
der Spannungspegel für einen 8-Bit-Analog/Digital-Wandler 12
umgesetzt wird, nämlich in der Weise, daß der höchste Wert
für die Obergrenze und der niedrigste Wert für die Untergren
ze des Meßbereichs eingesetzt wird. Danach wird die auszuwer
tende Impulsfolge zu Halteschaltungen 17 mit einer Einstell
zeit von ungefähr 10 ns weitergegeben, die mit Multiplexern
18 ausgelesen werden, wobei die Signale unter Kanalaufteilung
in einen Signalprozessor 19 eingegeben werden. Eine Steuer
einheit 13 mit einem Mikroprozessor bewirkt die Aufteilung
und die Auswertung mit diesen vier Signalprozessoren 19 in
der Weise, daß die Meßergebnisse aufeinanderfolgend in Inter
vallen von 50 ns in Schiebespeicher (FIFO-Speicher) 11 einge
geben werden. Die Zeit für die A/D-Umsetzung auf 8 Bit sowie
für die Speicheraufnahme in einen der Signalprozessoren be
trägt 200 ns, so daß daher bei diesem Beispiel vier Prozesso
ren parallel eingesetzt werden. Unmittelbar danach bzw. nach
ungefähr 3 µs von der Abgabe eines vorangehenden Laserimpul
ses an wird mit dem Bezugslaser ein Impuls in den Lichtleiter
3 eingegeben, wobei die Verarbeitung die gleiche wie bei dem
Meßlaser ist und die Ergebnisse wiederum als Fortsetzung der
vorangehenden Auswertung in die Schiebespeicher eingespei
chert werden. Als nächstes werden von dem Hauptprozessor,
nämlich der Steuereinheit 13 zuerst die Ergebnisse aus dem
Meßlaserlicht gesammelt und entsprechend dem ersten Kanal
bzw. der ersten Meßstelle, nämlich dem Nullwert Io geordnet,
wonach die Ergebnisse aus dem Bezugslaserlicht entsprechend
dem Nullwert Io für dasselbe geordnet werden. Von der Steuer
einheit 13 werden die Feuchtigkeitswerte auf die übliche
Weise mittels Eichproben aus dem Verhältnis zwischen dem
Bezugskanal und dem Meßkanal ermittelt. Bei einer Einzelmes
sung während 3 µs wird die Papierbahn praktisch kaum bewegt,
so daß daher die Bezugswerte und die Meßwerte von der glei
chen Stelle der Bahn abgenommen werden, da der Auswertungsbe
reich einen Durchmesser von 5 bis 8 cm hat und die Bahn in
der Papiermaschine während der 3 µs um höchstens 0,1 mm
bewegt wird.
In der Praxis wird der Meßvorrichtungsaufbau folgendermaßen
betriebsbereit gemacht: Während des Einführens der Bahn wer
den der Meßquerträger und der Auswertequerträger nach einem
bekannten Verfahren wie beispielsweise mittels Druckluftzy
lindern 21 von der Bahn weg bewegt, wonach sie zur Messung
nahe an die Bahn unter einem restlichen Abstand von 1 bis 2
cm gesetzt werden. Unter Steuerung durch den Hauptprozessor
bzw. die Steuereinheit beginnt das Messen in Intervallen von
1 ms, wobei zuerst die Untergrenze der Verstärkervorspannung
nahe "0" abgesenkt und die Verstärkung auf einen Minimalwert
eingestellt wird, bei dem die Amplituden alle Impulse und
Sicherheit in dem Auslesefenster des 8-Bit-Wandlers liegen.
Danach wird nur die der Wasser-Absorptionsspitze entsprechen
de tatsächliche Meßwellenlänge eingesetzt und für die Auswer
tung der Wert aus dem ersten Kanal bzw. von der ersten Meß
stelle, nämlich der Nullwert Io abgezogen. Daraufhin beginnt
ein Anheben der Vorspannungsgrenze des Verstärkers, bis der
mögliche Niedrigstwert erreicht ist, an dem die Untergrenze
festgelegt wird. Dann wird die Verstärkung derart angehoben,
daß der mögliche höchste Meßwert der Obergrenze des Analog/
Digital-Wandlers nahe kommt. Auf diese Weise wird die maxi
male Auflösungsfähigkeit des Analog/Digital-Wandlers er
reicht. Danach wird die Intensität in diesem ersten Kanal
bzw. an der ersten Meßstelle für den Nullwert Io auf automa
tische Weise mit einem sog. Graukeil auf die Mitte des zuvor
eingestellten Auswertungs- bzw. Meßfensters eingestellt. Der
Graukeil wird unmittelbar vor die Einlaßfaser für den Io-
Kanal gesetzt. Abschließend wird von dem Meßprozessor der
Nullwert Io für den Laser mit der Bezugswellenlänge über den
ersten Kanal für den Nullwert Io auf die Mitte des Meßfen
sters eingestellt und es wird geprüft, ob die Meßwerte
gleichfalls in das Meßfenster des Analog/Digital-Wandlers
fallen.
