инфракрасный датчик влажности и массы бумажного полотна

Формула изобретения

Инфракрасный датчик влажности и массы бумажного полотна, включающий источник ИК-излучения, коллиматор, модулятор-монохроматор и световод, на выходе которого расположена интегрирующая сфера с фотоприемником ИК-излучения, связанным с микропроцессорным блоком обработки, отличающийся тем, что световод выполнен в виде усеченного конуса с зеркальной боковой поверхностью, при этом выходное окно световода в 3-5 раз меньше входного.

Описание изобретения к патенту

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.

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.

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.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности измерений влажности и массы бумажного полотна.

Задача решается следующим образом.

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.

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/м 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.

В датчике на фиг.2 для измерения бумажного полотна менее 50 г/м ² 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.

Предлагаемый датчик влажности и массы бумажного полотна работает следующим образом.

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.

Таким образом, выполнение световода приемника в виде усеченного конуса с зеркальной боковой поверхностью повышает точность инфракрасного датчика влажности и массы бумажного полотна.

Источники информации:

1. Мутихинов М., Мусаев Э.С."Оптические методы и устройства контроля влажности", М., Энергоатомиздат, 1986.

2. Каталог фирмы Neles Automation. Product №A416192, 2000 (прототип).

3. RU 2022257 C1, 1994.

4. RU 2009472 C1, 1994.

5. US 3551678 A, 1970.