DE3752014T2

DE3752014T2 - Verfahren und Anordnung zur laufenden Kennzeichnung einer Blatt Bildung.

Info

Publication number: DE3752014T2
Application number: DE3752014T
Authority: DE
Inventors: Lee Macarthur Chase; Michael Kent Norton; Jorma Juhani Orkosalo
Original assignee: Measurex Corp
Current assignee: Honeywell Measurex Corp
Priority date: 1986-11-12
Filing date: 1987-10-29
Publication date: 1997-06-19
Anticipated expiration: 2007-10-30
Also published as: FI94289C; EP0267712A3; FI94289B; US5092678A; JP2533580B2; CA1330370C; FI874986A7; KR880006538A; EP0267712A2; DE3781372T2; EP0468538B1; DE3781372D1; FI874986A0; JPS63228048A; DE3752014D1; EP0267712B1; EP0468538A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Charakterisierung der Qualität eines Bogens und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung der Verteilung von Fasern in einem Bogen durch Überwachen der Veränderungen der Intensität eines dünnen Lichtstrahls, der durch den Bogen gesendet wird, während der Bogen sich senkrecht durch den Strahl bewegt.
Papier wird aus einer Fasersuspension hergestellt. Diese Fasern umfassen gewöhnlich Zellstoff, der hauptsächlich aus Holz und Lumpen gewonnen wird. Die Gleichmäßigkeit der Verteilung dieser Fasern in einem Papierbogen ist von größter Wichtigkeit für die optischen, mechanischen und drucktechnischen Eigenschaften des Bogens. Es ist deshalb eines der wichtigsten Ziele für einen Papierhersteller, ein Papierherstellungsverfahren zu entwickeln und die Parameter des Verfahrens so anzupassen, daß das "Flächengewicht" bzw. die Verteilung dieser Fasern im fertigen Bogenmaterial so gleichmäßig wie möglich ist. In der Papierherstellungsmethode bezieht sich die Bezeichnung "Flächengewicht?" auf das Gewicht der das Papier bildenden Fasern pro Flächeneinheit der Bogenfläche. Wenn die Fasern gleichmäßig verteilt sind und das Papier ein einheitliches Flächengewicht aufweist, hat der Papierbogen seine größte Festigkeit, sieht glatt aus und fühlt sich glatt an und ist aufnahmefähig für deutlich definierte Druckzeilen. Umgekehrt verursachen örtliche Veränderungen im Flächengewicht einen Bogen, der eine geringe Festigkeit aufweist. Dies ergibt sich daraus, daß sich Belastungen in den Bogenbereichen konzentrieren, die weniger Fasern aufweisen, so daß diese Bogenbereiche als erste reißen. Weiterhin sehen Bögen, die ein ungleichmäßiges Flächengewicht aufweisen, u.U. rauh aus und fühlen sich rauh an und gedruckte Zeilen werden unscharf.
Zur Charakterisierung der Qualität eines Papierbogens beziehen sich Papierhersteller auf die "Bildung" des Bogens. Offenbar gibt es keine Standarddef inition für "Bildung". Zum Zwecke der vorliegenden Erfindung jedoch soll "Bildung" als die Art und Weise definiert werden, in der die einen Papierbogen bildenden Fasern im Bogen verteilt, angeordnet und vermischt sind. In allen Papierbögen sind die bogenbildenden Fasern zumindest bis zu einem gewissen Grad ungleichmäßig in Büscheln, genannt "Flocken", verteilt. Papierbögen mit im allgemeinen gleichmäßig verteilten, miteinander verwobenen Fasern werden jedoch als Bögen guter Bildung bezeichnet. Umgekehrt ist der Papierbogen, wenn die den Bogen bildenden Fasern unannehmbar ungleichmäßig in Flocken verteilt sind, eher körnig als einheitlich und wird als Bogen schlechter Bildung bezeichnet.
Es gibt eine Vielfalt von Vorrichtungen zum Messen verschiedener Charakteristika der Bildung von Papierbögen. In einer solchen Vorrichtung, genannt Flächengewichtsensor (oder Mikrodensitometer), wird ein Lichtstrahl durch den Bogen gesendet, während der Bogen senkrecht durch den Strahl hindurchläuft. Die Intensität des Strahls wird von einem Lichtdetektor gemessen, nachdem der Strahl durch den Papierbogen gesendet wurde. Dieser Lichtdetektor wird auf der der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite des Bogens angeordnet. Der Lichtdetektor erzeugt ein elektrisches Signal, das auf die Intensität des gesendeten Strahls schließen läßt. Nimmt das Flächengewicht des Teilstücks des Bogens, durch das der Lichtstrahl hindurchgeht, zu, dann nimmt die Intensität des Strahls, der durch den Bogen gesendet wird, ab. Somit läßt das elektrische Signal aus dem Lichtdetektor auf das Flächengewicht des Bogens schließen.
Wie zuvor bemerkt neigen die Fasern, die einen jeweiligen Papierbogen bilden, dazu, sich in Flocken anzusammeln. In einem beliebigen Bogen haben diese Flocken eine Vielfalt von Größen. Somit wird, während das Papier sich senkrecht durch den Lichtstrahl bewegt, das elektrische Signal, das vom Lichtdetektor erzeugt wird, entsprechend der Verteilung der Flockengrößen und auch der Geschwindigkeit, mit der sich der Papierbogen durch den Lichtstrahl bewegt, in einer Mehrzahl von Frequenzen moduliert. Wenn die Bogengeschwindigkeit zunimmt, nimmt auch die Frequenz, mit der die Flocken das elektrische Flächengewichtsignal modulieren, zu. Auf ähnliche Weise modulieren kleinere Flocken das Signal mit einer größeren Frequenz als es größere Flocken tun. Die Amplitude dieser Modulationen entspricht den örtlichen Veränderungen im Flächengewicht oder, was auf dasselbe herauskommt, den örtlichen Veränderungen der Verteilung der Fasern, die diese Focken bilden.
Bei einer Methode zeigt die Vorrichtung zur Bildungscharakterisierung die durchschnittliche Spitze-Spitze Veränderung des elektrischen Signals, das durch einen Flächengewichtsensor erzeugt wird. Der durchschnittliche Spitze-Spitze Wert des elektrischen Signals soll die Stärke der Veränderungen beim Flächengewicht des Bogens angeben. Diese Methode kann jedoch aus den unten erörterten Gründen u.U. eine falsche Anzeige der Bogenbildung ergeben.
Häufig wird der Papierhersteller einen Bogen herstellen wollen, der eine möglichst gleichmäßige Faserverteilung aufweist, d.h. einen Bogen guter Bildung. Um dies zu erreichen, wird der Papierhersteller nicht nur die Stärke der Veränderungen beim Flächengewicht sondern auch die Größenverteilung der Flocken erfahren wollen. Der Papierhersteller wird auch die Festigkeit der Teilstücke mit dem geringsten Flächengewicht erfahren wollen. Die zuvor beschriebene Methode, die nur den durchschnittlichen Spitze- Spitze-Wert des Flächengewichtsignals liefert, zeigt jedoch weder die Größe der Flocken an, die diese Veränderungen im Flächengewichtsignal hervorbringen noch die Festigkeit der schwächsten Bereiche des Bogens. Mit dieser Methode wird somit keine vollständige Charakterisierung einer Bogenbildung erreicht.
Bei einer anderen Methode zur Charakterisierung einer Bogenbildung wird von einem Probepapierbogen ein Beta- Radiogramm angefertigt. Licht wird dann durch das Radiogramm gesendet oder von ihm wegreflektiert. Veränderungen der Intensität eines dünnen Strahls dieses Lichts werden in ein elektrisches Signal umgeformt, während sich das Radiogramm mit gleichbleibender Geschwindigkeit senkrecht zum Strahl bewegt. Von der Amplitude der Modulationen dieses elektrischen Signals wird als Funktion der Wellenlängen, die das Signal umfassen, eine grafische Anzeige erzeugt. Diese Anzeige wird Wellenlängen-Leistungsspektrum genannt. Fig. 1 stellt eine solche Anzeige für verschiedene Papierklassen mit guter, mittlerer und schlechter Bildung dar. Diese Methode wurde von Norman und Wahren in einer Anzahl von Abhandlungen, einschließlich ihrer Symposium-Abhandlung "Mass Distribution and Sheet Properties of Paper" [Massenverteilung und Bogeneigenschaften von Papier], genau beschrieben.
