HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Charakterisierung
der Qualität einer Papierbahn, und insbesondere eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum Messen der Verteilung von Zellulosefasern
in einer Papierbahn durch Überwachung der Schwankungen in der
Intensität eines schmalen Lichtstrahls, der bei einer senkrechten
Bewegung der Bahn durch den Strahl durch die Bahn durchgelassen
wird.
-
Papier wird aus einer Fasersuspension hergestellt. Diese Fasern
bestehen gewöhnlich aus vorwiegend von Holz und Hadern gewonnener
Zellulose. Für die optischen, mechanischen und Druckeigenschaften
der Bahn ist die Gleichmäßigkeit der Verteilung dieser Fasern in
einer Papierbahn von größter Bedeutung. Eines der Hauptziele
eines Papierherstellers besteht deshalb in der Entwicklung eines
Papierherstellungsprozesses und in der Einstellung der Parameter
des Prozesses derart, daß das "Riesgewicht" bzw. die Verteilung
dieser Fasern im fertigen Bahnmaterial möglichst gleichmäßig
ausfällt. In der Technik der Papierherstellung bezieht sich der
Ausdruck "Riesgewicht" auf das Gewicht der papierbildenden Fasern
pro Flächeneinheit der Bahnfläche. Bei einer gleichmäßigen
Verteilung der Fasern und einem einheitlichen Riesgewicht des
Papiers weist die Papierbahn ihre größte Festigkeit auf, fühlt
sich glatt an und hat ein glattes Aussehen, und ermöglicht genau
definierte Druckzeilen. Dagegen ergeben örtliche Schwankungen im
Riesgewicht eine Bahn mit geringer Festigkeit. Der Grund dafür
besteht darin, daß die Belastung in den weniger Fasern
aufweisenden Bereichen der Bahn konzentriert ist, so daß diese
Bereiche der Bahn als erste reißen. Darüberhinaus können Bahnen
mit einem ungleichmäßigen Riesgewicht sich rauh anfühlen und ein
rauhes Aussehen haben und eine Verwischung der Druckzeilen
verursachen.
-
Bei der Charakterisierung der Qualität einer Papierbahn
sprechen Papierhersteller von der "Ausbildung" der Bahn. Es gibt
anscheinend keine Normdefinition für "Ausbildung". Für den
vorliegenden Zweck soll "Ausbildung" jedoch als die Art und Weise
definiert werden, in der die eine Papierbahn bildenden Fasern
innerhalb der Bahn verteilt, angeordnet und vermischt sind. Bei
allen Papierbahnen sind die bahnbildenden Fasern zumindest zu
einem gewissen Grad ungleichmäßig in Bündeln verteilt, die als
"Flocken" bezeichnet werden. Papierbahnen mit im allgemeinen
gleichmäßig verteilten, miteinander verschlungenen Fasern werden
jedoch als Papierbahnen mit guter Ausbildung betrachtet.
Umgekehrt ist die Papierbahn bei einer auf nicht akzeptable Weise
ungleichmäßigen Verteilung der bahnbildenden Fasern in Flocken
körnig anstatt einheitlich und wird als eine schlechte Ausbildung
aufweisend betrachtet.
-
Es sind verschiedene Vorrichtungen zum Messen verschiedener
Charakteristika der Ausbildung von Papierbahnen vorhanden. In
einer solchen, Riesgewichtsensor (bzw. Mikrodensitometer)
genannten Vorrichtung wird ein Lichtstrahl bei einer senkrechten
Bewegung der Bahn durch den Strahl durch diese durchgelassen. Mit
einem Lichtdetektor wird die Intensität des Strahls, nachdem er
durch das Papierblatt gelassen worden ist, gemessen. Dieser
Lichtdetektor ist auf der von der Lichtquelle aus gesehen
gegenüberliegenden Seite der Bahn angeordnet. Der Lichtdetektor
erzeugt ein elektrisches Signal, das auf die Intensität des
durchgelassenen Strahls hinweist. Bei einem Anstieg des
Riesgewichts des Bahnabschnitts, durch den der Lichtstrahl
verläuft, kommt es zu einer Abnahme der Intensität des durch die
Bahn durchgelassenen Strahls. Das von dem Lichtdetektor kommende
elektrische Signal gibt daher einen Hinweis auf das Riesgewicht
der Bahn.
-
Wie zuvor erwähnt, neigen die jede Papierbahn bildenden Fasern
dazu, sich in Flocken anzusammeln. In jeder beliebigen Bahn
werden diese Flocken unterschiedliche Größen aufweisen. Während
sich also das Papier senkrecht durch den Lichtstrahl bewegt, wird
das von dem Lichtdetektor erzeugte elektrische Signal bei einer
Vielzahl von Frequenzen moduliert, die der Verteilung der
Flockengrößen und auch der Geschwindigkeit entsprechen, mit der
sich die Papierbahn durch den Lichtstrahl bewegt. Bei einem
Anstieg der Bahngeschwindigkeit steigt auch die Frequenz, mit der
die Flocken das elektrische Signal des Riesgewichts modulieren.
Ähnlich modulieren kleinere Flocken das Signal bei höheren
Frequenzen als größere Flocken. Die Amplitude dieser Modulationen
entspricht den örtlichen Schwankungen im Riesgewicht oder, was
auf dasselbe hinausläuft, den örtlichen Schwankungen in der
Verteilung der die Flocken bildenden Fasern.
-
Bei einer Methode zeigt die die Ausbildung charakterisierende
Vorrichtung den Mittelwert der Schwankung Spitze-Spitze des von
einem Riesgewichtsensor erzeugten elektrischen Signals an. Der
Mittelwert Spitze-Spitze des elektrischen Signals soll auf die
Größenordnung der Schwankungen im Riesgewicht der Bahn hinweisen.
Aus den im folgenden erörterten Gründen kann diese Methode jedoch
einen irrtümlichen Hinweis auf die Bahnausbildung geben.
-
In vielen Fällen wird der Papierhersteller eine Bahn mit einer
möglichst gleichmäßigen Faserverteilung herstellen wollen, d. h.
eine Bahn mit einer guten Ausbildung. Um dies zu erreichen, wird
der Papierhersteller nicht nur die Größenordnung der Schwankungen
im Riesgewicht sondern auch die Größenverteilung der Flocken
wissen wollen. Der Papierhersteller wird ferner die Festigkeit
der Bahnabschnitte mit dem geringsten Riesgewicht wissen wollen.
Die zuvor beschriebene Methode, aus der sich nur der Mittelwert
Spitze-Spitze des Riesgewichtsignals ergibt, gibt jedoch keinen
Hinweis auf die Größe der diese Schwankungen im Riesgewichtsignal
schaffenden Flocken oder auf die Festigkeit der schwächsten
Bereiche der Bahn. Mit dieser Methode ist daher eine vollständige
Charakterisierung der Bahnausbildung nicht möglich.
