專利名稱：測量紙張灰份的儀器及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明創(chuàng)造屬于紙張質(zhì)量的測量技術(shù)，涉及測量紙張灰份的儀器及其使用方法。
目前對(duì)紙張灰份的測量，最基本的是直接將紙樣置于坩堝內(nèi)在一定條件下燃燒，對(duì)所?；曳莘Q重獲取灰份值，這種測量法不但費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，而且毀壞了紙張;用電滴定或酸堿處理等化學(xué)手段進(jìn)行紙樣化學(xué)成份分析也可得到紙張灰份值，但也要化費(fèi)較長化學(xué)處理的時(shí)間，并且也是破壞性測量;用X射線衍射分析儀和熒光光譜儀可對(duì)紙樣進(jìn)行組成元素含量的精密分析、測量，從而得出灰份值，但這類儀器精密程度高，因而造價(jià)昂貴，通常僅用在控溫、控濕、干凈和防震的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，不適用于造紙生產(chǎn)現(xiàn)場。綜上所述，現(xiàn)有測量紙張灰份技術(shù)分別存在費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、昂貴、對(duì)紙張有破壞性或在生產(chǎn)現(xiàn)場不能進(jìn)行在線動(dòng)態(tài)連續(xù)實(shí)時(shí)測量的問題。
本發(fā)明創(chuàng)造的任務(wù)是要提供一種省時(shí)、省力、不破壞紙張、經(jīng)濟(jì)實(shí)用并能在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行在線動(dòng)態(tài)連續(xù)地自動(dòng)精確測量紙張灰份的儀器及其測量方法。
為了完成上述任務(wù)，發(fā)明人試驗(yàn)研究了軟X射線通過紙張后強(qiáng)度衰減量與紙張灰份的對(duì)應(yīng)關(guān)系紙張成份主要為紙槳及填料兩部份，前者主要是無機(jī)物，對(duì)軟X射線吸收少;而填料為有機(jī)物，燃燒后表現(xiàn)為灰份，對(duì)軟X射線吸收多。如用I0表示射線本身強(qiáng)度，μ1、μ2分別表示紙槳及填料對(duì)軟X射線的吸收系數(shù)，F(xiàn)表示填料在紙張中的百分含量，則紙張對(duì)軟X射線的總吸收系數(shù)μ為μ＝μ1(1-F)+μ2F (1)根據(jù)射線穿過物質(zhì)的強(qiáng)度指數(shù)衰減規(guī)律，軟X射線穿過紙張后射線強(qiáng)度I為I＝I0e-μX(2)式中X為紙張的定量，測出射線穿過紙張后的強(qiáng)度衰減。
由(1)、(2)式可求出紙張?zhí)盍狭縁 =L n ( IO/ I ) - μ1xx ( μ2- μ1)( 3 )]]>根據(jù)填料和灰份的轉(zhuǎn)換系數(shù)C，即可算出灰份值A(chǔ)A =L n ( IO/ I ) - μ1xC x ( μ2- μ1)( 4 )]]>根據(jù)上述原理，設(shè)計(jì)出采用軟X射線測量紙張灰份的儀器。其結(jié)構(gòu)方案如圖1所示儀器由射線源盒1、接收盒6及電氣機(jī)箱9三部份組成。射線源盒與接收盒位于被測紙幅5的兩側(cè)，紙幅可從其間通過。射線源盒如圖2所示，由射線源2、電機(jī)4及源門機(jī)構(gòu)組成，源門機(jī)構(gòu)如圖2b所示，包括轉(zhuǎn)盤3和相隔90°固定在殼體上的接近開關(guān)16和17，轉(zhuǎn)盤上有定位口21和22，彼此亦相隔90°，其位置與接近開關(guān)16和17相對(duì)應(yīng)，轉(zhuǎn)盤上還有通孔20和19，在孔20上貼有標(biāo)樣紙。接收盒6中裝有射線強(qiáng)度探測器7和前置放大器8。在電氣機(jī)箱9中裝有增益放大器10，與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)11連接，與計(jì)算機(jī)相聯(lián)的還有鍵盤顯示器12和輸出轉(zhuǎn)換板13。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可檢測接近開關(guān)16、17的開關(guān)特性，啟動(dòng)電機(jī)4驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤3旋轉(zhuǎn)，使轉(zhuǎn)盤對(duì)準(zhǔn)射線源有三種狀態(tài)即射線源2對(duì)準(zhǔn)通孔19、射線源2對(duì)準(zhǔn)貼有標(biāo)樣紙的通孔20以及射線不能從轉(zhuǎn)盤通過。當(dāng)射線穿過被測紙后進(jìn)入接收盒6，首先被射線強(qiáng)度探測器7接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出送至與其連接的前置放大器8，進(jìn)行放大后傳送到電氣機(jī)箱9中的增益放大器10，對(duì)信號(hào)進(jìn)一步放大后送至與其連接的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算得灰份值并送鍵盤顯示器12進(jìn)行顯示，同時(shí)計(jì)算機(jī)得出灰份距生產(chǎn)要求的偏差值送轉(zhuǎn)換板輸出偏差值模擬量。