In manchen Situationen der kommerziellen Papierherstellung ist die Methode nach Norman und Wahren u.U. unangemessen. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, gibt es bei Wellenlängen unter ungefähr einem Millimeter wenig Unterschied zwischen dem Wellenlängen-Leistungsspektrum eines gut gebildeten Bogens und dem eines schlecht gebildeten Bogens. Bei Wellenlängen von ungefähr einem Millimeter bis zu zweiunddreißig Millimetern sind jedoch erhebliche Unterschiede vorhanden. Somit erzeugt die Methode nach Norman und Wahren mehr Daten als u.U. für den Papierhersteller zum Bestimmen der Bildung eines Bogens notwendig sind. Ein anderer möglicher Nachteil bei dieser Methode ist, daß sie so viel Daten bereitstellt, daß deren Interpretation für den Laien u.U. schwierig ist. In vielen Situationen der kommerziellen Papierherstellung zieht der Papierhersteller u.U. eine Vorrichtung und Methode vor, die ihm oder ihr anstatt einer gesamten Spektralanzeige nur wenige Zahlen bereitstellt, die zusammen die Bildung des Bogens vollständig charakterisieren. Weiterhin wird dem Papierhersteller bei dieser Methode, ebenso wie bei der zuvor beschriebenen Methode zum Messen des durchschnittlichen Spitze-Spitze-Werts eines Flächengewichtsignals, keine Angabe über die Festigkeit der schwächsten Teilstücke des Bogens bereitgestellt. Somit werden dem Papierhersteller, selbst wenn beide Methoden gleichzeitig angewandt werden, immer noch nicht alle Daten bereitgestellt, die zur vollständigen Charakterisierung der Bogenbildung erforderlich sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wird mit den selbständigen Ansprüchen 1, 5 gegeben.
Während der Papierbogen durch den Flächengewichtsensor hindurchläuft, verursachen örtliche Veränderungen im Flächengewicht des Bogens Veränderungen der Intensität des Lichtstrahls, der durch den Bogen gesendet wird. Die Lichtdetektorvorrichtung im Aufnahmeteilstück des Sensors erzeugt ein elektrisches Signal, das proportional zur Intensität des gesendeten Strahls und somit umgekehrt proportional zum Flächengewicht des Teilstücks des Bogens ist, durch den der erfasste Teil des Strahls passiert. Da Papier aus Flocken mit einer Vielfalt von Größen besteht, wird das elektrische Signal vom Sensor bei einer Anzahl von Frequenzen moduliert, während der Papierbogen zwischen der Lichtquellen- und der Empfängerhälfte des Sensors hindurchläuft Diese Frequenzen sind sowohl von der Geschwindigkeit, mit der das Papier durch den Sensor läuft, als auch der Größe der verschiedenen Flocken, die den Bogen bilden, abhängig. Die signalverarbeitenden Schaltungen der vorliegenden Erfindung berücksichtigen jedoch Veränderungen der Geschwindigkeit, mit der das Papier durch den Sensor hindurchläuft. Somit sind die Ausgabesignale, die die Bildung charakterisieren, von der Papiergeschwindigkeit unabhangig.
Die signalverarbeitende Schaltungsanordnung der vorliegenden Erfindung weist eine Mehrzahl elektrischer Kanäle auf. Jeder Kanal verarbeitet Flächengewichtsignale vom Flächengewichtsensor, die einer unterschiedlichen festgelegten minimalen Flockengröße sowie Flockengrößen, die größer sind als dieses Minimum, entsprechen. Dies wird dadurch erreicht, daß an das Eingabeende jedes Kanals ein Tiefpaßfilter angeordnet ist. Das Signal aus dem Flächengewichtsensor wird jedem dieser Tiefpaßfilter zugeführt. Das Tiefpaßfilter jedes nachfolgenden Kanals weist jedoch eine Grenzfrequenz auf, die niedriger ist als die des Tiefpaßfilters im vorhergehenden Kanal. Zusätzlich ist die Grenzfrequenz bei jedem dieser Tiefpaßfilter veränderbar und wird so gesteuert, daß sie proportional zu der Geschwindigkeit ist, mit der das Papier durch den Sensor läuft. Somit entspricht die Grenzfrequenz für das Tiefpaßfilter eines jeden Kanals den Flocken einer bestimmten festgelegten Minimalgröße und entspricht den Flocken dieser festgelegten Minimalgröße auch dann, wenn sich die Geschwindigkeit, mit der sich das Papier durch den Sensor bewegt, ändert.
Die Ausgabe jedes Tiefpaßfilters wird zu einer getrennten Drehstrom-Gleichstrom-Umformschaltung geleitet, die das gefilterte Signal aus dem zugeordneten Tiefpaßfilter in eine Gleichstromausgabe umf ormt, die zum quadratischen Mittelwert (im folgenden Effektivwert) des Signals aus dem Tiefpaßfilter proportional ist. Die Ausgabe jedes Drehstrom-Gleichstrom- Umformers zeigt deshalb die Stärke der Veränderungen beim Flächengewicht des Bogens an, die durch Flocken einer bestimmten Minimalgröße (d.h. die Flocken, die das Flächengewichtsignal bei einer Frequenz kurz unter der Grenzfrequenz modulieren) und alle Flocken, die größer sind als diese Minimalgröße, entsteht.
Zusätzlich kann das Signal aus dem Tiefpaßfilter des ersten Kanals (das Tiefpaßfilter des ersten Kanals hat die höchste Grenzfrequenz) zu einer Spitzenwertdetektor-Schaltung geleitet werden. Diese Schaltung kann so eingestellt werden, daß sie die maximale Intensität des Flächengewichtsignals über eine festgelegte Papierlänge, die durch den Flächengewichtsensor hindurchläuft, oder den Durchschnitt mehrerer Signalspitzenwerte anzeigt. Ein intensiverer gesendeter Lichtstrahl entspricht einem geringeren Flächengewicht. Wenn also der Spitzenwertdetektor zum Anzeigen der maximalen Intensität des Flächengewichtsignals veranlaßt wird, charakterisiert die Stärke der Ausgabe der Spitzenwertdetektor-Schaltung die Festigkeit der schwächsten Stelle des Bogens. Wenn alternativ die Spitzenwertdetektor- Schaltung dazu gebracht wird, den Durchschnitt mehrerer Signalspitzenwerte anzuzeigen, charakterisiert die Ausgabe dieser Schaltung einen Durchschnitt der Festigkeit mehrerer der schwächsten Stellen im Bogen.
Weiterhin kann das Signal aus dem Tiefpaßfilter des ersten Kanals auch zu einer Flockengrößenmeßschaltung geleitet werden. Die Flockengrößenmeßschaltung umfaßt eine Vergleicherschaltung, die den Wert des Signals von der Ausgabe dieses Tiefpaßfilters mit einem Wert, der auf die durchschnittliche Flächengröße des Bogens schließen läßt, vergleicht. Die Ausgabe aus der Vergleicherschaltung gibt die Geschwindigkeit an, mit der das Signal des Tiefpaßfilters des ersten Kanals einen Wert erreicht, der dem durchschnittlichen Flächengewicht des Bogens entspricht. Kreuzt das Signal aus dem Tiefpaßfilter des ersten Kanals nur relativ selten die Linie, die dem durchschnittlichen Flächengewicht entspricht, dann umfaßt der Bogen Flocken relativ großer Größe. Alternativ umfaßt der Bogen, wenn das Flächengewichtsignal die Linie des durchschnittlichen Flächengewichts häufig kreuzt, relativ kleine Flocken. Somit kann die Flockengrößenmeßschaltung, da die Geschwindigkeit, mit der der Papierbogen durch den Flächengewichtsensor läuft, bekannt ist, anhand der Bogengeschwindigkeit und der Ausgabe äus der Vergleicherschaltung die Größe der Flocken, die den Bogen bilden, berechnen.
Jeder der drei oben erörterten Parameter - die Stärke der Veränderung des Flächengewichts, die Festigkeit des/der schwächsten Teilstücks/e des Bogens und die Flockengröße - steht in Bezug zur Bildung bzw. Gleichmäßigkeit der Verteilung der Fasern, die den Papierbogen umfassen. Da, wie zuvor bemerkt, die Bildung eines Papierbogens von größter Wichtigkeit in Bezug auf seine optischen, mechanischen und drucktechnischen Eigenschaften ist, kann ein Papierhersteller die drei Arten elektrischer Ausgabesignale der vorliegenden erfinderischen Vorrichtung dazu verwenden, zur Erzielung einer gleichmäßigen Verteilung von Fasern und somit eines gut gebildeten Papierbogens beizutragen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 stellt Wellenlängenleistungsspektren für mehrere verschiedene Papierklassen dar.
Fig. 2 stellt eine Ausführungsform des Flächengewichtsensors der vorliegenden Erfindung dar.
Fig. 3 stellt ein Zerhackerrad zum Kalibrieren der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung dar.
Fig. 4 stellt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung der vorliegenden Erfindung dar, die dazu verwendet wird, Signale aus dem Flächengewichtsensor aus Fig. 2 zu verarbeiten.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

