FI83706C - Foerfarande och anordning foer maetning av pappersformation. - Google Patents

Description

83706

MENETELMÄ JA LAITE PAPERIN FORMAATION MITTAAMISEKSI-FÖRFARANDE OCH ANORDNING FÖR MÄTNING AV PAPPERSFORMATION

Keksinnön kohteena on menetelmä paperin formaali tion, so. neliöpainovaihteluiden, mittaamiseksi, jossa menetelmässä paperinäytteen lävitse johdetaan säteilyä ja näytteen läpäissyt säteily havainnoidaan säteilyil-maisimella näytteen formaatiota karakterisoivien suureiden, ensisijaisesti flokkikokojakautumaa karakteri-10 soivan yksidimensioisen formaatiospektrin muodostamiseksi .

Edelleen keksinnön kohteena on laite paperin formaation mittaamiseksi, johon laitteeseen kuuluu säteilylähde ja säteilyilmaisin säteilyn johtamiseksi .. 15 paperinäytteeseen ja näytteen läpäisseen säteilyn ha vainnoimiseksi näytteen formaatiota karakterisoivan neliömassavaihtelun paikkariippuvuuden sekä näiden vaihteluiden tehospektrin muodostamiseksi.

Paperin formaatiolla tarkoitetaan pienimit-20 takaavaista (0.1 - 100 mm) neliömassavaihtelua.

• On tunnettua mitata paperin formaatio pisteit tään tuikeilmaisimella. On edelleen tunnettua mitata paperin formaatio radiogrammimenetelmällä. Edelleen on tunnettua mitata paperin neliömassa suuremmalta alalta 25 ionisaatiokammiolla. Mittauksissa paperinäytteen lävitse johdetaan säteilyä, ja säteily havainnoidaan säteilyil-maisimella formaatiota karakterisoivien suureiden (tuikeilmaisimella neliömassan hajonnan, radiogrammilla hajonnan ja flokkikoon jakautuman ja ionisaatiokammiolla :-X 30 neliömassan keskiarvon) muodostamiseksi. Käytettäessä näkyvää valoa tai muuta sähkömagneettista säteilyä päällystetyn, täytetyn tai kalanteroidun paperin formaation mittaus aiheuttaa ongelmia säteilyn läpäisykyvyn ja neliömassan ei-yksikäsitteisen riippuvuuden vuoksi. 35 Erityisesti käytettäessä röntgensäteilyä ei saavuteta tarvittavaa erottelukykyä neliömassassa formaatiota karakterisoivien suureiden muodostamiseksi.

2 83706

Paperin laatuvaatimusten kasvaessa paperin formaation mittaus on tullut yhä tärkeämmäksi ja toivo-tummaksi paperiteollisuudessa. Nykyisillä menetelmillä ja laitteilla ei pystytä mittaamaan varsinkaan flok-5 kikoon jakautumaa, formaatiospektriä niin nopeasti, yksinkertaisesti ja luotettavasti, että menetelmä soveltuisi jatkuvaan formaation seurantaan.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä esitetyt epäkohdat. Erityisesti keksinnön 10 tarkoituksena on tuoda esiin uusi menetelmä formaation mittaamiseksi, joka soveltuu suurempien paperinäyte-erien formaation tehokkaaseen ja nopeaan analysointiin.

Edelleen keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin uudenlainen menetelmä paperin neliömassan vaihteluiden 15 tehospektrin muodostamiseksi, jossa ei tarvita monimutkaisia ja useita työvaiheita vaativaa menettelyä.

; Edelleen keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin uudenlainen laite paperin formaation mittaamiseksi, joka täyttää edellä esitetyt vaatimukset ja joka voi-20 daan toteuttaa yksinkertaisesti.

' - Keksinnön tunnusomaisten seikkojen osalta viitataan vaatimusosaan.

Keksintö perustuu siihen, että säteilylähteenä käytetään viivamaista β-säteilylähdettä ja paperinäyt- 25 teen läpäissyt β-säteily havainnoidaan paikkaherkällä β-säteilyilmaisimella, ts. muodostetaan formaatiota karakterisoiva neliömassan paikkariippuvuus ja tätä vastaava tehospektri eli flokkikokojakautuma.

