устройство для определения содержания воды в исследуемом объекте

Формула изобретения

1. Устройство для определения содержания воды в исследуемом объекте (1), содержащее, по меньшей мере, один источник (2) измерительного излучения, по меньшей мере, один источник (4) опорного излучения, которые направлены на поверхность (10) исследуемого объекта, и, по меньшей мере, один детекторный элемент (3) для измерения интенсивности излучения, отраженного от поверхности (10) исследуемого объекта, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один источник (2) измерительного излучения, по меньшей мере, один источник (4) опорного излучения и, по меньшей мере, один детекторный элемент (3) расположены при использовании непосредственно напротив поверхности (10) исследуемого объекта, и предусмотрено устройство для продува воздухом или газом, создающее принудительное движение воздушной или газовой атмосферы в области оптического пути между, по меньшей мере, одним источником (2) измерительного излучения и поверхностью (10) исследуемого объекта, и/или между, по меньшей мере, одним источником (4) опорного излучения и поверхностью (10) исследуемого объекта, и/или между поверхностью (10) исследуемого объекта и, по меньшей мере, одним детекторным элементом (3), причем источник (2) измерительного излучения, источник (4) опорного излучения и детекторный элемент (3) расположены в корпусе (15), в стенке (18) которого образованы соответствующие сквозные отверстия или проходы, сквозь которые проходят пучки (21, 22) от источника (2) измерительного излучения и источника (4) опорного излучения, и входит отраженный от поверхности (10) исследуемого объекта пучок (23), при этом проходы в стенке (18) корпуса (15) образованы сквозными отверстиями (41, 42, 43) в несущем элементе (31, 31'), на концах которых, лежащих внутри корпуса (15), расположены источник (2) измерительного излучения, источник (4) опорного излучения и детекторный элемент (3), а противоположные концы которых при использовании направлены на поверхность (10) исследуемого объекта, причем каждое из сквозных отверстий (41, 42, 43) в несущем элементе (31, 31') имеет, по меньшей мере, один боковой впуск (71, 72, 73), соединенный с устройством продува, сквозь который возможна принудительная подача воздуха или газа в сквозные отверстия (41, 42, 43).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один источник (2) измерительного излучения, и, по меньшей мере, один источник (4) опорного излучения выполнены из светодиодов.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один источник (2) измерительного излучения и, по меньшей мере, один источник (4) опорного излучения интегрированы в общем светодиодном корпусе.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пучки от, по меньшей мере, одного источника (2) измерительного излучения и, по меньшей мере, одного источника (4) опорного излучения неколлимированы.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что исследуемый объект является полотном, перемещающимся на неизменном удалении от источника (2) измерительного излучения, источника (4) опорного излучения и детекторного элемента (3).

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрены только два сквозных отверстия или прохода, причем, по меньшей мере, один источник (2) измерительного излучения, по меньшей мере, один источник (4) опорного излучения интегрированы в общем светодиодном корпусе и для них предусмотрено только одно сквозное отверстие или проход из этих двух сквозных отверстий или проходов.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что несущий элемент (31, 31') встроен в стенку (18).

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что центральные оси сквозных отверстий (41, 42, 43) расположены соосно в одной плоскости.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что центральные оси сквозных отверстий (41, 42, 43) ориентированы параллельно.

10. Устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что центральная ось сквозного отверстия (42) для детекторного элемента (3) ориентирована перпендикулярно к поверхности (10) исследуемого объекта, а центральные оси сквозных отверстий (41, 43) для источника (2) измерительного излучения и источника (4) опорного излучения образуют угол с центральной осью сквозного отверстия (42) для детекторного элемента (3).

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что боковые впуски (71, 72, 73) образованы глухими отверстиями, ориентированными предпочтительно под прямым углом к центральным осям сквозных отверстий (41, 42, 43).

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один источник (2) измерительного излучения и, по меньшей мере, один источник (4) опорного излучения расположены на воображаемой окружности вокруг, по меньшей мере, одного детекторного элемента (3).

13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус (15) выполнен газонепроницаемым и содержит герметический впуск (91) для соединения с устройством для продува воздухом или газом.

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на внешней стороне корпуса (15) в области расположения сквозных отверстий или проходов предусмотрена герметическая оболочка (80), закрывающая указанные отверстия или проходы, герметично соединенная с внешней стороной корпуса (15), образующая вместе с внешней стенкой корпуса полость и снабженная отверстиями (81, 82, 83), совмещенными со сквозными отверстиями или проходами, причем герметическая оболочка имеет герметичный впуск (91') для соединения с устройством для продува воздухом или газом.

15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на оптическом пути каждого, по меньшей мере, одного источника (2) измерительного излучения, и/или, по меньшей мере, одного источника (4) опорного излучения, и/или, по меньшей мере, одного детекторного элемента (3) расположены соответствующие проницаемые для излучения защитные пластинки (85, 86, 87).

16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что проницаемая для излучения защитная пластинка является фильтровальной пластинкой, которая проницаема для излучения только в определенной области спектра.

