FI86479C - Anordning foer kontinuerligt maetning av ett pappersark formningstillstaond. - Google Patents

Description

1 86479

Laite, jolla mitataan jatkuvasti paperiarkin muodostustilaa

Keksintö koskee laitetta tasossa siirtyvän paperiarkin muo-dostustilan jatkuvaksi mittaamiseksi, joka laite käsittää: elimiä paperiarkin siirtämiseksi tasossa ennalta määrätyllä nopeudella; valonlähteen, joka suuntaa laservalosäteen mainitun liikkeessä olevan paperiarkin läpi, jolloin laservalo-säde on polarisoitunut ensimmäisessä suunnassa; polarisaattorin, jonka polarisaatioakseli on kohtisuorassa lähetetyn laservalosäteen polarisaatioakseliin nähden; valosähköisen mittakennon liikkuvan arkin ja polarisaattorin läpäisseen lasersäteen sieppaamiseksi ja sitten sen muuttamiseksi säh-kösignaaliksi; elektronisia käsittelyelimiä, jotka erottavat tämän sähkösignaalin kahdeksi komponentiksi; elimen, joka laskee näistä komponenteista muodostustilaa edustavan indeksin; ja näyttölaitteen tämän indeksin arvoa varten.

Ilmaisu "paperiarkin muodostustila" tarkoittaa kuituaineen jakautumista enemmän tai vähemmän tasaisesti arkin tasoon. Alan asiantuntija tuntee tämän käsitteen termillä "paperin pohja".

Yleensä pohjaa arvioidaan silmämääräisesti tutkimalla valo- • laitteen eteen asetetun paperiarkin läpinäkyvyyttä. Se on V ! subjektiivinen, vaikkakin laajalle levinnyt menetelmä ja • *·· edellyttää siten paperinvalmistusprosessin hyvää tuntemusta : ja pitkää käytännön kokemusta. Lisäksi tällä menetelmällä ei : saada tarkkaa tietoa tai mittaa, kun taas hyvälaatuisen pa- perin valmistaminen edellyttää objektiivisia analyysivälineitä .

Lisäksi tämä menetelmä voidaan suorittaa vasta jälkeenpäin paperiarkeille, jotka on otettu rullan päästä, eikä tämän paperin valmistuksen aikana.

2 86479 Tämän epäkohdan poistamiseksi FR-patenttijulkaisussa A 1 566 138 on ehdotettu laitetta, jossa paperiin suunnataan valosuihku, sitten lähetetty suihku muutetaan sähkösignaa-liksi ja lopuksi mitataan saatujen vaihtovirtakomponentin ja tasavirtakomponentin välinen suhde. Tämä menetelmä on vaikea toteuttaa paperikoneessa, jossa arkki liikkuu, sillä se sietää huonosti mainitun arkin värähtelyä. Lisäksi saadut tulokset eivät ole aina kovin luotettavia, puhumattakaan siitä, että tämä menetelmä rajoittuu papereihin, joiden neliö-massa on pieni.

Äskettäin on ehdotettu valonsädesuihkun korvaamista laser-diodista tulevalla laservalosuihkulla, minkä jälkeen näytteen läpi lähetetty valo muutetaan sähkösignaaliksi. Laskin-laite määrittää sitten useiden spektrikaistojen vaihtelun tehollisarvon (RMS) ja näyttää näiden arvojen tuloksen. Kysymyksessä on monimutkainen ja kallis laite, jolla ei voida välttää analysoitavassa arkissa esiintyvien mikroreikien aiheuttamia mittausvirheitä. On nimittäin todettu käytännössä, että eräät paperit, joissa esiintyy tällaisia mikro-reikiä, päästävät valon lävitseen, mikä häiritsee tehollisen vaihteluarvon laskemista.

Keksintö tuo parannuksen näihin epäkohtiin. Se koskee paperiarkin muodostustilan jatkuvaan mittaamiseen tarkoitettua • laitetta, joka on taloudellinen valmistaa, helppo käyttää ja : johon eivät mikroreiät vaikuta.

: Tälle laitteelle paperiarkin muodostumistilan mittaamiseksi • jatkuvasti on tunnusomaista se, mitä on määritelty patentti-vaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

. · Toisin sanoen lasersuihku on polaroitu ja sieppauslaite on se- !..* kin polaroitu lähetetyn lasersuihkun polarointiakseliin näh- 3 86479 den.

