JPS6123498B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はシート状の紙に近赤外線を照射し、そ
の紙と相互作用をもつた近赤外線を検出してシー
ト状の紙に含まれる又は吸着する水分量に関する
信号を得ると共に上記紙の坪量に関する信号を得
て、これらの信号を用いて水分量，水分率等を測
定する装置に関する。 水分量に関する信号（以下、単に水分量信号）
を得る手段として、透過方式および多重散乱方式
がある。 前者は、照射側光学系の光軸と受光側光学系の
光軸とをほぼ一致させて対向配設してなる照射部
および受光部を有し、これらの間にシート状の紙
を流して、照射部から約1.95μｍの赤外線（水分
の吸収波長領域の光。以下、この波長光を測定光
と称する）と約1.80μｍの赤外線（水分による吸
収がない波長領域の光。以下、この波長光を基準
光と称する）とを交互に紙に照射し、受光部で測
定光に対応する信号（以下、Ｍ信号と称する）お
よび基準光に対応する信号（以下、Ｒ信号と称す
る）を検出し、これらＭ信号およびＲ信号の商
（以下、Ｍ／Ｒ信号と称する）を水分量信号とす
る構成となつている。 後者は、前者と以下の点について相違する。 照射側光学系の光軸と受光側光学系の光軸とは
不一致な構成をなし、照射部からの測定光および
基準光は紙と複数回（前者に比べて格段に多い回
数）相互作用をなして受光部に到達するようにな
つている。 ところで、水分量信号は、坪量の関数であるこ
とから、水分計に坪量検出部が併設されている場
合が多い。坪量検出部として、放射線、例えば、
β線を用いたものが実用されている。その測定原
理は、β線が紙を透過するとき減衰量が紙の坪量
に関係していることを利用している。 上記した透過方式又は多重散乱方式において、
紙の原料配合が変わつたり、白色度、坪量、プレ
ス圧等、いわゆる紙の光学的諸条件が変わると、
Ｍ／Ｒ信号、すなわち、水分量信号に影響が現わ
れる。これらの影響を軽減するため、抄紙機のオ
ペレータは、紙の品種（銘柄）によつて水分の演
算式の定数を変更する操作をなしていたが、この
操作が煩雑であるばかりでなく、同一の銘柄であ
つても、上記光学的諸条件が変る場合もあるので
（しかもオペレータが知らないうちに）、従来の方
式では紙の水分量，水分率等を連続して精度良く
測定することが難しかつた。 このような欠点を解決するため、次のような事
実に着目して後述のような構成の装置も試みられ
ていた（特開昭55−154439号公報参照）。この装
置の創作は、透過方式および多重散乱方式におけ
るＲ信号およびＭ信号が、紙の光学的特性を左右
する変数、即ち、層数ｎ，透過率ｆ，反射率ｒお
よび水分量MWの関数であつて、これらの変数が
各信号に対して次表のような感度を呈することに
着目してなされたものである。表において、
Rt，Mtは透過形水分計におけるＲ信号，Ｍ信号
を示し、Rn，Mnは多重散乱形水分計におけるＲ
信号，Ｍ信号を示す。

【表】 上記装置の構成は、水分量信号としてMn／Rn
信号（水分量感度が大なる信号でRn／Mn信号で
も同じ）を用い、この信号に含まれる誤差要因を
他の信号で自動的に補償演算をなす構成となつて
いる。この具体例として、新聞紙の水分量，水分
率等の測定装置を挙げることができる。新聞紙は
原料パルプに故紙を含有させて抄造されるが、故
紙の含有率によつて透過率ｆが大きく変動し誤差
要因となつている。そこで、水分量信号Mn／Rn
信号はRn／Rt信号（透過率感度が大なる信号で
Rt／Rn信号でも同じ）で補償演算がなされる構
成となつている。このような装置において、
Mn／Rn信号およびRn／Rt信号が安定して得ら
れなければならない。ところが、実際の測定装置
にあつては、対向設置状態にある上・下ヘツドか
らなる検出ヘツドを、Ｏ形フレーム上にて、紙の
幅方向であらかじめ定められた範囲で往復走行さ
せながら測定する構成となつているため、どうし
ても、上・下ヘツドのずれが生じる。このずれに
よつてRn／Rt信号の値が変動し、測定精度を抵
下させる。特に、上・下ヘツドの垂直方向のずれ
によるRn信号やRt信号の特性は、第３図（縦軸
は、各信号の大きさを示し、横軸は、上・下ヘツ
ドのギヤツプを示す）に示すようになつており、
Rn／Rt信号の値は、ずれによる影響をもろに受
