RU2321843C2

RU2321843C2 - Paper fiber humidity and mass ir detector

Info

Publication number: RU2321843C2
Application number: RU2003118929/28A
Authority: RU
Inventors: Валерий Георгиевич Белкин (BY); Валерий Георгиевич Белкин; Леонид Николаевич Василевич (BY); Леонид Николаевич Василевич; Иосиф Антонович Титовицкий (BY); Иосиф Антонович Титовицкий
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Аквар-систем"
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2008-04-10

Abstract

FIELD: measuring technique.

SUBSTANCE: IR detector can be used for measuring humidity and mass of paper fiber. IR detector has IR radiation source, collimator, modulator-monochromator and light guide. Integrating sphere provided with IR radiation photoreceiver is disposed at output of light guide. IR radiation photoreceiver is connected with microprocessor processing unit. Light guide is made in form of truncate done with mirror side surface. Photoreceiver provides high level of signal-to-noise ration.

EFFECT: improved precision of measurements.

2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для измерения влажности и массы бумажного полотна и может найти применение в целлюлозно-бумажной и химической промышленности для измерения влажности и массы листовых материалов.The invention relates to devices for measuring moisture and mass of paper web and can find application in the pulp and paper and chemical industries for measuring moisture and mass of sheet materials.

Широко известны инфракрасные влагомеры, используемые для измерения влажности листовых материалов [1]. Однако при измерении влажности бумажного полотна такими влагомерами приходится использовать мощные источники излучения, так как бумажное полотно сильно рассеивает ИК излучение, а фотоприемники ИК излучения имеют низкую чувствительность.The infrared moisture meters used to measure the moisture content of sheet materials are widely known [1]. However, when measuring the moisture content of the paper web with such moisture meters, one has to use powerful radiation sources, since the paper web strongly scatters IR radiation, and infrared photodetectors have low sensitivity.

Известен датчик влажности и массы бумажного полотна [2], включающий источник ИК излучения, коллиматор, модулятор-монохроматор, световод, на выходе которого расположена интегрирующая сфера с фотоприемником ИК излучения, связанным с микропроцессорным блоком обработки. Недостатком этого датчика является низкая чувствительность, обусловленная малой степенью концентрации рассеянного ИК излучения на поверхности интегрирующей сферы. Поэтому для повышения точности измерений приходится увеличивать мощность источника ИК излучения, что приводит к значительному уменьшению его срока службы. Кроме того, мощный источник ИК излучения при малой скорости движения бумажного полотна испаряет часть влаги, что приводит к ошибке измерений влажности.Known humidity sensor and the mass of the paper web [2], including a source of infrared radiation, a collimator, a modulator-monochromator, a light guide, the output of which is an integrating sphere with a photodetector of infrared radiation associated with a microprocessor processing unit. The disadvantage of this sensor is its low sensitivity, due to the low concentration of scattered IR radiation on the surface of the integrating sphere. Therefore, to increase the accuracy of measurements, it is necessary to increase the power of the IR radiation source, which leads to a significant decrease in its service life. In addition, a powerful source of IR radiation at a low speed of movement of the paper web evaporates part of the moisture, which leads to an error in the measurement of humidity.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности измерений влажности и массы бумажного полотна.The task of the invention is to improve the accuracy of measurements of moisture and mass of the paper web.

Задача решается следующим образом.The problem is solved as follows.

В инфракрасном датчике влажности и массы бумажного полотна, включающем источник ИК излучения, коллиматор, модулятор-монохроматор и световод, на выходе которого расположена интегрирующая сфера с фотоприемником ИК излучения, связанным с микропроцессорным блоком обработки, световод выполнен в виде усеченного конуса с зеркальной боковой поверхностью, при этом выходное окно световода в 3-5 раз меньше входного. Это обеспечивает повышение точности измерений за счет повышения концентрации ИК излучения на фотоприемнике, так как используется интегрирующая сфера с меньшим диаметром.In the infrared humidity and mass sensor of the paper web, which includes an IR radiation source, a collimator, a monochromator modulator and a light guide, at the output of which there is an integrating sphere with an infrared photodetector connected to a microprocessor processing unit, the light guide is made in the form of a truncated cone with a mirror side surface, while the output window of the fiber is 3-5 times smaller than the input. This provides increased measurement accuracy by increasing the concentration of infrared radiation at the photodetector, since an integrating sphere with a smaller diameter is used.

На фиг.1 изображена блок - схема предлагаемого датчика влажности и массы для бумажного полотна плотностью более 50 г/м², на фиг.2 - то же, для бумажного полотна плотностью менее 50 г/м².Figure 1 shows a block diagram of the proposed humidity and mass sensor for a paper web with a density of more than 50 g / m ² , figure 2 is the same for a paper web with a density of less than 50 g / m ² .

