FI73081B

FI73081B - Anordning samt fotoelektriskt foerfarande foer maetning av fiberstorlek.

Info

Publication number: FI73081B
Application number: FI783274A
Authority: FI
Inventors: Gerald Janin; Jean-Marie Ory
Original assignee: Agronomique Inst Nat Rech
Priority date: 1977-11-07
Filing date: 1978-10-27
Publication date: 1987-04-30
Also published as: FR2408117B1; FI73081C; DE2848238A1; SE7811434L; CA1122795A; FI783274A; US4266874A; FR2408117A1

Description

IVV^.I fl KUULUTUSJULKAISU 77η o>j •tSTf 3 UTLÄGGN,NGSSKR,FT /:>UÖ1 C (45) p.- t; . 5 y ;* :, . L ty (51) Kv.lk.«/lnt.CI.* G 01 N 15/02 § Q |y| p| Q (21) Patenttihakemus — PatentansAkning 783274 (22) Hakemispilvi — Ansttknlngsdag 2 7.10.78 (23) Alkupiivi — Glltlghetsdag 27-10.78 (41) Tullut Julkiseksi — Bllvlt offentlig 08.05.79

Patentti- ja rekisterihallitus Nlhtivlkslpanon j. kuul.Julkaisun pvm. -

Patent-OCh registerstyrelsen v ' AnsAkan utlagd och utl.skriften publlcerad 30.04.87 (86) Kv. hakemus — Int. anjAkan (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begird prioritet 07.11.77

Ranska-Frankrike(FR) 7733441 (71) Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), 149, rue de Grenelle, Paris, Ranska-Frankrike(FR) (72) Gerard Janin, Essey Les Nancy,

Jean-Marie Ory, Heillecourt, Ranska-Frankrike(FR) (74) Oy Heinänen Ab (54) Laite sekä fotosähköinen menetelmä kuitujen koon mittaamiseksi -

Anordning samt fotoelektriskt förfarande för mätning av fiberstorlek

Esillä olevan keksinnön kohteena on laite kuitujen koon mittaamiseksi, joka käsittää päävirtauspiirin, jossa kiertää neste, johon kuitunäyte sekoitetaan, sekä sivuvirtauspiirin, johon kuuluu läpinäkyvä putki, jonka läpimitta on pieni kuitujen pituuteen verrattuna, ja jossa kiertää laminaari virtaus, joka on pieni osa päävirtauspiirin nestevirtauksesta.

Yleensä tutkittaessa puun ominaisuuksia on eräs tärkein tutkimuksen kohde delignifioidut kuidut, joilla on merkitystä sekä käytettäessä puuta paperimassan valmistukseen että sellaisenaan puutavarana. Puulajien tai -laatujen parantaminen ja puulajien valinta tai eri ympäristötekijöistä puuhun kohdistuvan vaikutuksen tutki- 2 73081 minen vaatii täten kuitujen pituuden mittaamista niin, että saadaan selville yhdessä ja samassa erässä olevien kuitujen keskimääräinen pituus ja varsinkin kuitujen pituuden jakautuma.

Aikaisemmin on tämän mittauksen suorittamiseen käytetty käsin tapahtuvaa mittausmenetelmää. tutkimuksen tekijä on sijoittanut, kuivatut kuidut kahden lasiLevyn väliin ja projisoinut niistä tulevan kuvan suurelle varjostimelle. Kuitujen pituudet on mitattu varjostimelle projisoidusta kuvasta esimerkiksi käyttämällä sellaisia mittauskäyrämittareita, joita käytetään 1ukuvälineinä tai mittauspyörinä ja jotka on varustettu sähköisellä laitteella kuten fotodiodilla, jota valaistaan pyörän lävitse, joka on varustettu yhtäläisten välimatkojen päässä toisistaan olevilla koloilla, jotka tämän johdosta sallivat pyörän kulun mittauksen, minkä johdosta kuitujen pituus varjostimella saadaan määritetyksi niiden pulssien perusteella, jotka Lukuarvojen anturi ottaa vastaan. Nämä tähän asti käytetyt laitteet tunnetaan puoliautomaattisina antureina. Tällainen menettely on varsin työläs ja aikaavievä, minkä johdosta käytettäessä puoliautomaattista elektronista lukulaitetta on yleensä mitattu vain pienehkö määrä kuituja, suuruusluokaltaan 50 kuitua näytettä kohti. Tämän johdosta myös tutkimuksen tekijällä on tahtomattaankin taipumus valita tietynkaltainen lajitelma tai ryhmä mitattavien kuitujen joukosta. Varsinkin hänellä on taipumus mitata pisimmät tai kauneimmat osaset, minkä johdosta saadut tilastolliset tiedot tulevat harhaanjohtaviksi.