-
Bei einer anderen Methode zur Charakterisierung der
Bahnausbildung ist ein Betastrahlen-Prüfgerät aus einer
Papierbahnprobe hergestellt. Licht wird dann durch das Prüfgerät
gesendet oder von ihm reflektiert. Schwankungen in der Intensität
eines schmalen Strahls dieses Lichts werden bei einer Bewegung
des Prüfgeräts, die bei einheitlicher Geschwindigkeit und
senkrecht in bezug auf den Strahl erfolgt, in ein elektrisches
Signal umgewandelt. Als eine Funktion der das Signal umfassenden
Wellenlängen wird eine graphische Anzeige der Amplitude der
Modulationen dieses elektrischen Signals erzeugt. Diese Anzeige
wird als ein Wellenlängen-Leistungsspektrum bezeichnet. In der
Fig. 1 ist eine derartige Anzeige für verschiedene
Papierqualitäten mit guter, mittelmäßiger bzw. schlechter
Ausbildung dargestellt. Diese Methode wurde von Norman und Wahren
detailliert in einer Reihe von Abhandlungen besprochen, unter
anderem in deren Symposiumabhandlung "Mass Distribution and Sheet
Properties of Paper" [Massenverteilung und Bahneigenschaften von
Papier].
-
In gewissen Fällen der kommerziellen Papierherstellung kann sich
die Methode nach Norman und Wahren als ungeeignet erweisen. Wie
in Fig. 1 dargestellt, besteht bei Wellenlängen unterhalb
ungefähr einem Millimeter wenig Unterschied zwischen dem
Wellenlängen-Leistungsspektrum einer Bahn mit guter Ausbildung
und jenem einer Bahn mit schlechter Ausbildung. Bei Wellenlängen
zwischen ungefähr einem Millimeter bis 32 Millimetern bestehen
jedoch bedeutende Unterschiede. Die Methode nach Norman und
Wahren erbringt also mehr Informationen, als für den
Papierhersteller zur Bestimmung der Ausbildung einer Bahn
erforderlich sein mag. Ein weiterer möglicher Nachteil dieser
Methode liegt darin, daß sie soviel Informationen erbringt, daß
deren Auswertung sich für den Laien als schwierig erweisen
könnte. In vielen Fällen der kommerziellen Herstellung zieht der
Papierhersteller möglicherweise eine Vorrichtung und eine Methode
vor, die ihm statt einer ganzen Spektrumsanzeige lediglich ein
paar Zahlen liefern, welche in ihrer Gesamtheit die Ausbildung
der Bahn vollständig charakterisieren. Wie die zuvor beschriebene
Methode zum Messen des Mittelwerts Spitze-Spitze eines
Riesgewichtsignals versagt auch diese Methode dabei, dem
Papierhersteller einen Hinweis auf die Festigkeit der schwächsten
Abschnitte der Bahn zu liefern. Selbst bei einer gleichzeitigen
Verwendung der beiden Methoden erhält der Papierhersteller also
immer noch nicht alle zur vollständigen Charakterisierung der
Bahnausbildung notwendigen Informationen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die
einen Satz elektrischer Ausgangssignale erzeugt, welche einen
Hinweis auf die folgenden Parameter der Bahnausbildung geben: (1)
die Größe der durch Flocken von vorgegebenen Mindestgrößen bzw.
Größenbereichen verursachten Schwankungen im Riesgewicht der
Bahn; (2) die Festigkeit des schwächsten Abschnitts bzw. der
schwächsten Abschnitte der Bahn; und (3) die Größe der die Bahn
bildenden Flocken. Diese Ausgangssignale können in numerische
Werte umgewandelt und dem Bedienungspersonal der Papierfabrik
angezeigt werden. Das Bedienungspersonal kann dann diese
numerischen Werte zur Überwachung der Ausbildung der
hergestellten Bahn verwenden und die Parameter des
Papierherstellungsprozesses so einstellen, daß eine Papierbahn
mit den gewünschten Charakteristika erzielt wird. Alternativ
können diese elektrischen Ausgangssignale in einen Computer bzw.
eine andere Vorrichtung eingegeben werden, von dem bzw. der diese
Ausgangssignale dann zur automatischen Einstellung des
Papierherstellungsprozesses verwendet würden, um Papier mit den
gewünschten Charakteristika zu erzielen.
-
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfaßt einen
Riesgewichtsensor zum akkuraten Messen örtlicher Schwankungen im
Riesgewicht einer Papierbahn. Der Sensor umfaßt eine
Lichtstrahlquelle, die auf der einen Seite der Bahn angeordnet
ist, und einen auf der anderen Seite der Bahn, der
Lichtstrahlquelle gegenüber angeordneten "Empfänger". Der
Empfänger umfaßt einen Lichtleiter, wie zum Beispiel eine schmale
Saphirstange. Ein Ende der Stange stößt auf der der Lichtquelle
gegenüberliegenden Seite der Bahn an die Bahn an. Während sich
die Bahn senkrecht zum Lichtstrahl durch den Sensor bewegt, wird
sie gegen das Ende der Stange gehalten, so daß lediglich durch
die Bahn fallendes Licht in die Stange eintreten kann. Diese
Stange leitet mindestens einen Teil des Lichtstrahls einer
Lichtdetektoreinrichtung, wie zum Beispiel einer Photodiode, zu.
Die Photodiode erzeugt dann ein elektrisches Ausgangssignal, das
proportional zur Intensität des Lichtstrahls ist, nachdem dieser
durch die Bahn gelassen worden ist.
-
Wenn die Papierbahn durch den Riesgewichtsensor läuft, schaffen
örtliche Schwankungen im Riesgewicht der Bahn Schwankungen in der
Intensität des durch die Bahn gelassenen Lichtstrahls. Die
Lichtdetektorvorrichtung im Empfängerteil des Sensors erzeugt ein
elektrisches Signal, das proportional zur Intensität des
durchgelassenen Strahls und damit umgekehrt proportional zum
Riesgewicht des Bahnabschnitts ist, durch welchen der erfaßte
Teil des Strahls fällt. Da Papier aus unterschiedlich großen
Flocken besteht, wird das vom Sensor stammende elektrische
Signal, wenn die Papierbahn zwischen der Lichtquellen- und der
Empfängerhälfte des Sensors durchläuft, bei einer Vielzahl von
Frequenzen moduliert. Diese Frequenzen sind sowohl von der
Geschwindigkeit, mit der das Papier durch den Sensor läuft, als
auch von der Größe der unterschiedlichen, die Bahn bildenden
Flocken abhängig. Die signalverarbeitenden Schaltungen der
vorliegenden Erfindung berücksichtigen jedoch Veränderungen in
der Geschwindigkeit, mit der das Papier durch den Sensor läuft.
Die die Ausbildung charakterisierenden Ausgangssignale sind daher
von der Papiergeschwindigkeit unabhängig.
