SE440405B - Anordning for bestemning av riktningsfordelningen av fibrer i planet for ett dukformigt material - Google Patents

Description

7901903-0 ledder, t.ex. genom den s.k. zero-span-metoden. Liksom vid de ovannämnda metoderna är denna metod tidskrävande ooh kan endast tillämpas på uttagna provbitar, varför kontroll på en löpande bana knappast låter sig göra i praktiken. Üptiska metoder byggda på laserteknik har kommit till an- vändning, hittills i begränsad omfattning, vilket framgår av ref. 19-22.

'Utgångspunkten för uppfinningen har varit inseendet av ett behov av att kunna under drift kontrollera riktningsfördel- ningen av fibrerna vid framställning av dukformiga material.

Problemet är till stora delar detsamma, vare sig framställningen sker i form av utläggning av en uppslamning på en vira eller om utläggningen sker torrt och fibrerna därefter sammanfogas, såsom är vanligt vid framställning av vissa fibertyger.

Grundläggande för díffraktionsfenomenen är att en struktur, t.ex. ett gitter, kommer att sprida elektromagnetisk strålning med en större vinkel, ju finare gitterstrukturen är. En enstaka fiber kan ur strålningens våglängds synpunkt betraktas som oänd- ligt lång och kommer därvid, om den påstrålas av en elektromagne- tisk våg, att sprida strålning vinkelrätt mot sin egen riktning, medan i fiberns längdriktning i huvudsak ingen strålning kommer att spridas. Dm ett dukformigt material genomstrålas, kommer man att på motsatta sidan mot ljuskällan få ett mönster, som åtmin- stone i huvudsak utgöres av summan av spridningsbidragen från alla de påstrålade fibrerna. Üm vi då bortser från de allra minsta - spridningsvinklarna, så kommer man att i ett detektionsplan få en diffraktionsbild, som ger information om fibrernasstatistiska orienteringsfördelning. Dm fiberfördelningen är helt slumpmässig, kommer man att få ett helt symmetriskt mönster, men om fördelning- en utmärker sig för att många fler fibrer ligger i en viss rikt- ning (maskinriktningen), så kommer mera strålning att föreligga i riktningar som är vinkelräta eller nära vinkelräta mot denna riktning.

Enligt uppfinningen är det nu möjligt att anordna en op- Liok utrustning med en loser på ena sidan om det undersökta ma- terialet och en detektor på den andra, varvid den odiffrakterade strålningen på den andra sidan bildar en symmetriaxel, mot vilken ett detektionsplan är vinkelrätt. 7901905-0 En För ändamålet särskilt uppFunnen detektionsanordning kan nu under Försummande av den intensitetsmässigt dominerande, odiffrakterade strålningen ditferentiellt detektera den spridda strålningen, därigenom att detektionsanordningen nar minst två olika, ljuskänsliga områden, varigenom det di¥¥rakterade ljuset samtidigt kan detekteras För två olika spridningsriktningar, som i törhällande till den nämnda symmetriaxeln är vridningsvis för- skjutna.

Upp¥inningens¥ördelar och egenskaper, som kommer att närmare utläggas i samband med ett särskilt utföringsexempel, erhålles genom en anordning enligt patentkrav 1. Fördelaktiga utFörings¥ormer Framgår av underkraven.

En närmare ¥örklaring kommer nu att lämnas med utgångs- punkt ¥rån ett uttöringsexempel, åskådliggjort genom Figurerna.

Fig. 1 visar en anordning med en laser på ena sidan om ett fiber- material och en detektorenhet på den andra. Fig. 2 visar en ut- Föringsform av en differential-detektor. Fig. 3 visar ett block- suhema över till anordningen hörande elektroniska kretsar.

Det i Fig. 1 visade exemplet inneFattar en rörlig bana 3 av ett material som skall undersökas på det upp¥innings¶ässiga sättet. Banan 3 löper över ett glidbleck 2 och tremdrages i en icke visad maskin, som vanligen är den maskin, där banan till- verkas. På en pappersmaskin kan anordningen exempelvis vara pla- cerad omedelbart innan den ¥ärdiga banan upprullas. En laser 1 avger en kollimerad och koherent ljusstråle 12. Det år viktigt att strålen är en laserstråle på grund av att det utkommande ljuset då är välkollimerat, koherent ovh monokromatiskt. Sedan strålen passerat banan 3, kommer den tillsammans med på grund av spridning något avböjt ljus att passera in i en kammare 4 via ett ljustílter 5. På grund av att laserljuset är monokromatiskt, kan filtrets passband hållas mycket smalt, vilket med¥ör att inverkan av lokalens belysning blir försumbar. Företrädesvis är tiltret ett interFerensFilter, i vårt Fall av modell Ûriel U 572 (6328 Ångström).