Auf diese Weise wird der Meßvorrichtungsaufbau geeicht, wo
nach dann das fortgesetzte Messen begonnen werden kann. Die
Zeit für eine derartige Eichung beträgt nur einige wenige
Sekunden. Danach wird das Meßsystem immer geeicht, wenn ei
nige Meßwerte das Meßfenster des Analog/Digital-Wandlers
überschreiten oder unterschreiten, sowie in immer für die
Regelung möglichen Intervallen. Die Wassermenge an jedem der
49 Meßpunkte wird aus dem Verhältnis zwischen der jeweiligen
Lichtstärke aus dem Meßlaser (1,4 µm) und der jeweiligen
Lichtstärke aus dem Bezugslaser (1,3 µm) berechnet.
Die Fig. 2 zeigt ferner auch ein Einstellsignal 22 für den
Graukeil, ein Leistungseinstellsignal 23 für einen der Im
pulslaser sowie ein Ausgangssignal 24 für das fertiggestellte
Querprofil zur Sichtanzeige, Meldung oder Steuerung.
Die Berechnung des Feuchtigkeitsanteils aus den Meßergebnis
sen erfolgt entweder mittels eines vorgegebenen mittleren
Trockenflächengewichts, welches mit einem an irgendeiner
anderen Stelle der Maschine angeordneten genauen Flächege
wichtmeßgerät gemessen wird, oder es wird bei dem System ein
sog. Beta-Flächengewichtmeßgerät eingesetzt, mit dem das
Flächengewicht an der Stelle eines der Meßpunkte gemessen
wird und das Flächengewicht für die anderen Meßpunkte aus der
Dämpfung der Bezugswellenlängen-Strahlen durch Eichung ermit
telt wird. Hierbei müssen als Meßwerte für alle Meßpunkte
ohne Papierbahn die Nullwerte gespeichert werden, wobei durch
Vergleich mit diesen die Dämpfung für einen jeden Meßpunkt
bzw. der sog. geometrische Faktor berechnet werden kann. Mit
dieser Gestaltung wird bei der Berechnung der Mittelwerte von
noch mehr Messungen eine genaue Echtzeit-Feuchtigkeitsmessung
erreicht, wobei die analogen Signale mit einer Genauigkeit
von besser als 1 Promille gemessen werden und die Feuchtig
keit schließlich mit einer Genauigkeit von besser als 0,1%
ermittelt wird.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden auch organische
oder anorganische Oberflächenbeschichtungen oder beispiels
weise fluoreszierende Substanzen gemessen. Hierbei werden die
Querträger auf der gleichen Seite der Materialbahn unter
einem derartigen gegenseitigen Winkel angeordnet, daß das von
der zu untersuchenden Oberfläche gestreute Licht auf die
Oberfläche des Auswertequerträgers an den Stellen der Öffnun
gen in diesem trifft. Bei einer quantitativen Messung der
Oberflächenbeschichtung wird das Licht an der Grenzfläche
zwischen der Beschichtung und der Materialbahn reflektiert.
Da die Oberflächenbeschichtung bei einer der Wellenlängen
stärker absorbiert als bei der anderen, werden die Impulsla
ser auf diese Wellenlängen eingestellt und es wird an jedem
Meßpunkt das Verhältnis der Reflexionen gemessen, wodurch
mittels einer Eichung mit bekannten Proben das Querprofil der
Oberflächenbeschichtung errechnet werden kann.
Fluoreszierende Substanzen werden dadurch gemessen, daß ein
einzelner Impulslaser eingesetzt wird und zwischen das Sam
mel-Faserbündel bzw. den Lichtleiter 5 und den Detektor 10
ein Filter gesetzt wird, mit dem für die Messung nur die
Fluoreszenzwellenlänge ausgewertet wird. Aus der auf diese
Weise an verschiedenen Meßpunkten ermittelten Fluoreszenz
lichtmenge wird mittels einer Eichung mit bekannten Proben
die Menge der fluoreszierenden Substanz oder deren Konzentra
tion in der Materialbahn berechnet.
Für Messungen im Ultraviolettbereich ist es erforderlich,
beispielsweise zwei Stickstoff-Laser zu verwenden, aus denen
das Licht geeigneter Wellenlängen über verschiedene Filter in
den Lichtleiter 3 eingegeben wird. Bei Ultraviolettlicht,
sichtbarem Licht und Infrarotlicht bis zur Wellenlänge 1 µm
können als Detektoren normale Siliciumdioden verwendet wer
den. Im allgemeinen sind mit heutzutage verfügbaren Materia
lien die Lichtleiterfasern für einen Bereich verwendeter
Lichtwellenlängen von 200 nm bis 4 µm geeignet, obgleich in
der Nähe der beiden Bereichsgrenzen die langen Lichtleitfa
sern schon eine beträchtliche Dämpfung der Lichtintensität
zeigen.