本儀器的測量方法1.開機(jī)自動(dòng)進(jìn)行儀器標(biāo)定(1)使射線源盒1與接收盒6之間無測量紙幅5;
(2)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)11啟動(dòng)電機(jī)4驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤3，使其先后處三種狀態(tài)(a)開狀態(tài)-射線從孔19通過，以測得射線本身強(qiáng)度I0;
(b)標(biāo)狀態(tài)-射線從孔20上標(biāo)樣紙通過，根據(jù)標(biāo)樣紙灰份實(shí)測值與標(biāo)準(zhǔn)值之差得出儀器灰份測量值的補(bǔ)償量;
(c)關(guān)狀態(tài)-源門擋住射線，獲得測量儀器的暗背景信號(hào)。
2.儀器自動(dòng)進(jìn)入測量(1)紙幅5從射線源盒1與接收盒6之間通過;
(2)射線經(jīng)孔19穿過紙幅5進(jìn)入接收盒6被射線強(qiáng)度探測器7接收，輸出對(duì)應(yīng)電信號(hào)至前置放大器8放大后傳送至電氣機(jī)箱9中的增益放大器10進(jìn)一步放大信號(hào)后送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)11，將測量信號(hào)經(jīng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)A/D變換后采集，扣除測量暗背景信號(hào)后，測得軟X射線穿過被測紙后的射線強(qiáng)度信號(hào)I。在鍵盤顯示器系統(tǒng)12，用戶可按動(dòng)鍵盤輸入?yún)?shù)μ1、μ2、x、c和灰份目標(biāo)值。計(jì)算機(jī)根據(jù)測量得的I、I0及μ1、μ2、x、c等參數(shù)即按(4)式計(jì)算出灰份測量值，加上標(biāo)定的補(bǔ)償值即得到精確的灰份測量值，送至鍵盤顯示系統(tǒng)顯示。由灰份目標(biāo)值，計(jì)算機(jī)同時(shí)得出灰份偏差值并顯示，該偏差值經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換口輸至轉(zhuǎn)換板13，可得偏差值變換為0～10mA和4～20mA兩路標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)，供生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)使用，以使紙張灰份滿足要求。


圖1為儀器結(jié)構(gòu)方案示意圖;
圖2為射線源盒內(nèi)部構(gòu)造示意圖;
圖3為接收盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖;
圖4為電氣機(jī)箱內(nèi)部布置示意圖;
圖5為付機(jī)軟件框圖;
圖6為主機(jī)軟件框圖;
圖7為主機(jī)中斷服務(wù)子程序框圖。
參照附圖進(jìn)一步說明儀器結(jié)構(gòu)方案，本發(fā)明方案已制出樣機(jī)。圖1為儀器結(jié)構(gòu)方案布置示意圖，由射線源盒1、接收盒6和電氣機(jī)箱9組成。射線源盒與接收盒位于被測紙5的兩側(cè)，如圖1所示，在射線源盒內(nèi)裝有轉(zhuǎn)盤3，轉(zhuǎn)盤由電機(jī)4帶動(dòng)可旋轉(zhuǎn)，在射線源盒殼體上固定安裝有射線源2，其安裝位置如圖2a所示與轉(zhuǎn)盤對(duì)應(yīng);轉(zhuǎn)盤3的結(jié)構(gòu)如圖2b所示，轉(zhuǎn)盤上開有相隔90°的定位口21和22，在殼體上固定安裝相隔90°的接近開關(guān)16和17，其位置分別與二定位口對(duì)應(yīng)，當(dāng)接近開關(guān)的接觸片進(jìn)入定位口時(shí)，該接近開關(guān)呈開狀態(tài)，隨轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，定位口離開接觸片時(shí)則接觸片時(shí)則接近開關(guān)呈關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)盤上還開有通孔19和20，孔20上貼有標(biāo)樣紙，二通孔位置應(yīng)保證當(dāng)二接近開關(guān)16、17全開時(shí)，射線出射口對(duì)準(zhǔn)通孔19(源門呈開狀態(tài));當(dāng)接近開關(guān)16開、接近開關(guān)17關(guān)時(shí)，射線出射口被轉(zhuǎn)盤擋住(源門呈關(guān)狀態(tài));當(dāng)接近開關(guān)16關(guān)、接近開關(guān)17呈開時(shí)，則射線出射口對(duì)準(zhǔn)通孔20(源門處在標(biāo)樣紙位置)。