17. Устройство по п.15 или 16, отличающееся тем, что предусмотрены один или более впусков (78) воздуха, соединенные с устройством для продува воздухом или газом, которые расположены на стороне пластинок (85, 86, 87) напротив, по меньшей мере, одного источника (2) измерительного излучения, по меньшей мере, одного источника (4) опорного излучения и, по меньшей мере, одного детекторного элемента (3).

18. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрено, по меньшей мере, одно отверстие (190) в стенке (110) корпуса, соединенное с выступающим наружу участком (130) трубки, в котором расположен, по меньшей мере, один источник (2) измерительного излучения, и/или, по меньшей мере, один источник (4) опорного излучения, и/или, по меньшей мере, один детекторный элемент (3), причем, по меньшей мере, одно отверстие (190) соединено с устройством для продува воздухом или газом таким образом, что воздух или газ выходит наружу через, по меньшей мере, одно отверстие (190) и участок (130) трубки и обтекает при этом, по меньшей мере, один источник (2) измерительного излучения, и/или, по меньшей мере, один источник (4) опорного излучения, и/или, но меньшей мере, один детекторный элемент (3).

19. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один источник (2) измерительного излучения, и/или, по меньшей мере, один источник (4) опорного излучения, и/или, по меньшей мере, один детекторный элемент (3) расположены в трубчатом проходе (160) на расстоянии от ведущего наружу отверстия (161) трубчатого прохода, причем трубчатый проход (160) соединен с устройством для продува воздухом или газом таким образом, что воздух или газ проходит в области оптического пути, по меньшей мере, одного источника (2) измерительного излучения, и/или, по меньшей мере, одного источника (4) опорного излучения, и/или, по меньшей мере, одного детекторного элемента (3).

20. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрена отражательная пластинка (200).

21. Устройство по п.20, отличающееся тем, что плоскость отражательной пластинки (200) ориентирована, по существу, параллельно оптическому пути, по меньшей мере, одного источника (2) измерительного излучения, и/или, по меньшей мере, одного источника (4) опорного излучения, и/или, по меньшей мере, одного детекторного элемента (3).

22. Устройство по п.20 или 21, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один источник измерительного излучения, по меньшей мере, один источник опорного излучения и, по меньшей мере, один детекторный элемент (3) расположены в корпусе (210), который установлен одной стороной на отражательной пластинке (200).

23. Применение устройства, охарактеризованного в одном из пп.1-22, для обнаружения разрыва бумаги при производстве бумаги.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству для определения содержания воды в исследуемом объекте при помощи, по меньшей мере, одного источника измерительного излучения и, по меньшей мере, одного источника опорного излучения, направленных на поверхность исследуемого объекта, а также детекторного элемента для измерения интенсивности отраженного от поверхности исследуемого объекта излучения.

Такого рода бесконтактное определение содержания воды может применяться для произвольных исследуемых объектов, в особенности, но не исключительно, такое определение содержания воды необходимо при производстве бумаги.

Настоящее изобретение относится в особенности к устройствам для бесконтактного определения содержания воды в смеси воды и волокнистой массы, применяемой в производстве бумаги, из которой непрерывным обезвоживанием образуется бумага.

Определение содержания воды может также найти применение при утилизации старой волокнистой массы или в связи с прессованием ила, оставшегося в отработанной воде, причем контролируется содержание воды в полотне волокнистой массы, находящейся на сухом сетчатом фильтре.

Уровень техники

Из DE 3149869 А1 известно устройство для измерения влажности бумажной ленты, в котором двумя люминесцентными диодами испускается переменная последовательность световых импульсов в инфракрасном диапазоне с разной длиной волны и измеряется интенсивность отраженного излучения. Длина волны одного из двух световых импульсов соответствует линии поглощения в инфракрасном спектре поглощения воды, тогда как длина волны другого светового импульса существенно отличается от данной линии поглощения и служит в качестве опорного сигнала. Содержание воды определяется из интенсивностей отраженного излучения обеих длин волн, измеренных при поддерживаемом постоянным соотношении между интенсивностями измерительного и опорного лучей. Фокусировка и отражение лучей, необходимые для измерения, приводят к относительно высоким конструктивным и аппаратным издержкам. Во время работы относительно быстро происходит загрязнение составных частей устройства, находящихся на оптическом пути измерительного, опорного и отраженного лучей.

В заводских корпусах по производству бумаги, где бумажная лента обладает высоким содержанием воды, преобладающие условия окружающей среды пока не позволяют проводить надежное измерение, поскольку высокие температуры, присутствующие в воздухе капельки жидкости и прочие частички вызывают в обычных измерительных устройствах быстрое замутнение измерительной оптики или других частей оптики и не позволяют эксплуатацию в течение длительного времени.

В других известных устройствах измерительные и опорные лучи, а также отраженное излучение направляются от или к устройству для измерения через конструктивные элементы волоконной оптики. Здесь также являются недостатком относительно высокие аппаратные издержки, приводящие к повышенной вероятности отказа и ограничивающие чувствительность измерений.

Раскрытие изобретения

Задача настоящего изобретения заключается в создании устройства первого из указанных типов, позволяющего производить определение содержания воды посредством простых технических средств и с большой точностью измерения при незначительной потребности в сервисе и техническом обслуживании.