β-säteilyllä saavutetaan se etu, että myös 30 päällystetyn, täytetyn tai kalanteroidun paperin formaa tion mittaus voidaan suorittaa luotettavasti koska sekä kuidukko että paperin pigmentit vaimentavat β-säteilyä identtisesti ja kalanteroidun arkin läpäisseen B-sätei-lyn intensiteetin ja neliömassan välinen riippuvuus on 35 yksikäsitteinen.

Käytettäessä säteilylähteenä viivamaista B-säteilylähdettä paperin neliömassa voidaan mitata pape- 3 83706 rinäytteestä viivamaisilta kohdilta, jolloin mittaustulos on sopivassa muodossa neliömassavaihteluiden yksidimensioisen tehospektrin muodostamista varten.

Keksinnössä kuvattu menetelmä voidaan toteuttaa 5 siten, että yhden formaatiospektrin muodostamiseen ei tarvita liikkuvia osia eikä monimutkaisia työvaiheita kuten f ormaatiospekt.riä määritettäessä radiogrammien avulla.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä säteilyläh-10 teen muodostama β-säteily suunnataan tasomaiseen näytteeseen, sopivasti kohtisuoraan näytettä vasten, viiva-mainen säteilylähde näytteen suuntaisena. Mitattaessa paperinäytteen formaatiota näytteen läpäissyt B-säteily mitataan ao. kohdalta paperin toiselta puolelta säteilyin ilmaisimella. Ensimmäisen mittauksen jälkeen paperia voidaan siirtää mitattuun ilmaisimen kohtaan nähden, esim. kohtisuorassa suunnassa, ja mittaus voidaan toistaa yhden tai useamman kerran yhdessä tai useammassa viivamaisessa kohdassa 1-dimensioisen spektrin mittaa-20 miseksi useasta kohdasta näytettä.

Viivamaisella säteilylähteellä tarkoitetaan säteilylähdettä, johon kuuluu viivamainen B-säteitä emittoiva elin, tai säteilylähdettä, johon kuuluu laajempi B-säteitä emittoiva pinta ja elimet, esim. rako, 25 joiden avulla β-säteet suunnataan viivamaiseen muotoon.

Keksinnön mukaiseen laitteeseen kuuluu B-sätei-lylähde ja paikkaherkkä nk. rajoitetussa soihtumoodis-sa (1) (I.SM-moodissa) toimiva lankakammio, joka toimii B-säteilyn ilmaisimena; kuvattu julkaisussa M. Ellilä 30 et ai, Limited Streamer Mode Detectors for Mass Produc tion, Helsingin Yliopisto, raportti HU-Setl-87-13, 1987.

Säteilylähde ja ilmaisin on järjestetty yhdensuuntaisesti, säteilylähde tuottamaan B-säteilyä paperi-näytteeseen ja ilmaisin havainnoimaan paikallisesti 35 paperin läpäissyt B-säteily. Säteilyilmaisin on sopivas ti liitetty signaalianalysaattoriin näytteen formaatiota karakterisoivan B-säteilyn intensiteetti jakauman muodos- 4 83706 tamiseksi.

β-säteilyn intensiteettijakautuma mitataan laskemalla yksittäisen paperinäytteen läpäisseitä β-hiukkasia ja määrittämällä kunkin paikka ilmaisimella.

5 β-säteilyilmaisimeen kuuluu anodilanka ja sen läheisyydessä oleva katodipinta. Anodilangan ja katodipinnan välille kytketään suurjännite, jonka vaikutuksesta kaasutilassa vallitsee sähkökenttä, jonka suunta on anodilta katodille, sähkökentän voimakkuus on suurimmil-10 laan anodilangan lähellä johtuen siitä, että anodilanka on ohut, esim. suuruusluokkaa n x 101 - 10a μιη (n = 1- 10). Mittausikkunan lävitse kaasutilaan paperinäytteen lävitse ohjattu β-hiukkanen ionisoi kaasun atomeja synnyttäen vapaita elektroneja ja ioneita. Sähkökentän 15 vaikutuksesta ionit ajautuvat kohti katodia ja elektronit kohti anodia. Anodin läheisyydesssä sähkökenttä on niin voimakas, että elektronit monistuvat ja aiheuttavat elektronivyöryn β-hiukkasen vaikutuksesta, jonka aiheuttama virta tai jännitepulssi mitataan mittauspiirissä. 20 Valitsemalla korkeajännite ja kaasuseos siten, että ilmaisin toimii nk. LSM-moodissa, saadaan aikaan hyvin voimakas purkaus joka pysyy riittävällä tarkkuudella lokalisoituneena.

