專利名稱：紙漿亮度／濃度一體化光學(xué)傳感器探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及紙漿測量技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種紙漿亮度/濃度一體化光學(xué)傳感器探頭。
背景技術(shù)：
紙漿的光學(xué)特性是紙品的重要質(zhì)量指標(biāo)。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB4687-84，紙漿亮度是指紙漿在藍(lán)光(457nm)的反射因素，它是漿張的表面反射、吸收和光散射等現(xiàn)象的綜合效應(yīng)。因此，測量并控制紙漿亮度，具有十分重要的意義。無論用何種制漿方法，紙漿都帶有一定的顏色(通常是棕黃色)。為滿足用戶對紙漿亮度的需求，需要在紙漿中加入適量化學(xué)藥品進(jìn)行漂白，藥品加入量依賴于目標(biāo)紙漿亮度、未漂漿的化學(xué)特性及其它工藝條件，過量的漂劑往往造成環(huán)境的污染。只有實時在線測量紙漿的亮度和濃度變化，控制漂劑用量及操作工藝條件，才能使漂白過程以經(jīng)濟(jì)模式穩(wěn)定運行。
目前，紙漿亮度在線傳感器(如BTG公司的亮度在線測量儀)及各種機(jī)械式濃度傳感器都已有工業(yè)應(yīng)用，但未見到能同時測量這兩個參數(shù)的傳感器。對于漂白過程控制，紙漿的亮度變化及濃度是控制的基本參數(shù)，如果能同時測量這兩個參數(shù)，不僅能夠降低控制系統(tǒng)的費用，而且還能提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

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，提供一種紙漿亮度/濃度一體化光學(xué)傳感器探頭。該傳感器探頭可以同時測量紙漿亮度和濃度。
本實用新型所述一種紙漿亮度/濃度一體化光學(xué)傳感器探頭，其特征是，它由發(fā)光二極管、光電二極管、一條入射光纖、兩條接收光纖和參比光纖相互連接而成，其中，光電二極管分別與參比光纖和兩條接收光纖相連接，發(fā)光二極管與一條入射光纖相連接，一條入射光纖和兩條接收光纖三條光纖相互之間的水平間隔距離相等。
為了更好地實現(xiàn)本實用新型，所述發(fā)光二極管可以采用峰值波長為440～460nm的藍(lán)色發(fā)光二極管LED以及峰值波長為940nm的近紅外發(fā)光二極管。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果1.本實用新型適應(yīng)的濃度范圍寬，可以針對高濃漿和低濃漿分別建立測量的數(shù)學(xué)模型；適應(yīng)的漿種多，可用于測量化學(xué)漿漂白、磨木漿漂白、化機(jī)漿漂白、廢紙漿脫墨。
2.本實用新型穩(wěn)定性好，采用LED做光源，光源壽命較長，無轉(zhuǎn)動件、易損件，使其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可靠性高。
3.本實用新型價格便宜，由于結(jié)構(gòu)簡潔，無光柵等色散元件，成本低。


圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型的雙接收光纖光路示意圖；圖3是本實用新型的橫切面示意圖；圖4是本實用新型的縱切面示意圖；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(jìn)一步地詳細(xì)說明。
如圖1所示，本實用新型是采用光反射與后向散射方法測量紙漿的亮度與紙漿濃度的一體化光學(xué)在線傳感器探頭，由發(fā)光二極管1、光電二極管2、一條入射光纖3、兩條接收光纖4和參比光纖5相互連接而成，其頂端還安裝有石英玻璃6。采用光纖探頭，使傳感器可以直插入漿線上，采用LED作為光源，便于光源補(bǔ)償及延長壽命。本實用新型的光源可以由940nm和457nm的LED組成，457nm主要用于紙漿亮度的測量，其基本測量原理可參見GB4687-84；紙漿中水分對紅外區(qū)光譜有較強(qiáng)吸收，在試驗過程中，我們發(fā)現(xiàn)940nm對紙漿濃度變化的敏感已經(jīng)能滿足測量需要。
