FR3101418A1 - IN SITU CALIBRATION OF A HUMIDITY SENSOR - Google Patents
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Abstract
ETALONNAGE IN SITU D’UN CAPTEUR D’HUMIDITE INFRAROUGE Procédé d’étalonnage d’un capteur d’humidité basé sur des mesures de rayonnement infrarouge (IR), comprenant une étape de pesée et de calcul de masse surfacique (Gs) d’un échantillon (Scal) sec au moyen d’une balance, dans lequel on utilise un capteur d’humidité et un capteur de masse surfacique, le procédé comprenant , les étapes de collecter en parallèle des données de mesure de masse surfacique et des données de mesure par rayonnement infrarouge de l’échantillon à différents degrés d’humidité, calculer une variable représentative d’une masse surfacique d’eau de l’échantillon à partir des données de mesure de masse surfacique et de la masse surfacique de l’échantillon sec, et établir, pour chacun des différents degrés d’humidité de l’échantillon, une correspondance d’étalonnage entre la variable représentative de la masse surfacique d’eau et les données de mesure par rayonnement infrarouge. Figure à publier : Fig. 2IN-SITU CALIBRATION OF AN INFRARED HUMIDITY SENSOR Method for calibrating a humidity sensor based on infrared radiation (IR) measurements, comprising a step of weighing and calculating the surface mass (Gs) of a dry sample (Scal) by means of a balance, in which a moisture sensor and a basis weight sensor are used, the method comprising, the steps of collecting in parallel measurement data of basis weight and measurement data by infrared radiation of the sample at different degrees of humidity, calculate a variable representative of a surface mass of water of the sample from the measurement data of the surface mass and the surface mass of the dry sample, and establishing, for each of the different degrees of humidity of the sample, a calibration correspondence between the variable representative of the surface mass of water and the measurement data by infrared radiation. Figure to be published: Fig. 2
Description
L’invention concerne un procédé d’étalonnage d’un capteur d’humidité basé sur des mesures de rayonnement infrarouge.The invention relates to a method for calibrating a humidity sensor based on infrared radiation measurements.
Le domaine de la fabrication de matériaux plats, ou nappes, tels que papiers, tissu ou matériaux non-tissés et certains plastiques, requiert le contrôle des caractéristiques de ces nappes au cours de leur formation, et en particulier le contrôle de leur taux d’humidité.The field of the manufacture of flat materials, or webs, such as paper, fabric or non-woven materials and certain plastics, requires the control of the characteristics of these webs during their formation, and in particular the control of their rate of humidity.
Par exemple, une feuille de papier d’une largeur pouvant atteindre plusieurs mètres est formée d’une manière continue par le passage d’une solution de pâte à papier, qui est une solution aqueuse, sur une table de formation puis son séchage progressif par des cylindres creux chauffés.For example, a sheet of paper with a width of up to several meters is formed in a continuous manner by passing a solution of paper pulp, which is an aqueous solution, over a forming table then drying it progressively by heated hollow cylinders.
Le contrôle du taux d’humidité de la feuille en cours de formation apparaît incontournable pour une bonne maîtrise de la qualité de la feuille produite.The control of the moisture content of the sheet during formation appears essential for a good control of the quality of the sheet produced.
Le contrôle des caractéristiques de nappes telles que la feuille de papier de l’exemple ci-dessus a nécessité le développement de dispositifs de mesure in situ comprenant des capteurs montés sur des bâtis mécaniques capables de déplacer ces capteurs sur la largeur de nappes en formation, ces capteurs mesurant le taux d’humidité en continu.The control of the characteristics of webs such as the sheet of paper of the example above required the development of in situ measuring devices comprising sensors mounted on mechanical frames capable of moving these sensors over the width of the webs being formed, these sensors measure the humidity level continuously.
Le taux d’humidité peut être mesuré au moyen d’un dispositif de mesure en transmission de rayons infrarouges à travers le matériau à caractériser, comme divulgué dans le brevet US 9,170,194.The humidity level can be measured by means of a measuring device in transmission of infrared rays through the material to be characterized, as disclosed in US patent 9,170,194.
Un tel dispositif de mesure requiert un étalonnage établissant une correspondance entre la grandeur physique directement mesurée et la grandeur que l’on cherche à caractériser, respectivement les intensités de rayons infrarouges et le taux d’humidité dans le cas présent.Such a measuring device requires a calibration establishing a correspondence between the directly measured physical quantity and the quantity that one seeks to characterize, respectively the intensities of infrared rays and the humidity level in the present case.
Un étalonnage du dispositif de mesure requiert donc la mesure de la transmission d’un rayonnement infrarouge par un échantillon de surface connue, pour divers taux d’humidité de celui-ci.A calibration of the measuring device therefore requires the measurement of the transmission of infrared radiation by a sample of known surface, for various humidity levels of the latter.
En pratique, la masse de l’échantillon est déterminée à plusieurs reprises pour différents taux d’humidité au moyen d’une balance de précision et sa transmission infrarouge est mesurée à chaque reprise par le dispositif de mesure par rayons infrarouges, de manière à obtenir des couples de mesures de masse surfacique et de transmission infrarouge.In practice, the mass of the sample is determined several times for different humidity levels by means of a precision balance and its infrared transmission is measured each time by the infrared ray measuring device, so as to obtain pairs of surface mass and infrared transmission measurements.
Une mesure de la masse de l’échantillon sec permet de calculer le taux d’humidité Thde l’échantillon pour chacun des couples de mesure par la formule 1 :
où mhreprésente la masse de l’échantillon humide et msla masse de l’échantillon sec.A measurement of the mass of the dry sample makes it possible to calculate the moisture content T h of the sample for each of the measurement pairs using formula 1:
where m h represents the mass of the wet sample and m s the mass of the dry sample.