Virta- tai jännitepulssin, so. β-hiukkasen 25 paikka ilmaisimella määritetään esim. ns. varauksen-jakomenetelmällä. Menetelmässä ilmaisimen katodi on valmistettu esim. erillisistä johde-elimistä, kuten metallinauhoista, joitten välille on kytketty resistanssiltaan identtiset vastukset. Kun katodin molemmat 30 päät on kytketty maahan, β-hiukkasten indusoimista lokalisoituneista elektronivyöryistä aiheutuva sähkövirta jakautuu katodin päiden kesken päissä näkyvien vastusten suhteessa. Mittaamalla purkauksen aiheuttaman virran sisältämä varaus ilmaisimen molemmista päistä 35 saadaan laskettua purkauksen suhteellinen paikka ilmaisimella kaavasta = Qr-H eht/ (t Qr-i qrlit) (I) 83706 Käytännössä paikkaan verrannollisen signaalin tuottaminen toteutetaan erillisellä elektronisella laskentajärjestelmällä, esim. kuten on esitetty alla.

5 Resoluution parantamiseksi paperinäyte on järjestetty edullisesti sijoitettavaksi kiinni säteily-lähteeseen ja vast, säteilyilmaisimeen. Tällöin mainittu järjestely aiheuttaa itsekollimoinnin, so. säteilyil-maisin mittaa pääasiassa säteilylähteen vain ao. kohdal-10 la lähettämää säteilyä.

Mittaustulosten resoluution parantamiseksi säteilylähteen muodostama B-säteily voidaan myös kol-limoida kollimaattorin avulla. Kollimaattoriin kuuluu yksi tai useampia absorbaattorilevyjä, joihin on muodos-15 tettu jono reikiä, joiden lävitse B-säteily johdetaan säteilyn kollimoimiseksi.

Määritettäessä suuremmasta näytteestä useampi formaatiospektri, laitteeseen kuuluu sopivasti syöttölaite, joka on järjestetty syöttämään paperinäyte sätei-20 lylähteen ja säteilyilmaisimen välistä ja mittaamaan B-säteilyn intensiteettijakauma näytteen eri viivamaisista kohdista näytteen syötön mukaan.

Keksinnön mukaiseen laitteeseen voi kuulua myös kaksi tai useampia viivamaisia säteilylähteitä ja 25 vastaavat säteilyilmaisimet, jotka on järjestetty mit- tamaan näytteen läpäisevän B-säteilyn intensiteettijakauma samanaikaisesti näytteen useasta kohdasta. Säteilylähteet ovat tällöin esim. suoran viivan muotoisia, rinnakkaisia ja yhdensuuntaisia. Säteilyilmaisimet voi 30 olla kytketty esim. sarjaan. Mittaus voidaan suorittaa esim. yhteisellä varauksenjakoelektroniikalla tai sig-naalilukuelektroniikalla.

Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisesti suoritusesimerkkien avulla viitaten oheiseen 35 piirustukseen, jossa kuvat la - c esittävät keksinnön mukaista mittausgeomet-riaa sivulta, päältä ja päästä katsottuna ja kaaviomai- , 83706 sesti esitettynä, kuva 2 esittää keksinnön erään sovellutuksen mukaisen laitteen säteilyilmaisimen katodia kaaviomaisesti esitettynä, ja S kuva 3 esittää keksinnön erään sovellutuksen mukaista laitteistoa lohkokaaviona.

