FI67759C - Foerfarande foer dirigering av ljusvaegen i pappersfuktmaetare - Google Patents

Description

67759

MENETELMÄ VALOTIEN OHJAAMISEKSI PAPERIN KOSTEUSMITTAREISSA - FÖRFA-RANDE FÖR DIRIGERING AV LJUSVÄGEN I PAPPERSFUKTMÄTARE

5 Tämä on keksintö valotien ohjaamiseksi paperin kosteusmittareissa, joissa voidaan käyttää valona esim. infrapunasäteilyä.

Infrapunasäteilyllä toimivat kosteusmittarit perustuvat siihen, että infrapunasäteilyä absorboituu veteen yhtälön IT = Iq exp LO (-K(Λ )x) mukaan, jolloin IT = läpimenneen säteilyn intensiteetti, Iq = pr i maar i sä te i ly n intensiteetti, K{ ,λ )b<( ^ ^ = absorptioker- roin, A= aallonpituus, § = veden tiheys ja x = vesikerroksen paksuus.

L5 ' Asettamalla vesikerroksen toiselle puolelle ideaalinen heijastin, jonka heijastuskerroin R tunnetaan, voidaan mitata heijastunutta säitelyä I, jolloin herkkyys kasvaa kaksinkertaiseksi vesikerrok-sen paksuuden muutoksille.

20 Veden K( A ) eroaa voimakkaasti lähiaallonpituuksien absorptioker-toimista mm. aallonpituudella 1,94 pm, joten tätä aallonpituutta voidaan käyttää vesipitoisuuksien määrittämiseen.

Käytännössä mittaus suoritetaan vertaamalla valonsäteen, jonka 25 aallonpituus on 1,94 pm absorptiota, sellaisen referenssivalonsäteen absorptioon, jonka aallonpituus on välittömästi veden absorp-tiopiikin alapuolella {1,8 pm), ja laskemalla näitten suhde.

Koska seiluloosakuitujen paksuus on samaa suuruusluokkaa kuin 30 mittaukseen käytetyn valon aallonpituus, hajaantuu valo paperissa diffuusiksi valoksi. Tästä johtuen voidaan periaatteessa mitata joko paperin läpi tapahtuva absorptio (transmissiomittaus) , tai paperissa sironnutta valoa samalta puolelta, jolla sijaitsee valonlähde (heijastusmittaus). Infrapunasäteilyyn perustuvassa paperin 35 kosteuden mittaamisessa on hankaluutena ohuitten paperien pieni valonabsorptio ja paksuuden kasvaessa se, että mittaussäde absorboituu luonnollisesti lähes kokonaan. Edellisessä tapauksessa on ero mittaussignaalin välillä pieni ja jälkimmäisessä tapauksessa tulee mittaustulos riippuvaksi myös paperin tai kartongin neliöpai-J0 nosta.

Yllämainitut probleemat on ratkaistu infrapunavaloa käyttävässä 67759 kosteusmittarissa siten, että säteilyn annetaan heijastua paperin pinnasta ja mennä läpi useampia kertoja. Tällä tavalla päästään lähes ideaaliseen tulokseen, jolloin mittari "näkee" kaikki paperit paksuina. Yllämainittu monimutkainen heijastus ja transmissio 5 suoritetaan tällä hetkellä käytössä olevissa infrapunakosteusmitta-reissä kahdella tavalla: 1. Ns. integroivaa palloa hyväksi käyttävässä mittaustavassa valonlähteestä tuleva valo johdetaan pallon sisältä kohtisuoraan paperi- 10 rataa vasten ja kerätään heijastunut valo paperirataa vasten olevasta aukosta pallon sisävaipalle, josta se heijastuu pallon alle sijoitettuun ilmaisimeen, jolle heijastuneet säteet näinollen tulevat pallon eri osista pääasiassa vinossa suunnassa eikä kohtisuoraan. Tästä seuraa hankaluus, että pallon sisällä olevaa sätei- 15 lyä ei voida jakaa helposti suodattimi1la referenssi- ja mittaus-aallonpituuteen, sillä suodattimet vaativat lähes kohtisuoraan suunnatun säteilyn toimiakseen oikein. Tämän takia vaihdellaan integroivaan palloon päästettävää säteilyä vuoron perään referenssi- ja mittaussäteilyksi. Tästä seuraa se, että kosteuden mittaus 20 tulee epätarkaksi tai hitaaksi paperin formaation takia kun mittaus vertai1usäteillä ei ole samanlainen.