Alternativement, on peut calculer la masse surfacique en eau seule Gede l’échantillon par la formule 2 :
où S représente la surface de l’échantillon.Alternatively, the surface mass of water alone G e of the sample can be calculated using formula 2:
where S represents the surface of the sample.
Une courbe d’étalonnage établissant une correspondance entre le taux d’humidité ou la masse surfacique en eau de l’échantillon et sa transmission infrarouge est alors établie.A calibration curve establishing a correspondence between the humidity rate or the water surface mass of the sample and its infrared transmission is then established.
Une telle procédure d’étalonnage est longue et sujette à erreurs : l’échantillon est déplacé manuellement de la balance de précision au dispositif de mesure infrarouge, déplacement au cours duquel son taux d’humidité peut varier de manière significative, ce qui impacte directement la précision de l’étalonnage.Such a calibration procedure is time-consuming and error-prone: the sample is manually moved from the precision balance to the infrared measuring device, a move during which its humidity level can vary significantly, which directly impacts the calibration accuracy.
En outre, cette procédure requiert la présence continue et les manipulations répétées d’un opérateur, avec un risque inhérent de non reproductibilité des manipulations et d’erreurs humaines.In addition, this procedure requires the continuous presence and repeated manipulations of an operator, with an inherent risk of non-reproducibility of manipulations and human errors.
Un objectif de l’invention est de simplifier la procédure d’étalonnage d’un capteur d’humidité tout en augmentant sa précision et sa fiabilité.One objective of the invention is to simplify the procedure for calibrating a humidity sensor while increasing its accuracy and reliability.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d’étalonnage d’un capteur d’humidité basé sur des mesures de rayonnement infrarouge, comprenant une étape de pesée et de calcul de masse surfacique d’un échantillon sec au moyen d’une balance, dans lequel on utilise un capteur d’humidité qui est un premier capteur monté sur un bâti mécanique supportant un système de balayage de têtes de détection et d’émission de rayonnement infrarouge dudit capteur d’humidité et de têtes de détection et d’émission de rayonnement d’un second capteur qui est un capteur de masse surfacique distinct du premier capteur, le procédé comprenant en outre les étapes de collecter en parallèle, au moyen du capteur de masse surfacique et du capteur d’humidité, des données de mesure de masse surfacique et des données de mesure par rayonnement infrarouge de l’échantillon à différents degrés d’humidité, calculer, au moyen d’une unité de traitement de données et pour chacun des différents degrés d’humidité de l’échantillon, une variable représentative d’une masse surfacique d’eau de l’échantillon à partir des données de mesure de masse surfacique et de la masse surfacique de l’échantillon sec, et établir, pour chacun des différents degrés d’humidité de l’échantillon, une correspondance d’étalonnage entre la variable représentative de la masse surfacique d’eau et les données de mesure par rayonnement infrarouge.To this end, the subject of the invention is a method for calibrating a humidity sensor based on infrared radiation measurements, comprising a step of weighing and calculating the surface mass of a dry sample by means of a balance, in which a humidity sensor is used which is a first sensor mounted on a mechanical frame supporting a system for scanning detection heads and for emitting infrared radiation from said humidity sensor and for detecting heads and emitting infrared radiation a second sensor which is a basis weight sensor distinct from the first sensor, the method further comprising the steps of collecting in parallel, by means of the basis weight sensor and the humidity sensor, basis weight measurement data and measurement data by infrared radiation of the sample at different degrees of humidity, calculating, by means of a data processing unit and for each of the different degrees of humidity of the sample, a variable representative of a surface mass of water of the sample from the surface mass measurement data and the surface mass of the dry sample, and establish, for each of the different degrees of humidity of the sample, a calibration correspondence between the representative variable of the surface mass of water and the measurement data by infrared radiation.
Le procédé d’étalonnage selon l’invention repose ainsi sur le remplacement de l’étape conventionnelle de la mesure de masse de l’échantillon humide avec une balance de précision par une mesure de masse surfacique.The calibration method according to the invention is thus based on replacing the conventional step of measuring the mass of the wet sample with a precision balance by measuring the surface mass.
Selon le procédé, l’échantillon n’a pas à être déplacé de façon répétitive entre le capteur d’humidité et une balance de précision, mais peut simplement être placé à l’état humide face aux têtes de détection, de sorte qu’un premier avantage du procédé est que les mesures peuvent avantageusement être faites en continu au fur et à mesure du séchage de l’échantillon.According to the method, the sample does not have to be moved repeatedly between the moisture sensor and a precision balance, but can simply be placed wet in front of the sensor heads, so that a The first advantage of the method is that the measurements can advantageously be made continuously as the sample dries.
Un second avantage du procédé repose sur le fait que les mesures de rayonnement infrarouge et les mesures de masse surfacique sont faites en parallèle, c’est-à-dire simultanément et non séquentiellement, éliminant les erreurs provenant de la variation du taux d’humidité de l’échantillon entre la mesure de poids et la mesure infrarouge des procédés conventionnels et augmentant donc la précision de l’étalonnage.A second advantage of the method is based on the fact that the infrared radiation measurements and the surface mass measurements are made in parallel, that is to say simultaneously and not sequentially, eliminating the errors resulting from the variation in the humidity rate. of the sample between the weight measurement and the infrared measurement of conventional methods and thus increasing the accuracy of the calibration.