Инфракрасный датчик влажности и массы для бумажного полотна плотностью более 50 г/м² (фиг.1) состоит из корпуса излучателя 1 и корпуса приемника 2, расположенных друг над другом с зазором для прохождения бумажного полотна 10. В корпусе излучателя установлены источник ИК излучения 3, зеркально-линзовый коллиматор 4, модулятор-монохроматор 5 с интерференционными фильтрами. В корпусе приемника 2 установлены конический световод 6 с зеркальной боковой поверхностью, интегрирующая сфера 7 с фотоприемником ИК излучения 8 и микропроцессорный блок обработки 9.An infrared humidity and mass sensor for a paper web with a density of more than 50 g / m ² (Fig. 1) consists of a housing of the emitter 1 and a housing of the receiver 2, located one above the other with a gap for the passage of the paper web 10. An infrared source 3 is installed in the housing of the emitter 3 , mirror-lens collimator 4, modulator-monochromator 5 with interference filters. A conical fiber 6 with a mirrored side surface, an integrating sphere 7 with a photodetector of IR radiation 8, and a microprocessor processing unit 9 are installed in the receiver body 2.

В датчике на фиг.2 для измерения бумажного полотна менее 50 г/м² ось коллиматора и конического световода смещены относительно друг друга так, чтобы ИК излучение, рассеянное бумагой, попадало в конический световод только после отражения от зеркал 11, установленных на приемнике и излучателе.In the sensor of FIG. 2 for measuring paper web of less than 50 g / m ^{2, the} axis of the collimator and the conical fiber are offset relative to each other so that the IR radiation scattered by the paper enters the conical fiber only after reflection from the mirrors 11 mounted on the receiver and emitter .

Предлагаемый датчик влажности и массы бумажного полотна работает следующим образом.The proposed sensor moisture and mass of the paper web is as follows.

ИК излучение от источника 3 по очереди проходит через интерференционные фильтры, установленные на вращающемся диске модулятора-монохроматора 5. Прошедшее излучение, соответствующее линиям поглощения и пропускания воды и целлюлозы, направляется коллиматором 4 на бумажное полотно 10. ИК излучение, рассеянное в телесном угле ~180° попадает на основание конического световода 6, через зеркальную боковую поверхность которого в интегрирующую сферу 7 проходит излучение, рассеянное в определенном телесном угле, определяемом геометрическими размерами световода 6. Прошедшее излучение равномерно засвечивает поверхность сферы 7 и фотоприемник 8, установленный в выходном окне сферы. Сигналы от фотоприемника, соответствующие линиям поглощения и пропускания, усиливаются и обрабатываются в микропроцессорном блоке обработки 9, где по соотношению коэффициентов пропускания и по специализированному алгоритму, основанному на теории рассеяния Кубелка-Мунка, рассчитывается влажность и масса бумажного полотна 10. При этом выходное окно в коническом световоде 6 в 3÷5 раз меньше входного, диаметр которого такой же, как и в прототипе, то и диаметр интегрирующей сферы 7 в 3÷5 раз меньше, чем у прототипа. Вследствие этого освещенность поверхности интегрирующей сферы выше, чем в прототипе, и поэтому обеспечивается более высокое отношение сигнал/шум и увеличивается точность измерения влажности и массы бумажного полотна.IR radiation from source 3 passes in turn through interference filters mounted on a rotating disk of a monochromator-modulator 5. The transmitted radiation corresponding to the absorption and transmission lines of water and cellulose is directed by collimator 4 to paper web 10. IR radiation scattered in solid angle ~ 180 ° enters the base of the conical fiber 6, through the mirror lateral surface of which the radiation scattered in a certain solid angle determined by geometric dimensions passes into the integrating sphere 7 fiber 6. The transmitted radiation uniformly illuminates the surface of the sphere 7 and the photodetector 8 installed in the output window of the sphere. The signals from the photodetector, corresponding to the absorption and transmission lines, are amplified and processed in the microprocessor processing unit 9, where the humidity and mass of the paper web 10 are calculated by the ratio of transmission coefficients and a specialized algorithm based on the Kubelka-Munk theory of scattering. the conical fiber 6 is 3 ÷ 5 times less than the input, the diameter of which is the same as in the prototype, then the diameter of the integrating sphere 7 is 3 ÷ 5 times less than that of the prototype. As a result of this, the illumination of the surface of the integrating sphere is higher than in the prototype, and therefore, a higher signal-to-noise ratio is provided and the accuracy of measuring moisture and mass of the paper web is increased.

Таким образом, выполнение световода приемника в виде усеченного конуса с зеркальной боковой поверхностью повышает точность инфракрасного датчика влажности и массы бумажного полотна.Thus, the implementation of the receiver fiber in the form of a truncated cone with a mirrored side surface increases the accuracy of the infrared humidity sensor and the mass of the paper web.

Источники информации:Information sources:

1. Мутихинов М., Мусаев Э.С."Оптические методы и устройства контроля влажности", М., Энергоатомиздат, 1986.1. Mutikhinov M., Musaev ES "Optical methods and humidity control devices", M., Energoatomizdat, 1986.

2. Каталог фирмы Neles Automation. Product №A416192, 2000 (прототип).2. Catalog of the Neles Automation company. Product No. A416192, 2000 (prototype).

3. RU 2022257 C1, 1994.3. RU 2022257 C1, 1994.

4. RU 2009472 C1, 1994.4. RU 2009 472 C1, 1994.

5. US 3551678 A, 1970.5. US 3,551,678 A, 1970.

Claims

An infrared humidity and mass sensor of the paper web, including an IR radiation source, a collimator, a monochromator modulator and a light guide, the output of which is an integrating sphere with an infrared photodetector connected to a microprocessor processing unit, characterized in that the light guide is made in the form of a truncated cone with a mirrored side surface, while the output window of the fiber is 3-5 times smaller than the input.