On helppoa kuvitella sen ajan pituus, joka on käytettävä näytteiden mittaamiseen 50:stä kahdenkymmen vuoden ikäisestä puusta, i tutkittaessa esimerkiksi lannoituskokeiden tuloksia seitsemästä eri käsittelystä, jolloin on mitattava 50 x 20 x 7 x 50 = 350 000 kuitua. Lisäksi puiden iän vaikutukset, niiden sijainti metsässä ja näytteen korkeus aikaansaavat sen, että näytteiden lukumäärä tulee erittäin suureksi. Tämän johdosta on tutkimuksen tekijä pakotettu rajoittamaan mitattavien kuitujen lukumäärää kussakin näytteessä, ja tällöin tulee hyvin usein valituksi pienempi määrä kuin 50, joka ei ole riittävä tilastollisesti luotettavien tulosten saamiseen.

3 73081 Täten on esillä olevan keksinnön tärkeimpänä päämääränä aikaansaada automaattinen tutkimuslaite kuitujen pituuksien mittaamiseksi, jolla vältetään mainitut tutkimustyön tekijän suorittamat valinnat ja jolla lisäksi mittauksiin käytettävän perusajan pituutta saadaan lyhennetyksi. TäLlöin se mittausten lukumäärä, joka voidaan tehdä kustakin näytteestä, lisääntyy huomattavasti.

Keksinnön mukaiselle laitteelle kuitujen koon mittaamiseksi on tunnusomaista se, että laitteeseen kuuluu mittauselin, joka mittaa aikaa, jonka kuitu kulkee laitteeseen kuuluvassa pienen Läpimitan omaavassa putkessa ja joka on verrannollinen kuidun pituuteen, sekä toinen mittauselin, joka myös mittaa aikaa, jonka kuitu kulkee mainitussa pienen läpimitan omaavassa putkessa ja joka on verrannollinen kuidun pituuteen, mainitun toisen mittauselimen ollessa järjestetty toimimaan määrätyllä viivellä ensinmainittuun mittause 1imeen nähden.

Eräälle keksinnön sovellutusmuodolle on tunnusomaista se, että mittauselimet käsittävät ainakin yhden optisen elimen kuidun kuvan synnyttämiseksi sekä ainakin yhden fotosähköisen ja elektronisen elimen kuidun kuvan rekisteröimiseksi niin, että kunkin mainitun putken kautta kulkevan kuidun pituus saadaan määritetyksi. Optinen elin voi käsittää polarisoivat elimet, jotka on järjestetty sammuttamaan ana 1yysiva1onsäteen silloin, kun mainitussa läpinäkyvässä putkessa ei ole kuitua.

Keksinnön kohteena on myös fotosähköinen menetelmä kuitujen koon mittaamiseksi, jossa kuituja sisältävää nestettä sinänsä tunnetusti kierrätetään päävirtauspiirissä ja jos'sa päävirtauspiirin nestevirtauksesta sattumanvaraisesti erotetaan osa, joka johdetaan läpinäkyvään putkeen, jonka läpimitta on pieni kuitujen keskimääräiseen pituuteen verrattuna. Tunnusomaista menetelmälle on se, että mainitussa läpinäkyvässä putkessa kulkevasta kuidusta muodostetaan kuva fotodetektorin kuvatasoon ja kuidun kulun aikana syntyvien pulssien ajallinen kesto mitataan ja että samasta kuidusta muodostetaan kuva toisen fotodetektorin kuvatasoon siten, että mainittujen kuvien välillä on määrätty siirtymä ja sitä seuraava ajallinen viive.

73081

Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin esimerkkien avulla viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa

Kuv. 1 esittää yleiskuvaa laitteesta, johon kuuluu suljettu päa-virtauspiiri ja sivuvirtauspiiri esillä olevan keksinnön mukaisesti.