Bei dem Verfahren entsteht eine Verzögerung auch durch die
Zwischenabstände zwischen den Auswertepunkten an dem Auswer
tequerträger, was als zusätzliche Verzögerung der Impulsin
tervalle in der zu untersuchenden Impulsfolge betrachtet
werden kann. Natürlich könnte auch eine zusätzliche Verzöge
rung im Auswertequerträger durch die Länge der Lichtleitfa
sern hervorgerufen werden, sogar bis zu dem Ausmaß, daß die
Verzögerungszeit an dem Lichtabgabe-Meßquerträger auf ein
Mindestmaß verkürzt ist. Dies ist jedoch nicht sinnvoll, da
an dem Auswertequerträger die auszuwertende Lichtstärke durch
Steigerung der Dicke des Lichtleitfaser-Bündels gesteigert
werden kann.
In Maschinen für die Herstellung einer durchgehenden Mate
rialbahn wie in Papier- oder Kunststoffilm-Maschinen werden
Querprofile unterschiedlicher Eigenschaften der Materialbahn
üblicherweise mit Hilfe von mechanisch in Querrichtung hin
und herbewegten Sonden gemessen. Nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren können einige unterschiedliche Meßgrößen wie bei
spielsweise das Flächengewicht, Füllmaterialien, Oberflächen
beschichtungen und die Feuchtigkeit in vielen Fällen auf
optische Weise in Echtzeit als Querprofile ohne eine mechani
sche Querbewegung ermittelt werden. Das Verfahren besteht
darin, daß aus Lasern Lichtimpulse mit gewünschten Wellenlän
gen über eine optische Verzögerungsleitung auf die Bahn ge
richtet werden, auf der damit eine Reihe quer angeordneter
Meßpunkte gebildet wird, von denen die Meßergebnisse als
serielle Impulsamplitudenfolge erhalten werden; aus den Aus
wertungsergebnissen mit normierter Impulsamplitude wird das
Querprofil der zu messenden Größe unter Eichung mit bekannten
Proben berechnet. Die Normierung der Laserimpulse erfolgt
über einen einzigen Auswertungskanal. Dieser Auswertungskanal
enthält keinerlei andere Informationen, sondern nur die den
jeweils gerade vorliegenden Laserimpuls betreffende Intensi
tätsinformation, mit der die von anderen Meßpunkten erzielten
Intensitätsinformationen in Zusammenhang gebracht werden, die
die Information über die Materialbahn liefern. Bei dem Ver
fahren kann ein einziger Impulslaser verwendet werden oder es
können Impulslaser mit einigen verschiedenen Wellenlängen
eingesetzt werden, wobei das Meßlicht durch die Bahn hindurch
gesendet oder an dieser reflektiert werden kann.
Claims (7)
1. Verfahren zum Messen von Eigenschaften einer durchgehenden
Materialbahn im Querprofil, wobei Lichtimpulse bestimmter
Wellenlängen in einen aus Lichtleitermaterial bestehenden, im
wesentlichen quer zur Materialbahn angeordneten ersten Licht
leiter eingegeben werden, die Lichtimpulse aus dem ersten
Lichtleiter über Zwischenauslässe auf die Materialbahn ge
richtet werden und die durch die Materialbahn hindurchtre
tenden und/oder von dieser gestreuten Lichtimpulse mittels
eines im wesentlichen zu dem ersten Lichtleiter parallel
angeordneten zweiten Lichtleiters gesammelt und einem Auswer
teteil zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lichtimpulse aufeinanderfolgend aus mindestens einem Impuls
laser in den ersten ersten Lichtleiter eingegeben werden, der
innerhalb eines Meßquerträgers angebracht wird, daß die
Lichtimpulse aus benachbart angeordneten Zwischenauslässen
auf die Materialbahn über eine Wegstrecke geleitet werden,
die größer als die von den Lichtimpulsen in dem Lichtleiter
während der Dauer eines Lichtimpulses durchlaufene Strecke
ist, daß die Lichtimpulse mittels des zweiten Lichtleiters an
Öffnungen eines Auswertequerträgers gesammelt und dem Auswer
teteil zugeleitet werden, an dem die über die Zwischenausläs
se geleiteten Lichtimpulse als aufeinanderfolgende Impulse
ankommen und in dem sie entsprechend einer Nennstärke ver
stärkt werden, und daß das Querprofil der zu messenden Eigen
schaft durch Vergleichen der Impulsstärken mit durch Eichung
erzielten Ergebnissen errechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lichtimpulse einem in dem Auswerteteil angeordneten Detektor
zugeleitet werden, daß die vom Detektor infolge der unter
schiedlichen Wegstrecken in den Lichtleitern in Form einer
Impulsfolge abgegebenen Signale verstärkt und ausgewertet