Дополнительная задача изобретения состоит в проведении бесконтактного определения содержания воды также при высоком содержании воды в исследуемом объекте и в жестких условиях без снижения точности и надежности измерения.

Согласно изобретению это достигается посредством расположения по меньшей мере одного источника измерительного излучения, по меньшей мере одного источника опорного излучения и по меньшей мере одного детекторного элемента непосредственно напротив поверхности исследуемого объекта, а также наличием устройства для продува воздухом или газом, с помощью которого возможно создание принудительного движения воздушной или газовой атмосферы в пределах оптического пути между, по меньшей мере, одним источником измерительного излучения и поверхностью исследуемого объекта и/или между, по меньшей мере, одним источником опорного излучения и поверхностью исследуемого объекта и/или между поверхностью исследуемого объекта и, по меньшей мере, одним детекторным элементом.

Посредством принудительного перемещения воздушной или газовой атмосферы предотвращается осаждение загрязнений, влаги, центров кристаллизации или тому подобного на источниках излучения, находящихся на оптическом пути, и на детекторном элементе и нарушение их работоспособности с течением времени. Согласно изобретению создание локально действующего избыточного давления предотвращает нарушение оптического пути, необходимого для измерений, загрязнениями или осадками, которые блокируют или покрывают пленкой сквозные отверстия или проходы, а также входные или выходные отверстия источников излучения или детекторов.

Таким образом, отпадает необходимость в чистке устройства согласно изобретению, обычно необходимой после короткого периода времени, а источники излучения и детекторный элемент могут работать без привлечения вспомогательных оптических средств, таких как линзы, зеркала, оптические волокна, фильтры, или защитные стекла. Это возможно даже в очень влажных и/или пыльных внешних условиях без ущерба для результатов анализа. Благодаря принудительному движению воздушной или газовой атмосферы, можно располагать устройство согласно изобретению в непосредственной близости к поверхности исследуемого объекта без риска быстрого загрязнения устройства. Во внешних условиях, подверженных опасности взрыва, можно использовать устройство согласно изобретению в опасной зоне непосредственно без оптических волокон, используя лишь подходящие инертные газы. Последствием достигаемой посредством этого упрощения конструкции устройства согласно изобретению является высокая степени защищенности от отказов и высокая чувствительность и точность измерения.

Надежная конструкция устройства согласно изобретению с малыми размерами может быть достигнута, если, по меньшей мере, один источник измерительного излучения и по меньшей мере один источник опорного излучения образованы из светодиодов. Также возможна, например, посредством фильтра, замена источника измерительного излучения и источника опорного излучения одним лишь источником излучения, однако в этом случае необходимы дополнительные меры конструктивного характера, которые могут оказаться невыгодными для надежности устройства согласно изобретению.

Для того, чтобы сделать число отверстий измерения минимальным, в дальнейшем усовершенствовании изобретения можно интегрировать в одном общем светодиодном корпусе по меньшей мере один источник измерительного излучения и по меньшей мере один источник опорного излучения. Для этой цели возможно применение стандартных множественных светодиодов с несколькими p-n-переходами с различными длинами испускаемых волн. Посредством применения таких множественных светодиодов можно также добиться увеличения интенсивности излучения.

Поскольку источник измерительного излучения и источник опорного излучения расположены непосредственно напротив поверхности исследуемого объекта, отраженное от поверхности исследуемого объекта излучение попадает в детекторный элемент без особых вспомогательных средств. В особо предпочтительном варианте пучки, испущенные измерительным источником излучения и опорным источником излучения, не коллимированны, посредством чего отклонения от идеальной юстировки, возникающие при ориентировании источника измерительного излучения и источника опорного излучения, а также детекторного элемента, не имеют заметного влияния на результат измерения.

В следующем осуществлении изобретения исследуемый объект может представлять собой полотно, которое может перемещаться на неизменном удалении напротив источника измерительного излучения, источника опорного излучения и относительно детектора. Это особенно относится к условиям измерения при производстве бумаги, при котором поверхность объекта исследования, содержащая воду, перемещается с высокой скоростью мимо устройства согласно изобретению и измерение содержания воды происходит во время перемещения объекта измерения.

Для защиты всех компонент устройства согласно изобретению от загрязнения или иных внешних влияний (например, механических), согласно примеру осуществления, можно предусмотреть расположение источника измерительного излучения, источника опорного излучения и детекторного элемента в одном корпусе, для которых в стенке корпуса образованы соответствующие сквозные отверстия или проходы, через которые выходят пучки из источника измерительного излучения и источника опорного излучения, и входит пучок, отраженный от поверхности исследуемого объекта.

При этом излучение, созданное источниками измерительного и опорного излучения, попадает через соответствующие сквозные отверстия или проходы прямо на поверхность исследуемого объекта без дополнительного отклонения и фокусировки. Отраженное от поверхности излучение через надлежащее сквозное отверстие или проход в корпусе также попадает на входную поверхность детекторного элемента, где происходит его превращение в электрический сигнал.

Для достижения как надежности измерения, так и простоты изготовления оказалось предпочтительным помещать источники измерительного и опорного излучения, а также детекторный элемент очень близко друг к другу в корпусе, посредством чего уменьшают путь, проходимый испущенным и отраженным пучками, и минимизируют помехи.