在標(biāo)定或測量時(shí)射線經(jīng)射線出射口穿過被測紙5后進(jìn)入接收盒6中，射線被安裝在接收盒上的射線強(qiáng)度探測器7接收，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后輸送至與其連接的前置放大器8，射線強(qiáng)度探測器與前置放大器都被置于屏蔽罩23內(nèi)，如圖3所示;電信號(hào)經(jīng)前置放大器8放大后傳送到電氣機(jī)箱9中的增益放大器10，對(duì)信號(hào)進(jìn)一步放大后送至與其連接的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，如圖4所示，電氣機(jī)箱9可分為主機(jī)箱9(主)和付機(jī)箱9(付)，付機(jī)箱中裝有增益放大器10和付計(jì)算機(jī)系統(tǒng)11(付)，付機(jī)箱安裝在紙機(jī)附近，主機(jī)箱可安裝在控制室，主機(jī)箱內(nèi)裝有主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)11(主)，與其連接的有鍵盤顯示器12和轉(zhuǎn)換板13。
樣機(jī)采用的構(gòu)件射線強(qiáng)度探測器7可取電離室或計(jì)數(shù)管等，現(xiàn)選用DLS301電離室，其輸出信號(hào)為電流;前置放大器8由二級(jí)組成，第一級(jí)取微微安/電壓變換器(電子電路百科全書第一冊(cè)，P170中的17～24例)將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，第二級(jí)采取運(yùn)放5G7650組成的通用放大電路;電氣機(jī)箱9的付機(jī)箱內(nèi)增益放大器10采用運(yùn)放OP-07組成的通用放大電路，將從前置放大器8傳來的信號(hào)進(jìn)一步放大后送付機(jī)，付機(jī)采用TD-Ⅲ型單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，本身帶有A/D、D/A轉(zhuǎn)換口、串行通訊口、中斷服務(wù)口及24個(gè)輸入輸出I/O口，付機(jī)采集信號(hào)后通過通訊口送至主機(jī)。主機(jī)同樣采用TD-Ⅲ型單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，外接與其相配的TD-Ⅲ型鍵盤顯示系統(tǒng)作儀器的鍵盤顯示器12。用戶通過鍵盤輸入?yún)?shù)μ1、μ2、c、x及灰份目標(biāo)值，也可提出標(biāo)定等命令，用戶操作鍵盤對(duì)主機(jī)中央控制器CPU產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。輸出轉(zhuǎn)換板13采用通常的電壓/電流轉(zhuǎn)換電路。
圖5為付機(jī)軟件框圖，付機(jī)處于從屬地位，根據(jù)主機(jī)命令測量I0、暗背景、標(biāo)樣紙或測量紙幅等;圖6為主機(jī)軟件框圖，開機(jī)后主機(jī)先發(fā)標(biāo)定命令至付機(jī)，付機(jī)接收命令后自動(dòng)完成標(biāo)定測量，再將信號(hào)送回主機(jī)，主機(jī)完成標(biāo)定計(jì)算、存儲(chǔ)后先檢測有否中斷設(shè)定的命令標(biāo)記，有則處理，處理后消除標(biāo)記，無則發(fā)測量命令至付機(jī)進(jìn)行測量，主機(jī)完成測量后再返回檢測有否中斷設(shè)定命令標(biāo)記。
若用戶鍵盤操作對(duì)主機(jī)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，如圖7所示為主機(jī)中斷服務(wù)子程序框圖。首先判斷中斷類型，如用戶按動(dòng)標(biāo)定鍵或源門開關(guān)鍵，則設(shè)置命令標(biāo)記供主機(jī)查詢，用戶要求修改參數(shù)，則立即修改并存儲(chǔ)，主機(jī)處理中斷后返回原處繼續(xù)執(zhí)行程序。
與
背景技術(shù)：
相比，本儀器具有突出優(yōu)點(diǎn)和顯著效果。
1.灰份測量精確。因?yàn)檐沊射線對(duì)灰份變化十分敏感，并且儀器可經(jīng)常進(jìn)行標(biāo)定，定時(shí)提供儀器暗背景信號(hào)、參考信號(hào)I0、及標(biāo)定補(bǔ)償值，為提高測量精度創(chuàng)造了有利條件;
2.對(duì)紙張無破壞性。因?yàn)橥ㄟ^射線穿透紙張強(qiáng)度衰減變化來測量灰份，故紙張本身無任何損失;
