JPS61500931A - 紙に含まれる水分の百分率を測定するための赤外線放射測定器 - Google Patents
紙に含まれる水分の百分率を測定するための赤外線放射測定器Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
紙に含まれる水分の百分率を測定するための赤外線放射測定器技術分野
本発明は、水分の割合、すなわち、繊維要素−可変の赤外線放射散乱特性を宵し
、そしてカーボンブラックのような可変量の広帯域の赤外線放射吸収体も含む−
を有する移動中の紙に含まれる水分の百分率をα)定するための赤外線放射方法
及び赤外線放射波!2に関するものである。
より詳細には、本発明は、紙に照射された2組の赤外線放射波長が可変の散乱特
性によりてほぼ同じ程度形eをうけそして、また、可変量の広帯15吸収体によ
ってほぼ同じ程度影響をうける方法及び装置に関するものである。第1組の岐長
二=、繊維要素に対しでほぼ同じ吸収係数を有するが、紙に含まれている水分に
対して相当具なる吸収係数を示す、第2組の波長は、紙に含まれる水分に対して
ほぼ同じ吸収係数を育するが、繊維要素に対して相当具なる吸収係数を示す、こ
れらの波長を有する紙からの放射が検出されそりで処理され、水分の割合すなわ
ち水分の百分率を示し且っ散乱特性の変化及び広帯¥X吸収体の量の変化に実質
的に独立である応答を住する。
背景技術
水分の割合、すなわち紙に含まれる水分の百分率を測定するために2Allの赤
外線放射波長を用いている方法及び装置がブラントン(Brunton )に付
与された米国特許*3.405.268号に記載されてぃPu1p and P
aper Manufacturer)の1967年5月1o日号の108頁、
109頁、114頁、116頁、117頁におけるブラントン(Brunton
)による1紙産業における水分の測定7(門easurement of 1
1oisture in the Paper Industry) ’という
名称の論文に記述されているように修正されている。
可変の散乱特性を有する紙に含まれている水分を測定するという問題は、ホワー
スH1owarth )に付与された米国特許第3,793.524′号、ダー
リン(Dahlin)等に付与された米国特許第3,851.175号、チ雪−
(Cho)に付与された米国特許第4.052.615号に特に取り上げられて
いる。これらの特許に開示さ°れた技術は、可変の散乱効果によって生じる誤差
°を減少させるが、可変のカーボンブランクの含有によって誤差を増加させるこ
とがある。
可変のカーボンブラックを含有する紙の水分を測定する間Hは、チェイス(Ch
ase )に付与された米国特許第4,306.151号に特に取り上げられて
いる。この特許に開示された技術は、カーボン含有誤差を減少させるけれども、
可変の散乱効果による誤差を増加させることがある。
ウィリアムス(讐i11iams)に付与された米国特許第4,085,320
号は、可変量のカーボンプランクモして/又はプラスチックフィルム中の酸化チ
タニウムのような可変量の散乱物質という二重の問題を取り扱うており、このプ
ラスチックのフィルムの厚さは、このフィルムの裏側からの赤外・線反射によっ
て測定される。そのような反射技術は、紙の水分の測定には一般的に通用されな
い。
ミンチエル(Mitchell)に付与された米国特許第3,551.678号
によれば、カーボンブランクの足が過剰でない限り、可変散乱特性及び紙に含ま
れている可変量のカーボンブランクの問題のうち1つ又は両方かのいずれかを取
り扱う理論的な能力をもつ方法及び装置が開示されている。しかし、開示された
方法において、特にそのような装置がうける厳−い産業上の環境においてその発
明を実現する困難さによって、一般的に理論的な利点が実現されないできている
。
発明の開示
本発明によれば、水分の割合すなわち繊維要素を含んでいる移動中の紙に含まれ
た水分の百分率を夕1定するための方法及び手段が提供されていて、この繊維要
素は、可変の赤外線放射散乱特性及び可変量の広帯域赤外線放射吸収体を含んで
いる。この発明は、方法の段階及び装置の要素から成っており、この装置が可変