Edullisesti käytännössä: - laser on joko kaasulaser (He - Ne) tai puolijohdelaser, joka on liitetty johonkin optiseen kollimaatiojärjestelmään, - lähetetty lasersuihku heijastuu ensiksi prismasta tai peilistä, menee sitten liikkuvan arkin läpi ja lopuksi heijastuu uudelleen peilistä ennen menemistään polaroijaan, - polaroija on liitetty asfääriseen linssiin, joka projisoi mittauselimelle analysoitavan arkinosan kuvan, - laite käsittää analysoitavan paperiarkin läheisyydessä esimerkiksi kartion muotoisia väyliä, joissa on paineilman sivulla oleva tuloaukko, elin laservalon muuttamiseksi sähkösignaaliksi on jokin transduktori ja vahvistettu lähetetty sähkösignaali erotetaan kahdeksi komponentiksi, joista toinen on suurtaajuuskomponent-ti A ja toinen pientaajuuskomponentti B, ohjaamalla se yksikköön, joka käsittää ylipäästösuodattimen ja aiipäästösuodatti-men, - sähkösignaali erotetaan kahdeksi komponentiksi, suurtaajuus-komponentiksi A ja pientaajuuskomponentiksi B ohjaamalla se alipäästösuodattimeen, jonka jälkeen suurtaajuuskomponentti A vähennetään vähennyslaskun avulla tulosignaalin komponentista B, - indeksin I laskentaelin käsittää: - elimen suurtaajuuskomponentin A tehollisen RMS-arvon laskemiseksi analogiayksikön avulla, - elimen pientaajuuskomponentin B keskimääräisen arvon M määrittämiseksi alipäästösuodattimella, - elimen suhteen tehollinen RMS-arvo hetkellä (t) ' I ----- keskimääräinen arvo M samalla hetkellä (t) toteuttamiseksi.

Keksinnön suoritustapa ja siitä saatavat edut selviävät paremmin seuraavasta suoritusesimerkistä, joka esitetään rajoitta- mattomana esimerkkinä liitteenä oleviin piirustuksiin liit tyen.

Λ ιΛ s 4 r·? r\ 4 b ο ^ / 9

Kuvio 1 on yleisperspektiivikuva keksinnön mukaisesta arkin-muodostuksen mittauslaitteesta.

Kuvio 2 on suurennettu kuva keksinnön mukaisesta mittauspääs-tä.

Kuvio 3 on symbolinen esitys signaalin elektronisesta käsittelyosasta.

Kuvio 4 on samoin symbolinen esitys tämän elektronisen mit-tausosan eräästä suoritusmuunnelmasta.

Kuvioissa 1 ja 2 keksinnön mukainen laite käsittää U-muotoi-sen rungon 1, 2, 3, jonka haaroissa menee paperiarkki, jota on merkitty viitenumerolla 4. Tätä arkkia liikuttavat tavanomaiset ei-esitetyt paperikoneeseen kuuluvat elimet.

Laitteen ylemmässä vaakasuorassa haarassa 1 on esimerkiksi kahden mW:n He-Ne-kaasulaser 5, joka lähettää polaroidun valo-suihkun 6. Tätä laseria 5 syötetään tunnettuun tapaan tavalliseen laserin syöttöön 7 liitetyn kaapelin kautta.

Polaroidun lasersuihkun 6 kehälle voidaan asentaa pyörivä kovera tai kupera linssilaite 8, jonka tehtävänä on muuntaa la-sertäplän 6 koko liikkuvalla arkilla 4.

Lähetetty suihku 6 heijastuu sitten täysin heijastavasta prismasta 9, tunkeutuakseen ikkunan muodostavaan levyyn 10, jossa on samansuuntaiset pinnat. Tämä levy 10 on asetettu kartion 11 suuremmalle pohjalle, jonka kartion kärki on suunnattu alaspäin arkin 4 suuntaan. Tämä kiinteä kartio 11 on muotoiltu vaakasuoraan laattaan 12.

Symmetrisesti toisessa laatassa 13 on myös kiinteä kartio 14, joka on kohdakkain kartion 11 kanssa ja liitetty toiseen ikkunan muodostavaan samansuuntaisilla pinnoilla varustettuun levyyn 15.

s 86479 Lähetetty suihku 16, joka lähtee tästä levystä 15, tulee sitten tasaiseen peiliin 17, joka on kallistettu 45°.

Heijastunut lähetetty suihku menee sitten polaroijan 18 läpi, jonka polarointiakseli on kohtisuora lähetetyn lasersuihkun 16 polarointiakselia vastaan, jolloin suora valo saadaan eliminoiduksi, jos analysoitavassa arkissa 14 on mikroreikiä tai aukkoja.

Polaroija 18 on liitetty takapinnastaan asfääriseen polttopis-telinssiin 19, joka keskittää mittausvalosähkökennoon 20 analysoitavan arkin 4 valaistun osan kuvan.

Jotta kiinteisiin kartioihin 11 ja 14 ei pääsisi kerrostumaan likaa tai pölyä, näissä kartioissa on aukkoja 21, 22, joihin syötetään paineilmaa johdoista 23, 24.