-
Die signalverarbeitenden Schaltungen weisen mehrere elektrische
Kanäle auf. Jeder Kanal verarbeitet vom Riesgewichtsensor
stammende Riesgewichtsignale, die einer unterschiedlichen
vorgegebenen Flockenmindestgröße bzw. über dieser Mindestgröße
liegenden Flockengrößen entsprechen. Dies wird durch das Anordnen
eines Tiefpaßfilters am Eingangsende jedes Kanals erreicht. Das
vom Riesgewichtsensor stammende Signal wird jedem dieser
Tiefpaßfilter zugeführt. Das Tiefpaßfilter eines jeden
aufeinanderfolgenden Kanals weist jedoch eine Grenzfrequenz auf,
die niedriger ist als die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters im
vorhergehenden Kanal. Darüber hinaus ist die Grenzfrequenz jedes
dieser Tiefpaßfilter variabel und so geregelt, daß sie
proportional zu der Geschwindigkeit ist, mit der das Papier durch
den Sensor läuft. Die Grenzfrequenz für das Tiefpaßfilter jedes
Kanals entspricht damit Flocken einer bestimmten vorgegebenen
Mindestgröße und entspricht auch dann Flocken dieser vorgegebenen
Mindestgröße, wenn die Geschwindigkeit, mit der sich das Papier
durch den Sensor bewegt, geändert wird.
-
Die Ausgabe jedes Tiefpaßfilters wird einer separaten
Umrichterschaltung Wechselstrom/Gleichstrom zugeführt, die das
von dem zugeordneten Tiefpaßfilter stammende gefilterte Signal
in eine Gleichstromausgabe umrichtet, die proportional zum
Effektivwert des vom Tiefpaßfilter stammenden Signals ist. Die
Ausgabe jedes Umrichters Wechselstrom/Gleichstrom gibt daher
einen Hinweis auf die Größenordnung der Schwankungen im
Riesgewicht der Bahn, die von Flocken einer bestimmten
Mindestgröße (d. h. den Flocken, die das Riesgewichtsignal bei
einer direkt unterhalb der Grenzfrequenz liegenden Frequenz
modulieren) und allen Flocken, die über dieser Mindestgröße
liegen, geschaffen werden.
-
Das vom Tiefpaßfilter des ersten Kanals stammende Signal (das
Tiefpaßfilter des ersten Kanals hat die höchste Grenzfrequenz)
kann zusätzlich einer Spitzendetektorschaltung zugeführt werden.
Diese Schaltung kann dazu gebracht werden, einen Hinweis auf die
maximale Intensität des Riesgewichtsignals über einer
vorgegebenen Papierlänge, welche durch den Riesgewichtsensor
läuft, oder den Mittelwert mehrerer Signalspitzen zu geben. Ein
durchgelassener Lichtstrahl mit höherer Intensität entspricht
einem niedrigeren Riesgewicht. Wenn also der Spitzendetektor dazu
gebracht wird, einen Hinweis auf die maximale Intensität des
Riesgewichtsignals zu geben, charakterisiert die Größenordnung
der Ausgabe der Spitzendetektorschaltung die Festigkeit des
schwächsten Punktes der Bahn. Wenn die Spitzendetektorschaltung
alternativ dazu gebracht wird, einen Hinweis auf den Mittelwert
mehrerer Signalspitzen zu geben, dann charakterisiert die Ausgabe
dieser Schaltung einen Mittelwert der Festigkeiten mehrerer der
schwächsten Punkte der Bahn.
-
Das vom Tiefpaßfilter des ersten Kanals stammende Signal kann
darüber hinaus auch einer Schaltung zur Messung der Flockengröße
zugeführt werden. Die Schaltung zur Messung der Flockengröße
umfaßt eine Vergleichsschaltung, die den Wert des vom Ausgang
dieses Tiefpaßfilters stammenden Signals mit einem Wert
vergleicht, der auf das mittlere Riesgewicht der Bahn hinweist.
Die Ausgabe von der Vergleichsschaltung gibt die Rate an, bei der
das vom Tiefpaßfilter des ersten Kanals stammende Signal einen
dem mittleren Riesgewicht der Bahn entsprechenden Wert erzielt.
Kreuzt das vom Tiefpaßfilter des ersten Kanals stammende Signal
nur relativ selten die dem mittleren Riesgewicht entsprechende
Linie, dann besteht die Bahn aus relativ großen Flocken. Kreuzt
das Riesgewichtsignal andererseits die Linie des mittleren
Riesgewichts häufig, dann besteht die Bahn aus relativ kleinen
Flocken. Da die Geschwindigkeit, mit der die Papierbahn durch den
Riesgewichtsensor läuft, bekannt ist, kann daher die Schaltung
zur Messung der Flockengröße aus der Bahngeschwindigkeit und der
Ausgabe von der Vergleichsschaltung die Größe der die Bahn
bildenden Flocken errechnen.
-
Jeder der drei oben erörterten Parameter, d. h. die Größenordnung
der Schwankung im Riesgewicht, die Festigkeit des schwächsten
Abschnitts bzw. der schwächsten Abschnitte der Bahn, und die
Flockengröße, betreffen die Ausbildung bzw. Gleichmäßigkeit der
Verteilung der die Papierbahn umfassenden Fasern. Da die
Ausbildung einer Papierbahn, wie bereits erwähnt, für seine
optischen, mechanischen und Druckeigenschaften von größter
Bedeutung ist, kann ein Papierhersteller die drei Arten von
elektrischen Ausgangssignalen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dazu verwenden, das Erreichen einer gleichmäßigen Faserverteilung
und damit einer Papierbahn mit guter Ausbildung zu unterstützen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Fig. 1 ist eine Darstellung der Wellenlänge-Leistungsspektren für
mehrere unterschiedliche Papierqualitäten.
-
Fig. 2 ist eine Darstellung einer Ausführungsform des
Riesgewichtsensors der vorliegenden Erfindung.