Kuvissa la - c näkyy viiva- tai tasomainen B-säteilylähde 2, joka on järjestetty säteilemään B-sätei-lyä säteilylähteen alapuolelle asetettuun paperinäyt-10 teeseen 1. Säteilylähde voi myös olla varustettu kol-limaattorilla 7, joka kollimoi lähteen lähettämän säteilyn. β-säteilyilmaisin 3 on sijoitettu paperinäytteen toiselle puolelle säteilylähteeseen nähden, so. näyte on säteilylähteen ja ilmaisimen välissä kiinni ilmaisi-15 men β-hiukkasia läpäisevässä sisäänmenoikkunassa 11.

Kollimaattori kollimoi säteilylähteestä 2 emittoituvan β-säteilyn viivamaiseksi keilaksi.

; Ilmaisimeen 3 kuuluu kaasutiivis kuori 12, kaasutiivisti kuoreen liitetty sisäänmenoikkuna 11, 20 anodilanka 13 sekä katodipinta 14. Ilmaisimen sisällä oleva kaasutila 15 on täytetty sopivalla kaasuseoksella.

Käytettäessä kuvissa la - c esitettyä laitetta viivamainen B-säteilylähde 2 muodostaa β-säteilyä, joka kollimoidaan kollimaattorilla 7 ja johdetaan paperinäyt-25 teen 1 lävitse ilmaisimeen 3. Paperin neliömassasta riippuen näytteen eri kohdissa eri suuruinen osuus B-säteilylähteestä emittoituneista B-hiukkasista pääsee ilmaisimeen sen eri kohdissa. Näin vaihtelut paperin neliömassassa saadaan konvertoitua B-säteilyn inten-30 siteettivaihteluiksi ilmaisimen pinnalla, ja intensi- teettivaihtelu mitataan paikan funktiona. Haluttaessa näytettä 1 voidaan siirtää esim. syöttölaitteen 10, kuten telakuljettimen tai vastaavan avulla, näytteen läpäisseen B-säteilyn havainnoimiseksi eri kohdissa, 35 esim. rinnakkaisten, yhdensuuntaisten, vakioetäisyyden päässä toisistaan olevien viivojen kohdilla.

Kuvassa 2 näkyy keksinnön erääseen sovellutuk- 7 83706 seen kuuluva säteilyilmaisimen resistiivinen katodi 5. Katodi on valmistettu erillisistä johde-elimistä 6, so. metallinauhoista, joiden välille on kytketty resistanssiltaan identtiset vastukset 16. kun katodin molemmat 5 päät on kytketty maahan, kuvan 1 mukaiseen ilmaisimeen tulevat β-hiukkaset indusoivat lokalisoituneita elektro-nivyöryjä muodostaen sähkövirran katodin eri päiden välille päissä näkyvien vastusten suhteessa. Mittaamalla purkauksen aiheuttaman virran sisältämä varaus ilmaisi-10 men molemmista päistä saadaan purkauksen paikka laskettua ilmaisimella edellä esitetyn mukaisesti.

Järjestely lokalisoituneen elektronivyöryn paikkaan, so. vastaanotetun β-säteilyn paikkaan verrannollisen signaalin tuottamiseksi on esitetty kuvassa 3. 15 Ilmaisimen suurjännite tuotetaan suurjännitelähteellä 17. Kuvan 2 mukaisen resistiivisen katodin 5 päiden 18, 19 varaukset integroidaan varausherkkien esivahvistimien 20 avulla, ja signaaleja vahvistetaan edelleen lineaari-vahvistimien 21 avulla. Toisesta lineaarivahvistimesta 20 signaali viedään suoraan jakolaskumoduliin 22, johon toinen sisäänmeno saadaan laskemalla lineaarivahvis-timilta saatavat pulssit yhteen summamodulia 23 käyttäen. Jakolaskumoduli 22 tuottaa pulssin, jonka korkeus on verrannollinen sisäänmenojen osamäärään eli kaavan 25 (I) mukaisesti myös purkauksen, so. vastaanotetun β- säteilyn sijaintiin ilmaisimen päästä lukien. Tälle signaalille monikanava-analysaattorin 24 avulla tehty pulssinkorkeusanalyysi antaa lopuksi suoraan säteilyn intensiteettijaukautuman, so. β-säteilyspektrin ilmai-30 simen pinnalla.