Transduktorin (valodiodin) muodostava piivalokenno 20 on asennettu lieriömäisen kannatinkappaleen 25 päähän. Tämä kenno muuttaa käsitellyn valon sähkösignaaliksi.

Tämän kennosta 20 tulevan sähkösignaalin vastaanottaa prisma 26, joka välittää sen sen syöttöön 28 liitettyyn esitäytettyyn elektroniseen korttiin 27.

Laitteeseen kuuluu myös tunnettuun tapaan viitenumerolla 29 merkittyjä ohjausreleitä.

Sähkösignaalin analyysilaite muodostuu pääasiassa (katso kuvioita 3 ja 4) jostakin sopivasta elektronisesta suodattimes- , \ ta, joka erottaa tämän signaalin kahdeksi komponentiksi, joista toinen on suurtaajuuskomponentti A ja toinen pientaajuus-komponentti B.

Suurtaajuuskomponentti A, ns. "pöhjakomponentti", joka vastaa siis signaalin spektrin suurtaajuusosaa eli arkissa 4 esiintyviä vaihteluja aallonpituuksilla, jotka ovat pienempiä kuin 6 86479 ennaltamäärätty maksimiarvo, tunnetaan sen RMS (root mean square)-tehollisarvosta toisin sanoen neliöllisen keskiarvon neliöjuuresta eli tehollisarvosta.

Pientaajuuskomponentti B, joka nimitetään myös "neliömassakom-ponentiksi", vastaa signaalin spektrin pientaajuusosaa, jopa sen taajuutta 0, eli ilmiöitä, joita tapahtuu arkissa 4 aallonpituuksilla, jotka ovat suurempia kuin ennaltamäärätty minimiarvo. Tämä komponentti B on likimäärin neliömassan käänteisfunktio ja tunnetaan sen keskiarvosta M.

Laitteen antama arkinmuodostusindeksi I on suurtaajuuskompo-nentin A mainitun RMS-tehollisarvon ja pientaajuusneliömassa-komponentin B keskimääräisen arvon M suhde.

Fotojännitteelle asennetun piivalokennon 20 jälkeen (katso kuviota 3) tulee virta-jännitemuunnin 30. Vahvistin 31 mahdollistaa kaukoliitynnät mittauspään ja mittauskaapin välillä.

Lähetetyn sähkösignaalin päästökaista on noin 100 kHz - 3dB.

Vahvistimesta 31 tuleva sähkösignaali menee toiseen vahvistimeen 32, jonka vahvistusta voidaan säätää kytkemällä. Tämä erityisasennus antaa mahdollisuuden säilyttää vahvistuksen suuruudesta riippumatta pienen vakiovastareaktioarvon, jolloin nollasäädöt (leposäädöt) saadaan mahdollisimman vähiin.

Vertailuvahvistimen 33 avulla saadaan vahvistimen 32 kyllästys näkyviin LED-näyttöön 34.

Ennen RMS-tehollisarvon laskemista tarvittava ylipäästösuoda-tus saadaan aikaan vähentämällä vahvistimesta 32 tulevasta signaalista vahvistimen 35, joka on alipäästösuodatin, jonka rajataajuus on fj_, ulostulosta saatu pientaajuusosa.

Tämä rajataajuus on säädetty arkin 4 ennaltamäärätyn siir-tymisnopeuden mukaan, jolloin tämän nopeuden ja raja— 7 86479 taajuuden fj välinen suhde on lähellä kahtakymmentä senttimetriä.

Sitävastoin signaalin keskiarvo M saadaan alipäästösuodatti-mesta 36, jonka rajataajuus f2 vaihtelee. Analysoitavan arkin 4 nopeuden V ja tämän rajataajuuden f2 välinen suhde on noin kaksi metriä.

RMS-tehollisarvo saadaan analogialaskentayksiköllä 37, joka käsittää integroidun aiipäästösuodattimen, jonka rajataajuus f3 on sama kuin f2, jolloin jakotulokset ovat yhtenäiset. Arvot f2 ja f2 kytketään yhdessä.

RMS-tehollisarvon annon jakaminen vahvistimen 36 antoon tapahtuu jakoyksiköllä 38.

Vertailija 39 havaitsee ja ilmaisee LED-näytöllä 40 RMS-yksi-kön 37 kyllästyksen.

Vertailuvahvistin 41 havaitsee ja ilmaisee LED-näytön 42 avulla alle sadan millivoltin jännitteen vahvistimen 36 annossa.

Numeerinen jännitemittari 43 muodostaa laitteen ilmaisimen. Vahvistimessa annettu antosignaali syöttää tätä jännitemittaria 43 kymmenlaskinsillan läpi. Ulkopuolinen nollasäätö tapahtuu vahvistimessa 32 ja sen tapahduttua laser 5 sammuu.