Можно также образовать только два сквозных отверстия или прохода, причем по меньшей мере один источник измерительного излучения и по меньшей мере один источник опорного излучения интегрируются в одном общем светодиодном корпусе, и для них предусмотрено только одно сквозное отверстие или проход.

Следующее осуществление изобретения может состоять в том, что проходы в стенке корпуса образованы сквозными отверстиями в несущем элементе, вставленном в стенку, причем на лежащих внутри корпуса концах данных отверстий располагаются источник измерительного излучения, источник опорного излучения и детекторный элемент, а противоположные концы при использовании устройства направлены на поверхность исследуемого объекта.

Таким образом, пучки, испущенные источником измерительного излучения и источником опорного излучения, могут выходить из соответствующих сквозных отверстий, а отраженный пучок может входить через предусмотренные для этого сквозные отверстия.

При этом центральные оси сквозных отверстий могут располагаться соосно в одной плоскости.

Возможное осуществление изобретения может состоять в том, что центральные оси сквозных отверстий ориентированы параллельно. Поскольку источник измерительного излучения и источник опорного излучения располагаются в непосредственной близости к детекторному элементу, то, несмотря на параллельное направление пучков, попадающее в детекторный элемент отраженное излучение обладает все еще достаточной интенсивностью.

Для увеличения интенсивности отраженного излучения источников измерительного и опорного излучения, падающего на детекторный элемент, согласно другому варианту осуществления изобретения может оказаться предпочтительным расположение оптических осей источника измерительного излучения и источника опорного излучения под таким углом друг к другу, что направленные на поверхность исследуемого объекта пучки падают на то место на поверхности исследуемого объекта, которое вдоль нормали к поверхности лежит как раз напротив детекторного элемента.

При этом центральная ось сквозного отверстия для детекторного элемента может быть ориентирована перпендикулярно к поверхности исследуемого объекта, а центральные оси сквозных отверстий для источника измерительного излучения и источника опорного излучения могут образовывать угол с центральной осью сквозного отверстия для детекторного элемента.

Оказалось выгодной такая форма сквозных отверстий или проходов, через которые излучение выходит из корпуса или снова входит в корпус, при которой продув воздухом или газом против проникающих снаружи загрязнений происходит непосредственно в области сквозных отверстий или проходов.

Поэтому согласно следующему примеру осуществления изобретения сквозные отверстия несущего элемента могут иметь, соответственно, по меньшей мере, один боковой впуск для продува воздухом или газом. Посредством этого постоянно текущий во время работы устройства продувочный поток предотвращает проникновение загрязнений или влаги, а также одновременно обеспечивает возможность охлаждения или нагревания источников измерительного и опорного излучений и детекторного элемента.

Простая реализация боковых впусков может быть обеспечена тем, что их образуют в виде глухих отверстий, ориентированных предпочтительно перпендикулярно к центральной оси сквозных отверстий.

В следующем осуществлении изобретения корпус может быть газонепроницаемым, а также может иметь герметический впуск для подсоединения к трубопроводу сжатого воздуха или сжатого газа. Посредством этого возникающее из-за продува воздухом или газом внутри корпуса избыточное давление с одной стороны предотвращает проникновение в корпус загрязнений и дополнительно создает поток воздуха или газа из корпуса через проходы или сквозные отверстия, предусмотренные для выхода измерительного и опорного излучения, а также для входа отраженного от поверхности исследуемого объекта излучения, благодаря чему достигается постоянная чистка источников измерительного и опорного излучений при условии применения чистого воздуха или газа.

Следующий вариант изобретения может заключаться в том, что по меньшей мере один источник измерительного излучения и по меньшей мере один источник опорного излучения расположены на воображаемом круге вокруг по меньшей мере одного детекторного элемента, благодаря чему возможно достижение удобного расположения нескольких источников излучения, причем можно провести измерение с интенсивностью нескольких источников излучения.

Продув воздухом или газом должен происходить не внутри корпуса, в котором находятся источники излучения, а может быть осуществлен снаружи корпуса. Поэтому следующий вариант осуществления изобретения предусматривает наличие герметической оболочки на внешней стороне корпуса в области сквозных отверстий или проходов, закрывающей данные отверстия или проходы и герметически соединенной с внешней стороной корпуса и образующей вместе с внешней стороной корпуса полость, а также имеющей отверстия, которые ориентированы соосно со сквозными отверстиями или проходами, причем герметическая оболочка имеет герметический впуск для подсоединения к устройству для продува воздухом или газом. Герметическая оболочка закрывает источник измерительного излучения, источник опорного излучения и детекторный элемент, расположенные в сквозных отверстиях или проходах корпуса, и одновременно предоставляет отверстия для проходящего в обоих направлениях света. При работе устройства находящийся под давлением воздух или газ прокачивается наружу через герметическую оболочку и отверстия в герметической оболочке, создавая при этом принудительно перемещаемую воздушную или газовую атмосферу, необходимую для поддержания свободным оптического пути источника измерительного и опорного излучения, а также детекторного элемента.