Un troisième avantage permettant également d’augmenter la précision de l’étalonnage est que le nombre de points de mesure peut être considérablement augmenté, limité seulement par les temps de réponse des capteurs utilisés, et non par le temps pris par les manipulations de l’échantillon dans les procédés classiques, ce qui permet d’augmenter la précision de l’étalonnage.A third advantage also allowing the accuracy of the calibration to be increased is that the number of measurement points can be considerably increased, limited only by the response times of the sensors used, and not by the time taken by the manipulations of the sample in conventional methods, which increases the accuracy of the calibration.
Un quatrième avantage repose sur la simplification des opérations : les manipulations de l’échantillon entre deux mesures sont rendues inutiles, ce qui réduit d’autant les sources d’erreur de manipulation, le procédé pouvant en outre être très simplement automatisé.A fourth advantage is based on the simplification of operations: manipulation of the sample between two measurements is rendered unnecessary, which reduces the sources of manipulation error, the process can also be very simply automated.
Enfin, un cinquième avantage réside dans le caractère fixe de l’échantillon vis-à-vis des capteurs, qui amène une excellente reproductibilité des mesures.Finally, a fifth advantage lies in the fixed nature of the sample vis-à-vis the sensors, which leads to excellent reproducibility of the measurements.
Le procédé d’étalonnage selon l'invention peut présenter les particularités suivantes :The calibration method according to the invention may have the following particularities:
- la variable représentative de la masse surfacique d’eau peut être choisie parmi la masse surfacique d’eau de l’échantillon, le taux d’humidité de l’échantillon et le taux d’emport d’eau de l’échantillon ;- the variable representative of the surface mass of water can be chosen from the surface mass of water in the sample, the humidity rate of the sample and the rate of water uptake of the sample;
- l’échantillon sec peut être pesé avant l’étape de collecte en parallèle des données ;- the dry sample can be weighed before the parallel data collection step;
- l’échantillon sec peut être pesé après l’étape de collecte en parallèle des données ;- the dry sample can be weighed after the parallel data collection step;
- les têtes de détections peuvent être fixes par rapport à l’échantillon pendant l’étape de collecte en parallèle des données ;- the detection heads can be fixed relative to the sample during the parallel data collection step;
- au cours de l’étape de collecte en parallèle des données, on peut déplacer les têtes de détection par rapport à l’échantillon sensiblement parallèlement à un axe d’alignement des têtes de détection, de manière à sonder une portion de l’échantillon commune à des surfaces sondées respectivement par le capteur d’humidité et par le capteur de masse surfacique ;- during the parallel data collection step, the detection heads can be moved relative to the sample substantially parallel to an alignment axis of the detection heads, so as to probe a portion of the sample common to surfaces probed respectively by the humidity sensor and by the surface mass sensor;
- au cours de l’étape de collecte en parallèle des données, on peut déplacer les têtes de détection par rapport à l’échantillon sensiblement perpendiculairement à un axe (Al) d’alignement des têtes de détection ;- during the parallel data collection step, the detection heads can be moved relative to the sample substantially perpendicular to an axis (Al) of alignment of the detection heads;
- un porte-échantillon motorisé peut déplacer l’échantillon ; et- a motorized sample holder can move the sample; And
- le système de balayage peut déplacer les têtes de détection.- the scanning system can move the detection heads.
La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée du mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels :The present invention will be better understood and other advantages will appear on reading the detailed description of the embodiment taken by way of non-limiting example and illustrated by the appended drawings, in which:
Description d’un mode de réalisation du procédé selon l'inventionDescription of an embodiment of the method according to the invention
Afin de caractériser en cours de fabrication le taux d’humidité et la masse surfacique de nappes tels que papiers, plastiques, tissu ou matériaux non-tissés, une solution est d’utiliser des capteurs mobiles d’humidité et de masse surfacique arrangés de manière à balayer la nappe sur sa largeur.In order to characterize during manufacture the humidity rate and the surface mass of webs such as paper, plastic, fabric or non-woven materials, one solution is to use mobile humidity and surface mass sensors arranged in such a way to sweep the web across its width.
Le capteur d’humidité est, dans ce mode de réalisation, basé sur les variations dans la transmission d’une ou plusieurs longueurs d’onde d’un rayonnement infrarouge par un échantillon en nappe selon le taux d’humidité de cet échantillon, l’une au moins des longueurs d’onde étant absorbée par les molécules d’eau et, optionnellement, une ou plusieurs autres étant absorbées par le matériau formant la nappe à caractériser et/ou servant de référence afin de tenir compte, par exemple, de la réfraction ou d’impuretés présentes dans la nappe.The humidity sensor is, in this embodiment, based on the variations in the transmission of one or more wavelengths of infrared radiation by a sheet sample according to the humidity level of this sample, the at least one of the wavelengths being absorbed by the water molecules and, optionally, one or more others being absorbed by the material forming the layer to be characterized and/or serving as a reference in order to take account, for example, of refraction or impurities present in the web.
Ainsi, le capteur d’humidité comprend une tête HIR-Ed’émission de rayonnement infrarouge et une tête HIR-Dde détection du rayonnement infrarouge traversant la nappe à caractériser.Thus, the humidity sensor comprises an H IR-E head for emitting infrared radiation and an H IR-D head for detecting the infrared radiation passing through the sheet to be characterized.
Le capteur de masse surfacique est basé sur la transmission d’un rayonnement X à travers la nappe à caractériser, transmission variant avec la masse surfacique de la nappe, et comprend une tête HX-Ed’émission de rayonnement X et une tête HX-Dde détection du rayonnement X traversant la nappe à caractériser.The surface mass sensor is based on the transmission of X-radiation through the layer to be characterized, transmission varying with the surface mass of the layer, and comprises an H XE head for emitting X-rays and an H XD head for detection of X-radiation passing through the layer to be characterised.