-
Fig. 3 ist eine Darstellung eines Schlitzrades zur Eichung der
Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
-
Fig. 4 ist eine Darstellung eines Blockdiagramms einer
Ausführungsform der Schaltungen, die zur Verarbeitung von vom
Riesgewichtsensor der Fig. 2 stammenden Signalen verwendet
werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
A. Der Riesgewichtsensor
-
Fig. 2 ist eine Darstellung einer derzeit bevorzugten
Ausführungsform des Riesgewichtsensors 10 der vorliegenden
Erfindung. Diesen Sensor 10 kann man sich als aus zwei Hälften
bestehend vorstellen, und zwar einer "Quellen"-Hälfte 12 und
einer "Empfänger"-Hälfte 14. Die auf einer Seite der Papierbahn
16 angeordnete Quellenhälfte 12 leitet einen Lichtstrahl durch
die Bahn 16, deren Ausbildung bestimmt werden soll. Die
Empfängerhälfte 14 ist auf der gegenüberliegenden Seite der Bahn
16 angeordnet und erzeugt ein elektrisches Signal, das
proportional zu der Intensität des durch die Bahn 16 gelassenen
Lichtes ist. Die Quellenhälfte 12 umfaßt eine Lichtquelle 18, wie
zum Beispiel eine Glühlampe 20 mit hoher Intensität, und einen
Reflektor 22 zur Leitung des Lichtstrahls von der Lampe 20 auf
die Bahn 16 zu. Wenn das Licht sich auf die Bahn 16 zubewegt,
läuft es durch einen Diffusor 24, der beim Durchlaufen des
Strahls die Richtung der Photonen zerstreut. Die Verwendung einer
diffusen Lichtquelle ist wichtig. Wird eine nicht-diffuse
Lichtquelle verwendet, kann es sein, daß die Empfängerhälfte 14
des Sensors 10 statt Schwankungen in der Intensität des
durchgelassenen Lichts, die durch örtliche Schwankungen im
Riesgewicht der Bahn 16 verursacht werden, Schwankungen in der
Intensität des durchgelassenen Strahls mißt, die durch
Schwankungen im Reflexionsvermögen der Bahnoberflache in bezug
auf aus einer bestimmten Richtung kommendes Licht verursacht
werden.
-
Die Empfängerhälfte 14 des Sensors 10 umfaßt einen Saphir-
Lichtleiter 26 mit einem Durchmesser von 1 mm zur Leitung eines
kleinen Punktes des durch die Bahn 16 gelassenen diffusen
Lichtstrahls auf ein Linsensystem 28 zu. Dieses Linsensystem 28
fokussiert das von dem Lichtleiter 26 kommende Licht auf eine
lichtempfindliche Siliziumphotodiode 30. Die Photodiode 30
erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal, das proportional zur
Intensität des Punktes des durchgelassenen Lichtes ist.
-
Es ist wichtig, daß beim Durchlaufen der Bahn 16 durch den Sensor
10 die Bahn 16 fest gegen das Ende des Lichtleiters 36 gehalten
wird, damit jegliches auf das Ende des Lichtleiters 36
auftreffende Licht durch die Bahn 16 gewandert sein muß. Die
Quellenhälfte 12 des Ausbildungssensors 10 ist zu diesem Zweck
auf gegenüberliegenden Seiten des Lichtleiters 26 mit Vorsprüngen
32, sogenannten "Gleitplatten", ausgebildet. Zusätzlich erstreckt
sich das Ende des Lichtleiters 36 auf die Bahn 16 zu und ist von
einer weiteren Gleitplatte 34 geschützt, die den Lichtleiter 26
derart umgibt, daß die in Richtung der Pfeile 38 zwischen den
Quellen- und Empfängerhälften des Sensors 10 wandernde Papierbahn
16 von den Gleitplatten 32, 34 gegen das Ende des Lichtleiters
36 gehalten wird.
-
Wenn die Papierbahn 16 zwischen den Gleitplatten 32, 34 und dem
Ende des Lichtleiters 36 durchläuft und gegen diese scheuert,
neigt sie dazu, die Gleitplatten und das Ende des Lichtleiters
36 abzunutzen. Die Gleitplatten 32, 34 sind daher aus einem
verschleißfesten Material, wie zum Beispiel Stahllegierungen,
hergestellt, und der Lichtleiter 26 besteht aus Saphir oder einem
anderen, ähnlich transparenten aber doch verschleißfesten
Material.
B. Die signalverarbeitenden Schaltungen
-
Wie oben erwähnt, erzeugt der Riesgewichtsensor 10 ein
elektrisches Signal, dessen Größenordnung umgekehrt proportional
zum Riesgewicht des Abschnitts der Bahn 16 ist, durch den der
erfaßte Punkt des Lichtstrahls durchgelassen wird. Die Bahn 16
besteht aus Flocken, so daß die Intensität des durchgelassenen
Strahls und damit das Sensorsignal variieren, wenn die Papierbahn
16 durch den Sensor 10 läuft. Das Sensorsignal wird dann
verstärkt, und das verstärkte Sensorsignal wird der
signalverarbeitenden Schaltung zugeführt. Diese Schaltung ist
dazu ausgelegt, das Sensorsignal zur Erzeugung elektrischer
Ausgangssignale zu verarbeiten, die auffolgendes hinweisen: (1)
die Größenordnung der von Flocken vorgegebener Mindestgrößen bzw.
Größenbereiche verursachten Schwankungen im Riesgewicht der Bahn;
(2) die Festigkeit des schwächsten Abschnitts bzw. der
schwächsten Abschnitte der Bahn; und (3) die Größe der die Bahn
bildenden Flocken.
-
Eine derzeit bevorzugte Ausführungsform der signalverarbeitenden
Schaltung 50 ist in Form eines Blockdiagramms in Fig. 4
dargestellt. Diese signalverarbeitende Schaltung 50 umfaßt
mehrere Tiefpaßfilter 52-62. Jedes Filter 52-62 ist einem
bestimmten elektrischen "Kanal" zugeordnet. Jeder Kanal umfaßt
eines dieser Tiefpaßfilter 52-62 und einen Umrichter 78-88
Wechselstrom mit Effektivwert/Gleichstrom. Die Vorrichtung der
Vorliegenden Erfindung kann beliebig viele Kanäle aufweisen
(Kanäle 4-5 sind zur Vereinfachung der Darstellung nicht
gezeigt). Bei der Ausführungsform der Fig. 4 weist die
Vorrichtung sechs Kanäle auf. Jedes der sechs Tiefpaßfilter 52-62
empfängt zwei Eingangssignale. Das erste Eingangssignal an jedes
der sechs Tiefpaßfilter 52-62 kommt aus dem oben beschriebenen
Riesgewichtsensor 10. Dieses Signal ist auf den ersten Eingang
jedes Tiefpaßfilters 52-62 gerichtet.