werden und daß für jeweils aufeinanderfolgende Meßpunkte die
betreffende Impulsamplitude ermittelt und in einen Speicher
des Auswerteteils eingespeichert wird, aus dem die Ergebnisse
zur Berechnung ausgelesen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dämpfung des Lichts aus dem mindestens einen Impuls
laser in dem ersten Lichtleiter für die Lichtabgabe sowie in
dem zweiten Lichtleiter für das Sammeln mittels eines in dem
Auswerteteil eingebauten Verstärkers kompensiert wird, dessen
Verstärkung exponentiell mit der gleichen Zeitkonstante wie
die Dämpfung der Lichtwellen auf deren Weg in den Lichtlei
tern vor der Auswertung ansteigt, wobei der Anstieg der
Verstärkung mittels einer einen Mikroprozessor enthaltenden
Steuereinheit ausgelöst wird, wenn von der nächstgelegenen
Meßstelle her der erste Lichtimpuls zugeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß als Verstärker in dem Auswerteteil ein
Verstärker mit Vorspannung verwendet wird, mit dem bei einer
Anfangseichung der Bereich eines Analog/Digital-Wandlers
automatisch auf den Schwankungsbereich von Meßsignalen be
grenzt wird, daß mit einem automatisch bewegbaren Graukeil
das von dem Lichtleiter zu einem Nennmeßpunkt kommende Licht
für ein Meßsignal innerhalb der Grenzen eingestellt wird und
daß aus den dermaßen erhaltenen Meßergebnissen unter Anrech
nung der Vorspannung die Werte der für die Darstellung des
Querprofils der Materialbahn gewünschten Meßgröße berechnet
werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt einer Papierbahn
mittels zweier Laser mit Wellenlängen im nahen Infrarotbe
reich gemessen wird, von denen eine der Wellenlänge der
Absorptionsspitze von Wasser entspricht und die andere als
Bezugswellenlänge herangezogen wird, wobei das Flächengewicht
des Papiers aus der Absorption der Strahlen mit der Bezugs
wellenlänge ermittelt wird und der Wassergehalt aus dem In
tensitätsverhältnis zwischen den Strahlen beider Wellenlängen
ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß zum Ermitteln des Querprofils einer Ober
flächenbeschichtungsmenge der Materialbahn der Meßquerträger
und der Auswertequerträger auf der gleichen Seite der Mate
rialbahn unter einem gegenseitigen Winkel angeordnet werden,
bei dem das von der zu untersuchenden Oberfläche gestreute
Licht auf die Oberfläche des Auswertequerträgers an den
Stellen der Öffnungen auftrifft, wobei die Oberflächenbe
schichtung das Licht einer Wellenlänge stärker als das Licht
einer anderen Wellenlänge absorbiert und Impulslaser für
diese Wellenlängen eingesetzt werden, und daß für einen jeden
Meßpunkt das Verhältnis zwischen den an der Grenzfläche zwi
schen der Oberflächenbeschichtung und der unbeschichteten
Materialbahn reflektierten Lichtstrahlen gemessen wird, wo
durch mittels einer Eichung mit bekannten Proben das Quer
profil der Oberflächenbeschichtung berechenbar ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß für die Messung einer fluoreszierenden
Oberflächenbeschichtung oder eines fluoreszierenden Füllma
terials mit einem Impulslaser in den Lichtleiter für die
Lichtabgabe Lichtimpulse mit abgestimmter Wellenlänge einge
geben werden, zwischen den Lichtleiter für das Sammeln und
den Auswerteteil ein Filter eingesetzt wird, das nur das
Fluoreszenzlicht durchläßt, und aus der dermaßen erhaltenen
Fluoreszenzlichtmenge an den verschiedenen Meßpunkten unter
Eichung mit bekannten Proben die Menge der fluoreszierenden
Substanz oder deren Gehalt in der Materialbahn berechnet
wird.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI844785A FI73319C (fi) | 1984-12-04 | 1984-12-04 | Foerfarande foer maetning av egenskaperna i en tvaerprofil hos en kontinuerlig materialbana. |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3618518A1 true DE3618518A1 (de) | 1987-12-03 |
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ID=8520009
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863618518 Withdrawn DE3618518A1 (de) | 1984-12-04 | 1986-06-02 | Verfahren zum messen von eigenschaften einer durchgehenden materialbahn im querprofil |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
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