3.測量效率高。每次測量時(shí)間由放大系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作時(shí)間決定，測量速度極快，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)連續(xù)實(shí)時(shí)測量;
4.結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉。儀器無需精度要求高的構(gòu)件，電子系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也無特殊要求，可采用通用系統(tǒng);
5.無特殊環(huán)境要求，適用于在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行測量使用。將儀器的射線源盒1和接收盒6分別安裝于紙機(jī)上紙幅5的兩側(cè)，電氣機(jī)箱9的付機(jī)箱9(付)安裝在紙機(jī)旁，而裝有鍵盤顯示器的主機(jī)箱9(主)安裝在控制室，故儀器可在生產(chǎn)現(xiàn)場方便舒適地進(jìn)行在線測量;
6.儀器上裝有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，使測量、計(jì)算、標(biāo)定以及參數(shù)改變都非?？焖俜奖?，因而適用范圍廣，功能完備。
權(quán)利要求
1.一種測量紙張灰份的儀器，其特征是由射線源盒[1]、接收盒[6]及電氣機(jī)箱[9]三部份組成，射線源盒與接收盒位于被測紙幅[5]的兩側(cè)，紙幅可從其間通過；射線源盒由射線源[2]、電機(jī)[4]及源門機(jī)構(gòu)組成，源門機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)盤[3]和固定在殼體上相隔90°的接近開關(guān)[16]和[17]，轉(zhuǎn)盤上有相隔90°定位口[21]、[22]，其位置分別與接近開關(guān)[16]、[17]對(duì)應(yīng)，還有通孔[20]和[19]，孔[20]上貼有標(biāo)樣紙；接收盒[6]包括射線強(qiáng)度探測器[7]和前置放大器[8]；電氣機(jī)箱[9]中包括增益放大器[10]、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[11]以及與計(jì)算機(jī)相聯(lián)的鍵盤顯示器[12]和輸出轉(zhuǎn)換板[13]，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可檢測接近開關(guān)[16]、[17]的開關(guān)特性，啟動(dòng)電機(jī)[4]驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤[3]旋轉(zhuǎn)，致使轉(zhuǎn)盤對(duì)射線源有三種狀態(tài)，即射線源[2]對(duì)準(zhǔn)通孔[19]、射線源[2]對(duì)準(zhǔn)貼有標(biāo)樣紙的通孔[20]以及射線不能從轉(zhuǎn)盤通過。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述測量紙張灰份的儀器，其特征是射線源盒〔1〕中的射線源〔2〕采用軟X射線源，可取同位素屏蔽于鉛盒〔15〕中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述測量紙張灰份的儀器，其特征是當(dāng)轉(zhuǎn)盤某定位口與某接近開關(guān)接觸片接觸時(shí)，該接近開關(guān)呈開狀態(tài)，當(dāng)定位口離開接近開關(guān)的接觸片時(shí)，則該接近開關(guān)呈關(guān)狀態(tài);轉(zhuǎn)盤上通孔〔19〕、〔20〕的位置應(yīng)保證當(dāng)射線從〔19〕通過時(shí)對(duì)應(yīng)接近開關(guān)〔16〕、〔17〕全開;當(dāng)射線從孔〔20〕通過時(shí)對(duì)應(yīng)接近開關(guān)〔16〕開，而開關(guān)〔17〕關(guān);當(dāng)射線被轉(zhuǎn)盤擋住無法通過時(shí)，則對(duì)應(yīng)開關(guān)〔16〕關(guān)，開關(guān)〔17〕開。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述測量紙張灰份的儀器，其特征是接收盒中射線強(qiáng)度探測器〔7〕可采用計(jì)數(shù)管或電離室，從它輸出電信號(hào)至前置放大器〔8〕，當(dāng)采用電離室時(shí)，前置放大器由二級(jí)組成，第一級(jí)為微微安/電壓變換器將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，第二級(jí)為5G7650組成的通用放大電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述測量紙張灰份的儀器，其特征是電氣機(jī)箱〔9〕中安裝的單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)〔11〕帶有A/D轉(zhuǎn)換口、D/A轉(zhuǎn)換口、中斷口和I/O口，測量信號(hào)通過A/D口轉(zhuǎn)換后被計(jì)算機(jī)采集。