-
Die Grenzfrequenz für jedes Tiefpaßfilter 52-62 ist proportional
zur Frequenz eines zweiten Eingangsignals. Die Frequenz des
zweiten Eingangsignals ist nicht bei jedem Tiefpaßfilter 52-62
gleich. Stattdessen beträgt die Frequenz des zweiten Eingangs an
jedes Tiefpaßfilter 52-62 die Hälfte der Frequenz des dem zweiten
Eingang des Tiefpaßfilters des Vorhergehenden Kanals zugeführten
Signals. Die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters des ersten Kanals
ist damit die höchste, und die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters
62 des sechsten Kanals ist geringer als die Grenzfrequenz eines
beliebigen anderen Tiefpaßfilters 52-62. Anders ausgedrückt, das
Tiefpaßfilter 52 des ersten Kanals läßt ein Signal vom
Riesgewichtsensor 10 durch, dessen höchste Frequenzkomponente
einer bestimmten Flockenmindestgröße entspricht. Änderungen im
Riesgewicht, die unterhalb 1 mm vorkommen, kann der Sensor 10
nicht erfassen, da der Lichtleiter 26 (Fig. 2) des
Riesgewichtsensors 10 einen Durchmesser von 1 mm aufweist. Damit
entspricht das den Tiefpaßfiltern zugeführte Riesgewichtsignal
mit der höchsten Frequenz Flocken von 1 mm. Die Frequenz des dem
zweiten Eingang des Tiefpaßfilters 52 des Kanals 1 gesendeten
Signals wird daher bei der vorliegenden Ausführungsform derart
eingestellt, daß dieses Tiefpaßfilter 52 eine Grenzfrequenz
aufweist, die den durch Flocken von 1 mm verursachten
Schwankungen im Riesgewicht entspricht. Die Frequenz des an die
zweiten Eingänge der Tiefpaßfilter 54-62 der Kanäle 2-6
gesendeten Signals wird so eingestellt, daß die Grenzfrequenzen
dieser Tiefpaßfilter 54-62 den Flockengrößen 2 mm, 4 mm, 8 mm, 16 mm
bzw. 32 mm entsprechen. Die Frequenz des zweiten Eingangs zu jedem
Tiefpaßfilter 52-62 ist auch proportional zu der Geschwindigkeit,
mit der das Papier durch den Sensor 10 läuft. Die Grenzfrequenz
jedes Tiefpaßfilters 52-62 entspricht daher weiterhin einer
Riesgewichtsignal-Frequenzcharakteristik von Flocken der
obengenannten Größen, selbst wenn sich die Geschwindigkeit, mit
der die Papierbahn durch den Sensor 10 läuft, ändert.
-
In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform wird das zweite
Eingangsignal an jedes Tiefpaßfilter 52-62 zunächst durch Messen
der Geschwindigkeit, mit der die Papierbahn durch den Sensor 10
läuft, gewonnen. Vorrichtungen zur Messung der Geschwindigkeit
einer Papierbahn sind wohlbekannter Teil des Standes der Technik.
Viele moderne Papierfabriken sind hochautomatisiert und umfassen
einen Computer, der verschiedene Parameter des
Papierherstellungsprozessors überwacht und steuert. Bei der
vorliegenden bevorzugten Ausführungsform wird daher ein vom
Computer der Fabrik stammendes, auf die Papiergeschwindigkeit
hinweisendes digitales Signal zweckmäßig dazu verwendet, die
Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters 52-62 jedes Kanals zu steuern.
Dieses digitale Geschwindigkeitssignal wird an einen Digital-
Analog-Umwandler 64 gerichtet, der das digitale
Geschwindigkeitssignal empfängt und eine Spannung proportional
zur Papiergeschwindigkeit ausgibt. Diese Spannung wird dann in
einen Spannungs-Frequenz-Umformer 66 (hier als "VFC" bezeichnet)
eingegeben. Der VFC 66 gibt dann ein Signal mit einer Frequenz
aus, die proportional zur Ausgangsspannung des Digital-Analog-
Umwandlers 64 ist und damit zu der Geschwindigkeit des durch den
Sensor 10 laufenden Papiers. Jeder Kanal außer dem ersten umfaßt
einen Frequenzteiler 68-76. Das vom VFC 66 stammende Signal wird
direkt dem zweiten Eingang des Tiefpaßfilters 52 des ersten
Kanals zugeführt, und auch dem Frequenzteiler 68 des zweiten
Kanals. Der Frequenzteiler 68 des zweiten Kanals teilt die
Frequenz des vom VFC 66 empfangenen Signals, und das
resultierende Signal mit niedrigerer Frequenz wird dem zweiten
Eingang des Tiefpaßfilters 54 des zweiten Kanals und auch dem
Frequenzteiler 70 des dritten Kanals zugeführt. Der zweite
Eingang zum Tiefpaßfilter 52 des ersten Kanals liegt damit bei
Frequenz X. Die Frequenz X entspricht der Geschwindigkeit, mit
der das Papier durch den Sensor 10 läuft. Da bei der vorliegenden
bevorzugten Ausführungsform halbierende Frequenzteiler verwendet
werden, liegt der Frequenzeingang zum Tiefpaßfilter 54 des
zweiten Kanals bei Frequenz X/2. Dem durch Frequenzteiler 68 des
zweiten Kanals aus gegebenen Signal wird auch der Eingang des
Frequenzteilers 70 des dritten Kanals zugeführt. Alle
aufeinanderfolgenden Kanäle 4, 5 und 6 haben ebenfalls
Frequenzteiler, zum Beispiel Frequenzteiler 76, die das vom
Frequenzteiler des vorhergehenden Kanals stammende Signal
empfangen und ein Signal mit der halben Frequenz der Frequenz des
empfangenen Signals ausgeben. Die Frequenz des dem zweiten
Eingang des Tiefpaßfilters 56 des dritten Kanals zugeführten
Signals beträgt daher Frequenz X/4, die Frequenz des dem zweiten
Eingang des Tiefpaßfilters (nicht dargestellt) des vierten Kanals
zugeführten Signal beträgt X/8, etc. Auf diese Weise umfaßt die
Ausgabe des Tiefpaßfilters 52 des ersten Kanals Frequenzen, die
Flockengrößen entsprechen, die größer oder gleich einer
Mindestgröße, d. h. 1 mm, sind. Die höchste zum Ausgang des
Tiefpaßfilters in jedem auf einanderfolgenden Kanal weitergegebene
Frequenz entspricht Flockengrößen einer ständig anwachsenden
Mindestgröße, d. h. 2 mm, 4 mm, 8 mm, 16 mm und 32 mm. Die Ausgabe des
Tiefpaßfilters 52-62 eines jeden Kanals wird dann zum Hinweis auf
verschiedene Ausbildungsparameter der auf Flockengrößen, die bei
und über der Mindestflockengröße für den bestimmten Kanal liegen,
untersuchten Bahn verarbeitet.
-
Zur Gewinnung eines Ausgangssignals, welches auf die
Größenordnung der Schwankungen im Riesgewicht der Bahn hinweist,
wird der Ausgang jedes Tiefpaßfilters 52-62 einem zugeordneten
Umrichter 78-88 Wechselstrom/Gleichstrom zugeleitet. Jeder
Umrichter 78-88 Wechselstrom/Gleichstrom erzeugt eine
Gleichstromspannung, die dem Effektivwert der
Wechselstromsignalausgabe vom zugeordneten Tiefpaßfilter 52-62 entspricht.
Der Effektivwert der von jedem Umrichter 78-88 Wechselstrom/
Gleichstrom erzeugten Gleichstromspannung ist proportional zur
Größenordnung der von Flocken einer bestimmten Mindestgröße
verursachten Schwankungen im Riesgewicht der Bahn. Da die
Grenzfrequenz der Tiefpaßfilter 52-62 in jedem
aufeinanderfolgenden Kanal aufaufeinanderfolgend niedrigere Frequenzen
eingestellt ist, entspricht die Größenordnung der Effektivwert-
Gleichstromausgangsspannung jedes aufeinanderfolgenden Kanals der
Größenordnung der von aufeinanderfolgend größeren
Flockenmindestgrößen verursachten Schwankungen im Riesgewicht der
Bahn.