如圖2所示，為了能夠采用光反射傳感器測量紙漿的濃度，我們提出了以下的濃度測量探頭結(jié)構(gòu)兩個接收光纖平行布置，它們與光源光纖之間的距離分別為ln和lf，入射光強(qiáng)度為I0，接收光強(qiáng)分別為In和If，由朗伯—比爾定律推出In=mcI0e-ϵcln.........(1)]]>If=mcI0e-ϵclf........(2)]]>通過合理配置兩個接收光纖與照明光纖的位置，使lf＝2ln，則由式(1)與式(2)可得I2nIf=(mcI0e-ϵcln)2mcI0e-ϵclf=mcI0e(ϵ(lf-2lnc).......(3)]]>由光纖相對的距離可知lf-2ln＝0(4)將式(4)代入式(3)可得I2nIf=mcI0........(5)]]>式中m——系數(shù)c——紙漿濃度當(dāng)光源光纖的出射光強(qiáng)度I0為恒定值時，式(5)可化為I2nIf=kc........(6)]]>式中k——比例系數(shù)因此，從式(6)可知，I2n/If比值與濃度成線性關(guān)系，只要知道發(fā)射光源的強(qiáng)度和兩個接收傳感器的信號強(qiáng)度，就可以通過式(6)計算出紙漿的濃度，當(dāng)采用單色近紅外光用為光源時，其濃度測量結(jié)果與紙漿的性質(zhì)(顏色、反射系數(shù)、吸收系數(shù))無關(guān)。
對于紙漿亮度的測量，照射光源采用460nmLED單色光源，半功率峰寬30nm。紙漿亮度可由式(7)表示B＝K*I/I0(7)式中B——紙漿亮度％；K——與紙漿濃度等參數(shù)有關(guān)的比例系數(shù)；I0——入射光強(qiáng)度；I——第一接收光纖處的光強(qiáng)度。
本實用新型的光源可以采用藍(lán)色發(fā)光二極管LED，型號為SB-C-BL450，峰值波長440～460nm，輸出強(qiáng)度4.5mW；近紅外發(fā)光二極管的型號為L-34F3BT，峰值波長940nm。光源驅(qū)動1kHz占空比50％的方波，驅(qū)動電流20mA。光電轉(zhuǎn)換器UV210BQ光敏二極管，有效波長200～1100nm。傳光束集束直徑5mm多芯玻璃光纖傳光束，纖芯直徑100um。探頭的橫切面和縱切面結(jié)構(gòu)如圖3和4所示。
采用本實用新型實施例，傳感器測量濃度范圍0.1～4％，精度±0.1％；紙漿亮度測量范圍20～95％(ISO)，精度±1％。
如上所述，即可較好地實現(xiàn)本實用新型。
權(quán)利要求1.一種紙漿亮度/濃度一體化光學(xué)傳感器探頭，其特征是，它由發(fā)光二極管、光電二極管、一條入射光纖、兩條接收光纖和參比光纖相互連接而成，其中，光電二極管分別與參比光纖和兩條接收光纖相連接，發(fā)光二極管與一條入射光纖相連接，一條入射光纖和兩條接收光纖三條光纖相互之間的水平間隔距離相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紙漿亮度/濃度一體化光學(xué)傳感器探頭，其特征是，所述發(fā)光二極管可以采用峰值波長為440～460nm的藍(lán)色發(fā)光二極管LED以及峰值波長為940nm的近紅外發(fā)光二極管。
專利摘要本實用新型是一種紙漿亮度/濃度一體化光學(xué)傳感器探頭，它由發(fā)光二極管、光電二極管、一條入射光纖、兩條接收光纖和參比光纖相互連接而成，其中，光電二極管分別與參比光纖和兩條接收光纖相連接，發(fā)光二極管與一條入射光纖相連接，一條入射光纖和兩條接收光纖三條光纖相互之間的水平間隔距離相等。發(fā)光二極管可以采用峰值波長為440～460nm的藍(lán)色發(fā)光二極管LED以及峰值波長為940nm的近紅外發(fā)光二極管。本實用新型適應(yīng)的濃度范圍寬，漿種多，可用于測量化學(xué)漿漂白、磨木漿漂白、化機(jī)漿漂白、廢紙漿脫墨。本實用新型穩(wěn)定性好，光源壽命較長，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可靠性高。本實用新型價格便宜，成本低。
文檔編號G01N21/47GK2593186SQ0322298
公開日2003年12月17日 申請日期2003年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月15日
發(fā)明者閻東波, 李繼庚, 劉煥彬 申請人:華南理工大學(xué)