Alternativement, le capteur de masse surfacique pourrait être basé, par exemple, sur la transmission ou la rétrodiffusion d’un rayonnement bêta et pourrait comprendre une tête d’émission de rayonnement bêta et une tête de détection de rayonnement bêta transmis ou rétrodiffusé par la nappe à caractériser.Alternatively, the surface mass sensor could be based, for example, on the transmission or backscatter of beta radiation and could comprise a beta radiation emission head and a beta radiation detection head transmitted or backscattered by the sheet to characterize.
D’une manière générale, les mesures peuvent être faites en transmission ou en rétrodiffusion de rayonnements électromagnétiques, d’ultrasons ou de particules.In general, measurements can be made by transmission or backscatter of electromagnetic radiation, ultrasound or particles.
Dans le cas de la rétrodiffusion, les têtes d’émission et les têtes de détection se situent d’un même côté de l’échantillon, éventuellement intégrées dans un même logement.In the case of backscatter, the emission heads and the detection heads are located on the same side of the sample, possibly integrated in the same housing.
Dans ce mode de réalisation, le capteur d’humidité basé sur le rayonnement infrarouge et le capteur de masse surfacique basé sur le rayonnement X sont utilisés simultanément en transmission, les têtes d’émission des rayonnements étant montées contiguës l’une à l’autre d’un même côté de la nappe à caractériser, sur une première partie mobile MP1 d’un système de balayage MP monté sur un bâti mécanique M, et les têtes de détection sont montées contiguës l’une à l’autre de l’autre côté de la nappe à caractériser, sur une deuxième partie mobile MP2 du système de balayage.In this embodiment, the humidity sensor based on infrared radiation and the basis weight sensor based on X-ray radiation are used simultaneously in transmission, the radiation emitting heads being mounted contiguous to each other. on the same side of the web to be characterized, on a first mobile part MP1 of a scanning system MP mounted on a mechanical frame M, and the detection heads are mounted adjacent to each other side of the layer to be characterized, on a second mobile part MP2 of the scanning system.
Les têtes de détection des deux capteurs peuvent être alignées selon une direction D1 de balayage de la nappe par les têtes des détecteurs ou selon une direction machine D2 perpendiculaire à la direction de balayage D1, comme illustré respectivement par les figures 2 et 3.The detection heads of the two sensors can be aligned according to a direction D1 of scanning of the sheet by the heads of the detectors or according to a machine direction D2 perpendicular to the direction of scanning D1, as illustrated respectively by FIGS. 2 and 3.
Les parties mobiles et les têtes d’émission et de détection sont positionnées de manière telle que les têtes de détection peuvent mesurer respectivement les rayonnements infrarouge et X émis par les têtes d’émission et transmis à travers une nappe N passant à travers le bâti mécanique M, comme illustré par la figure 2 où ces rayonnements sont indiqués respectivement par IR et X.The moving parts and the emission and detection heads are positioned in such a way that the detection heads can respectively measure the infrared and X radiation emitted by the emission heads and transmitted through an N layer passing through the mechanical frame M, as shown in Figure 2 where these radiations are indicated by IR and X respectively.
Pendant sa formation, cette nappe N est déplacée en continu dans le sens de sa longueur à travers le bâti mécanique, selon la direction D2, et le système de balayage est utilisé pour déplacer les têtes des capteurs selon la direction D1 de manière à caractériser la nappe sur la totalité de sa largeur.During its formation, this sheet N is moved continuously in the direction of its length through the mechanical frame, in the direction D2, and the scanning system is used to move the heads of the sensors in the direction D1 so as to characterize the tablecloth over its entire width.
Plus spécifiquement, le système de balayage est conçu pour déplacer la première partie mobile MP1 et la deuxième partie mobile MP2 du système de balayage en maintenant l’alignement des têtes et de sorte qu’elles balaient la nappe sur toute sa largeur selon la direction D1 de balayage, perpendiculaire à la direction machine D2.More specifically, the scanning system is designed to move the first mobile part MP1 and the second mobile part MP2 of the scanning system while maintaining the alignment of the heads and so that they scan the web over its entire width in the direction D1 sweep, perpendicular to the machine direction D2.
Le système de balayage comprend une unité de contrôle/commande C/C contrôlant le déplacement des têtes des capteurs et l’activation de ces derniers, ainsi qu’une unité de traitement de données CPU issues des capteurs et une mémoire informatique Mem stockant les données brutes des capteurs ainsi que les données traitées et des données calculées à partir des données brutes par l’unité de calcul.The scanning system comprises a control/command unit C/C controlling the displacement of the heads of the sensors and the activation of the latter, as well as a data processing unit CPU coming from the sensors and a computer memory Mem storing the data raw data from the sensors as well as the data processed and data calculated from the raw data by the calculation unit.
Afin de procéder à des mesures de caractérisation sur une nappe en formation, le capteur de rayonnement infrarouge et le capteur de rayonnement X doivent être étalonnés.In order to carry out characterization measurements on a slick in formation, the infrared radiation sensor and the X-ray sensor must be calibrated.
Le capteur de rayonnement X suit un procédé d’étalonnage standard.The X-ray sensor follows a standard calibration process.
Selon l’invention, le capteur de rayonnement infrarouge suit un procédé d’étalonnage 100 illustré par la figure 1.According to the invention, the infrared radiation sensor follows a calibration process 100 illustrated by FIG. 1.