Kuv. 2 A ja 2B ovat pitkittäisiä ja poikittaisia poikkileikkauksia kuvion 1 mukaisen virtauspiirin kammiosta.

Kuv. 3A esittää kaavamaisesti optisesti analysointilaitetta k e k -s innon mukaan.

Kuv. 3B esittää poikkileikkausta kuvion 3A mukaisesti kapillaari-putkesta .

Kuviossa 1 on kaavamaisesti esitetty laite sattumanvaraisesti valittujen kuitujen mittaamiseksi keksinnön mukaan. Neste kiertää putkessa 10 pumpun 11 vaikutuksesta, jolloin tätä nestettä on varastoituna säiliöön 15. Putken 10 muodostama paavi rtauspiiri on varustettu kammiolla 12, josta alkaa sivuvirtauspiiriin kuuluva jakoputki 13, johon nestettä syötetään pumpun 11 vaikutuksesta. Kammion 12 sisäinen rakenne on valittu nesteen nopeuden mukaan tarkoituksena aikaansaada pyörteinen virtaus. Tämän johdosta sattumanvarainen osa nesteestä, joka kussakin tapauksessa on kammiossa 12, virtaa sivuvirtauspiiriin 13. Tähän piiriin 13 on liitetty analysointielimet, joihin kuuluu sellainen putkiosa, joka on poikkileikkaukseltaan paljon pienempi kuin putken 10 poikkileikkaus. Säiliö 15 on täytetty nesteellä, esimerkiksi vedellä, johon on lisätty pieni määrä nestettä, joka sisältää tutkittavia de 1ignifioituja puun kuituja, eli sellaisia puun kuituja, joissa ei ole ligniiniä, ja varustettu sekoitus 1 ai11ee11 a kuitujen hyvän sekoittumisen varmistamiseksi. Delignifioituja puun kuituja ei siis tarvitse kuivata ja sijoittaa levylle, kuten tunnetussa menetelmässä joudutaan tekemään.

Kuvioissa 2A ja 2B on vastaavasti esitetty pitkittäiset ja poikittaiset poikkileikkaukset pitkin viivaa B-B kammion 12 eräcästä 73081 edullisesta suoritusmuodosta, jolla aikaansaadaan p y «jr teinen virtaus, joka on tarpeen kuitujen sattumanvaraiseksi johtamiseksi putkeen 13. Kammioon 12 kuuluu sylinterimäinen seinämä poi joka on suljettu kahdella levyllä 21 ja 22. Levyssä 21 on aukko 23 sisään-syöttöputken 10 liittämistä varten ja levyssä 22 on aukko 24 pääsyöttöputken 30 liittämiseksi ja aukko 25, joka johtaa sivu-virtauspiiriin 13. Lieriön 20 sisäpuolelle lähelle levyä 22 on sovitettu supistusosa, jossa on poikkileikkaukseltaan kolmiomainen osa 26, kuten kuviosta 2A käy selville. Aukko 24 vastaa tämän johdosta tämän lieriömäisen kappaleen päätä. Supistuskappaleen 26 seinämään on tehty esimerkiksi työstämällä rako 27, joka on liitetty aukkoon 25. Tämän johdosta kuidut liikkuvat pyörteinä supistu s o s a n 26 sisällä, ja jotkut niistä tulevat sattumanvaraisesti johdetuiksi rakoon 27, josta ne ohjataan tämän jälkeen kohti jakoputkea 13.

Kuviossa 3A on kaavamaisesti esitetty optinen laite kuitujen havaitsemiseksi, jotka kulkevat jakoputkessa 13 keksinnön mukaisesti. Jakoputki 13 on liitetty putkeen 30, jonka halkaisija on pieni suhteessa kuitujen pituuteen ja jota seuraavassa kutsutaan kapillaariksi. Tämän kapillaarin 30 halkaisija voi olla esimerkiksi noin 0,2 mm. Itse asiassa havupuukuitujen pituudet ovat oleellisesti rajojen 1,5 ja 8 mm välillä, jolloin keskimääräinen arvo on oleellisesti rajoissa 3-4 mm. Lehtipuukuitujen pituus on taas oleellisesti rajoissa 0,25-2,5 mm, jolloin keskimääräinen pituus on oleellisesti noin 1,5 mm.