A. Der Flächengewichtsensor

Fig. 2 stellt eine zur Zeit bevorzugte Ausführungsform des Flächengewichtsensors 10 der vorliegenden Erfindung dar. Dieser Sensor 10 kann als aus zwei Hälften bestehend betrachtet werden, einer "Quellenhälfte" 12 und einer "Empfängerhälfte" 14. Die Quellenhälfte 12, die auf einer Seite des Papierbogens 16 angeordnet ist, richtet einen Lichtstrahl durch den Bogen 16, dessen Bildung bestimmt werden soll. Die Empfängerhälfte 14 ist auf der entgegengesetzten Seite des Bogens 16 angeordnet und erzeugt ein elektrisches Signal, das zur Intensität des Lichts, das durch den Bogen 16 gesendet wird, proportional ist. Die Quellenhälfte 12 umfaßt eine Lichtquelle 18, wie zum Beispiel eine Glühlampe 20 hoher Intensität, und einen Reflektor 22 zum Richten des Lichtstrahls von der Lampe 20 auf den Bogen 16 zu. Während das Licht sich auf den Bogen 16 zu bewegt, passiert es einen Diffusor 24, der eine zufällige Richtung der Photone herstellt, während der Strahl durch ihn hindurchläuft Es ist wichtig, daß eine diffuse Lichtquelle verwendet wird. Wird eine nichtdiffuse Lichtquelle verwendet, mißt die Empfängerhälfte 14 des Sensors 10 u.U. Veränderungen der Intensität des gesendeten Strahls, die durch Veränderungen des Reflexionsgrads der Bogenoberfläche gegenüber Licht, das aus einer bestimmten Richtung kommt, hervorgerufen werden, anstatt Veränderungen der gesendeten Lichtintensität, die durch örtliche Veränderungen des Flächengewichts des Bogens 16 hervorgerufen werden
Die Empfängerhälfte 14 des Sensors 10 umfaßt einen Saphirlichtleiter 26 von 1 mm Durchmesser zum Leiten eines kleinen Pumktes des diffusen Lichtstrahls, der durch den Bogen 16 hindurch geleitet wird, auf ein Linsensystem 28 zu. Dieses Linsensystem 28 fokussiert das Licht aus dem Lichtleiter 26 auf eine lichtempfindliche Silikon-Photodiode 30. Die Photodiode 30 erzeugt ein elektrisches Ausgabesignal, das zur Intensität des Punktes von gesendetern Licht proportional ist.
Es ist wichtig, daß der Bogen 16 fest gegen das Ende des Lichtleiters 36 gehalten wird, wenn der Bogen durch den Sensor passiert, so daß jegliches Licht, das auf das Ende des Lichtleiters 36 auftrifft, sich durch den Bogen 16 hindurchbewegt haben muß. Um dieses Ziel zu erreichen, ist die Quellenhälfte 12 des Bildungssensors 10 an entgegengesetzten Seiten des Lichtleiters 26 mit Vorsprüngen 32, sogenannten Gleitplatten, gebildet. Zusätzlich erstreckt sich das Ende des Lichtleiters 36 auf den Bogen 16 zu und wird durch eine andere Gleitplatte 34, die den Lichtleiter 26 so umgibt, daß der Papierbogen 16, der in Richtung der Pfeile 38 zwischen der Quellen- und der Empfängerhälfte des Sensors 10 hindurchläuft, von den Gleitplatten 32, 34 gegen das Ende des Lichtleiters 36 gehalten wird.
Während der Papierbogen 16 zwischen den Gleitplatten 32, 34 und dem Ende des Lichtleiters 36 hindurchläuft und sich an ihnen reibt, neigt das Papier dazu, die Gleitplatten und das Ende des Lichtleiters 36 abzunutzen. Die Gleitplatten 32, 34 sind deshalb aus einem abriebfesten Material, wie zum Beispiel Stahllegierungen, gebildet, und der Lichtleiter 26 besteht aus Saphir oder einem anderen ähnlich transparenten jedoch abriebfesten Material.