Une première étape S10 du procédé d’étalonnage 100 consiste à placer un échantillon d’étalonnage Scal humide entre les têtes d’émission de rayonnement infrarouge HIR_Eet de rayonnement X HX_Ed’une part et les têtes de détection HIR_Det HX_Dd’autre part, l’échantillon séchant naturellement de manière progressive.A first step S10 of the calibration method 100 consists in placing a wet calibration sample Scal between the infrared radiation emission heads H IR_E and XH radiation X_E on the one hand and the detection heads H IR_D and H X_D on the other hand, the sample naturally drying gradually.
A la suite de l’étape S10, une deuxième étape S20 consiste émettre au travers de l’échantillon d’étalonnage un rayonnement infrarouge et un rayonnement X au moyen des têtes d’émission des capteurs maintenues fixes, puis à collecter en parallèle au moyen des têtes de détection correspondantes des données de mesure de masse surfacique, ici des données de rayonnement X transmis au travers de l’échantillon, ainsi que des données de mesure par rayonnement infrarouge transmis au travers de l’échantillon.Following step S10, a second step S20 consists in emitting infrared radiation and X-ray radiation through the calibration sample by means of the emission heads of the sensors kept fixed, then in collecting in parallel by means of corresponding detection heads of surface mass measurement data, here X-radiation data transmitted through the sample, as well as infrared radiation measurement data transmitted through the sample.
L’acquisition en parallèle de données de mesure de masse surfacique et de données de mesure par rayonnement infrarouge signifie l’obtention d’ensembles de ces données à un même moment ou sur un intervalle de temps court pour chaque ensemble, c’est-à-dire pour un même degré d’humidité de l’échantillon.Acquiring surface mass measurement data and infrared measurement data in parallel means obtaining sets of these data at the same time or over a short time interval for each set, i.e. say for the same degree of humidity of the sample.
Un intervalle de temps court correspond à un intervalle de temps tel que le degré d’humidité ne varie pas significativement au cours de cet intervalle, ce qui peut dépendre de la nature de l’échantillon et des conditions de température et d’hygrométrie pendant la mesure, ou encore du niveau de précision requis par l’utilisateur.A short time interval corresponds to a time interval such that the degree of humidity does not vary significantly during this interval, which may depend on the nature of the sample and the temperature and hygrometry conditions during the measurement, or the level of precision required by the user.
Les mesures sont acquises cycliquement de cette manière au cours du séchage de l’échantillon et stockées dans la mémoire Mem sous contrôle de l’unité de contrôle/commande C/C et de l’unité de traitement de données CPU, ce qui permet de collecter un nombre n d’ensembles de données moyennées à différents degrés d’humidité, chaque ensemble comprenant, pour chaque degré d’humidité de l’échantillon, une mesure moyennée de masse surfacique et au moins une mesure par rayonnement infrarouge moyennée à au moins une longueur d’onde.The measurements are acquired cyclically in this way during the drying of the sample and stored in the memory Mem under the control of the control/command unit C/C and the data processing unit CPU, which makes it possible to collecting a number n of sets of data averaged at different degrees of humidity, each set comprising, for each degree of humidity of the sample, an averaged basis weight measurement and at least one infrared radiation measurement averaged at at least a wavelength.
Les moyennes sont de préférence faites sur un intervalle de temps suffisamment court pour que le degré d’humidité ne change pas significativement et/ou sur une surface définie de l’échantillon.The averages are preferably made over a sufficiently short time interval so that the degree of humidity does not change significantly and/or over a defined surface of the sample.
La table 500 de la figure 5 est une illustration de la manière selon laquelle les n ensembles de données sont rangés, au moyen de l’unité de traitement de données, respectivement dans les rangées 1 à n de la table, les moyennes de mesures de masse surfacique par transmission de rayons X d’indices 1 à n, G_1 à G_n, occupant la colonne Col.1 et les moyennes de mesures d’humidité par transmission de rayonnement infrarouge d’indices 1 à n pour quatre longueurs d’onde IR différentes IR1_1 à IR1_n, IR2_1 à IR2_n, IR3_1 à IR3_n et IR4_1 à IR4_n occupant respectivement les colonnes Col.2 à Col.5.The table 500 of FIG. 5 is an illustration of the way in which the n sets of data are arranged, by means of the data processing unit, respectively in rows 1 to n of the table, the averages of measurements of surface mass by transmission of X-rays with indices 1 to n, G_1 to G_n, occupying column Col.1 and the averages of humidity measurements by transmission of infrared radiation with indices 1 to n for four IR wavelengths different IR1_1 to IR1_n, IR2_1 to IR2_n, IR3_1 to IR3_n and IR4_1 to IR4_n respectively occupying columns Col.2 to Col.5.
Notons qu’il ne s’agit que d’un exemple, les longueurs d’ondes et leur nombre pouvant différer selon les applications et les souhaits des opérateurs.Note that this is only an example, the wavelengths and their number may differ depending on the applications and the wishes of the operators.
Les colonnes Col.1 à Col.5 d’une rangée i de la table correspondent à un ensemble E_i de données collectées pour l’échantillon pour un degré d’humidité i.Columns Col.1 to Col.5 of a row i of the table correspond to a set E_i of data collected for the sample for a degree of humidity i.
Une troisième étape S30 consiste à mesurer la masse de l’échantillon sec pour obtenir une référence absolue qui va servir à calculer le taux d’humidité ou la masse surfacique d’eau de l’échantillon pour chacun des ensembles de mesure.A third step S30 consists in measuring the mass of the dry sample to obtain an absolute reference which will be used to calculate the moisture content or the surface mass of water in the sample for each of the measurement sets.