2. Paperiradan annetaan kulkea kahden peilin välissä, joiden väliin päästetään infrapunasäteily siroamaan moneen kertaan paperiradasta 25 ja heijastumaan peilistä toiseen. Valo johdetaan toisessa peilissä olevasta lähtöaukosta ilmisimiin, joista kumpikin mittaa omaa aallonpituuttaan säteilystä, joka tulee paperiradasta. Tämä peilien välissä sirottaminen vaatii kuitenkin suuria tehoja, jos paperin (kartongin) neliöpaino nousee yli 150 g/m2 . Tämä johtuu siitä, 30 että diffuusin valon analyysiin tuominen vaatii pienen lähtöaukon, koska tämä toimii ilmaisimien valonlähteenä, jonka kuva siirretään optiikkaa käyttäen pienten puolijohdeilmaisimien pintaan (pinta-alat ovat 1-10 mm2). Yllämainitunkaltaisen pistemäisen valonlähteen käyttö antaa kuitenkin mahdollisuuden suorittaa yhtäaikaisia mit-35 tauksia referenssi- ja mittaussätei1lä käyttämällä hyväksi valo-suihkun j aka jaa sekä yhdensuuntaiseen valoon sijoitettuja suodattimia.

Tämän keksinnön päämääränä on aikaansaada menetelmä infrapunavalon 40 valotien ohjaamiseksi paperiradan läpi sillä tavalla, että diffuusin valon keräys on mahdollisimman tehokasta samalla, kun suorite- 3 67759 taan referenssi- ja mittaussäteen yhtäaikaisia mittauksia. Keksintöä, jolle on tunnusomaista se, mikä on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa, kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisesti piirustuksilla, joissa 5

Kuva 1 esittää yleisesti ottaen koko infrapunavaloon perustuvaa kosteusmittausmenetelmää, jossa on käytetty hyväksi kuvassa 2 esitettyä, keksinnön toisen suoritusmuodon mukaista valo-tien ohjausmenetelmää.

10

Kuva 3 esittää kuvan 2 mukaisesti suurennettuna keksinnön toisen suoritusmuodon mukaista valotien ohjausmenetelmää.

, Kuvan 1 mukaisesti kohdistetaan valonlähteenä 1 toimivasta hehku-15 lampusta valo ensin linssin 2 avulla pyörivään reikälevyyn 3, joka katkoo valon pulsseiksi. Tämän jälkeen kohdistetaan valonlähteen polttopiste linssisysteemin 4 avulla paperiradan 5 alla olevan peilin 6 säteilyn suuntaan supistuvasta pei1ipintaisesta kartiorei-ästä 7 paperin pintaa vasten siroten siitä diffuusiksi valoksi.

20

Valon heijastamiseksi edestakaisin paperiradan 5 läpi on paperiradan 5 ylle vastapäätä reikää asetettu samankeskeinen kartiomainen peilikappale 8, jonka pohjapintaa vasten reiästä 7 tuleva valo osuu heijastuen siitä takaisin peilin 6 sisäpintaan.

25

Diffuusin valon keräämiseksi peilien 6 ja 8 välistä peilikappaleen 8 ympärille on asetettu toinen peilikappale 9, jossa on peilikappaleen 8 kartiota laajempi ja loivemmin valon kulkusuuntaan viettävä aukko niin, että muodostuu valon kulkusuuntaan supistuva, poikki-30 leikkaukseltaan ympyrärenkaan muotoinen kanava 10, joka päättyy suhteellisen pieneen poistoaukkoon 11, johon muodostuu kuvan 2 mukaisesti paperiradasta heijastuvan diffuusin valon tihentymä, joka toimii ilmaisuoptiikan uutena valonlähteenä.