Näin siis jakoyksikön 38 antosuhde 10 x RMS näkyy voltteina.

M

Kuviossa 4 esitetyssä yksinkertaistetussa suoritusmuodossa vahvistimesta 32 tuleva signaali jaetaan kahdeksi komponentiksi, joista toinen ohjataan alipäästösuodattimeen 44 ja toinen ylipäästösuodattimeen 45, joka on liitetty RMS-analogiayksik-köön 46. Alipäästösuodatin ja RMS-analogiayksikkö 46 on kytketty analogiajakoyksikköön 47, joka valinnaisen alipäästösuo-dattimen 48 kautta lähettää arvoa I edustavan antosignaalin 8 86479 49. Tämä arvo I näkyy kohdassa 50 tunnettuun tapaan joko numeerisessa näytössä tai rekisterinäytössä.

Keksinnön mukaiseen laitteeseen sisältyy monia etuja tähän mennessä ehdotettuihin laitteisiin verattuna. Mainittakoon: - että tämä laite on helppo rakentaa ja käyttää, - indeksin I laskentaperiaate on yksinkertainen, muodostuksen mittaus I tapahtuu käsitellyn paperin neliömas-sasta riippumatta, koska suhde antaa mahdollisuuden irrottautua siitä seikasta, että sama muodostuslaatu muuntaa signaalia enemmän pienen neliömassan omaavasta paperista kuin paksusta paperista, - kun käytetään polaroitua laseria, joka lähettää ohuen valo-suihkun, laitteeseen eivät vaikuta käytännöllisesti katsoen lainkaan arkin värähtelyt noin senttimetrin laajuuksiin saakka, - polaroidun laserin suuren valovoiman ansiosta laitetta voidaan käyttää suuren, jopa yli 250 g/m^n neliömassan omaaviin papereihin, - polaroidun valon käyttö antaa mahdollisuuden heikentää huomattavasti analysoitavassa arkissa 4 esiintyvien mikroreikien tai aukkojen, jotka vaikuttavan merkittävästi pohjan arvoon, vaikutusta.

Näin ollen tätä laitetta voidaan käyttää menestyksekkäästi itse paperinvalmistuskoneissa, jopa olemassa olevissa koneissa, mihin ei käytännössä ole tähän asti pystytty.

Claims (3)

1. Laite tasossa siirtyvän paperiarkin (4) muodostustilan jatkuvaksi mittaamiseksi, joka laite käsittää: elimiä paperiarkin (4) siirtämiseksi tasossa ennalta määrätyllä nopeudella; valonlähteen (5), joka suuntaa laservalosäteen (6) mainitun liikkeessä olevan paperiarkin (4) läpi, jolloin laservalo-säde (6) on polarisoitunut ensimmäisessä suunnassa; polarisaattorin (18), jonka polarisaatioakseli on kohtisuorassa lähetetyn laservalosäteen (16) polarisaatioakseliin nähden; valosähköisen mittakennon (20) liikkuvan arkin (45) ja polarisaattorin (18) läpäisseen lasersäteen (16) sieppaamiseksi ja sitten sen muuttamiseksi sähkösignaaliksi; elektronisia käsittelyelimiä, jotka erottavat tämän sähkö-signaalin kahdeksi komponentiksi; elimen, joka laskee näistä komponenteista muodostustilaa edustavan indeksin I; ja näyttölaitteen tämän indeksin I arvoa varten, tunnettu siitä, että lähetetty vahvistettu sähkösignaali jaetaan kahdeksi komponentiksi, joista toinen on suurtaajuuskomponentti A ja toinen pientaajuuskomponentti B, ohjaamalla se ylipäästö-suodattimen (45) ja alipäästösuodattimen (44) käsittävään yksikköön; ja että indeksin I laskentaelin käsittää: analogiayksikön (37, 48) suurtaajuuskomponentin A tehollisen RMS-arvon laskemiseksi; alipäästösuodattimen (36) pientaajuuskomponentin B keskimääräisen arvon M määrittämiseksi; jakajayksikön (38) seuraavan suhteen muodostamiseksi: tehollinen RMS-arvo hetkellä (t) I = - numeerinen arvo M samalla hetkellä (t).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite lähetetyn vahvistetun sähkösignaalin jakamiseksi 10 86479 käsittää alipäästösuodattimen (44), jonka jälkeen suurtaa-juuskomponentti A saadaan vähentämällä pientaajuuskomponent-ti B tulosignaalista.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että polarisaattori (18) on takapinnaltaan liitetty asfääriseen linssiin (19), joka projisoi arkin (4) analysoitavan osan kuvan valosähköiseen mittakennoon (20), joka kerää valon (16) analysoitavan arkin (4) valaistun osan kuvasta.