-
In bestimmten Fällen wird das Bedienungspersonal der Fabrik die
Größenordnung der von Flocken in einem bestimmten Größenbereich
verursachten Schwankungen im Riesgewicht der Bahn wissen wollen.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann diese
Informationen durch einfaches Subtrahieren des Effektivwert-
Gleichstromausgangs des Umrichters Wechselstrom/ Gleichstrom
eines Kanals vom Effektivwert-Gleichstromausgang des Umrichters
Wechselstrom/Gleichstrom eines anderen Kanals liefern. Der
Unterschied zwischen dem Wert dieser Ausgänge entspricht der
Größenordnung der Schwankungen im Riesgewicht, die von Flocken
in dem zwischen den Grenzfrequenzen der Tiefpaßfilter der beiden
Kanäle liegenden Größenbereich verursacht werden.
-
Eine Subtrahierschaltung 122 kann zum Empfang des Ausgangs von
jeweils zwei beliebigen ausgewählten Umrichtern
Wechselstrom/Gleichstrom an den Eingängen 1 und 2 vorgesehen
sein. Diese Subtrahierschaltung erzeugt eine Ausgangsspannung,
die dem Unterschied zwischen den Ausgängen der beiden
ausgewählten Umrichter Wechselstrom/Gleichstrom entspricht.
Alternativ kann das Bedienungspersonal der Papierfabrik, falls
die Ausgaben der verschiedenen Umrichter Wechselstrom/Gleichstrom
numerisch angezeigt sind, den Unterschied zwischen zwei
beliebigen solchen Ausgängen durch Subtraktion erhalten. Um zum
Beispiel die Größenordnung der durch Flocken von zwischen 4 mm und
8 mm verursachten Schwankungen im Riesgewicht zu bestimmen,
subtrahiert das Bedienungspersonal der Papierfabrik einfach den
Wert der Ausgabe des Umrichters Wechselstrom/Gleichstrom des
vierten Kanals vom Wert der Ausgabe des Umrichters Wechselstrom/
Gleichstrom des dritten Kanals.
-
Viele Standardumwandler Wechselstrom mit "Effektivwert"
Gleichstrom messen eigentlich den Wert Spitze-Spitze des
ankommenden Signals und liefern dann ein Ausgang-
Gleichstromsignal, das dem tatsächlichen Effektivwert des
Eingangssignals nur dann entspricht, wenn das Eingangssignal
sinusförmig ist. Die Wellenform des Riesgewichtsignals ist jedoch
im allgemeinen nicht sinusförmig. Es ist daher gewöhnlich
wichtig, daß die Umrichter 78-88 Wechselstrom/Gleichstrom der
vorliegenden Erfindung ein Gleichstromsignal ausgeben, das dem
tatsächlichen Effektivwert des Riesgewichtsignals entspricht, da
sonst das Ausgangssignal dieser Umrichter 78-88 Wechselstrom/
Gleichstrom eine ungenaue Messung der Schwankungen im Riesgewicht
liefern können.
-
Die Verwendung von Umrichtern Wechselstrom mit tatsächlichem
Effektivwert/Gleichstrom ist besonders dann wichtig, wenn die
Ausgabe des Umrichters eines Kanals von der Ausgabe eines
Umrichters eines anderen Kanals zur Bestimmung des von Flocken
in einem bestimmten Größenbereich verursachten Beitrags zu den
Schwankungen im Riesgewicht subtrahiert wird. Flocken
verschiedener Größen können dieselben Änderungen Spitze-Spitze
im Riesgewichtsignal verursachen, obwohl ihr Beitrag zum
Effektivwert des Riesgewichtsignals verschieden ist. Das
Subtrahieren einer Ausgabe eines Umrichters Wechselstrom/
Gleichstrom, die von einem Riesgewichtsignal mit Frequenzen
gewonnen wurde, die beispielsweise Flockenmindestgrößen von 8 mm
entsprechen, von einem Riesgewichtsignal, das
Flockenmindestgrößen von 4 mm entspricht, sollte und würde ein
Signal ergeben, das auf den von Flocken im Größenbereich 4-8 mm
verursachten Beitrag zu Schwankungen im Riesgewicht hinweist,
wenn Umrichter Wechselstrom mit tatsächlichem Effektivwert/
Gleichstrom verwendet werden. Wird das "Effektivwert"-Signal
jedoch eigentlich von einer Messung des Signalwerts Spitze-Spitze
gewonnen, und verursachen Flocken verschiedener Größe die gleiche
Änderung Spitze-Spitze im Riesgewichtsignal, dann wäre der
Unterschied zwischen den Ausgängen der beiden Umrichter
Wechselstrom/Gleichstrom Null. Dabei würde es sich jedoch nicht
um einen korrekten Hinweis auf den von Flocken im Bereich 4-8 mm
verursachten Beitrags zu Schwankungen im Riesgewicht handeln. Die
Verwendung von Standardumrichtern Wechselstrom/Gleichstrom
Spitze-Spitze kann daher bei Verwendung in der erfindungsgemäßen
Vorrichtung falsche Aussagen ergeben.
-
Der zweite, auf die Festigkeit des schwächsten Abschnitts der
Bahn hinweisende Parameter wird erhalten, indem die Ausgabe des
Tiefpaßfilters 52 des ersten Kanals dem Eingang einer
Spitzendetektorschaltung 90 zugeführt wird. Da wie oben erwähnt
die Größenordnung der Intensität des durchgelassenen Strahls
umgekehrt proportional zum Riesgewicht der Bahn ist, wird auch
die Größenordnung des Wechselstromsignals am Ausgang dieses
Tiefpaßfilters 52 umgekehrt proportional zum örtlichen
Riesgewicht des Abschnittes der Bahn sein, der gerade vom Sensor
10 überprüft wird. Die Spitzendetektorschaltung 90 kann so
ausgelegt sein, daß sie eine Gleichstromausgabe liefert, die
proportional zur höchsten, während einer vorgegebenen Zeitspanne
oder während einer vorgegebenen durch den Sensor 10 laufenden
Bahnlänge durch das Tiefpaßfilter 52 des ersten Kanals
verlaufenden Spannungsspitze ist. Die Größenordnung dieses
Signals weist auf den schwächsten Punkt in der Bahn hin.
Alternativ kann die Spitzendetektorschaltung 10 auch so ausgelegt
sein, daß sie eine Ausgabe erzeugt, die proportional zum
Mittelwert mehrerer Signalspitzen während einer festgesetzten
Zeitspanne bzw. durch den Sensor 10 laufenden Bahnlänge ist. In
diesem letzteren Fall würde die Ausgabe der
Spitzendetektorschaltung 90 einen mittleren Schwachpunkt in der Bahn
charakterisieren.