Kapillaarin 30 akselin suhteen kohtisuoran akselin suuntaisesti on sovitettu optinen järjestelmä, johon kuuluu valonlähde 31, polarisaattori 32, analysaattori 33, linssi 34, puoliksi läpinäkyvä levy 35 ja fotokertoja tai muu sähköis-optinen anturi 36. Puoliksi läpäisevä levy 35 heijastaa myös osan valonlähteen 31 lähettämästä valonsädekimpusta toiseen fotokertojaan 37. Fotokertojis-sa 36 ja 37 on vastaavasti u1osottokoskettimet 38 ja 39. Linssi 34 toimii kapillaarin 30 tulevan kuidun 40 kuvan muodostamiseksi kuvatasoon valokertojan 36 etupinnalla, johon kuuluu sen sisään-tulorako. Tämä kuvataso vastaa puoliksi läpäisevän levyn 35 läsnäolon johdosta valokertojan 35 etupintaa. On huomattava, että 6 73081 linssi 34 ja puoliksi läpäisevä levy 35 voidaan korvata kaksioku-laarisella teleskoopilla.

Koska puukuidut eivät juuri näy nesteessä, jossa ne uivat, ei niistä saada signaalia fotokertojiin suoralla valaisulla. Kuitenkin on puukuidulla tietty määrä polarisoidun valon kiertokykyä. Tästä syystä kapillaariputki 30 on sijoitettu polarisaatto reiden 32 ja 33 väliin. Niinpä silloin, kun polarisaattori 32 ja analysaattori 33 ovat kytketyt ristiin, kuitujen puuttuessa Linssin 34 kentältä syntyy musta tausta, ja ainoastaan silloin, kun kuituja tulee linssin 34 kenttään, projisoituu kuitujen kuva valonsädekimppuna tämän linssin kuvatasolle. Tällöin on oletettu, että se neste, johon kuidut on upotettu, ei ole kahtaistaittava eikä sillä ole polarisoidun valon kiertokykyä. Tämä neste on sopivimmin puhdas vesi.

Määritettäessä linssin 34 kuvatasoa, on kapi LLaarin 30 Linssivai-kutus otettava huomioon. Kapillaarissa on esimerkiksi poikkileikkaus, joka on esitetty kuviossa 3B ja johon kuuluu tasainen yläpinta 41, joka on kohti linssiä 34. Tämän lisäksi on valokerto-jan 36 ulostulokohta 38 varustettu sisääntulorao11 a, jolloin pulssi saadaan kustakin ohikulkevasta puukuidusta 40. Pulssin ajallinen pituus riippuu kuidun pituudesta ja pulssin suuruus riippuu kuidun halkaisijasta. Toisin sanoen pulssin pinta-ala on suhteessa kuidun pitkittäiseen poikkileikkaukseen. Keksinnön mukainen laite sallii täten ei ainoastaan kuitujen pituuden mittauksen vaan myös kuitujen keskimääräisen halkaisijan mittaamisen, mikä muodostaa oleellisen parametrin käytännön hyvin monia eri sovellutuksia varten.

Luonnollisesti pulssin pituus ulostulokohdassa 38 on verrannollinen kuidun pituuden lisäksi kuidun nopeuteen. Tämä nopeus voidaan määrittää mekaanisin keinoin. Se on edullisesti ja tarkimmin määriteltävissä käyttämälä toista valokertojaa 37, joka on sijoitettu hieman sivuun sisääntulokohdan raosta kuvatasolla suhteessa ensimmäisen valokertojan sisääntu1orakoon. Jos esimerkiksi näiden kahden sisääntuloraon välimatkat tarkasteltuna samalla kuvatasolla vastaavat 1 mm suuruista välimatkaa kapillaarin tasolla, ajan 73081 kuluminen pulssien päiden välillä koskettimessa 38 ja koskettimes-sa 39 vastaa sitä aikaa, jossa kuitu liikkuu 1 mm pituisen matkan, tästä saadun kuidun nopeus.