B. Die signalverarbeitende Schaltungsanordnung

Wie zuvor bemerkt, erzeugt der Flächengewichtsensor 10 ein elektrisches Signal, dessen Stärke umgekehrt proportional zum Flächengewicht des Teilstücks des Bogens 16 ist, durch das der erfasste Punkt des Lichtstrahls gesendet wird. Der Bogen 16 ist aus Flocken gebildet, so daß sich die Intensität des hindurchgesendeten Strahls und somit das Sensorsignal verändert, während der Papierbogen 16 durch den Sensor 10 passiert. Das Sensorsignal wird dann verstärkt und das verstärkte Sensorsignal der signalverarbeitenden Schaltungsanordnung zugeführt. Diese Schaltungsanordnung ist so gestaltet, daß das Sensorsignal so verarbeitet wird, daß es elektrische Ausgabesignale liefert, die auffolgendes schließen lassen: (1) die Stärke der Variationen des Flächengewichts des Bogens, die durch Flocken von festgelegten Minimalgrößen bzw. Größenordnungen verursacht wird; (2) die Stärke des schwächsten Teilstücks bzw. der schwächsten Teilstücke des Bogens; und (3) die Größe der Flocken, die den Bogen bilden.
Eine zur Zeit bevorzugte Ausführungsform der signalverarbeitenden Schaltungsanordnung 50 wird in Fig. 4 in Form eines Blockdiagramms gezeigt. Die signalverarbeitende Schaltungsanordnung 50 umfaßt eine Mehrzahl von Tiefpaßfiltern 52-62. Jedes Filter 52-62 ist einem bestimmten elektrischen "Kanal" zugeordnet. Jeder Kanal umfaßt einen dieser Tiefpaßfilter 52-62 und einen Effektivwert-Drehstrom- Gleichstrom-Umformer 78-88. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann eine beliebige Anzahl von Kanälen aufweisen (die Kanäle 4-5 wurden zur Vereinfachung der Figur ausgelassen). In der Ausführungsform von Fig. 4 hat die Vorrichtung sechs Kanäle. Jedes der sechs Tiefpaßfilter 52-62 empfängt zwei Eingabesignale. Das erste Eingabesignal zu jedem der sechs Tiefpaßfilter 52-62 kommt aus dem zuvor beschriebenen Flächengewichtsensor 10. Dieses Signal wird zur ersten Eingabe eines jeden Tiefpaßfilters 52-62 geleitet.
Die Grenzfrequenz für jedes Tiefpaßfilter 52-62 ist proportional zur Frequenz eines zweiten Eingabesignals. Die Frequenz des zweiten Eingabesignals ist nicht für jedes Tiefpaßfilter 52-62 gleich. Stattdessen ist die Frequenz der zweiten Eingabe zu jedem Tiefpaßfilter 52-62 die Hälfte der Frequenz des Signals, das der zweiten Eingabe des Tiefpaßfilters des vorausgehenden Kanals zugeführt wurde. Somit ist die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters des ersten Kanals am höchsten, und die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters 62 des sechsten Kanals ist niedriger als die Grenzfrequenz irgendeines anderen Tiefpaßfilters 52-62. Anders ausgedrückt, durch das Tiefpaßfilter 52 des ersten Kanals passiert ein Signal vom Flächengewichtsensor 10, dessen Komponente mit der höchsten Frequenz einer bestimmten Minimalflockengröße entspricht. Der Sensor 10 kann Veränderungen des Flächengewichts, die geringer als 1 mm sind, nicht erfassen, da der Lichtleiter 26 (Fig. 2) des Flächengewichtsensors 10 einen Durchmesser von 1 mm aufweist. Somit entspricht das zu den Tiefpaßfiltern geschickte Flächengewichtsignal mit der höchsten Frequenz 1mm großen Flocken. Deshalb wird in der vorliegenden Ausführungsform die Frequenz des Signals, das zur zweiten Eingabe des Tiefpaßfilters 52 von Kanal 1 geschickt wird so angepaßt, daß dieses Tiefpaßfilter 52 eine Grenzfrequenz aufweist, die den Veränderungen im Flächengewicht, die durch 1 mm große Flocken hervorgerufen werden, entspricht. Die Frequenz des Signals, das zu den zweiten Eingaben der Tiefpaßfilter 54-62 der Kanäle 2-6 geschickt wird, ist so angepaßt, daß die Grenzfrequenzen dieser Tiefpaßfilter 54-62 jeweils den Flockengrößen 2mm, 4mm, 8mm, 16mm und 32mm entsprechen. Die Frequenz der zweiten Eingabe zu jedem Tiefpaßfilter 54-62 ist auch proportional zu der Geschwindigkeit, mit der das Papier durch den Sensor 10 passiert. Somit entspricht die Grenzfrequenz eines jeden Tiefpaßfilters 52-62 weiterhin einer Frequenz des Flächengewichtsignals, die charakteristisch ist für Flocken der obengenannten Größen, auch wenn die Geschwindigkeit, mit der der Papierbogen durch den Sensor 10 passiert, sich verändert.
In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform wird das zweite Eingabesignal zu jedem Tiefpaßfilter 52-62 dadurch gewonnen, daß zuerst die Geschwindigkeit, mit der der Papierbogen durch den Sensor 10 passiert, gemessen wird. Vorrichtungen, die die Geschwindigkeit eines Papierbogens messen, sind auf diesem Gebiet der Technik gut bekannt. Viele moderne Papierfabriken sind hochautomatisiert und umfassen einen Rechner, der verschiedene Parameter des Papierherstellungsverfahrens überwacht und steuert. Somit wird bei der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform zweckmäßigerweise ein digitales Signal vom Rechner der Fabrik, das auf die Geschwindigkeit des Papiers schließen läßt, verwendet, um die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters 52-62 eines jeden Kanals zu steuern. Dieses digitale Geschwindigkeitssignal wird zu einem Digital-Analog-Umformer 64 geleitet, der das digitale Geschwindigkeitssignal empfängt und eine Spannung ausgibt, die proportional zur Papiergeschwindigkeit ist. Diese Spannung wird dann in einen Spannungs-Frequenz-Umsetzer 66 (im folgenden "SFU" genannt) eingegeben. Der SFU 66 gibt dann ein Signal aus, das eine Frequenz aufweist, die proportional ist zur Ausgangsspannung des Digital-Analog-Umformers 64 und somit zur Geschwindigkeit des Papiers, das durch den Sensor 10 passiert. Jeder Kanal außer dem ersten Kanal umfaßt einen Frequenzteiler 68-76. Das Signal aus dem SFU 66 wird direkt in die zweite Eingabe des Tiefpaßfilters 52 des ersten Kanals eingegeben und auch in den Frequenzteiler 68 des zweiten Kanals. Der Frequenzteiler 68 des zweiten Kanals teilt die Frequenz des Signals, das vom SFU 66 erhalten wird, und das resultierende Signal niedrigerer Frequenz wird in die zweite Eingabe des Tiefpaßfilters 54 des zweiten Kanals und auch in den Frequenzteiler 70 des dritten Kanals eingegeben. Somit erfolgt die zweite Eingabe zum Tiefpaßfilter 52 des ersten Kanals mit der Frequenz X. Die Frequenz x entspricht der Geschwindigkeit, mit der das Papier durch den Sensor 10 passiert. Da in der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform Halbierungsfrequenzteiler verwendet werden, ist die Frequenzeingabe zum Tiefpaßfilter 54 des zweiten Kanals eine Frequenz X/2. Die Signalausgabe durch den Frequenzteiler 68 des zweiten Kanals wird auch in die Eingabe des Frequenzteilers 70 des dritten Kanals eingegeben. Alle folgenden Kanäle 4, 5 und 6 haben ebenfalls Frequenzteiler, zum Beispiel Frequenzteiler 76, die das Signal aus dem Frequenzteiler des vorausgehenden Kanals empfangen und ein Signal der halben Frequenz des empfangenen Signals ausgeben. Somit ist die Frequenz des Signals, das in die zweite Eingabe des Tiefpaßfilters 56 des dritten Kanals eingegeben wird, eine Frequenz X/4, die Frequenz des Signals, das in die zweite Eingabe des nicht gezeigten Tiefpaßfilters des vierten Kanals eingegeben wird, ist X/8, etc. Auf diese Weise umfaßt die Ausgabe des Tiefpaßfilters 52 des ersten Kanals Frequenzen, die Flockengrößen größer/gleich einer Minimalgröße, d.h. 1mm, entsprechen. Die höchste Frequenz, die zur Ausgabe des Tiefpaßfilters in dem jeweils nachfolgenden Kanal passiert, entspricht Flockengrößen mit immer größer werdender Minimalgröße, d.h. 2mm, 4mm, 8mm, 16mm und 32mm. Die Ausgabe des Tiefpaßfilters 52-62 eines jeden Kanals wird dann so verarbeitet, daß verschiedene Bildungsparameter des Bogens, von dem die Flockengrößen erfaßt werden, die gleich oder größer sind als die Minimalflockengröße für den bestimmten Kanal, angezeigt werden.
Um ein Ausgabesignal abzuleiten, das auf die Stärke der Veränderungen im Flächengewicht des Bogens schließen läßt, wird die Ausgabe eines jeden Tiefpaßfilters 52-62 zu einem zugeordneten Drehstrom-Gleichstrom-Umformer 78-88 geleitet. Jeder Drehstrom-Gleichstrom-Umformer 78-88 erzeugt eine Gleichstromspannung, die äquivalent ist zum Effektivwert der Drehstromsignalausgabe aus dem zugeordneten Tiefpaßfilter 52- 62. Der durch jeden Drehstrom-Gleichstrom-Umformer 78-88 erzeugte Effektivwert der Gleichstromspannung ist proportional zur Stärke der Veränderung im Flächengewicht des Bogens, die durch Flocken einer bestimmten Minimalgröße hervorgerufen wird. Da die Grenzfrequenz der Tiefpaßfilter 52-62 in jedem nachfolgenden Kanal auf immer niedriger werdende Frequenzen eingestellt ist, entspricht die Stärke der Effektivwert- Gleichstrom-Ausgabespannung jedes nachfolgenden Kanals der Stärke der Veränderung im Flächengewicht des Bogens, die durch immer größere Minimalflockengrößen verursacht wird.
In bestimmten Situationen wird der Fabrikbetreiber die Stärke der Flächengewichtsveränderungen im Bogen, die durch Flocken einer bestimmten Größenordnung hervorgerufen werden, erfahren wollen. Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann diese Information dadurch bereitstellen, daß einfach die Effektivwert-Gleichstromausgabe des Drehstrom-Gleichstrom- Umformers eines Kanals von der Effektivwert-Gleichstromausgabe des Drehstrom-Gleichstrom-Umformers eines anderen Kanals subtrahiert wird. Der Unterschied im Wert dieser Ausgaben entspricht der Stärke der Flächengewichtsveränderungen, die durch Flocken der Größenordnung zwischen Grenzfrequenzen der Tiefpaßfilter der beiden Kanäle hervorgerufen werden.
Eine Subtraktionsschaltung 122 kann bereitgestellt sein, um an den Eingaben 1 und 2 die Ausgaben von zwei beliebigen ausgewählten Drehstrom-Gleichstrom-Umformern zu empfangen. Diese Subtraktionsschaltung erzeugt eine Ausgangsspannung, die der Differenz zwischen den Ausgaben der beiden ausgewählten Drehstrom-Gleichstrom-Umformer entspricht. Alternativ kann der Papierfabrikbetreiber, wenn die Ausgaben der verschiedenen Drehstrom-Gleichstrom-Umformer numerisch angezeigt werden, durch Subtraktion die Differenz zwischen zwei beliebigen solcher Ausgaben erhalten. Zum Beispiel subtrahiert der Papierfabrikbetreiber einfach den Wert der Ausgabe des Drehstrom-Gleichstrom-Umformers des vierten Kanals vom Wert der Ausgabe des Drehstrom-Gleichstrom-Umformers des dritten Kanals, um die Stärke der Flächengewichtsveränderungen, die durch Flocken zwischen 4mm und 8mm hervorgerufen werden, zu bestimmen.