35 Yllämainitun valonlähteen kuva muodostetaan johtamalla säteily aukosta 11 linssin 12 läpi, joka yhdensuuntaistaa säteet. Nämä kohdistetaan suihkunjakajana toimivaan puoliksiläpäisevään peiliin 13, joka jakaa kuvan 1 mukaisesti suihkun vaakasuoraksi ja pystysuoraksi komponentiksi. Nämä johdetaan kumpikin oman suodattimensa 40 14 ja 15 läpi. Toinen näistä suodattimista päästää läpi referens- 67759 sisäteen aallonpituuden, toinen puolestaan mittaussäteen aallonpituuden. Suodattimien 14 ja 15 jälkeen muodostetaan poistoaukossa 11 olevan valonlähteen kuva sekä ilmaisimelle 16, että ilmaisimelle 17 käyttäen kokoojaiinssejä 18, 19 suodattimien ja ilmaisimien 5 välissä. Ilmaisimet ovat puolijohdeilmaisimia, jotka muuttavat niihin tulleen pulssitetun valon sähköpulsseiksi. Näistä voidaan tietokonetta hyväksi käyttäen laskea kumpaankin ilmaisimeen kerätyn säteilyn suhde, jonka perusteella on määritettävissä paperiradan 5 kosteuspitoisuus.

10

Kuvan 3 mukaisessa suoritusmuodossa valonlähteen (ei esitetty) säteilemän valon polttopiste on tuotu pyörivään reikälevyyn 20, joka katkoo valon pulsseiksi. Reikälevy 20 on asetettu kartiomai-sen pei1ikappa1een 21 kärjen välittömään läheisyyteen, niin että 15 reikälevyn 20 rei1istä tulevat valopulssit joutuvat peilikappaleen 21 kartiopinnoille, jotka on tehty heijastaviksi. Peilikappaletta 21, joka tässä tapauksessa on asetettu paperiradan 5 alapuolelle, ympäröi toinen peilikappale 22, johon on tehty peilikappaleen 21 kartiota laajempi ja sitä loivemmin viettävä kartioaukko niin, 20 että peilikappaleen 21 ja 22 väliin muodostuu säteilyn kulkusuuntaan laajeneva, poikkileikkaukseltaan ympyrärenkaan muotoinen kanava 23, jossa kuvassa 3 pistekatkoviivoi 1la esitetty säteily pääsee peilikappaleen 21 ulkopinnasta heijastumaan peilikappaleen 22 sisäpintaan ja siitä takaisin. Kuvan 3 mukaisesti valo kulkies-25 saan paperirataa 5 kohti leviää lähtökohdastaan ulospäin. Tullessaan paperirataan 5 valo diffusoituu ja osa valosta menee kuvan 3 osoittamalla tavalla radan 5 läpi ja suuntautuu paperiradan 5 päälle asetetun peilin 24 sisäpintaa vasten heijastuen siitä peilin 21 yläpintaa vasten. Heijastellessaan peilien 21 ja 24 30 välissä rengaskanavasta 23 tuleva säteily kerääntyy peilin 21 pohjan keskipistettä kohti, kuten on pistekatkoviivoin esitetty kuvassa 3. Peilikappaleen 21 pohjan keskipistettä vastapäätä on peilissä 24 samankeskeinen pieni kartioreikä 25, joka laajenee säteilyn kulkusuuntaan ja johon muodostuu paperiradasta 5 heijastu-35 neesta diffuusista valosta kerääntyneistä säteistä uusi valonlähde i1maisuoptiikalle, josta on kuvassa 3 esitetty vain valonsäteet yhdensuuntaistava linssi 26, jonka läpi aukosta 25 tuleva valonsä-teily kulkee. Tämän jälkeen muodostetaan yllämainitun uuden valonlähteen kuvat ilmaisimille samalla tavalla kuin kuvassa 1.

67759

Peilikappaleitten sisä- ja ulkokartiopinnat voidaan tehdä esim. die1ektrise11ä materiaalilla päällystetystä kiilloitetusta kuparista, jolloin päästään heijastuskertoimiin, jotka ovat reilusti yli 99 %. Tällöin kartioiden välissä tapahtuva jopa keskimäärin 5 kymmenkertainen heijastelu antaa läpi käytännöllisesti katsoen kaiken valon. Tietenkään hyvin vinosti lähtevä säteily ei mene myöskään systeemistä läpi tai osu valonlähteestä linssiin, mutta näin käy aina, kun pistemäisestä valQnlähteestä kerätään valoa linssillä. Tämä johtuu linssin reaalisesta apertuurista.