Suoritusesimerkit on tarkoitettu ainoastaan havainnollistamaan keksintöä, ja keksinnön sovellutukset voivat vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

35

Claims (13)

1. 8 83706
2. 1. Menetelmä paperin formaation mittaamiseksi, jossa menetelmässä paperinäytteen lävitse johdetaan 5 säteilyä ja näytteen läpäissyt säteily havainnoidaan β-säteilyilmaisimella näytteen formaatiota karakterisoivan spektrin muodostamiseksi, tunn ettu siitä, että säteilylähteenä käytetään viivamaista β-säteily-lähdettä ja että paperinäytteen läpäissyt β-säteily ha- 10 vainnoidaan yhdessä dimensiossa paikkaherkällä LSM-moodissa toimivalla lankakammioilmaisimella.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että säteilylähteen muodostama β-säteily kollimoidaan viivamaiseksi keilaksi, joka 15 suunnataan tasomaiseen näytteeseen kohtisuoraan näytettä vasten säteilylähde näytteen suuntaisena.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että näytettä säteily-tetään ja säteilyä mitataan säteilylähde olennaisesti 20 kiinni näytteessä ja näyte olennaisesti kiinni ilmaisimessa.
5. 4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että näytteen läpäissyt β-säteilyspektri mitataan viivamaiselta kohdalta, 25 jonka jälkeen paperia siirretään kohtisuorassa suunnassa mitattuun viivamaiseen kohtaan nähden ja mittaus toistetaan paperin formaatiota karakterisoivan 1-dimensioi-sen spektrin mittaamiseksi useasta kohdasta näytettä.
6. 5. Laite paperin (1) formaation mittaamiseksi, 30 johon laitteeseen kuuluu säteilylähde (2) ja säteilyilmaisin (3) säteilyn johtamiseksi paperinäytteeseen ja näytteen läpäisseen säteilyn havainnoimiseksi näytteen formaatiota karakterisoivan säteilyn intensiteettijakauman muodostamiseksi, tunn ettu siitä, että 35 säteilylähde (2) on viivamainen β-säteilylähde ja että ilmaisin (3) on paikkaherkkä LSM-moodissa toimiva lanka-kammio- ilma is in. 9 83706
7. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että β-säteilyilmaisin (3) on liitetty analysaattoriin (24).
8. 7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen laite, 5 tunnettu siitä, että lankailmaisimeen (3) kuuluu resistiivinen katodi (5), jossa on erillisiä johde-elimiä (6), jotka on yhdistetty analysaattoriin (24).
9. 8. Jonkin patenttivaatimuksista 5 - 7 mukai nen laite, tunn ettu siitä, että laitteeseen 10 kuuluu kollimaattori (7), joka on järjestetty muodostamaan β-säteily viivamaiseksi.
10. 9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että kollimaattori (7) on rako-mainen. :·. 15 10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, . tunnettu siitä, että kollimaattoriin (7) kuuluu ainakin yksi absorbaattorilevy, johon on muodostettu ’··; jono reikiä, joiden lävitse β-säteily kollimoidaan.
11. 11. Jonkin patenttivaatimuksista 5-10 mukai- 20 nen laite, tunn ettu siitä, että paperinäyte (1) on sovitettu sijoitettavaksi kiinni säteilylähteeseen (2) ja vast, säteilyilmaiseen (3).
12. 12. Jonkin patenttivaatimuksista 5-11 mukainen laite, tunn ettu siitä, että laitteeseen 25 kuuluu syöttölaite (10), joka on järjestetty syöttämään paperinäyte (l) säteilylähteen (2) ja säteilyilmaisimen välistä ja että laite on järjestetty mittaamaan β-sä-teilyspektri näytteen eri kohdista syötettäessä näyte säteilylähteen ja ilmaisimen välistä.
13. 13. Jonkin patenttivaatimuksista 6-12 mukai nen laite, tunnettu siitä, että laitteeseen kuuluu kaksi tai useampia viivamaisia ja yhdensuuntaisia säteilylähteitä (2) vastaavine säteilyilmaisimineen formaation määräämiseksi useasta kohdasta näytettä 35 samanaikaisesti. ίο 8 3 7 06