Av praktiska skål ligger Före Filtret en icke visad irisbländare.

På ett avstånd av ungefär 32 cm innanför ïíltret tinnes en hållare 5 upptagande en speciell fotondetektor 7 och en bländare 8 i nu nämnd ordning. Då Fotondetektorns konstruktion är viktig tör upptinningen, skall den nu närmare beskrivas i anslutning till iig. 2. 7901903-0 Som Framgår av Fig. 2, är detektorn en rund skiva med ett genomgående häl 11 i mitten, avsett För den ospridda delen av laserstrålen, så att denna kan passera igenom. Den övriga delen av skivan är uppdelad i åtta likstora cirkelsektorer 13.

Detektorn är i princip en Fotocell av spärrskiktstyp. I princip består den av en halvledarskiva, som på ena sidan, näm- ligen baksidan enligt Figuren, är Försedd med ett ledande skikt, och på Framsidan med ett genomskinligt, ledande skikt, som är upp- delat i de nämnda sektorerna. Um ljus inkommer mot det genomskin- liga, ledande skiktet, kommer en elektrisk spänning att uppstå mellan baksidesskiktet och det ledande, genomskinliga skiktet.

Som Framgår av Fig. 2, Finnes i detektoranordningen 7 ledningar anordnade till var och en av sektorerna 13 av det ledande skíktet.

Sektorerna är givetvis isolerade Från varandra. Vid det här visade exemplet är Fyra av sektorerna parvis sammankopplade, medan de övriga ej utnyttjas. De båda sammankopplade paren av sektorer är kopplade till var sin utgångsledning betecknade MR resp. TMR (mot- svarande maskinriktningen resp. tvärs maskinriktningen i den i an- vändning varande utFöringsFormen).

Sektordetektorn 7 har på beställning speciellt tillverkats För ändamålet hos Solar Systems Inc., 5124 Central Park Ave., Skokie, Illinois, USA.

Som Framgår av Fig. 1, Fortsätter den odiFFrakterade strål- en 12 genom detektorns 7 mitthål 11 genom bländaren 5 och en yt- terligare bländare 9 till en konventionell Fotodetektor 10, vilken lämnar en mot den transmitterade ljusandelen svarande signal. il Fig. 3 visas ett blockschema av tillhörande elektronik och display-anordningar. Fotoströmmarna Från utgångarna MR och TMR samt Från detektorn 10 intages på var sin diFFerentialFör- stärkare 31, 32, 33, av konventionell integrerad typ. Direkta utgångar PCX, PCY och PCTRANS Finnes Från dessa, vilka ger momen- tantvärden För både den diFFerentiella spridningen och För banans transmissionsFörmåga. De båda Förstnämnda signalerna ledes till var sin integratorkrets 34, 35, likaså av konventionell typ, kopp- lade till sample/hold-kretsar 37, 38 och styrda av en klockkrets 36. Därmed Föreligger periodiskt tagna medelvärden För de diF- Ferentiellt upptagna spridningarna. Kvoten mellan dessa värden beräknas genom en analog divideringskrets 40. Den härFör använda 7901903-0 kretsen 8013 är så konstruerad, att den ena signalen måste dämpas med en taktor 10, var¥ör divideringskretsen 40 på ena ingången är Försedd med en dämpkrets 39.

På utgången till den analoga divideraren erhålles en ut- signal, som benämnes orienteringsindex. Under styrning av klock- generatorn 36 ledes sedan orienteringsindex och värdet pä trans- missionen till display-enheter.

De erhållna signalerna kan ¥örutom i kontrollerande syFte även användas ¥ör styrning av t.ex. utloppskvcten i en pappers- maskin.

Vid det visade uttöringsexemplet har den diF¥erentiella detektorn en diameter om 50 mm. Lasern är anordnad någon centi- meter under den rörliga banan, och avståndet mellan diFFerential- detektorn 7 och banan 3 är 449 mm. Hålet 11 i difterentialdetek- torn har diametern 5 mm, innebärande att detektionsvinkeln är ungetär 0,3-30. Antalet sektorer är 12, innebärande att det För var och en av den detekteras inom 300, räknat vinkelrätt mot lasersträlen. Interferenstiltret är placerat ungetär 318 mm Från diF¥erantàldetektorn.

Detektionsanordningen är helt inrymd i ett rör med längden 60 cm och diametern 15 cm.