A cette fin, à la suite de la collecte des données, l’échantillon est retiré du dispositif de mesure et pesé à sec sur une balance de précision, par exemple après avoir été séché aussi complètement que possible dans un four, ou en utilisant une balance chauffante.For this purpose, following data collection, the sample is removed from the measuring device and weighed dry on a precision balance, for example after having been dried as completely as possible in an oven, or by using a heating scale.
Alternativement, l’échantillon peut être séché et pesé avant la collecte des données de mesure d’humidité et de masse surfacique, en tant que première étape du procédé d’étalonnage, puis humidifié avant d’être placé au niveau des capteurs à l’étape S10.Alternatively, the sample can be dried and weighed before collecting the humidity and basis weight measurement data, as the first step in the calibration process, and then moistened before being placed at the sensors at the step S10.
La surface de l’échantillon sec étant connue (mesurée ou définie par un opérateur lors de la préparation de l’échantillon) et sa masse mesurée, on détermine sa masse surfacique à sec Gs.The surface of the dry sample being known (measured or defined by an operator during the preparation of the sample) and its measured mass, its dry surface mass G s is determined.
A la suite des étapes S20 et S30, une quatrième étape S40 consiste à calculer une variable représentative de la masse surfacique d’eau Ge_i contenue dans l’échantillon pour chaque ensemble d’indice i, telle que la masse surfacique d’eau Ge_i obtenue en soustrayant la masse surfacique à sec Gsde la masse surfacique G_i pour chaque ensemble d’indice i.Following steps S20 and S30, a fourth step S40 consists in calculating a variable representative of the surface mass of water G e _i contained in the sample for each set of index i, such as the surface mass of water G e _i obtained by subtracting the dry surface mass G s from the surface mass G_i for each set of index i.
Pour le procédé d’étalonnage, il est également adéquat de calculer, au lieu de la masse surfacique d’eau Ge_i, toute variable pouvant s’en déduire de façon univoque, telle que le taux d’humidité Th_i ou le taux d’emport d’eau Tem_i de l’échantillon.For the calibration process, it is also suitable to calculate, instead of the surface mass of water G e _i, any variable that can be deduced from it in a unique way, such as the humidity rate T h _i or the water uptake rate T em _i of the sample.
Par exemple, le taux d’humidité Th_i de l’échantillon pour chacun des différents degrés d’humidité s’exprime par la formule 3 :
où Ge_i représente la masse surfacique d’eau et G_i la masse surfacique de l’échantillon au degré d’humidité d’indice i.For example, the humidity rate T h _i of the sample for each of the different degrees of humidity is expressed by the formula 3:
where G e _i represents the surface mass of water and G_i the surface mass of the sample at the degree of humidity of index i.
De même, le taux d’emport Tem_i s’exprime par la formule 4 :
où Ge_i représente la masse surfacique d’eau de l’échantillon au degré d’humidité d’indice i et Gsreprésente la masse surfacique de l’échantillon sec.Similarly, the take-up rate T em _i is expressed by formula 4:
where G e _i represents the surface mass of water of the sample at the degree of humidity of index i and G s represents the surface mass of the dry sample.
Toute variable se déduisant de façon univoque de la masse surfacique d’eau et la valeur même de la masse surfacique d’eau sont des variables représentatives de cette masse surfacique d’eau, qui peuvent être utilisées pour établir une courbe d’étalonnage du capteur d’humidité liant les données obtenues du capteur d’humidité aux données obtenues du capteur de masse surfacique.Any variable deducing unequivocally from the surface mass of water and the value of the surface mass of water itself are representative variables of this surface mass of water, which can be used to establish a calibration curve for the sensor. humidity linking the data obtained from the humidity sensor to the data obtained from the basis weight sensor.
Une cinquième étape S50 consiste à établir dans l’unité de traitement de données une correspondance d’étalonnage entre une variable représentative de la masse surfacique d’eau (Ge_i, Th_i, Tem_i) calculée à l’étape S40 et les données de mesure par rayonnement infrarouge (IR1_i, IR2_i, IR3_i, IR4_i) collectées à l’étape S20, l’unité de traitement de données ajoutant à la table 500 cette variable représentative de la masse surfacique d’eau en colonne 6.A fifth step S50 consists in establishing in the data processing unit a calibration correspondence between a variable representative of the surface mass of water (G e _i, T h _i, T em _i) calculated in step S40 and the measurement data by infrared radiation (IR1_i, IR2_i, IR3_i, IR4_i) collected in step S20, the data processing unit adding to the table 500 this variable representative of the surface mass of water in column 6.
La colonne 6 de la table 500 prise en exemple est constituée des valeurs de la masse surfacique d’au Ge_i aux différents degrés d’humidité 1 à n de l’échantillon calculées à l’étape 40 à partir des données de rayonnement X, pour les n valeurs de l’indice i.Column 6 of the table 500 taken as an example consists of the values of the surface mass of au G e _i at the different degrees of humidity 1 to n of the sample calculated in step 40 from the X-ray data , for the n values of the index i.
Bien entendu, l’opérateur du procédé peut ordonner les données différemment, tant que des correspondances entre les données de mesure de masse surfacique et les données de mesure par rayonnement infrarouge sont établies.Of course, the process operator can order the data differently, as long as correspondences between the basis weight measurement data and the infrared radiation measurement data are established.
