專利名稱：紙漿硬度／亮度／色相／殘余油墨一體化傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及制漿造紙工業(yè)過程測量與傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種紙漿硬度/亮度/色相/殘余油墨一體化傳感器。
背景技術(shù)：
紙漿是指植物纖維的水的懸浮液。根據(jù)GB，紙漿的硬度(卡伯值)是造紙植物纖維原料經(jīng)制漿蒸煮后漿內(nèi)殘余木素及還原性物質(zhì)的含量。它是表征制漿得率、紙漿強度與可漂性的主要參數(shù)。根據(jù)GB，紙漿亮度是指紙漿在457nm處的光反射率，它是表征紙漿漂白作用的主要參數(shù)。紙漿色相是指紙漿顏色偏離理相白或設(shè)定顏色的程度。殘余油墨是指廢紙漿(脫墨漿)中未脫除的油墨的含量。
現(xiàn)有的傳感器只能同時測量上述參數(shù)中的一或兩項。如紙漿卡伯值/亮度傳感器，只能同時測量紙漿的硬度與亮度，且采用在位式設(shè)計，即需要取樣裝置將紙漿從設(shè)備中取出后，輸送在測量裝置進行測量，不能實現(xiàn)在線連續(xù)測量。殘余油墨傳感器亦采用離線在位式設(shè)計，紙漿樣品經(jīng)復(fù)雜的稀釋、過濾等處理后，由圖像分析測量裝置檢測殘余油墨粒子的量。現(xiàn)有的在線式紙漿亮度傳感器主要功能為測量紙漿在不同波長下的反射率。目前尚未見有關(guān)紙漿色相在線傳感器的報道。
由于現(xiàn)有的傳感器功能單一，在生產(chǎn)中為了測量紙漿的特征參數(shù)，需針對某一參數(shù)設(shè)置對應(yīng)的傳感器，在傳感器購置、安裝與維護等方面的費用高昂，同時增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的就是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種紙漿硬度/亮度/色相/殘余油墨一體化傳感器。該裝置基于同一硬件設(shè)備，采用單探頭設(shè)計，直接插入工藝管線或設(shè)備，同時對上述四個或其中一個或多個參數(shù)進行在線實時測量。
本實用新型所述一種紙漿硬度/亮度/色相/殘余油墨一體化傳感器，其特征是，它由探頭和控制電路相互連接組成，其中，所述探頭為一圓管，一端為玻璃密封，內(nèi)安裝有發(fā)射光纖、接收光纖和與發(fā)射光纖相連接的參比光強接收光纖，發(fā)射光纖連接有發(fā)光二極管組，接收光纖和參比光強接收光纖分別連接有光電轉(zhuǎn)換器、參比光強光電轉(zhuǎn)換器，發(fā)光二極管組、光電轉(zhuǎn)換器、參比光強光電轉(zhuǎn)換器分別與控制電路相連接。
本實用新型由兩部分組成，其核心第一是采用由一組不同中心波長的半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)作為單色光源，在不同時刻通過同一光纖照射紙漿，以測量紙漿在該波長處的光反射率；第二，即待測參數(shù)由相應(yīng)的測量數(shù)學(xué)模型進行計算。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益結(jié)果1.本實用新型采用反射光譜測量方法，所有待測的紙漿性質(zhì)參數(shù)均根據(jù)紙漿在特定波長處的光反射率計算出來，全部基于同一硬件設(shè)備；采用不同的計算模型可測量不同的參數(shù)；做到一機多用、一機復(fù)用的功能。
2.本實用新型采用半導(dǎo)體發(fā)光二極管組作為單色光源的前分光雙光路技術(shù)，使傳感器具有體積小、功耗低、壽命長、免維護，成本低的特點。
3.本實用新型采用直插式方式，通過光纖將發(fā)光與敏感器件與待測介質(zhì)隔離，避免其受到溫度、壓力等因素的干擾，可實現(xiàn)多參數(shù)的真正在線實時測量。


圖1是本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型實施例的原理結(jié)構(gòu)方框圖；圖3是本實用新型的測量方法流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型做進一步詳細(xì)地描述。
如圖1所示，本實用新型所述的一種紙漿硬度/亮度/色相/殘余油墨一體化傳感器由探頭3和控制電路9相互連接組成，所述探頭3為一個不銹鋼園管，一端為石英玻璃2密封，為測量和接收光線提供通路，同時避免測量介質(zhì)進入傳感器內(nèi)部。探頭3內(nèi)安裝有5只發(fā)射光纖6、接收光纖1和參比光強接收光纖7，發(fā)射光纖6連接有發(fā)光二極管組5(5只發(fā)光二極管)，接收光纖1和參比光強接收光纖7分別連接有光電轉(zhuǎn)換器4和參比光強光電轉(zhuǎn)換器8，發(fā)光二極管組5、光電轉(zhuǎn)換器4和參比光強光電轉(zhuǎn)換器8分別與控制電路9相連接，控制電路9外接有輸出電路和電源。探頭外徑38mm，長400mm。