Viele übliche Effektivwert-Drehstrom-Gleichstrom-Umformer messen eigentlich die Spitze-Spitze-Spannung des ankommenden Signals und stellen dann ein Ausgabe-Gleichstromsignal bereit, das dem genannten Effektivwert des Eingabesignals nur dann entspricht, wenn das Eingabesignal sinusförmig ist. Die Wellenform des Flächengewichtsignals ist jedoch im allgemeinen nicht sinusförmig Es ist deshalb normalerweise wichtig, daß die Drehstrom-Gleichstrom-Umformer 78-88 der vorliegenden Erfindung eine Gleichstromspannung ausgeben, die dem genannten Effektivwert des Flächengewichtsignals entspricht, da sonst das Ausgabesignal dieser Drehstrom-Gleichstrom-Umformer 78-88 u.U. ein ungenaues Maß der Flächengewichtsveränderungen darstellt.
Die Verwendung genauer Effektivwert-Drehstrom-Gleichstrom Umformer ist besonders wichtig, wenn die Ausgabe des Umformers eines Kanals von der Ausgabe eines Umformers eines anderen Kanals subtrahiert wird, um dadurch den Beitrag zu den Flächengewichtsveränderungen, die durch Flocken einer bestimmten Größenordnung verursacht werden, zu bestimmen. Flocken verschiedener Größen können dieselben Spitze-Spitze- Änderungen beim Flächengewichtsignal hervorrufen, obwohl ihr Beitrag zum Effektivwert des Flächengewichtsignals unterschiedlich ist. Somit soll und wird das Subtrahieren einer Ausgabe eines Drehstrom-Gleichstrom-Umformers, die aus einem Flächengewichtsignal gewonnen wurde, das Frequenzen umfaßt, die z.B. 8mm Minimalflockengrößen entsprechen, von einer, die 4mm Minimalflodkengrößen entspricht, ein Signal liefern, das auf den Beitrag zur Flächengewichtsveränderung, die durch Flocken in der 4-8mm Größenordnung hervorgerufen wird, schließen läßt, wenn genaue Effektivwert-Drehstrom- Gleichstrom-Umformer verwendet werden. Wird jedoch das "Effektivwert"-Signal eigentlich von einer Messung des Spitze- Spitze-Signalwerts gewonnen und verursachen Flocken verschiedener Größe dieselbe Spitze-Spitzeänderung des Flächengewichtsignals, dann wäre der Unterschied zwischen den Ausgaben der beiden Drehstrom-Gleichstrom-Umformer gleich Null. Dies wäre jedoch keine korrekte Anzeige des Beitrags zur Flächengewichtsveränderung, die durch die Flocken in der Größenordnung 4-8mm verursacht wird. Somit ergibt die Verwendung von üblichen Spitze-Spitze-Drehstrom-Gleichstrom- Umformern u.U. falsche Meßwerte, wenn sie in der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Den zweiten Parameter, der auf die Festigkeit des schwächsten Bereichs des Bogens schließen läßt, erhält man durch Eingeben der Ausgabe des Tiefpaßfilters 52 des ersten Kanals in die Eingabe einer Spitzenwertdetektor-Schaltung 90. Da wie zuvor bemerkt die Stärke der Intensität des durchgesendeten Strahls umgekehrt proportional zum Flächengewicht des Bogens ist, ist auch die Stärke des Drehstromsignals an der Ausgabe dieses Tiefpaßfilters 52 umgekehrt proportional zum örtlichen Flächengewicht des Teilstücks des Bogens, das dann vom Sensor abgetastet wird. Die Spitzenwertdetektor-Schaltung 90 kann so konstruiert sein, daß eine Gleichstromausgabe bereitgestellt wird, die zur größten Spannungsspitze, die durch das Tiefpaßfilter 52 des ersten Kanals in einem festgelegten Zeitabschnitt oder für eine festgelegte Länge des Bogens, der durch den Sensor 10 passiert, proportional ist. Die Stärke dieses Signals zeigt die schwächste Stelle des Bogens an. Alternativ kann die Spitzenwertdetektor-Schaltung auch so konstruiert sein, daß eine Ausgabe erzeugt wird, die zum Durchschnitt mehrerer Signalspitzen über einen festgelegten Zeitraum oder eine festgelegte Länge des Bogens, der durch den Sensor 10 passiert, proportional ist. Im letzteren Fall würde die Ausgabe der Spitzenwertdetektor- Schaltung 90 einen durchschnittlichen Schwachpunkt im Bogen charakterisieren.
Die signalverarbeitenden Schaltungen 50 der vorliegenden Erfindung können noch ein drittes Ausgabesignal für den Papierhersteller bereitstellen, das auf eine andere Charakteristik des Papierbogens schließen läßt --- die durchschnittliche Flockengröße Um diesen Parameter zu erhalten, wird die Ausgabe des Tiefpaßfilters 52 des ersten Kanals in eine Flockengrößemeßschaltung 92 eingegeben. Diese Schaltung 92 zählt, wie oft das Ausgabesignal vom Tiefpaßfilter 52 des ersten Kanals während eines festgelegten Zeitintervalls einen Wert erreicht, der dem durchschnittlichen Flächengewicht des Bogens entspricht. Die Frequenz, mit der dieses Signal diesen durchschnittlichen Flächengewichtswert kreuzt, geteilt durch die Geschwindigkeit des Papiers durch den Sensor gibt die durchschnittliche Größe der den Bogen bildenden Flocken an. Die Flockengrößerneßschaltung 92 führt diese Teilung elektronisch durch und gibt ein Signal aus, das der durchschnittlichen Flockengröße entspricht. Wenn der Papierbogen sich zum Beispiel 1000 m/min bewegt und die Ausgabe aus dem Tiefpaßfilter des ersten Kanals einen Wert erreichte, der dem durchschnittlichen Flächengewicht 3333 mal in einem Zeitintervall von einer Sekunde entspricht, dann ist die durchschnittliche Flockengröße des Bogens 10mm (1000m/min 1min/60s 1s/3333 Kreuzungen 2 Kreuzungen/Flocke). Somit können die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung, dadurch daß das Flächengewicht des Papierbogens entlang einer Linie oder Kurve (im folgenden insgesamt "Linie" genannt) entlang der Bogenfläche abgetastet wird, dem Papierhersteller ein Ausgabesignal bereitstellen, das auf die Größe der den Bogen bildenden Flocken schließen läßt.