La figure 6 illustre des courbes représentant l’évolution temporelle de la masse surfacique de l’échantillon (courbe Ge) et de l’absorbance du rayonnement infrarouge de celui-ci pour 4 longueurs d’ondes du domaine infrarouge (courbes IR1 à IR4), tracées à partir des ensembles de données E_i et Ge_i pour les i croissant de 1 à n.FIG. 6 illustrates curves representing the temporal evolution of the surface mass of the sample (curve G e ) and of the absorbance of the infrared radiation thereof for 4 wavelengths of the infrared domain (curves IR1 to IR4 ), plotted from the data sets E_i and G e _i for i increasing from 1 to n.
Dans cet exemple, les courbes IR1 et IR2 correspondent à des données obtenues pour des longueurs d’onde absorbées par les molécules d’eau et les courbes IR3 et IR4 correspondent à des données obtenues pour des longueurs d’onde non absorbées par l’eau, servant de référence.In this example, the curves IR1 and IR2 correspond to data obtained for wavelengths absorbed by water molecules and the curves IR3 and IR4 correspond to data obtained for wavelengths not absorbed by water , serving as a reference.
A partir de ces données mesurées et calculées rangées dans la table, on peut appliquer un procédé conventionnel d’étalonnage tel que celui décrit dans le brevet US 9,170,194, avec les avantages d’un grand nombre de données collectées et d’une excellente précision de celles-ci pour les raisons expliquées plus haut.From these measured and calculated data stored in the table, it is possible to apply a conventional calibration method such as that described in US patent 9,170,194, with the advantages of a large number of data collected and excellent precision of these for the reasons explained above.
Dans l’étape S20 du procédé décrit ci-dessus, les têtes des détecteurs sont maintenues fixes par rapport à l’échantillon, mais il est possible d’encore améliorer la qualité de l’étalonnage en augmentant la fiabilité des mesures par l’utilisation des variantes exposées ci-dessous.In step S20 of the method described above, the heads of the detectors are kept fixed relative to the sample, but it is possible to further improve the quality of the calibration by increasing the reliability of the measurements by using variants listed below.
En effet, à l’étape S20, les rayonnements IR et X des détecteurs ne traversent pas une même zone de la nappe.Indeed, in step S20, the IR and X radiation from the detectors do not pass through the same area of the web.
Le rayonnement infrarouge et le rayonnement X sont émis sous forme de faisceaux qui irradient deux zones distinctes de l’échantillon, respectivement ZIRet ZX, qui n’ont pas la même étendue ni la même localisation, comme illustré par la figure 4A, de sorte qu’une incertitude sur les mesures due à une possible inhomogénéité de l'échantillon est introduite, comme c'est d’ailleurs le cas conventionnellement.The infrared radiation and the X radiation are emitted in the form of beams which irradiate two distinct zones of the sample, respectively Z IR and Z X , which do not have the same extent nor the same localization, as illustrated by figure 4A, so that an uncertainty on the measurements due to a possible inhomogeneity of the sample is introduced, as is also the case conventionally.
Dans une étape S20’ alternative à l’étape S20, au cours de la collecte des données, les têtes des capteurs balaient l’échantillon durant chaque mesure selon une direction perpendiculaire à l’axe d’alignement des têtes de détection, et effectuent donc des mesures moyennées sur les surfaces SIRet SXde l’échantillon balayées respectivement par les rayonnements IR et X au cours de chaque mesure, les surfaces SIRet SXétant entièrement distinctes comme illustré par les figures 4B et 4C.In a step S20′ alternative to step S20, during data collection, the sensor heads scan the sample during each measurement in a direction perpendicular to the axis of alignment of the detection heads, and therefore perform measurements averaged over the surfaces S IR and S X of the sample scanned respectively by the IR and X radiation during each measurement, the surfaces S IR and S X being entirely distinct as illustrated by FIGS. 4B and 4C.
L’étape S20’ représente une amélioration par rapport à l’étape S20 en ce qu’un possible effet de l’inhomogénéité de l’échantillon est réduit.Step S20' represents an improvement over step S20 in that a possible effect of sample inhomogeneity is reduced.
Pour mettre en œuvre l’étape S20’ dans la configuration géométrique de la figure 3, dans laquelle les têtes de détection sont alignées selon la direction machine D2, le balayage d’un échantillon par les têtes des capteurs peut être obtenu en employant le système de balayage sur lequel les têtes sont montées avec l’échantillon maintenu fixe, comme illustré par la figure 4B, les flèches Depl indiquant le déplacement des têtes.To implement step S20' in the geometric configuration of FIG. 3, in which the detection heads are aligned along the machine direction D2, the scanning of a sample by the heads of the sensors can be obtained by using the system scanner on which the heads are mounted with the sample held stationary, as shown in Figure 4B, the arrows Depl indicating movement of the heads.
Alternativement, pour mettre en œuvre l’étape S20’ dans la configuration géométrique de la figure 2, dans laquelle les têtes de détection sont alignées selon la direction de balayage D1, le balayage de l’échantillon par les têtes des capteurs peut être obtenu au moyen d’un porte-échantillon motorisé PEM déplaçant l’échantillon selon la direction machine D2 avec les têtes de détection maintenues fixes, comme illustré par la figure 4C, la flèche Depl indiquant le déplacement de l’échantillon.Alternatively, to implement step S20' in the geometric configuration of FIG. 2, in which the detection heads are aligned along the scanning direction D1, the scanning of the sample by the sensor heads can be obtained at means of a motorized sample holder PEM moving the sample in the machine direction D2 with the detection heads held fixed, as illustrated by FIG. 4C, the arrow Depl indicating the movement of the sample.