Erilaisia elektronisia virtapiirejä, jotka ovat käyttökelpoisia kuitujen pituuden ja poikkileikkauksen suuruuden määrittämiseksi, ei esitetä yksityiskohtaisesti, koska ne ovat alan ammattimiehi1 le hyvin tunnettuja ja niitä voi asentaa jokainen elektroniikkaan perehtynyt henkilö. On myöskin huomattava, että sähköisessä muodossa saadusta informaatiosta on mahdollista käyttämällä sopivasti ohjelmoituja tai viritettyjä mikroprosessoreita tehdä suoraan laskelmia kuitujen keskimääräisestä pituudesta ja standardipoik-keamasta. Myös tämän voi suorittaa elektroniikkaan perehtynyt ammattimies.

Numeerisena esimerkkinä voidaan mainita, että käytännön kokeessa on käytetty tämän keksinnön mukaista laitetta, jossa on kapillaari 30, jonka halkaisija on 0,2 mm, ja jossa päävirtauspiirin 10 halkaisija on 10 mm ja kammion 12 halkaisija on oleellisesti 100 mm. Laitteessa on saavutettu kuitujen sattumanvarainen siirtyminen sivuvirtauspiiriin ja nesteen laminaarinen virtaus tähän kuuluvassa kapillaarissa.

Keksintöä voidaan luonnollisesti soveltaa myös muihin kuituihin kuin puukuituihin.

i

Claims

8 73081

1. Laite kuitujen koon mittaamiseksi, joka käsittää päävir-tauspiirin (10), jossa kiertää neste, johon kuitunäyte sekoitetaan, sekä sivuvirtauspiirin (13), johon kuuluu läpinäkyvä putki (30), jonka läpimitta on pieni kuitujen pituuteen verrattuna, ja jossa kiertää laminaari virtaus, joka on pieni osa päävirtauspiirin ne stevirtaukses ta, tunnettu siitä, että laitteeseen kuuluu mittauselin, joka mittaa aikaa, jonka kuitu kulkee mainitussa pienen läpimitan omaavassa putkessa (30) ja joka on verrannollinen kuidun pituuteen, sekä toinen mittauselin, joka myös mittaa aikaa, jonka kuitu kulkee mainitussa pienen läpimitan omaavassa putkessa (30) ja joka on verrannollinen kuidun pituuteen, mainitun toisen mittauselimen ollessa järjestetty toimimaan määrätyllä viivellä ensinmainittuun mittause1imeen nähden.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että mittauselimet käsittävät ainakin yhden optisen elimen (31, 34) kuidun kuvan synnyttämiseksi sekä ainakin yhden fotosähköisen (36) ja elektronisen elimen kuidun kuvan rekisteröimiseksi niin, että kunkin mainitun putken kautta kulkevan kuidun pituus saadaan määritetyksi.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu optinen elin käsittää polarisoivat elimet (32, 33), jotka on järjestetty sammuttamaan analyysi-valonsäteen silloin, kun mainitussa läpinäkyvässä putkessa (30) ei ole kuitua.

4. Fotosähköinen menetelmä kuitujen koon mittaamiseksi, jossa kuituja sisältävää nestettä kierrätetään päävirtaus-piirissä (10) ja jossa päävirtauspiirin nestevirtauksesta sattumanvaraisesti erotetaan osa, joka johdetaan läpinäkyvään putkeen (30), jonka läpimitta on pieni kuitujen keskimääräiseen pituuteen verrattuna, tunnettu siitä, että 9 73081 mainitussa läpinäkyvässä putkessa (30) kulkevasta kuidusta muodostetaan kuva fotodetektorin (36) kuvatasoon ja kuidun kulun aikana syntyvien pulssien ajallinen kesto mitataan ja että samasta kuidusta muodostetaan kuva toisen fotodetektorin (37) kuvatasoon siten, että mainittujen kuvien välillä on määrätty siirtymä ja siitä seuraava ajallinen viive.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, t u n n e t t u siitä, että eri fotodetektorien (36, 37) synnyttämien pulssien alkamishetkien aikaero mitataan, että kunkin kuidun nopeus määritetään tämän aikaeron perusteella ja että kuidun nopeuden ja fotodetektorin (36) siitä synnyttämien pulssien ajallisen keston perusteella määritetään kuidun pituus.

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen menetelmä, t u n-n e t t u siitä, että kuidun kuva aikaansaadaan käyttäen polarisoivia elimiä (32, 33), jotka sammuttavat analyysiva-lonsäteen silloin, kun mainitussa läpinäkyvässä putkessa (30) ei ole kuitua. 1 o 73081