C. Verwendung und Kalibrieren der Vorrichtung

In einer Papierfabrik wird Papier typischerweise in etwa 25 Fuß breiten Bögen hergestellt. Um den gesamten Bogen zu charakterisieren, kann ein Flächengewichtbildungssensor in der "Querrichtung" des Bogens (d.h. entlang der Breite des Bogens) vor- und zurückbewegt oder "-getastet" werden, während der Bogen sich entlang der "Maschinenrichtung" (d.h. der Längsrichtung) bewegt. Alternativ kann eine Mehrzahl von Sensoren in der Querrichtung nur über einen Teil der Breite des Bogens vor- und zurückgetastet werden. Werden zum Beispiel auf einem 25 Fuß breiten Bogen 50 Flächengewichtsensoren verwendet, würde jeder Sensor dazu gebracht, über einen 6 Inch breiten Streifen des Bogens vor- und zurückzutasten. Typischerweise stellen Ppaierfabriken etwa über 1000 Fuß solcher Bögen pro Minute her, und die Vor- und Zurücktastgeschwindigkeit des Sensors bei der vorliegenden Ausführungsform kann auf 60 Fuß pro Minute eingestellt werden. Somit kann die Grenzfrequenz der Tiefpaßfilter allein zur Geschwindigkeit, mit der sich der Bogen in der Maschinenrichtung bewegt, proportional gemacht werden, ohne einen wesentlichen Fehler in die Ausgabeablesungen einzuführen. Der zusätzliche Beitrag zur Geschwindigkeit, mit der der Bogen sich durch den Sensor bewegt, der durch die Querbewegung des Sensors verursacht wird, ist minimal und kann gewöhnlich vernachlässigt werden.
Damit das Empfängerteil des Flächengewichtsensors 14 (Fig. 2) richtig funktioniert, muß das Licht von der Quellenseite des Sensors 12 direkt gegenüber dem Empfänger 14 auf der anderen Seite des Bogens ausgerichtet werden. Die beiden Hälften des Flächengewichtsensors 10 können jedoch nicht direkt miteinander verbunden werden, da der Papierbogen 16 zwischen diesen beiden Hälften hindurchläuft. Eine Anzahl verschiedender Mechanismen kann verwendet werden, um die beiden Hälften des Sensors 10 direkt einander gegenüber zu halten, während sie über den Bogen 16 vor- und zurücktasten. Eine solche Vorrichtung besteht zum Beispiel aus zwei nicht gezeigten Führungsbahnen, jeweils einer an jeder Seite des Bogens 16. Die Quellenseite des Sensors 12 fährt auf einer der Führungsbahnen, und die Empfängerseite des Sensors 14 fährt auf der anderen Führungsbahn. Ein Getriebe- oder Laufrollensystem bewegt die beiden Hälften des Sensors in Übereinstimmung miteinander und einander gegenüber über die Breite des Bogens 16 vor und zurück. Auf diese Weise bleiben die Quellenhälfte 12 und die Empfängerhälfte 14 direkt einander gegenüber, ohne daß es notwendig wäre, den Bogen mit einem Verbindungsglied zu durchstoßen.
Das Kalibrieren der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann bogenunabhängig durchgeführt werden, d.h. ohne daß sich ein Papierbogen zwischen den zwei Sensorhälften befindet. Um die Ausgaben der Tiefpaßfilter zu kalibrieren, wird ein Zerhackerrad 100 (Fig 2-3) zwischen der Lichtquelle 18 des Sensors und der Photodiode 30 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Zerhackerrad 100 an der Basis des Lichtleiters 26 angeordnet. Das Zerhackerrad 100 ist aus einer Scheibe 102 aus lichtundurchlässigem Material hergestellt, die eine Mehrzahl radialer Schlitze 104 um das Rad 100 herum positioniert aufweist. Das Zerhackerrad 100 wird mit einer bekannten Drehgeschwindigkeit angetrieben, so daß die Photodiode 30 Lichtimpulse empfängt. Die Impulsrate wird durch die festgelegte Drehgeschwindigkeit des Rads 100 bestimmt. Das Papiergeschwindigkeitssignal kann dann so eingestellt werden, daß die Tiefpaßfilter aller Kanäle 52-62 (Fig. 4) Signale an die zugeordneten Effektivwert-Drehstrom-Gleichstrom-Umformer 78-88 leiten. Dann können durch das Eingeben immer niedrigerer Papiergeschwindigkeiten die Tiefpaßfilter-Grenzfrequenzen kalibriert werden. Wird zum Beispiel ein Zerhackerrad 100 mit vier radialen Schlitzen 104, wie dasjenige in Fig. 3, mit einer Geschwindigkeit von 142,5 Umdrehungen pro Sekunde gedreht, dann moduliert das Zerhackerrad 100 das Licht, das mit 570 Hz auf den Lichtdetektor auftrifft. Ist das Papiergeschwindigkeitssignal vom SFU 66 schneller als 1094 m/min., werden alle Kanäle das Signal sehen. Wenn jedoch die Papiergeschwindigkeit unter 1094 m/min sinkt, stellen nur die Kanäle 1-5 eine Ausgabe bereit. Weitere Abnahmen beim Papiergeschwindigkeitssignal führen dazu, daß zusätzliche Tiefpaßfilter das Signal aus dem Flächengewichtsensor 10 begrenzen.
Jede beliebige Vorrichtung, die die Intensität des den Lichtdetektor erreichenden Lichts moduliert, kann anstelle eines Zerhackerrads 100 verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Stimmgabel, deren Arme mit einer bekannten Frequenz in den Lichtstrahl und aus ihm heraus schwingen, anstelle eines Zerhackerrads 100 verwendet werden.
Verschiedene Arten von Papier werden bevorzugt bestimmte Lichtfrequenzen absorbieren oder reflektieren. Es kann deshalb zur Optimierung der Sensibilität des Flächengewichtsensors gegenüber Änderungen im Flächengewicht ein optisches Bandpaßfilter 110 (Fig. 2) im Weg des Lichtstrahls angeordnet sein. Dieses Bandpaßfilter 110 übermittelt bevorzugt Licht mit bestimmten Frequenzen an die Photodiode 30.
Um Veränderungen beim Flächengewicht des Bogens richtig zu messen, ist es wichtig, daß das verstärkte Flächengewichtsignal aus dem Verstärker 120 (Fig.4) umgekehrt proportional ist zum Flächengewicht des Bogens. Um sicherzustellen, daß die Amplitude des Flächengewichtsignals, das in die Tiefpaßfilter 52-62 eingegeben wird, auf Änderungen beim Flächengewicht linear reagiert, kann das verstärkte Detektorsignal mit und ohne ein Neutraldichtefilter 130 (Fig. 2), das im Weg des Lichtstrahls plaziert wird, gemessen werden. Das Neutraldichtefilter 130 schwächt die Strahlenintensität um einen bekannten Prozentsatz. Die Amplitude des verstärkten Flächengewichtsignals sollte zuerst gemessen werden, währen& der Drehzapfen 132 das Neutraldichtefilter 130 aus dem Weg des Strahls heraus geschwenkt hat. Dann wird das Neutraldichtefilter 130 durch den Drehzapfen 132 in den Weg des Strahls hinein geschwenkt. Während das Neutraldichtefilter 130 sich in dem Strahlenweg befindet, sollte das verstärkte Flächengewichtsignal erneut gemessen werden. Linearitätsfehler bei der Ausgabe des Sensors können dann durch das Einstellen des Verstärkers 120 (Fig.4) ausgeglichen werden, so daß die Änderung bei der Amplitude des verstärkten Flächengewichtsignals, die durch das Anordnen des Neutraldichtefilters 130 im Strahlenweg verursacht wird, linear der bekannten Änderung der Lichtstrahlintensität entspricht, die durch das Anordnen des Neutraldichtefilters 130 im Strahlenweg verursacht wird.
In einer gemäß der vorliegenden Erfindung gestalteten Vorrichtung, wie zum Beispiel oben in der zur Zeit bevorzugten Ausführungsform beschrieben, werden dem Papierhersteller Ausgabesignale bereitgestellt, die drei wichtigen Parametern bei der Papierherstellung entsprechen: (1) die Stärke der Veränderungen im Flächengewicht des Bogens, die durch Flocken festgelegter Minimalgrößen bzw. Größenordnungen verursacht werden; (2) die Festigkeit des/der schwächsten Teilstücks/e des Bogens; und (3) die Größe der Flocken, die den Bogen bilden. Durch Überwachen dieser Parameter kann der/die Papierhersteller/in seine/ihre Papierherstellungsprozesse so anpassen, daß ein Papierbogen bereitgestellt wird, der geichmäßig verteilte Fasern aufweist. Ein solcher gut gebildeter Bogen weist eine hohe Festigkeit, gute optische und strukturelle Eigenschaften und gute Druckqualität auf.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Flächengewichtsensors und der signalverarbeitenden Schaltungsanordnung wurde beschrieben. Es versteht sich jedoch von selbst, daß verschiedene Modifikationen an dem hierin beschriebenen Flächengewichtsensor oder der hierin beschriebenen signalverarbeitenden Schaltungsanordnung vorgenommen werden können, ohne daß von der Idee und dem Umfang der Erfindung abgewichen wird. Wenn zum Beispiel der Durchmesser des Lichleiters des Flächengewichtsensors der kleinsten Flockengröße entspricht, die der Papierhersteller untersuchen möchte, dann entspricht die Komponente mit der höchsten Frequenz des Signals vom Flächengewichtsensor Flocken, deren Minimalgröße dem Durchmesser des Lichtleiters entspricht. Somit ist ein Tiefpaßfilter im ersten Kanal nicht notwendig, wenn man nur die Signale vom ersten Kanal, die Flocken entsprechen, deren Minimalgröße dem Durchmesser des Lichtleiters gleicht, untersuchen will. Stattdessen kann das verstärkte Flächengewichtsensorsignal direkt dem Effektivwert- Drehstrom-Gleichstrom-Umformer des ersten Kanals zugeführt werden. Weiterhin kann gegebenenfalls die signalverarbeitende Schaltungsanordnung so modifiziert werden, daß das Ausgabesignal vom Tiefpaßfilter eines Kanals, außer dem Tiefpaßfilter des ersten Kanals, an die Spitzenwertdetektor- Schaltung oder an die Schaltung zur Messung der Flockengröße geschickt wird. Alternativ kann die signalverarbeitende Schaltungsanordnung so gestaltet sein, daß die Eingabe zum Spitzenwertdetektor und zu den Schaltungen zur Messung der Flockengröße von den Tiefpaßfiltern eines jeden gewünschten Kanals ausgewählt werden kann. Dies wird in Fig. 4 als eine mögliche Gestaltung gezeigt. Ferner können andere Bogenmaterialen als Papier durch den Sensor geleitet werden und durch die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung charakterisiert werden. Somit ist die vorliegende Erfindung weder auf die hierin beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen begrenzt, noch ist sie ausschließlich auf die Verwendung mit Papier beschränkt.