10

Ylläkuvatuista suoritusmuodoista on kuvissa 1 ja 2 esitetty tehokkaampi, koska kuvan 3 suoritusmuodosta pääsee osa valosta myös diffuusina rengaskanavasta 23 suoraan ulospäin. Kuvan 3 mukainen valonsäteitten keräys on kuitenkin rakenteeltaan yksinkertaisempi, 15 koska siinä voidaan lähteä suoraan reikälevyn 20 läpi tulevasta avautuvasta sädekimpusta. Teoreettisesti valonkeräystehokkuus suhteeksi sellaisen mittausmenetelmän, jossa käytetään säteilyn tuloja poistoaukkoina pyöreitä reikiä peileissä (halkaisija 3 mm, etäisyys toisistaan 5 cm) ja keksinnön mukaisen mittausmenetelmän 20 välillä (kuvan 1 ja 2 suoritusmuoto, jossa lähtöaukon renkaan halkaisija on 10 cm ja renkaan leveys 1 cm) voidaan laskea arvo 100, joka saadaan suoraan pinta-alojen suhteesta samalla peilien välisellä diffuusiomatkalla 5 cm. Keksintö ei ole rajoittunut ylläolevassa selityksessä ja kuvissa esitettyihin suoritusmuotoi-25 hin. Niinpä sisäkkäisten kartiomaisten peilikappaleitten sijasta voidaan käyttää myös poikkileikkaukseltaan monikulmion muotoisia pyramideja.

Claims (3)

1. Menetelmä valotien ohjaamiseksi paperin kosteusmittareissa, jotka käsittävät mitattavan paperiradan (5) läheisyyteen sijoitetun kartioreiällä (7,25) varustetun peilin (6,24) ja sitä vasta-5 päätä paperiradan (5) toisella puolella olevan peilikappaleen (8,21) ja sitä ympäröivän toisen peilikappaleen (9,22), joiden väliseen kanavaan (10,23) valonlähteestä (1) tuleva valo johdetaan pyörivän reikälevyn (3,20) katkomina pulsseina ja joiden välissä valo heijastelee edestakaisin paperiradan (5) läpi muut-io tuen diffuusiksi valoksi, joka kerätään ilmaisimille (16) ja (17) jaettaviksi tiettyjen aallonpituuksien omaaviksi säteilyiksi, joiden suhteen perusteella määräytyy paperin kosteuspitoisuus, tunnettu siitä, että peilikappale (8,21) on kartio, joka on sijoitettu toisessa peilikappaleessa (9,22) olevan laajemman 15 ja loivemmin viettävän kartioaukon sisään niin, että muodostuu poikkileikkaukseltaan ympyränrenkaan tai sulkeutuvan monikulmion muotoinen, valonlähteestä (1) tulevan säteilyn suuntaan supistuva tai laajeneva kanava (10,23).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valonlähteestä (1) tulevan valon polttopiste tuodaan paperiradan (5) alla olevan peilin (6) reiästä (7) paperirataa vasten, ja että peilikappaleen (8) ja peilin (6) välissä heijasteleva diffuusi valo kerätään kanavaan (10) ja siitä poistoauk-25 koon (11) muodostamaan siihen uusi valonlähde ilmaisimia (16) ja (17) varten.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valonlähteestä (1) tulevan valon polttopiste tuodaan 30 peilikappaleen (21) kärjen välittömässä läheisyydessä olevalle pyörivälle reikälevylle (20), josta valo leviää kanavaan (23) ja siitä paperiradalle (5), josta saatava diffuusi valo heijastelee peilikappaleen (21) ja peilin (24) välissä kerääntyen aukkoon (25), johon muodostetaan uusi valonlähde ilmaisimia 35 (16) ja (17) varten. 1 Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valona käytetään tavallista näkyvää valoa, infrapunavaloa tai ultraviolettivaloa.