ける。このように、Rn信号がギヤツプを小さく
なるにつれて減少する特性を示すのは、散乱面が
完全散乱面でなく、かつ、反射率が0.90〜0.95で
あるからである。即ち、ギヤツプが狭いと反射回
数が多く、これによる減衰が多くなり、その影響
を強く受けるためである。 一方、Rt信号がギヤツプに対してRn信号特性
と逆の特性を示すのは、照射側光学系の光軸と受
光側光学系の光軸とをほぼ一致させ、その光軸上
にセンサを配設しているためである。即ち、セン
サ光源からの輻射エネルギーの最も強い部分を効
果的に検出する構成となつており、光源とセンサ
間の距離が短くなるほど減衰が少くなるためであ
る。 そこで、本発明の目的は上・下ヘツドの垂直方
向でのずれによるRn／Rt信号の値の変動を軽減
し、もつて測定精度の良い紙の紙の水分量，水分
率等の測定装置を提供するにある。 以下、図面を参照して本発明について詳しく説
明する。 第１図は、本発明の一実施例による測定装置の
検出ヘツドの構成説明図である。第１図におい
て、検出ヘツドは、照射窓１１及び１２を有する
上ヘツド１０と入射窓２１を有する下ヘツド２０
とを、シート状の紙３０を挾んで対向配設する構
成となつている。上・下ヘツドの対向面は、反射
被膜１３および２２を構成している。また、上ヘ
ツド１０は円板状の板４１に貫通穴４２及び４３
を設け、これら貫通穴個々に基準光用光学フイル
タ４２及び測定光用光学フイルタ４３を埋設支承
してなる回転セクタ４０を有し、ランプ５０及び
レンズ５１で作成される照射窓１１を通路とする
光路と、ランプ５０、ミラー５３及びレンズ５２
で作成され照射窓１２を通路とする光路とを間欠
的に遮るようになつている。一方、下ヘツド２０
はレンズ２３、円板状の遮光板２４及びセンサ２
５を有し、入射窓２１を通過する光を検出し、次
段の処理回路（図示せず）へ検出信号を送出する
構成になつている。ところで、各ヘツドの窓と回
転セクタ４０との位置関係は、第２図の構成をな
している。第２図のイ，ロ及びハは、第１図のイ
−イ、ロ−ロ及びハ−ハの断面図である（寸法は
必ずしも一致していない）。上ヘツド１０にある
照射窓１１と１２は、紙の流れ方向（第２図のロ
図の矢印）に距離をもつて設けられ、この照射窓
１２と下ヘツド２０に設けた入射窓２１（第２図
ハ図）とが対向状態にある。また、回転セクタ４
０の貫通穴４２及び４３（光学フイルタ４２及び
４３と実質同一）と照射窓１１及び１２との位置
関係は、照射窓１１又は１２に係る光路に光学フ
イルタ４２又は４３があるとき、他方の光路を板
４１の板面で遮断する構成、即ち、紙３０への照
射光を、照射窓１１及び１２から同時に送出する
ことがない構成となつている。 次に、上記構成における動作について説明す
る。 いま、回転セクタ４０に第２図のイに示す回転
を与えれば、各フイルタが順次、各照射窓に係る
光路中をよぎり、照射窓１１から第４図の波形イ
で示す信号が、また、照射窓１２から第４図の波
形ロで示す信号が夫々送出され（各波形におい
て、Ｐは基準光、Ｍは測定光を示す）、入射窓２
１を介してセンサ２５に第４図の波形ハで示す信
号が検出される（波形において、Rn，Mnは多重
散乱による基準光、測定光であり、Rt，Mtは透
過による基準光、測定光である）。そして、セン
サ２５から、Rn信号、Mn信号、Rt信号、Mt信
号からなる時系列信号が出力され、次段の処理回
路で信号処理がなされると共に坪量信号を得て補
償演算がなされて、水分量や水分率に比例した信
号が得られる。 一方、ギヤツプが変化した場合、Rn／Rt信号
は第５図のようになる。第５図は、基準ギヤツプ
からの変化に対するRn／Rt信号の変化量を示し
たものであつて、遮光板２４の径をパラメータと
している。第５図において、縦軸はRn／Rt信号
の変化量、横軸はギヤツプの変化量を夫々示し、
パラメータφ_１〜φ_３はφ_１＜φ_２＜φ_３の関係
にある。第５図から明らかなように、遮光板２４
の径を大きくするにつれRn／Rt信号の変化量が
少さくなる。即ち、ギヤツプの変化に対して
Rn／Rt信号の影響が小さくなる。 これについて以下のように考えることができ
る。 Rn信号の特性は、多重散乱作用による光量の
減衰が大きいため、遮光板２４の設置による影響
があまりみられず、第３図におけると同様に、ギ
ヤツプを小にするにつれて信号量が小さくなる特