-
Die signalverarbeitenden Schaltungen 50 der vorliegenden
Erfindung können dem Papierhersteller noch ein drittes
Ausgangssignal liefern, welches auf eine weitere Charakteristik
der Papierbahn hinweist, und zwar auf die mittlere Flockengröße.
Zum Erhalt dieses Parameters wird die Ausgabe des Tiefpaßfilters
52 des ersten Kanals einer Schaltung 92 zur Messung von
Flockengrößen zugeführt. Diese Schaltung 92 zählt, wie häufig
während einer vorgegebenen Zeitspanne das vom Tiefpaßfilter 52
des ersten Kanals stammende Ausgangssignal einen dem mittleren
Riesgewicht der Bahn entsprechenden Wert erzielt. Die Häufigkeit,
mit der dieses Signal diesen mittleren Riesgewichtswert kreuzt,
geteilt durch die Geschwindigkeit des Papiers durch den Sensor,
weist auf die mittlere Größe der die Bahn bildenden Flocken hin.
Die Schaltung 92 zur Messung von Flockengrößen führt diese
Teilung elektronisch aus und gibt ein der mittleren Flockengröße
entsprechendes Signal aus. Wenn die Papierbahn sich
beispielsweise bei einer Geschwindigkeit von 1000 m/Min. bewegt
und die vom Tiefpaßfilter des ersten Kanals stammende Ausgabe
einen dem mittleren Riesgewicht entsprechenden Wert 3333 Mal in
einer Zeitspanne von einer Sekunde erzielte, dann beträgt die
mittlere Flockengröße der Bahn 10 mm (1000 m/Min · 1 Min/60 Sek
· 1 Sek/3333 Kreuzungen · 2 Kreuzungen/Flocke). Durch Erfassen
des Riesgewichts einer Papierbahn entlang einer Linie oder Kurve
(unten allgemein als "Linie" bezeichnet) entlang der
Bahnoberfläche kann die Vorrichtung bzw. das Verfahren der
vorliegenden Erfindung daher dem Papierhersteller ein auf die
Größe der die Bahn bildenden Flocken hinweisendes Ausgangssignal
liefern.
C. Verwendung und Eichung der Vorrichtung
-
In einer Papierfabrik wird Papier in der Regel in Bahnen mit
einer Breite von ungefähr 25 Fuß (7,6 m) hergestellt. Zur
Charakterisierung der gesamten Bahn kann beim Vorwärtsbewegen der
Bahn in der "Maschinenrichtung" (d. h. in Längsrichtung) ein
Riesgewicht-Ausbildungssensor in der "Querrichtung" der Bahn
(d. h. über die Breite der Bahn) hin- und herbewegt bzw.
"gefahren" werden. Alternativ können mehrere Sensoren in der
Querrichtung über lediglich einen Teil der Bahnbreite hin- und
hergefahren werden. Werden beispielsweise 50 Riesgewichtsensoren
auf einer Bahn von 25 Fuß (7,6 m) Breite verwendet, müßte jeder
Sensor über einen Bahnstreifen von 6 Zoll Breite (15,2 cm) hin-
und herfahren. In der Regel produzieren Papierfabriken mehr als
1000 Fuß solcher Bahnen pro Minute, und die Geschwindigkeit des
Hin- und Herfahrens des Sensors in der vorliegenden
Ausführungsform kann bei 60 Fuß (18,3 m) pro Minute eingestellt
werden. Die Grenzfrequenz der Tiefpaßfilter kann damit
proportional zu einzig und allein der Geschwindigkeit, mit der
sich die Bahn in der Maschinenrichtung bewegt, gemacht werden,
ohne wesentliche Fehler in die Ausgabeaussagen einzubringen. Der
durch die Querbewegung des Sensors verursachte zusätzliche
Beitrag zu der Geschwindigkeit, mit der das Papier durch den
Sensor läuft, ist minimal und kann gewöhnlich vernachlässigt
werden u
-
Damit der Empfängerteil des Riesgewichtsensors 14 (Fig. 2)
richtig funktionieren kann, muß das von der Quellenseite des
Sensors 12 kommende Licht dem Empfänger 14 auf der anderen Seite
der Bahn direkt gegenüber ausgerichtet werden. Die beiden Hälften
des Riesgewichtsensors 10 können jedoch nicht direkt miteinander
verbunden werden, da die Papierbahn 16 zwischen diesen beiden
Hälften durchläuft. Eine Reihe verschiedener Mechanismen können
dazu verwendet werden, die beiden Hälften des Sensors 10 einander
direkt gegenüber zu halten, wenn sie über die Bahn 16 hin- und
herfahren. Eine derartige Vorrichtung besteht beispielsweise aus
zwei Spuren (nicht dargestellt), von denen sich je eine auf jeder
Seite der Bahn 16 befindet. Die Quellenseite des Sensors 12 läuft
auf einer der Spuren, und die Empfängerseite des Sensors 14 läuft
auf der anderen Spur. Ein Getriebe- oder Riemenscheibensystem
bewegt die beiden Hälften des Sensors gemeinsam und einander
gegenüber hin und her über die Breite der Bahn 16. Auf diese
Weise bleiben die Quellen- und Empfängerhälften 12 bzw. 14 direkt
einander gegenüber, ohne daß ein Durchdringen der Bahn mit einem
Verbindungsglied erforderlich ist.
-
Die Eichung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann "ohne
Bahn" erfolgen, d. h. ohne daß sich eine Papierbahn zwischen den
beiden Sensorhälften befindet. Zur Eichung der Ausgaben der
Tiefpaßfilter ist ein Schlitzrad 100 (Fig. 2-3) zwischen der
Lichtquelle 18 des Sensors und der Photodiode 30 angeordnet. Bei
der vorliegenden Ausführungsform ist das Schlitzrad 100 am Boden
des Lichtleiters 26 angeordnet. Das Schlitzrad 100 besteht aus
einer runden Scheibe 102 aus opakem Material mit mehreren um das
Rad 100 herum angeordneten Radialschlitzen 104. Das Schlitzrad
100 wird mit einer bekannten Drehgeschwindigkeit so angetrieben,
daß die Photodiode 30 Lichtimpulse empfängt. Die Impulsrate wird
durch die vorgegebene Geschwindigkeit der Drehung des Rads 100
bestimmt. Das Papiergeschwindigkeitssignal kann dann so
eingestellt werden, daß die Tiefpaßfilter aller Kanäle 52-62
(Fig. 4) Signale an die zugeordneten Umrichter 78-88 Wechselstrom
mit Effektivwert/Gleichstrom senden. Durch Eingabe
aufeinanderfolgend niedrigerer Papiergeschwindigkeiten können die
Grenzfrequenzen der Tiefpaßfilter dann geeicht werden. Wird
beispielsweise ein Schlitzrad 100 mit vier Radialschlitzen 104,
wie das in Fig. 3, bei einer Geschwindigkeit von 142,5
Umdrehungen je Sekunde gedreht, moduliert das Schlitzrad 100 das
auf den Lichtdetektor auftreffende Licht bei 570 Hz. Ist das
Papiergeschwindigkeitssignal vom VFC 66 schneller als 1094
m/Min., empfangen alle Kanäle das Signal. Wenn die
Papiergeschwindigkeit jedoch unterhalb 1094 m/Min. fällt, liefern
nur die Kanäle 1-5 eine Ausgabe. Durch weitere Verminderung des
Papiergeschwindigkeitsignals werden zusätzliche Tiefpaßfilter
dazu veranlaßt, das vom Riesgewichtsensor 10 stammende Signal
auszuschließen.