En revanche, même si dans l’étape S20’ les mesures sont moyennées sur les surfaces balayées, les surfaces SIRet SXde l’échantillon sondées respectivement par le capteur de rayonnement infrarouge et par le capteur de masse surfacique sont entièrement distinctes, ce qui peut introduire un biais dans l’étalonnage.On the other hand, even if in step S20′ the measurements are averaged over the scanned surfaces, the surfaces S IR and S X of the sample probed respectively by the infrared radiation sensor and by the surface mass sensor are entirely distinct, which can introduce a bias into the calibration.
Ce biais peut être réduit en procédant à une étape S20’’ alternative aux étapes S20 et S20’, dans laquelle, en cours de mesure, l’échantillon est déplacé relativement aux capteurs selon une direction parallèle à l’axe d’alignement des deux têtes de détection des deux capteurs, de sorte que ces têtes balaient une portion de l’échantillon commune aux surfaces sondées respectivement par le capteur d’humidité et par le capteur de masse surfacique , les surfaces SIRet SXsondées respectivement par les rayonnements IR et X étant au moins partiellement superposées, comme illustré par les figure 4D et 4E.This bias can be reduced by carrying out a step S20'' alternative to steps S20 and S20', in which, during measurement, the sample is moved relative to the sensors in a direction parallel to the axis of alignment of the two detection heads of the two sensors, so that these heads scan a portion of the sample common to the surfaces probed respectively by the humidity sensor and by the surface mass sensor, the surfaces S IR and S X probed respectively by the radiation IR and X being at least partially superimposed, as illustrated by FIGS. 4D and 4E.
Pour mettre en œuvre l’étape S20’’ dans la configuration géométrique de la figure 2, le balayage d’un échantillon par les têtes des capteurs peut être obtenu en employant le système de balayage sur lequel elles sont montées avec l’échantillon maintenu fixe, comme illustré par la figure 4D, la flèche Depl indiquant le déplacement des têtes.To implement step S20'' in the geometric configuration of FIG. 2, the scanning of a sample by the heads of the sensors can be obtained by using the scanning system on which they are mounted with the sample held fixed , as shown in FIG. 4D, the arrow Depl indicating the movement of the heads.
Alternativement, pour mettre en œuvre l’étape S20’’ dans la configuration géométrique de la figure 3, le balayage de l’échantillon par les têtes des capteurs peut être obtenu au moyen du porte-échantillon motorisé PEM déplaçant l’échantillon selon la direction machine D2 avec les têtes de détection maintenues fixes, comme illustré par la figure 4E, les flèche Depl indiquant le déplacement de l’échantillon.Alternatively, to implement step S20'' in the geometric configuration of FIG. 3, the scanning of the sample by the heads of the sensors can be obtained by means of the motorized sample holder PEM moving the sample in the direction machine D2 with the detection heads held fixed, as shown in Figure 4E, the arrows Depl indicating sample movement.
Ainsi, on améliore encore la précision de l’étalonnage en réduisant au maximum les sources d’erreurs et de biais lors de la collecte des données.Thus, the precision of the calibration is further improved by minimizing the sources of error and bias during data collection.
Il va de soi que la présente invention ne saurait être limitée au mode de réalisation exposé plus haut, susceptible de subir des modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
It goes without saying that the present invention cannot be limited to the embodiment described above, which may be modified without thereby departing from the scope of the invention.
Claims (9)
- collecter en parallèle (S20, S20’, S20’’), au moyen du capteur de masse surfacique et du capteur d’humidité, des données de mesure (G_i) de masse surfacique et des données de mesure (IR1_i, IR2_i, IR3_i, IR4_i) par rayonnement infrarouge de l’échantillon (Scal) à différents degrés d’humidité ;
- calculer (S40), au moyen d’une unité de traitement de données (CPU) et pour chacun des différents degrés d’humidité de l’échantillon, une variable représentative d’une masse surfacique d’eau (Ge_i, Th_i, Tem_i) de l’échantillon à partir des données de mesure de masse surfacique (G_i) et de la masse surfacique (Gs) de l’échantillon sec ; et
- établir (S50), pour chacun des différents degrés d’humidité de l’échantillon, une correspondance d’étalonnage entre la variable représentative de la masse surfacique d’eau (Ge_i, Th_i, Tem_i) et les données de mesure par rayonnement infrarouge (IR1_i, IR2_i, IR3_i, IR4_i).Method for calibrating a humidity sensor based on measurements of infrared radiation (IR) comprising a step of weighing and calculating the surface mass (G s ) of a dry sample (Scal) by means of a balance (S30), characterized in that a humidity sensor is used which is a first sensor mounted on a mechanical frame (M) supporting a scanning system (MP1, MP2) of detection heads (H IR_D ) and emission (H IR_E ,) of infrared radiation from said humidity sensor and detection heads (H X_D ) and emission (H X_E ) of radiation from a second sensor which is a surface mass sensor separate from the first sensor, the method further comprising the steps of:
- collecting in parallel (S20, S20', S20''), by means of the surface mass sensor and the humidity sensor, measurement data (G_i) of surface mass and measurement data (IR1_i, IR2_i, IR3_i , IR4_i) by infrared radiation of the sample (Scal) at different degrees of humidity;
- calculating (S40), by means of a data processing unit (CPU) and for each of the different degrees of humidity of the sample, a variable representative of a surface mass of water (G e _i, T h _i, T em _i) of the sample from the basis weight measurement data (G_i) and the basis weight (G s ) of the dry sample; And
- establishing (S50), for each of the different degrees of humidity of the sample, a calibration correspondence between the variable representative of the surface mass of water (G e _i, T h _i, T em _i) and the infrared radiation measurement data (IR1_i, IR2_i, IR3_i, IR4_i).
The calibration method according to claim 6 or claim 7, characterized in that the scanning system moves the detection heads.
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