散乱特性によってほぼ同じ程度影響され且つ可変量の広帯域吸収体によってほぼ
同じ程度影響される2組の赤外線放射波長を紙に照射して、第1組は、&111
w1要素に対しほぼ同じ吸収係数を有するが紙に含まれている水分に対して相当
具なる吸収係数を有する波長を含んでいて、第2組は、紙に含まれている水分に
対してほぼ同じ吸収係数を有するが繊維要素に対して相当に異なる吸収係数を存
する波長を含んでいる。
本発明は、更に、紙から放射物を検出し、第1組において検出された放射物につ
いての通過物の比の関数を形成して紙に含まれた水分に対する第1の応答を生し
させ、この第1の応答は、散乱特性及び繊維要素の広帯域吸収体の内容に従属す
る第1の誤差関数を含んでいて、第2組において検出された放射物についての通
過物の比の関数を形成して繊維要素に対する第2の応答を生じさせる。第2の口
答は、散乱特性及び繊維要素の広帯域吸収体の内容に従2するほぼ第1の誤差関
数と等しくなり、また紙に含まれている水分量に従属する昂2の誤差関数を含ん
でいて、第1の応答及び第2の応答について比の関数を形成して第1の誤差関数
に実質的に独立であるが第2の誤差関数に従属する第3の応答を生じさせ、そし
て?、4の応答を生じさせる。この纂4の応答は、第3の応答の関数であり、第
2の誤差関数に従って校正され、水分の割合すなわち紙に含まれている水分の百
分率を示し、第1の誤差関数及び第2の誤差関数に実質的に独立でありそして散
乱特性の変化及び広帯域吸収体oHの変化に実質的に独立である。
図面のP411華な説明
第1図は、本発明の代表的な実施例であり、代表的な構成要素及び代表的な情報
処理手順を示す図、第2図は、波長の関数として水及びセルロースの赤外線放射
吸収係数のセミロング表示であり、本発明を実行するために波長の選択の方法を
示す図である。
発明を実施するための最良の形態
第1図について説明する。数字10は、紙製造機によって連続して生産されてい
る移動中の紙を示す、一般的S:、紙10の表示部分がカレンダ・スタック(図
示せず)から最柊部(図示せず)まで矢印12の方向に移動する。
水分の割合、すなわち紙10に含まれる水分の百分率は、ソース手段14及び検
出器手段16からなる赤外線放射測定装置シュよって測定される。このソース手
段14は、2組18.20の赤外線放射波長を紙10に關射する。
一般的に、第1組18は、1.83ミクロンの波長22及び1.93ミクロンの
波長24を有している。第2組20は、1.89ミクロンの波長26及び2.1
2 ミクロンの波長28を有している。波長の全範囲は、このように一般的に、
0.3ミクロン以内である。1IE10が、例えば米国特許第3.793,52
4号、第3,851.175号、及び第4,052,615号に記述された理由
に対する可変散乱特性を有するけれども、これらの波長は、紙の繊維の散乱構造
の性質及び大きさにより、散乱特性の変化によってほぼ同じ程度形iZされる。
同様に、これらの波長は、繊維内に含まれている可変最の広帯域の吸収体、代表
的には、カーボンブランクによってほぼ同じ程度影響される。
第2図において、曲線30は、ミクロン単位の赤外線波長の関数として水(単位
は一/g)の吸収係数を示し、曲線32は、同様に繊維質の吸収係数を示す。
交点、34.36で示されるように、第1組の波長22及び24(1,83ミク
ロン及び1.93ミクロン)は、セルロース(繊維)要素に対してほぼ同じ吸収
係数を有している。しかし、交点38゜40で示されるように、これらの波長は
、紙に含まれている水分に対して実質的に異なる吸収係数を有している。
交点42.44で示されるように、第2組の波長26及び28’(1,89ミク
ロン及び2.12ミクロン)は、紙に含まれる水分に対しでほぼ同じ吸収係数を
存している。′−かし、交点46.487示されるように、これらの波長は、セ
ルロース(繊維)要素に対して実質的に異なった係数を有している。
第1図において、放射物22,24.26.28は、検出器手段16によって検
出される。この検出器手段16zよ、一対のデータ獲得システム50であって、
このデータ1隻得システムsob:、シュトルム(Sturm )に付与された