Источники излучения и детекторный элемент могут быть защищены от загрязнений промежуточным проницаемым для излучения элементом.

Это может быть достигнуто согласно следующему примеру осуществления изобретения посредством расположения защитной пластинки, проницаемой для излучения, на каждом из оптических путей по меньшей мере одного источника измерительного излучения и/или по меньшей мере одного источника опорного излучения и/или по меньшей мере одного детекторного элемента.

Для уменьшения влияния постороннего света проницаемая для излучения защитная пластинка может представлять собой фильтровальную пластинку, проницаемую для излучения в установленной области спектра.

При этом продув воздухом или газом может предохранять защитную пластинку от отложений частицами или капельками, присутствующими в окружающей среде, посредством того, что предусматриваются один или несколько впусков газа или воздуха, соединенные с устройством продува воздухом или газом, которые располагаются на стороне защитной пластины, лежащей соответственно напротив по меньшей мере одного источника измерительного излучения, по меньшей мере одного источника опорного излучения, а также напротив детекторного элемента.

Согласно следующему осуществлению изобретения может предусматриваться по меньшей мере одно отверстие в стенке корпуса, соединенное с участком трубки, выступающим наружу, в котором располагается или располагаются по меньшей мере один источник измерительного излучения и/или по меньше мере один источник опорного излучения, причем по меньшей мере одно отверстие в стенке соединено с устройством продува воздухом или газом, так что воздух или газ выходит наружу через по меньшей мере одно отверстие стенки и участок трубки и обтекает при этом по меньшей мере один источник измерительного излучения и/или по меньшей мере один источник опорного излучения и/или по меньшей мере один детекторный элемент.

Посредством этого поток воздуха или газа выводится наружу, обтекая при этом расположенный в этом участке трубки источник излучения или расположенный там же детектор.

Источники излучения и детектор могут располагаться таким образом, что продувочный поток направляется не через все поперечное сечение трубки, а вводится в участок трубки сбоку.

Поэтому следующий вариант осуществления изобретения может состоять в том, что по меньшей мере один источник измерительного излучения и/или по меньшей мере один источник опорного излучение и/или по меньшей мере один детекторный элемент располагаются в трубчатом проходе на некотором расстоянии от ведущего наружу отверстия прохода, и что данный трубчатый проход соединен с устройством продува воздухом или газом, так что воздух или газ проходит в области оптического пути по меньшей мере одного источники измерительного излучения и/или по меньшей мере одного источника опорного излучения и/или по меньшей мере одного детекторного элемента.

Чтобы помешать непосредственному появлению на устройстве согласно изобретению по меньшей мере части присутствующих в воздухе частичек, согласно следующему варианту осуществления изобретения может быть предусмотрена отражательная пластинка, прикрывающая область источников излучения и детектора таким образом, что предотвращается столкновение приходящих из определенного направления частичек с областью оптического пути, посредством чего предотвращается уменьшение интенсивности излучения из-за отложений частичек на устройстве согласно изобретению.

Особенно хороший эффект достигается, когда плоскость отражательной пластинки ориентирована по существу параллельно оптическому пути по меньшей мере одного источника измерительного излучения и/или по меньшей мере одного источника опорного излучения и/или по меньшей мере одного детекторного элемента.

Далее возможно расположение по меньшей мере одного источника измерительного излучения, по меньшей мере одного источника опорного излучения и по меньшей мере одного детекторного элемента в корпусе, одна сторона которого крепится к отражательной пластинке. Посредством этого ориентация корпуса осуществляется креплением к отражательной пластинке, предоставляющей одновременно защиту против части частичек, движущихся в направлении устройства согласно изобретению.

Следующей задачей изобретения является обнаружение во время производства разрыва в полотне бумаги, с целью предотвращения простоя и повреждений заводского оборудования. Это представляет собой непростую проблему при возникающих высоких скоростях подачи и различного качества и свойствах бумаги.

Поэтому настоящее изобретение относится также к применению устройства согласно изобретению для обнаружения разрыва бумаги при производстве бумаги. Отсутствие определенной интенсивности в отраженном сигнале излучения может при этом служить признаком разрыва или отрыва в перемещаемом полотне бумаги.

Краткое описание графических материалов

В дальнейшем изобретение подробно объясняется на основании представленных на чертежах примерах осуществления, где:

Фиг.1 - вид сбоку варианта осуществления устройства согласно изобретению;

Фиг.2 - разрез АА варианта осуществления согласно Фиг.1;

Фиг.3 - разрез следующего варианта осуществления устройства согласно изобретению;

Фиг.4 - разрез несущего элемента устройства, показанного на Фиг.3;

Фиг.5 - вид спереди несущего элемента, показанного на Фиг.4;

Фиг.6 - разрез ВВ несущего элемента, показанного на Фиг.4;

Фиг.7 - частичный схематический вид сбоку следующего варианта осуществления устройства согласно изобретению;

Фиг.8 - частичный разрез ВВ устройства согласно Фиг 9;

Фиг.9 - частичный вид сбоку следующего варианта осуществления устройства согласно изобретению;

Фиг.10 - частичный разрез СС устройства согласно Фиг.9;