Genom detektionen av det direkt transmitterade ljuset er- hålles en möjlighet att mäta banans ytvikt, ettersom ljusets För- svagning är bestämd av uttrycket I/IÜ = e at där I är intensiteten för det genom absorption försvagade ljuset, IG intensiteten utan absorberande material, t ytvikten och a en av ljusvåglängden och materialet beroende konstant. Ürienteringsindex beror, som ovan angivits, på Fördelning- en av fibrerna i materialet. Den använda spridningsvinkeln 0,3-30 har visat sig lämplig För pappers¥ibrer men kan givetvis anpassas till olika material. Mycket smala tibrer ger större spridninge- vinklar, medan grövre tibrer ger mindre spridningsvinklar. För somliga tillämpningar, där i materialet tinnes även partiklar, som sprider ljus, kan de detekterade spridningsvinklarna Få an- passas. så att tillräcklig selektivitet uppnås guntemot partik- larnas spridningsegenskaper, därigenom att spridningsvlnklar väljes, där Fibrernas spridning dominerar. 7901903-0 Referenser 15. 11+. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22.

. Laníelsen, R. and Steenberg, 3.: Kler-xrfr, P: Wocheiiblatt Papierfabrikation 69 (1958) 100.2, Svensk Papperstidn. 50 (1947) 501- Einger, E.R. and Majewski, Z.J.: Tappi 57 (1954) 216.

.Bergström, J., Brauns, O. and Svenson, Å.: Svensk Ieppers- tiäfliflå 5? (1954) 695- Andersson, O. and Bergström, J.: Thppi 37 (1954) 542.

Juflt, 11.; Das Papier 12 (1958) 568.

Judt, M.: Das Papier 15 (1959) 46.

Glynn, P., Jones, H.W.H. and Gallay, W.: Pulp and Paper Mag. of Can. 60 (1959) T516.

Toroi, M.: Paperi ja Puu 41 (1959) 271.

Prusas, Z.C.: Tappi 46 (1965) 525. saick, A.M.= Sisson, W.A. (1955) 295- Clark, G.L.: Chemistry and Industry, 18 januari 1969. and Clark, G.L.: Ind. Eng. Chem. Anal. Ed. 5 Terri 55 (1950) 584- Centola, G.: Das Papier 9 (1955) 588.

Friedlander, P.H.: Ihlp and Paper Mag. of Can. 59 (1958) 1, 102.

Ruck, H. and Krässig, H.: Pulp and Paper Mag. of Can. 59 (1958) 6, 185.

Kallmes, O.H.: Tappi 52 (1969) 482.

Goodman, J .W.: Introduction to Fourier Optics, San Francisco, 1968, p. 77.

Stone, J .M.: Radiation and Optics, McGraw-Hill, San Francisco, 1962 p. 107.

Gharrier, J .PL och Marchessault, R.H.: Fibre Science and rechnalogy (5) (1972).

Rudström, L. och Sjölin, U.: Swedish Forest Iroducts Research Laboratory, Meddelande 69, 1970.

Kornyukhina, T.A. och Borzunov, I.G.: Teklmologiya Textil noi Promyshlennosti 1976 111:5 (p. 19-22).

Mc GramßHill,

Claims (4)

7901903-0 P a t e n t k ria v

1. Anordning för bestämning av riktningsfördelningen av fibrer i planet för ett dukformigt material (5) tillverkat av diskreta fibrer, varvid en laser (1) är anordnad att rikta en laserstråle i huvudsak vinkelrätt mot en sida av materialet och en ljusdetektor (7,10), kopplad till materialet, är monterad på materialets andra sida och anordnad att inom ett mot laserstrà- len i huvudsak vinkelrätt plan mäta i materialet spridd strål- - níngs omkretsvisa vinkelfördelning, k ä n n e t e c k n a d av att ljusdetektorn för möjliggörande av samtidig detektering är uppdelad i uti ett ringformigt, kring den transmitterade och' ospridda laserstrâlen anordnade sektorfält (15), upptagande före- trädesvis BO-45° av omkretsen, vilka sektorfält har separata ut- gångar.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att detektorn dessutom har ett mittfält (11,10) för detektering av utan riktningsändring transmitterat ljus, vilket mittfält har separat utgång.

5. Anordning enligt krav 1 eller 2, vars detektor är en fo- tocell av spärrskiktstyp, med på baksidan ett ledande skikt och på framsidan ett ledande, ljusgenomsläppligt skikt, k ä n n e- t e c k n a d av att skiktet på framsidan är uppdelat i från varandra isolerade partier, till vilka elektriska ledningar är kopplade, utgörande de nämnda, separata utgàngarna.

4. Anordning enligt krav 2 eller 5, k ä n n e t e c k n a d av att i förhållande till mittfältet parvis motställda sektorfält har sina utgångar parallellkopplade och kopplade till en beräk- ningsenhet (40) anordnad att beräkna ett orienteringsindex, utgö- rande kvoten mellan intensiteterna för strålning spridd i tvà mot varandra vinkelräta spridningsplane