米国特許第4,300,049号に記載されている装置に類似している。データ
獲得/ステム5oは、それぞれの波長22.24,26.28で検出された放射
物の透過度を示す応答52.54.56.58を生じさせる。各々の透過値は、
紙10を放射径路に面かないで検出器手段に透過した放射強度に対して、紙10
を逍切な位置に置いたとき検出器手段16に透過した放射強度の比を示す、応答
52,54.56.58によって指示された透過(11!は、電気信号の形態で
あるか又はデジタルコンピュータの記憶装置に蓄積される数の形態であるかのい
ずれかの形態で通常与えられている。
GOにおいて、第1組18で検出された放射物の透過度の比の関数が形成され、
紙10に含まれた水分に対する第1の応答62を生ずる。この第1の応答62は
、一般的に数学的に次式で示される。
R1,B5
一1=aW本 f(F) llI
八1へ93
ここでRは、基準波長1.83ミクロンの透過度を示し、1.83
Aよ、、3は、水の吸収波長1.93ミクロンの透過度を示し、aは、校正にお
いて決定される定数を示し、Wは、紙10に含まれている水分の単位面積当りの
重さを示し、モしてf (F)は、ff1lの誤差関数を示し、散乱特性及び紙
の繊維要素の広帯域吸収体(例えば、カーボン)の含有kに従兄する。
関数が形成されて紙に含まれた繊維要素に対する第2の応答を生じる。この第2
の応答は、一般的に次の式で数学的に示される。
R1,8G
−−1−b (F+6W) * f(F) (21^2.12
ここでRは、基準波長1.89ミクロンの透過度であり、1.89
A は、セルロース繊維の吸収波長2.12ミクロンの透過度で2.12
あり、bは、校正で決定される定数であり、Fは、単位面積当りの繊維itaで
あり、 【(F)は、以前に定哀した第1の誤差関数と実質的に間じてあり、そ
してδWは、紙に含まれる水分最に従属する第2の誤差関数である。
誤差関数δWは、゛はぼ必然的である。なぜならば、明らかに波長について可能
な最善の選択が、特に点42(第2図)(同様に点44)によって示されるよう
に、繊維(セルロース) ij’l定において水に独立性を与えるために行なわ
れるけれども、装置は、水の吸収帯域の傾きで動作しているからである。
再び第1図を参照して、第1の応答62と第2の応答66の比の関数が68にお
いて形成されて第3の応答G「が生じる。この第3の応答Grは、第1の誤差関
数f (W)に実質的に独立であるが第2の誤差関数δWに従兄する。すなわち
、
Gr舞 □ (3)
b (FふδW)
斤量、すなわち紙の単位面積当りの全重量は、繊維及び水のff1fの和FEW
にほぼ等しく、そしてこれ故に■
FEW )”+W
ここで九Fは、紙に含まれる繊維の百分率であり、モして%Mは、水分の百分率
である。
δ−1−δ′と置いて、
9l6M廖□ (6)
第1図に示されるように、方程式(6)の計g:よ、70で行なわれる。
第3の応答Grは、校正定数a、b、δ′と共に使用されて第4の応答72を生
じる。この第40応答72は、?3の応答叶の関数であり、そして第2の誤差関
数δWに従って校正される。応答72は、水分の割合、すなわち紙に含まれる水
分の百分率%Mを示す、この水分の百分率%Mは、第1の誤差関数及び第2の誤
差関数に実質的に独立であり、モして散乱特性の変化及び広帯域吸収体の量の変
化に実質的に独立である。
装置の)ス正時に、方程式f6iを子くの実際O紙のサンプルに対しで実験室で
決定された水分値に最善に適合させる定数値a、b、δ′を決定するために、デ
ジタルコンピュータ用のプログラムが反復ソで使用される。
本発明が特定の手順及び特定の装置によって記述されているけれども、多くの変
更及び修正が本発明の精神及び範凹から逸脱することなくされるので、この記述
は、説明するためにのみされており制限するためのものではない。
国 際 $I を 報 告
1、、PC?10585100(151[TOτrsX ZNT”□λτ工CU
山5EAR(2! 対)OR丁0NT6r !1Iore details a
bOuy ?h4* m−+wmw −
Claims (4)