Фиг.11 - вид сбоку следующего варианта осуществления устройства согласно изобретению;

Фиг.12 - разрез АА варианта осуществления согласно Фиг.11;

Фиг.13 - разрез ВВ детали варианта осуществления согласно Фиг.11;

Фиг.14 - деталь на Фиг.12;

Фиг.15 - разрез детали следующего варианта осуществления устройства согласно изобретению;

Фиг.16 - разрез детали следующего варианта осуществления устройства согласно изобретению и

Фиг.17 - наклонный план расположения крепления варианта осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

На Фиг.1 и 2 показано устройство для определения содержания воды в исследуемом объекте 1, помещенное в коробчатом корпусе 15 из двух частей. Сигнальное и управляющее устройства при этом для простоты не представлены. Снабжение электроэнергией и/или передача данных к центральному элементу, не представленному на фигуре, осуществляются через кабельный разъем 90.

Через сквозное отверстие стенки 18 нижней половины корпуса 15 газонепроницаемо и герметично вставляется несущий элемент 31, который фиксируется винтами 39. Источник 2 измерительного излучения и источник 4 опорного излучения установлены в несущем элементе 31 таким образом, что они направлены на поверхность 10 исследуемого объекта 1. Далее, в несущем элементе 31 установлен детекторный элемент 3 для измерения интенсивности излучения, отраженного от поверхности исследуемого объекта.

Согласно изобретению, источник 2 измерительного излучения, источник 4 опорного излучения и детекторный элемент 3 во время измерения располагаются непосредственно напротив поверхности 10 исследуемого объекта. Далее, предусматривается устройство для продува воздухом или газом (не показано на фигуре), которое создает принудительное движение воздушной или газовой атмосферы (показано стрелкой 55) в области оптического пути соответственно между выходной областью источника 2 измерительного излучения и поверхностью 10 исследуемого объекта, между источником 4 опорного излучения и поверхностью 10 исследуемого объекта, а также между поверхностью 10 исследуемого объекта и выходной областью детекторного элемента 3. Данное принудительное движение воздушной или газовой атмосферы предотвращает осаждение загрязнений, влаги и т.п. на источнике 2 измерительного излучения, источнике 4 опорного излучения и детекторном элементе, или нарушение их функциональности вследствие загрязнений, влаги и т.п.

Предпочтительно источник 2 измерительного излучения и источник 4 опорного излучения образованы из соответствующих светодиодов, причем пучки от источника 2 измерительного излучения и источника 4 опорного излучения, неколлимированны. Длины волн, испущенные из источника 2 измерительного излучения и источника 4 опорного излучения, лежат в диапазоне от приблизительно 1000 нм до 2000 нм. Предпочтительно длина волны источника 2 измерительного излучения имеет значение 1450 нм или 1940 нм, при котором излучение хорошо поглощается водой, а длина волны источника 4 опорного излучения имеет значение 1300 нм, которое существенно отличается от линии поглощения воды в инфракрасном диапазоне. Детекторный элемент 3 измеряет интенсивность электромагнитного излучения, отраженного от поверхности 10 исследуемого объекта. Содержание воды в исследуемом объекте рассчитывается из соотношения интенсивностей излучения с длиной волны измерительного излучения и излучения с длиной волны опорного излучения на основании проведенной калибровки. Источник 2 измерительного излучения и источник 4 опорного излучения могут испускать излучение непрерывно или в форме импульсов, которые можно затем соответствующим образом обрабатывать. Преимущество импульсного излучения заключается в меньшем влиянии помех от других источников излучения.

Детекторный элемент 3 представляет собой фотодиод или фототранзистор, однако он может образован и другим эквивалентным элементом.

Исследуемый объект 1 в показанном на Фиг.2 примере осуществления представляет собой полотно, например, полотно бумаги, которое перемещается на неизменном удалении от источника измерительного излучения, источника опорного излучения и детектора.

В несущем элементе 31 выполнены параллельные сквозные отверстия 41, 42 и 43, проходящие через стенку 18. На концах данных отверстий, лежащих внутри корпуса 15, установлены источник 2 измерительного излучения, детекторный элемент 3 и источник 4 опорного излучения, оптические оси которых направлены вдоль центральных осей 21, 22 и 23, а их противоположные концы при работе направлены на поверхность исследуемого объекта. Для надлежащей установки источника 2 измерительного излучения, детекторного элемента 3 и источника 4 опорного излучения на внутреннем конце сквозных отверстий 41, 42 и 43 предусмотрены соответствующие сквозные отверстия 81, 82 и 83, показанные для примера осуществления согласно Фиг.3 и 4.

Как видно на Фиг.2, посредством этого пучки от источника 2 измерительного излучения и источника 4 опорного излучения, направленные вдоль центральных осей 21, 22 и выходящие через сквозные отверстия 41, 43, параллельны как между собой, так и пучку, который отражается от поверхности 10 исследуемого объекта вдоль центральной оси 23, входит через сквозное отверстие 42 и принимается детекторным элементом 3

Далее, согласно Фиг.1 центральные оси 21, 22, 23 сквозных отверстий 41, 42, 43 располагаются соосно в одной плоскости. Однако в рамках настоящего изобретения вид такого расположения никак не ограничивается, а также не ограничивается количество используемых источников измерительного излучения, источников опорного излучения и детекторных элементов.

