инфракрасный влагомер для измерения влажности конденсаторной бумаги

Формула изобретения

ИНФРАКРАСНЫЙ ВЛАГОМЕР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ КОНДЕНСАТОРНОЙ БУМАГИ, содержащий источник ИК-излучения, оптически связанный с фотоприемником через оптическую систему, модулятор-монохроматор с интерференционными фильтрами и микропроцессор, соединенный с фотоприемником, отличающийся тем, что, с целью измерения влажности по ширине полотна бумаги и повышения надежности влагомера, оптическая система выполнена из передающих и приемного световодов, при этом входные окна передающих световодов расположены после модулятора-монохроматора по окружности перемещения интерференционных фильтров на расстоянии друг от друга, равном диаметру интерференционного фильтра, а выходные окна размещены равномерно по ширине полотна бумаги напротив входных окон приемного световода, на выходе которого расположен фотоприемник.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к аналитическому прибоpостроению, а именно к инфракрасным влагомерам, и предназначено для использования в целлюлозно-бумажной промышленности.

Известен инфракрасный влагомер, содержащий источник ИК-излучения, оптическую систему, модулятор-монохроматор и фотоприемник, выход которого соединен с аналоговым электронным блоком [1].

Недостаток указанного влагомера состоит в низкой точности измерений, так как аналоговая электронная система не позволяет использовать точный алгоритм обработки результатов измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является инфракрасный влагомер, содержащий источник ИК-излучения, оптически связанный с фотоприемником через оптическую систему, модулятор-монохроматор на базе интерференционных фильтров и микропроцессор, соединенный с фотоприемником [2].

Влагомер позволяет с достаточной точностью оперативно измерять влажность бумажного полотна, но только в одной точке. Для измерения влажности по ширине бумажного полотна, что является важным технологическим параметром, необходимо механически сканировать влагомер. Однако это требует достаточно много времени, а также крайне ненадежно в эксплуатации, так как в производственных условиях механический сканер часто выходит из строя.

Цель изобретения - быстрое измерение влажности по ширине бумажного полотна без сканирования и повышение надежности влагомера.

Цель достигается тем, что оптическая система влагомера выполнена из передающих и приемных световодов, причем входные окна передающих световодов расположены после модулятора-монохроматора по окружности перемещения интерференционных фильтров на расстоянии друг от друга, равном диаметру интерференционного фильтра, а их выходные окна размещены равномерно по ширине бумажного полотна напротив входных окон приемного световода, на выходе которого расположен фотоприемник.

В прототипе оптическая система позволяет измерять влажность бумажного полотна без сканирования только в одной фиксированной точке. Использование же световодной оптической системы позволяет без сканирования измерять влажность по всей ширине бумажного полотна. При этом обеспечивается высокая надежность работы предлагаемого влагомера в производственных условиях. В связи с этим можно сделать вывод о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

В предлагаемом изобретении как и в прототипе используется только один источник ИК-излучения, один набор интерференционных фильтров и один фотоприемник, что обеспечивает достаточную точность измерения влажности. Применение разнесенной передающей световодной системы позволяет, используя один модулятор-монохротомар в качестве переключающего элемента, проводить последовательные измерения в различных точках бумажного полотна. Существенно также то, что один приемный световод с рядом входных окон обеспечивает прием прошедшего сквозь бумажное полотно инфракрасного излучения одним фотоприемником. Вышесказанное дает основание сделать вывод о соответствии заявленного решения критерию "существенные отличия".

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого влагомера.

Влагомер содержит источник 1 ИК-излучения, коллиматор 2, модулятор-монохроматор 3 на базе интерференционных фильтров 4, передающие световоды 5, держатель 6 бумажного полотна, приемный световод 7, фотоприемник 8 и микропроцессор 9.

Основные функции, выполняемые каждым из структурных компонентов влагомера, заключены в следующем. Источник ИК-излучения и коллиматор обеспечивают равномерное освещение части диска модулятора-монохроматора, напротив которого размещены входные окна передающих световодов. Интерференционные светофильтры выделяют из спектра ИК-излучения узкие спектральные линии, соответствующие линиям поглощения и пропускания целлюлозы и воды. Передающие световоды распределяют ИК-излучение по ширине бумажного полотна. Приемный световод собирает излучение, прошедшее сквозь полотно конденсаторной бумаги, и направляет на фотоприемник. Микропроцессор обрабатывает полученные сигналы и определяет значение влажности бумажного полотна в различных точках.

Инфракрасный влагомер для измерения влажности конденсаторной бумаги работает следующим образом.

ИК-излучение от источника 1 равномерно проецируется с помощью коллиматора 2 на часть вращающегося диска модулятора-монохроматора 3. Вращающиеся интерференционные фильтры поочередно пропускают монохроматическое излучение, соответствующее линиям поглощения и пропускания воды и целлюлозы, на входные окна световодов 5. Так как выходные окна световодов 5 расположены по всей ширине бумажного полотна конденсаторной бумаги и расстояние между входными окнами световодов равно диаметру интерференционного фильтра, то монохроматическое ИК-излучение освещает поочередно (сканирует) участки по всей ширине бумажного полотна. ИК-излучение, прошедшее сквозь бумажное полотно, освещает входные окна приемного световода 7 и направляется на фотоприемник 8. Сигналы от фотоприемника поступают на вход аналого-цифрового преобразователя микропроцессора и обрабатываются им. Затем вычисляют пропускание бумажного полотна для длин волн поглощения и пропускания воды и целлюлозы и, используя спектральные коэффициенты поглощения воды и целлюлозы, рассчитывают влажность бумажного полотна по следующему алгоритму:

m_ц= ;

m_в= ;

w = 100% , где W - влажность бумажного полотна;

m_в и m_ц - масса воды и целлюлозы соответственно;

Т₁, Т₂, Т₃ - коэффициенты пропускания бумажного полотна на измеряемых длинах волн;

К_1в, K_2в, К_3в - спектральные коэффициенты поглощения воды на измеряемых длинах волн;

К_1ц, К_2ц, К_3ц - спектральные коэффициенты поглощения целлюлозы на измеряемых длинах волн.

Влажность рассчитывается соответственно для каждого участка бумажного полотна, освещаемого выходными окнами световодов 5.

Цель - быстрое измерение влажности по ширине бумажного полотна без сканирования и повышение надежности влагомера - достигается за счет использования передающих и приемного световодов, расположенных по всей ширине бумажного полотна и переключаемых с помощью модулятора-монохроматора.

Предлагаемый влагомер может найти применение в технологических процессах в целлюлозно-бумажной промышленности, а также при производстве листовых материалов в химической промышленности.