-
Neben einem Schlitzrad 100 kann jede Vorrichtung verwendet
werden, die die Intensität des den Lichtdetektor erreichenden
Lichts moduliert. Anstatt eines Schlitzrads 100 könnte
beispielsweise eine Stimmgabel verwendet werden, deren Arme bei
einer bekannten Frequenz in den und aus dem Lichtstrahl
schwingen.
-
Verschiedene Papierarten werden bevorzugt bestimmte
Lichtfrequenzen absorbieren bzw. reflektieren. Um daher die
Empfindlichkeit des Riesgewichtsensors gegenüber Änderungen im
Riesgewicht zu optimieren, kann ein optisches Bandpaßfilter 110
(Fig. 2) im Pfad des Lichtstrahls angeordnet werden. Dieses
Bandpaßfilter 110 wird bevorzugt Licht bestimmter Frequenzen an
die Photodiode 30 weitergeben.
-
Zur korrekten Messung von Schwankungen im Riesgewicht der Bahn
ist es wichtig, daß das verstärkte Riesgewichtsignal vom
Verstärker 120 (Fig. 4) umgekehrt proportional zum Riesgewicht
der Bahn ist. Um sicherzustellen, daß die Amplitude des den
Tiefpaßfiltern 52-62 zugeführten Riesgewichtsignals auf
Änderungen im Riesgewicht linear anspricht, kann das verstärkte
Detektorsignal mit und ohne ein im Pfad des Lichtstrahls
angeordnetes Neutralfilter 130 (Fig. 2) gemessen werden. Das
Neutralfilter 130 dämpft die Strahlintensität um einen bekannten
Prozentsatz. Die Amplitude des verstärkten Riesgewichtsignals
sollte zuerst gemessen werden, während das Drehgelenk 132 das
Neutralfilter 130 aus dem Pfad des Strahls geschwenkt hat. Dann
wird das Neutralfilter 130 durch das Drehgelenk 132 in den Pfad
des Strahls geschwenkt. Während sich das Neutralfilter 130 im
Strahlpfad befindet, sollte das verstärkte Riesgewichtsignal
wieder gemessen werden. Nicht-Linearitäten beim Ausgang des
Sensors können dann ausgeglichen werden, indem der Verstärker 120
(Fig. 4) so eingestellt wird, daß die durch das Anordnen des
Neutralfilters 130 im Strahlpfad verursachte Änderung bei der
Amplitude des verstärkten Riesgewichtsignals linear der
bekannten, durch das Anordnen des Neutralfilters 130 im
Strahlpfad verursachten Änderung bei der Lichtstrahlintensität
entspricht u
-
Bei einer gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten
Vorrichtung, wie beispielsweise oben in Form der derzeit
bevorzugten Ausführung beschrieben, werden einem
Papierhersteller Ausgangssignale geliefert, die drei in der
Papierherstellung wichtigen Parametern entsprechen: (1) der
Größenordnung der durch Flocken von vorgegebenen Mindestgrößen
bzw. Größenbereichen verursachten Schwankungen im Riesgewicht der
Bahn; (2) der Festigkeit des schwächsten Abschnitts bzw. der
schwächsten Abschnitte der Bahn; und (3) der Größe der die Bahn
bildenden Flocken. Durch Überwachung dieser Parameter kann
der/die Papierhersteller/in seine/ihre Papierherstellungsprozesse
so einstellen, daß sie eine Papierbahn mit gleichmäßig verteilten
Fasern ergeben. Eine derartige Bahn mit guter Ausbildung wird
eine hohe Festigkeit, gute optische und Gewebeeigenschaften und
eine gute Druckqualität aufweisen.
-
Es wurde eine bevorzugte Ausführungsform des Riesgewichtsensors
und der signalverarbeitenden Schaltung beschrieben. Es versteht
sich jedoch trotzdem von selbst, daß der Riesgewichtsensor bzw.
die signalverarbeitende Schaltung, wie sie hier beschrieben
werden, ohne Abweichung vom Umfang der Erfindung verschiedentlich
abgewandelt werden können. Entspricht beispielsweise der
Durchmesser des Lichtleiters des Riesgewichtsensors der kleinsten
Flockengröße, die der Papierhersteller zu untersuchen wünscht,
dann wird auch die höchste Frequenzkomponente des vom
Riesgewichtsensor stammenden Signals Flocken entsprechen, die
eine mit dem Durchmesser des Lichtleiters identische Mindestgröße
aufweisen. Ein Tiefpaßfilter im ersten Kanal ist daher nicht
notwendig, wenn es lediglich zur Untersuchung der von dem ersten
Kanal stammenden, Flocken mit einer mit dem Durchmesser des
Lichtleiters identischen Mindestgröße entsprechenden Signale
erwünscht ist. Das verstärkte Signal vom Riesgewichtsensor kann
stattdessen direkt dem Umrichter Wechselstrom mit Effektivwert/
Gleichstrom des ersten Kanals zugeführt werden. Ferner kann,
falls gewünscht, die signalverarbeitende Schaltung so abgewandelt
werden, daß das von dem Tiefpaßfilter eines Kanals, außer dem
Tiefpaßfilter des ersten Kanals, stammende Ausgangssignal zu der
Spitzendetektorschaltung oder zu der Schaltung zur Messung von
Flockengrößen gesendet wird. Alternativ kann die
signalverarbeitende Schaltung so ausgebildet sein, daß die
Eingabe zur Spitzendetektorschaltung und zur Schaltung zur
Messung von Flockengrößen aus dem Tiefpaßfilter eines beliebigen
gewünschten Kanals ausgewählt werden kann. Dies ist in Fig. 4 als
eine wahlweise Ausführung angezeigt. Ferner kann außer Papier
auch anderes Bahnmaterial durch den Sensor gegeben und durch die
erfindungsgemäße Vorrichtung charakterisiert werden. Die
vorliegende Erfindung ist daher weder auf die hier beschriebenen
bevorzugten Ausführungsformen noch strikt auf die Verwendung mit
Papier beschränkt.