Длина сквозных отверстий 41, 42, 43 предпочтительно приблизительно в три раза больше, чем внутренний диаметр, посредством чего достигается хорошая защита от источников рассеянного света.

Крепление источников 2, 4 измерительного и опорного излучений и детекторного элемента 3 может осуществляться также другим способом, например, мог бы быть предусмотрен только один проход для всех трех элементов.

В примере осуществления согласно Фиг.3-6 источник 2 измерительного излучения, источник 4 опорного излучения и детекторный элемент 3 ориентированы таким образом, что пучки, падающие на поверхность 10 исследуемого объекта вдоль центральных осей 21, 22, встречаются приблизительно в одной точке, лежащей точно на нормали к детекторному элементу 3 и, таким образом, в том месте, откуда пучок, вертикально отраженный обратно от поверхности 10 исследуемого объекта, входит в детекторный элемент 3.

Для этой цели центральная ось сквозного отверстия 42 для детекторного элемента 3 ориентирована перпендикулярно к поверхности 10 исследуемого объекта, а центральные оси 21, 22 сквозных отверстий 41, 43 для источника 2 измерительного излучения и источника 4 опорного излучения образуют угол с центральной осью 23 сквозного отверстия 42 для детекторного элемента 3, равный 7°.

Как показано на Фиг.4 и 6, сквозные отверстия 41, 42, 43 несущего элемента 31' имеют, соответственно, по меньшей мере один боковой впуск 71, 72, 73 для продува воздухом или газом, причем данные сквозные отверстия образованы глухими отверстиями, ориентированными предпочтительно под прямым углом к центральной оси сквозных отверстий 41, 42, 43. Эти боковые впуски также присутствуют в примере осуществления согласно Фиг.1 и 2, хотя там они не показаны детально.

Продув воздухом или газом осуществляется посредством того, что корпус 15 выполнен газонепроницаемым и содержит герметичный впуск 91 для соединения с трубкой подачи сжатого газа или воздуха, которая представляет собой устройство для продува воздухом или газом. При подаче сжатого воздуха возникает избыточное (по сравнению с давлением снаружи) давление внутри корпуса 15, которое вызывает выход наружу воздуха или газа из корпуса 15 через отверстия, необходимые для прохода пучков и для образования оптического пути, а именно через впуски 71, 72, 73 и три сквозных отверстия 41, 42, 43. Выходящий таким образом наружу воздух или газ предпочтительно обладает высокой степенью чистоты, посредством чего сквозные отверстия 41, 42, 43 могут поддерживаться чистыми от загрязнений и влаги постоянным продувочным потоком. Регулировкой температуры входящего воздуха или газа можно добиваться охлаждения или подогрева, если имеется потребность в отводе тепла или предотвращении конденсации или образования центров кристаллизации.

При применении устройства в окружающих условиях с риском взрыва в качестве газа для продува может использоваться инертный газ, например, азот или углекислый газ.

На Фиг.7 показан следующий пример осуществления, в котором вместо линейного расположения два источника 2 измерительного излучения и два источника 4 опорного излучения расположены на воображаемой окружности вокруг детекторного элемента 3. Данное расположение может произвольно варьироваться относительно количества и последовательности источников 2 измерительного излучения и источников 4 опорного излучения и позволяет увеличить интенсивность действующего на исследуемый объект 1 излучения.

Для уменьшения числа сквозных отверстий или проходов в корпусе 15 можно объединить источник 2 измерительного излучения и источник 4 опорного излучения в одном светодиодном корпусе. При этом особо предпочтительными оказываются двойные или тройные светодиоды, имеющие светодиодный корпус с соответствующим числом p-n-переходов с различными длинами испускаемых волн. Например, тройной светодиод может содержать светодиоды с длинами волн 1300 нм, 1450 нм и 1500 нм в одном общем светодиодном корпусе. Поэтому представляется возможным реализация устройства согласно изобретению, которое имеет лишь два сквозных отверстия в корпусе 15 для источника 2 измерительного излучения, источника 4 опорного излучения и детекторного элемента 3. При наличии только двух сквозных отверстий необходимо незначительное количество воздуха или газа для продува. Использование множественных светодиодов позволяет повысить интенсивность испущенного излучения при том же числе сквозных отверстий, поскольку, например, при наличии трех сквозных отверстий два отверстия могут быть использованы для множественных светодиодов и одно для детекторного элемента. При этом каждый из этих двух множественных светодиодов, с одной стороны, может одновременно испускать измерительное излучение, а с другой стороны, одновременно испускать опорное излучение, посредством чего достигается удвоение интенсивности испущенного излучения по сравнению с расположением с простыми светодиодами.

В примере осуществления, показанном на Фиг.8, 9 и 10, на внешней стороне корпуса 15 в области сквозных отверстий для источников 2, 4 измерительного и опорного излучений, а также для детекторного элемента 3 предусмотрена герметическая оболочка 80, соединенная герметично и газонепроницаемо с внешней стороной корпуса 15.