性を示す。 一方、Rt信号の特性は、遮光板２４設置によ
つて変る。この点について、第６図及び第７図
（第６図のニ−ニ断面図拡大図）を参照して説明
する。 第６図及び第７図は、上・下ヘツドのギヤツプ
と入射窓を通過する光量の関係の説明図である。
第７図において、説明の都合上、光源を点光源Ｐ
として説明する。遮光板２４が入射窓２１のほぼ
中心に設置されているため、光源Ｐからの輻射エ
ネルギーの最も強い部分が遮られる。このためセ
ンサ２５で検出されるRt信号の大きさは、光源
Ｐとセンサ２５との距離よりも、実際に光束が通
過する入射窓２１における広さＳ（以下有効面積
という。第７図鎖線で示した部分）の影響を強く
受ける。即ち、有効面積Ｓが広ければそれだけ光
束の通過量が多いということになり、検出信号量
が大きくなる。ところで、有効面積Ｓは、第６図
から明らかなように、光源Ｐからの光束が照射窓
１２で絞られているため、基準ギヤツプx₀より小
さいギヤツプにおいて狭く、それより大きいギヤ
ツプにおいて広くなる。したがつて、Rt信号も
Rn信号と同様に、ギヤツプを小さくすると信号
量が小さくなる特性を示す。 このように、Rn信号及びRt信号が同様な特性
を示すため、２つの信号を除算したRn／Rt信号
は上述したように、ギヤツプの変化による影響が
小さい。 なお、上記実施例において、遮光板２４をレン
ズ２３の上に設置したが、遮光板２４をレンズ２
３とセンサ２５の間に設置しても、上記実施例に
おけると同様な作用効果を得ることができる。 以上詳しく説明したように、本発明の測定装置
によれば、Rt信号が上・下ヘツドのギヤツプが
小さくなるにつれて減少する特性、即ち、Rn信
号に類以する特性をもたせているため、透過率補
償演算信号であるRn／Rt信号が安定して得るこ
とができ、もつて、精度の良い水分量等の測定を
することができるようになつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例による測定装置の
構成説明図、第２図のイ，ロ及びハは、第１図の
イ−イ、ロ−ロ及びハ−ハの断面図、第３図は
Rn信号及びRt信号の特性図、第４図は、第１図
の装置における各信号の説明図、第５図は、第１
図の装置におけるRn／Rt信号の特性図、第６図
及び第７図は、第１図の装置の動作説明図であ
る。 １０……上ヘツド、１１及び１２……照射窓、
２０……下ヘツド、２１……入射窓、１３及び２
２……反射被膜、２３，５１，５２……レンズ、
４０……回転セクタ、４１及び４２……光学フイ
ルタ（貫通穴）、５０……ランプ、２３，５１及
び５２……レンズ、２４……遮光板、５３……ミ
ラー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 上ヘツド又は下ヘツドのいずれか一方に第１
   および第２の照射窓を設け他方に前記第２照射窓
   と互いに中心軸が一致する入射窓を設け、前記
   上・下ヘツドを対向配置して形成される間隙にシ
   ート状の紙を流し、前記第１の照射窓と入射窓で
   前記紙と光が複数回透過散乱を繰り返すような構
   造にして多重散乱形の光学系を構成すると共に、
   前記第２の照射窓と入射窓で前記紙を光が一回透
   過するような構造にして透過形の光学系を構成
   し、かつ、前記紙に水分によつて吸収される波長
   領域の光である測定光と水分によつて吸収されな
   い波長領域の光である基準光とを前記第１および
   第２の照射窓から照射し、前記紙と相互作用をも
   つた前記測定光および基準光を前記入射窓を介し
   て光感応素子に導いて検出し、多重散乱形の光学
   系で得られる測定信号Mnおよび基準信号Rn並び
   に透過形の光学系で得られる基準信号Rtを入力
   としてMn／Rn信号およびRn／Rt信号を作成
   し、該Mn／Rn信号をRn／Rt信号で補償するこ
   とによつて前記紙を光が透過する際の透過率変動
   の影響を補償する演算を行ない、該演算で得られ
   たMn／Rn信号から前記紙に含まれている水分量
   もしくは水分率を測定する装置において、 前記入射窓のほぼ中心線上に設けられ前記入射
   窓を通過する光の一部を遮る遮光板を具備するこ
   とを特徴とする紙の水分量もしくは水分率を測定
   する装置。