當(dāng)選用如表一所示的發(fā)光二極管組作為測量光源時，測量參數(shù)的測量數(shù)學(xué)模型如式1～5所示紙漿硬度測量模型K=(aR390F390+bR460F460+cR525F525+dR660F660)/(R940F940)---1]]>紙漿的亮度測量模型Brightness=(eR390F390)/(R940F940)---2]]>紙漿的色相測量模型RBlue=(fR460F460)/(R940F940)---3]]>RGreen=(gR525F525)/(R940F940)---4]]>FRed=(hR660F660)/(R940F940)---5]]>紙漿的殘余油墨測量模型ERIC=iR940F940---6]]>式1～6中各參數(shù)的意義為a、b、c、d、e、f、g、h、I系數(shù)，因測量紙漿特性的不同而不同；R390390nm的反射光測量值；F390390nm的光源參比光強值；R460460nm的反射光測量值；F460460nm的光源參比光強值；R525525nm的反射光測量值；F525525nm的光源參比光強值；R600600nm的反射光測量值；F600600nm的光源參比光強值；K紙漿硬度，Brightness紙漿亮度；RBlue藍(lán)光反射強度；RGreen綠光反射強度；RRed紅光反射強度。
表一 發(fā)光二極管參數(shù)表

本實用新型實施例的光纖采用纖束直徑為6mm多絲多模石英玻璃傳光束，發(fā)射光纖采用分叉結(jié)構(gòu)，側(cè)分叉纖芯約點纖芯總數(shù)的30％。所有光纖分叉均勻混合在一起，接到一個光電轉(zhuǎn)換器，測量發(fā)光二極管的發(fā)射光強作為參比信號。由紙漿反射回來的光纖經(jīng)傳光束傳到另一個測量光電轉(zhuǎn)換器，其測量信號作為光反射強度的測量值。所采用的五個發(fā)光二極管參數(shù)如表一所示。
如圖2所示，控制電路的核心是8031單片機系統(tǒng)，8031單片機系統(tǒng)通過DA轉(zhuǎn)換器對光源強度控制與切換，驅(qū)動發(fā)光二極管組；8031單片機系統(tǒng)還通過由光電轉(zhuǎn)換與放大器、AD轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換器接收測量光路信號，通過由光電轉(zhuǎn)換與放大器、AD轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的參比光強光電轉(zhuǎn)換器接收參比光路信號，并分別輸出RS232數(shù)字信號、多路4-20mA模擬信號。
如圖3所示，本實用新型的原理是，采用由一組不同中心波長的半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)作為單色光源通過光纖將光源導(dǎo)入到待測紙漿，紙漿的反射光線由另一根光纖接收，并導(dǎo)入到光電傳感器進行光電轉(zhuǎn)換、放大與數(shù)字化；同時由另一組光電轉(zhuǎn)換、放大與處理電路測量發(fā)光二極管的發(fā)光強度，計算出紙漿在該LED中心波長處的光反射率。光源由中心波長為390nm、460nm、525nm、660nm和940nm五個發(fā)光二極管組成，在時序控制下每一時刻單獨發(fā)光。紙漿的硬度、亮度、色相和殘余油墨含量采用不同的數(shù)學(xué)模型根據(jù)上述五個波長的反射率計算出來。測量結(jié)果通過數(shù)字通訊接口輸出，或?qū)⒚柯窚y量值轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出。
如上所述，即可較好地實現(xiàn)本實用新型。
權(quán)利要求1.一種紙漿硬度/亮度/色相/殘余油墨一體化傳感器，其特征是，它由探頭和控制電路相互連接組成，其中，它由探頭和控制電路相互連接組成，其中，所述探頭為一圓管，一端為玻璃密封，內(nèi)安裝有發(fā)射光纖、接收光纖和與發(fā)射光纖相連接的參比光強接收光纖，發(fā)射光纖連接有發(fā)光二極管組，接收光纖和參比光強接收光纖分別連接有光電轉(zhuǎn)換器、參比光強光電轉(zhuǎn)換器，發(fā)光二極管組、光電轉(zhuǎn)換器、參比光強光電轉(zhuǎn)換器分別與控制電路相連接。
專利摘要本實用新型是一種紙漿硬度/亮度/色相/殘余油墨一體化傳感器，它由探頭和控制電路相互連接組成，探頭為一圓管，一端為玻璃密封，內(nèi)安裝有發(fā)射光纖、接收光纖和與發(fā)射光纖相連接的參比光強接收光纖，發(fā)射光纖連接有發(fā)光二極管組，接收光纖和參比光強接收光纖分別連接有光電轉(zhuǎn)換器、參比光強光電轉(zhuǎn)換器，發(fā)光二極管組、光電轉(zhuǎn)換器、參比光強光電轉(zhuǎn)換器分別與控制電路相連接。本實用新型做到一機多用、一機復(fù)用；體積小、功耗低、壽命長、免維護，成本低；采用直插式方式，通過光纖將發(fā)光與敏感器件與待測介質(zhì)隔離，避免其受到溫度、壓力等因素的干擾，可實現(xiàn)多參數(shù)的真正在線實時測量。
文檔編號G01N21/25GK2667490SQ200320125289
公開日2004年12月29日 申請日期2003年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月30日
發(fā)明者閻東波, 劉煥彬 申請人:華南理工大學(xué)