При этом герметическая оболочка 80 образует вместе с внешней стенкой корпуса полость, а также содержит отверстия 86, 87 и 88, расположенные соосно со сквозными отверстиями. В данную оболочку помещаются источник 2 измерительного излучения, источник 4 опорного излучения и детекторный элемент 3 таким образом, что их центральные оси 21, 22 и 23 (или оптические оси) ориентированы соосно с отверстиями 86, 87, 88, а выходящее или входящее обратно излучение может проходить через отверстия 86, 87, 88 в герметизирующей оболочке 80. Отверстия 86, 87, 88 в показанном варианте осуществления имеют круглое поперечное сечение. Однако они могут также иметь любую другую форму, например, они могут заменяться одной прорезью соответствующего размера.

Предусматривается выполнение источника 2 измерительного излучения и источника 4 опорного излучения в виде светодиода, а детекторного элемента 3 - в виде фотодиода, которые располагаются на соединительной стороне монтажной платы 97 внутри корпуса.

Герметическая оболочка 80 имеет сбоку герметичный впуск 91' для соединения с устройством для продува газом или воздухом. Во время работы воздух или газ, выходящий из отверстий 86, 87 и 88 под действием созданного в герметичной оболочке 80 избыточного давления, поддерживает чистоту источников 2, 4 измерительного и опорного излучений, а также детекторный элемент 3 от отложений или загрязнений.

На Фиг.11, 12, 13 и 14 показан пример осуществления, в котором на оптическом пути источника 2 измерительного излучения, источника 4 опорного излучения и детекторного элемента 3 располагаются соответственно прозрачные для излучения защитные пластинки 85, 86, 87 из кварцевого стекла, защищающие от внешних механических воздействий и одновременно обеспечивающие беспрепятственное прохождение испущенного измерительного и опорного излучения, а также отраженного излучения, которое входит в детекторный элемент. На Фиг.12 показана пластинка 120 для блоков управления, не представленных на рисунке.

Прозрачные для излучения защитные пластинки 85, 86, 87 могут также выполняться в виде фильтровальных пластинок, прозрачных только в одной установленной области спектра для уменьшения воздействия постороннего излучения.

На Фиг.13 детально показан канал 77 для газа или воздуха, соединенный на одном конце с устройством для продува, а на другом конце образующий впуск 78 для газа или воздуха. При этом впуск 78 для газа или воздуха располагается на стороне защитной пластины 87, противоположной к источнику 4 опорного излучения, и выходит сбоку в ведущее наружу сквозное отверстие, которое вмещает на своем внутреннем конце, находящемся внутри корпуса, источник 4 опорного излучения. Подобным образом предусматриваются впуски газа или воздуха для источника 2 измерительного излучения и детекторного элемента 3, не показанные на рисунке. Таким образом, продув газом или воздухом происходит на стороне защитных пластин 85, 86, 87, которая повернута от источников 2, 4 излучения или детектора 3.

На Фиг.15 показана деталь следующего варианта осуществления, в котором предусматривается отверстие 190 в стенке 110 корпуса, соединенное с выступающим наружу участком 130 трубки.

Внутри участка 130 трубки располагается источник 2 измерительного излучения, удерживаемый стопорной шайбой 180 с отверстиями 170. Отверстие 190 стенки соединено с устройством для продува, например, через полость корпуса (не показана на рисунке) таким образом, что воздух или газ выходит наружу через отверстие 190 стенки, участок 130 трубки и отверстия 170 (обозначено стрелками), обмывая при этом источник 2 измерительного излучения. Данное расположение может использоваться также для источника опорного излучения и детекторного элемента.

На Фиг.16 детально показан следующий пример осуществления изобретения, при котором источник 2 измерительного излучения размещается в трубчатом проходе 160 на некотором расстоянии от выходящего наружу отверстия 161 прохода 160. Трубчатый проход 160 соединен с устройством для продува воздухом или газом через боковые впуски 72 таким образом, что воздух или газ проходит в области оптического пути источника 2 измерительного излучения. Вместо источника 2 измерительного излучения может размещаться источник опорного излучения или детекторный элемент.

На Фиг.17 показано расположение размещенного в корпусе 210 устройства согласно изобретению в установке по производству бумаги. Производимое полотно бумаги обозначено на рисунке пунктирной линией 285 и движется в направлении стрелки 280. Для защиты от прямого воздействия возникающих при производстве пылинок 295 (например, капелек или частичек бумаги), движущихся в направлении стрелки 290, предусматривается отражательная пластинка 200, прикрывающая одну стенка корпуса и закрепленная под углом к направлению распространения пылинок 295 на опоре 220.

Плоскость отражательной пластинки 200 располагается по существу параллельно оптическому пути пучков 21, 22, 23, выходящих из источников измерительного и опорного излучений и входящих в детекторный элемент, которые размещены в корпусе 210. Корпус 210 размещен таким образом, что одна из его сторон прилегает к отражательной пластинке 200.

Устройство согласно изобретению может применяться также для обнаружения разрывов бумаги при производстве бумаги, при этом обнаруживают внезапное исчезновение поглощения излучения, испускаемого источником измерительного излучения и падающего на полотно бумаги.