Claims

1. Vorrichtung zur Charakterisierung einer Bogenbildung, wobei der Bogen Flocken unterschiedlicher Größe umfaßt, und wobei die Vorrichtung einen Flächengewichtsensor (10) zum Erfassen des Flächengewichts eines örtlich begrenzten Teilstücks des Bogens (16), während der Bogen (16) sich am Sensor (10) vorbeibewegt, und zum Erzeugen eines Ausgabesignals, das auf das Flächengewicht schließen läßt, umfaßt; und bei der eine Mehrzahl von Kanälen zum Verarbeiten des Flächengewicht-Ausgabesignals mit dem Flächengewichtsensor (10) gekoppelt sind, wobei jeder Kanal ein Signalfilter (52, 54, 56, 62) zum Empfangen des Flächengewichtsignals und Erzeugen einer gefilterten Ausgabe umfaßt, wobei jedes Filter alle über einer festgelegten Frequenz liegenden Frequenzkomponenten des Flächengewichtsignals ausfiltert, wobei die festgelegte Frequenz bei jedem Filter verschieden ist und einer festgelegten Flockengröße entspricht, und bei der ein jeweiliger Drehstrom-Gleichstrom-Umformer (78, 80, 82, 88) mit jedem Filter zum Erzeugen einer Gleichstromausgabe, die auf den genauen Effektivwert des gefilterten Flächengewichtsignals schließen läßt, gekoppelt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der Mittel (122) zum Subtrahieren der von einem der Drehstrom-Gleichstrom-Umformer erzeugten Gleichstromausgabe von der von einem anderen der Drehstrom-Gleichstrom-Umformer erzeugten Gleichstromausgabe bereitgestellt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der Mittel (92) zum Messen der Flockengröße wirksam mit dem Flächengewichtsensor (10) gekoppelt sind, um ein Ausgabesignal zu erzeugen, das darauf schließen läßt, wie oft das von dem Mittel (92) zum Messen der Flocken empfangene Flächengewichtsignal während eines festgelegten Zeitraums einen festgelegten Wert erreicht.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der Mittel (64, 66) zum Variieren der Grenzfrequenzen als Reaktion auf Änderungen in der Geschwindigkeit, mit der sich der Bogen (16) am Flächengewichtsensor (10) vorbeibewegt, bereitgestellt sind.

5. Verfahren zur Charakterisierung der Bildung eines sich bewegenden Materialbogens, welcher Flocken unterschiedlicher Größe umfaßt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Bewegen des Materialbogens an einem Sensor vorbei, der das Flächengewicht des Materials erfaßt und ein Ausgabesignal erzeugt, welches auf das Flächengewicht schließen läßt;

Verarbeiten des Flächengewicht-Ausgabesignals unter Verwendung einer Mehrzahl von Kanälen, von denen jeder durch Ausfiltern aller über einer festgelegten Frequenz liegenden Frequenzkomponenten des Flächengewichtsignals eine gefilterte Ausgabe erzeugt, wobei die festgelegte Frequenz für jeden Kanal verschieden ist und einer festgelegten Flockengröße entspricht; und

Umformen eines jeden gefilterten Drehstromsignals in ein Gleichstrom-Ausgabesignal, das auf den genauen Effektivwert des jeweiligen gefilterten Signals schließen läßt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, welches ferner die folgenden Schritte umfaßt:

Auswählen zweier der Gleichstromausgaben; und Subtrahieren des Wertes einer der ausgewählten Gleichstromausgaben vom Wert der anderen der ausgewählten Gleichstromausgaben.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, welches ferner den Schritt des Erzeugens eines Ausgabesignals, das darauf schließen läßt, wie oft das Flächengewichtsignal während eines festgelegten gemessenen Zeitraums einen festgelegten Wert erreicht, umfaßt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem der Wert der festgelegten Frequenz für jede gefilterte Ausgabe als Reaktion auf Änderungen in der Geschwindigkeit, mit der sich der Bogen bewegt, variiert wird.