6.一種紙張灰份測量儀器的測量方法，其特征步驟如下1)開機(jī)自動(dòng)進(jìn)行儀器標(biāo)定(1)使射線源盒〔1〕與接收盒〔6〕之間無測量紙幅〔5〕;(2)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)〔11〕啟動(dòng)電機(jī)〔4〕驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤〔3〕使其先后處三種狀態(tài)(a)開狀態(tài)即射線從孔〔19〕通過，以測得射線本身強(qiáng)度I0;(b)標(biāo)狀態(tài)射線從孔〔20〕上標(biāo)樣紙通過，根據(jù)標(biāo)樣紙灰份實(shí)測值與標(biāo)準(zhǔn)值之差得出儀器灰份測量值的補(bǔ)償量;(c)關(guān)狀態(tài)源門擋住射線，獲取測量儀器暗背景信號(hào)。2)儀器自動(dòng)進(jìn)入測量(1)紙幅〔5〕從射線源盒〔1〕與接收盒〔6〕之間通過;(2)射線經(jīng)孔〔19〕穿過紙幅〔5〕進(jìn)入接收盒〔6〕被射線強(qiáng)度探測器〔7〕接收，輸出對(duì)應(yīng)電信號(hào)至前置放大器〔8〕放大后傳送至電氣機(jī)箱〔9〕中的增益放大器〔10〕進(jìn)一步放大信號(hào)后送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)〔11〕，將測量信號(hào)經(jīng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)A/D變換后采集，扣除測量暗背景信號(hào)作為軟X射線穿過紙幅后射線強(qiáng)度信號(hào)I，再根據(jù)用戶在鍵盤顯示器系統(tǒng)〔12〕輸入的參數(shù)μ1、μ2、x、c等參數(shù)以及標(biāo)定時(shí)探測的射線本身強(qiáng)度I0和標(biāo)定時(shí)得的測量儀器的補(bǔ)償量即可得到灰份測量值，送鍵盤顯示系統(tǒng)顯示;同時(shí)根據(jù)用戶操作鍵盤輸入紙張灰份的目標(biāo)值與測量值比較可得出紙張灰份偏差值送顯示，偏差值經(jīng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)D/A轉(zhuǎn)換口輸出轉(zhuǎn)換板〔13〕可將偏差值變換為0～10mA和4～20mA兩路標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)，供生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)使用，使生產(chǎn)的紙張灰份符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量方法，其特征是用戶操作鍵盤可對(duì)主機(jī)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，主機(jī)即暫停測量執(zhí)行中斷服務(wù)程序，處理用戶請(qǐng)求，執(zhí)行后繼續(xù)恢復(fù)測量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在線動(dòng)態(tài)連續(xù)測量紙張灰份的儀器及方法。紙幅一側(cè)安裝軟X射線源盒[1]，另一側(cè)安裝接收盒[6]，紙機(jī)旁安裝以單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為中心的儀器電氣機(jī)箱[11]。儀器根據(jù)固化軟件，開機(jī)先自動(dòng)進(jìn)行本身標(biāo)定，然后進(jìn)行連續(xù)測量，由探測的射線強(qiáng)度的衰減計(jì)算得出灰份值，并顯示、輸出。該發(fā)明解決了現(xiàn)有測量方法的費(fèi)時(shí)、對(duì)紙有破壞性、昂貴、不適生產(chǎn)現(xiàn)場的問題，提供了一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可用于現(xiàn)場在線測量的儀器。
文檔編號(hào)G01N23/083GK1083929SQ9310373
公開日1994年3月16日 申請(qǐng)日期1993年4月6日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月6日
發(fā)明者顧潔, 孫優(yōu)賢 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)