- 1.繊維要素が可変の赤外線放射散乱特性を有し且つ可変量の広帯域赤外線放射 吸収体を含んでおり、水分の割合、すなわち、前記繊維要素を含んでいる移動中 の紙に含まれた水分の百分率を測定するための方法こおいて、 可変の散乱特性によってほぼ同じ程度影響されそして、さらに、可変量の広帯域 吸収体によってほぼ同じ程度影響される2組の赤外線放射波長を前記紙に照射し 、 第1組が前記繊維要素に対してほぼ同じ吸収係数を有するが前記紙に含まれた水 分に対して相当異なった吸収係数を有する波長を含んでおり、 第2組が前記紙に含まれた水分に対してほぼ同じ吸収係数を有するが前記繊維要 素に対して相当異なった吸収係数を有する波長を含んでおり、 前記紙から放射物を検出し、 前記第1組において検出された放射物の透過度の比の関数を形成して、前記紙に 含まれた水分に対して散乱特性及び繊維要素の広帯域吸収体の含有量に従属する 第1の誤差関数を含んでいる第1の応答を生じさせ、 前記第2組において検出された放射物の透過度の比の関数を形成して、前記繊維 要素に対して散乱特性及び繊維要素の広帯域吸収体の含有量に従属する実質的に 同一な第1の誤差関数を含み且つ前記紙に含まれた水分の量に従属する第2の誤 差関数を含んでいる第2の応答を生じさせ、 前記第1の応答及び第2の応答の比の関数を形成し、前記第1の誤差関数に実質 的に独立であり且つ前記第2の誤差関数に従属する第3の応答を生じさせ、 前記第3の応答の関数であり、前記第2の誤差関数に従つて校正され、水分の割 合すなわち前記紙に含まれている水分の百分率を示しており、更に、前記第1の 誤差信号及び第2の誤差信号に実質的に建立であり且つ散乱特性の変化及び広帯 域吸収体の量の変化に実質的に独立である第4の応答を生じさせることを特徴と する方法。
- 2.前記第1組の赤外線波長が約1.83ミクロン及び1.93ミクロンであり 、そして前記第2組の赤外線波長が約1.89ミクロン及び2.12ミクロンで ある特許請求の範囲第1項記載の方法。
- 3.繊維要素が可変の赤外線放射散乱特性を有し且つ可変量の広帯域赤外線放射 吸収体を含んでおり、水分の割合、すなわち前記繊維要素を含んでいる移動中の 紙に含まれた水分の百分率を測定するための装置において、 可変の散乱特性によってはぼ同じ程度影響されそして、さらに、可変量の広帯域 吸収体によってほぼ同じ程度影響される2組の赤外線放射波長を前記紙に照射す るための手段と、前記繊維要素に対してほぼ同じ吸収係数を有するが前記紙に含 まれた水分に対して相当異なった吸収係数を有する波長を含んでいる第1組と、 前記紙に含まれた水分に対してほぼ同じ吸収係数を有するが前記繊維要素に対し て相当異なった吸収係数を有する波長を含んでいる第2組と、 前記紙から放射物を検出するための手段と、前記第1組において検出された放射 物の透過度の比の関数を形成して、前記紙に含まれた水分に対して散乱特性及び 繊維要素の広帯域吸収体の含有量に従属する第1の誤差関数を含んでいる第1の 応答を生じさせるための手段と、 前記第2組において検出された放射物の透過度の比の関数を形成して、前記繊維 要素に対して散乱特性及び繊維要素の広帯域吸収体の含有量に従属する実質的に 同一な第1の誤差関数を含み且つ前記紙に含まれた水分の量に従属する第2の誤 差関数を含んでいる第2の応答を生じさせるための手段と、前記第1の応答及び 第2の応答の比の関数を形成し、前記第1の誤差関数に実質的に独立であり且つ 前記第2の誤差関数に従属する第3の応答を生じさせるための手段と、前記第3 の応答の関数であり、前記第2の誤差関数に従って校正され、水分の割合すなわ ち前記紙に含まれている水分の百分率を示しており、更に、前記第1の誤差信号 及び第2の誤差信号に実質的に独立であり且つ散乱特性の変化及び広帯域吸収体 の量の変化に実質的に建立である第4の応答を生じさせるための手段とを備える ことを特徴とする装置。
- 4.前記第1組の赤外線波長が約1.83ミクロン及び1.93ミクロンであり 、そして第2組の赤外線波長が約1.89ミクロン及び2.12ミクロンである 特許請求の範囲第3項記載の装置。
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