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(shí)用新型涉及制漿造紙工業(yè)過程測(cè)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(qiáng)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(shí)測(cè)量上述參數(shù)中的一或兩項(xiàng)。如紙漿卡伯值/亮度傳感器，只能同時(shí)測(cè)量紙漿的硬度與亮度，且采用在位式設(shè)計(jì)，即需要取樣裝置將紙漿從設(shè)備中取出后，輸送在測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量，不能實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)測(cè)量。殘余油墨傳感器亦采用離線在位式設(shè)計(jì)，紙漿樣品經(jīng)復(fù)雜的稀釋、過濾等處理后，由圖像分析測(cè)量裝置檢測(cè)殘余油墨粒子的量?，F(xiàn)有的在線式紙漿亮度傳感器主要功能為測(cè)量紙漿在不同波長(zhǎng)下的反射率。目前尚未見有關(guān)紙漿色相在線傳感器的報(bào)道。
由于現(xiàn)有的傳感器功能單一，在生產(chǎn)中為了測(cè)量紙漿的特征參數(shù)，需針對(duì)某一參數(shù)設(shè)置對(duì)應(yīng)的傳感器，在傳感器購(gòu)置、安裝與維護(hù)等方面的費(fèi)用高昂，同時(shí)增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)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(jì)，直接插入工藝管線或設(shè)備，同時(shí)對(duì)上述四個(gè)或其中一個(gè)或多個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)測(cè)量。
本實(shí)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(qiáng)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(qiáng)接收光纖分別連接有光電轉(zhuǎn)換器、參比光強(qiáng)光電轉(zhuǎn)換器，發(fā)光二極管組、光電轉(zhuǎn)換器、參比光強(qiáng)光電轉(zhuǎn)換器分別與控制電路相連接。
本實(shí)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(zhǎng)的半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)作為單色光源，在不同時(shí)刻通過同一光纖照射紙漿，以測(cè)量紙漿在該波長(zhǎng)處的光反射率；第二，即待測(cè)參數(shù)由相應(yīng)的測(cè)量數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益結(jié)果1.本實(shí)用新型采用反射光譜測(cè)量方法，所有待測(cè)的紙漿性質(zhì)參數(shù)均根據(jù)紙漿在特定波長(zhǎng)處的光反射率計(jì)算出來，全部基于同一硬件設(shè)備；采用不同的計(jì)算模型可測(cè)量不同的參數(shù)；做到一機(jī)多用、一機(jī)復(fù)用的功能。
2.本實(shí)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(zhǎng)、免維護(hù)，成本低的特點(diǎn)。
3.本實(shí)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(cè)介質(zhì)隔離，避免其受到溫度、壓力等因素的干擾，可實(shí)現(xiàn)多參數(shù)的真正在線實(shí)時(shí)測(cè)量。


圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的原理結(jié)構(gòu)方框圖；圖3是本實(shí)用新型的測(cè)量方法流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
如圖1所示，本實(shí)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(gè)不銹鋼園管，一端為石英玻璃2密封，為測(cè)量和接收光線提供通路，同時(shí)避免測(cè)量介質(zhì)進(jìn)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(qiáng)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(qiáng)接收光纖7分別連接有光電轉(zhuǎn)換器4和參比光強(qiáng)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(qiáng)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(zhǎng)400mm。當(dāng)選用如表一所示的發(fā)光二極管組作為測(cè)量光源時(shí)，測(cè)量參數(shù)的測(cè)量數(shù)學(xué)模型如式1～5所示紙漿硬度測(cè)量模型K=(aR390F390+bR460F460+cR525F525+dR660F660)/(R940F940)---1]]>紙漿的亮度測(cè)量模型Brightness=(eR390F390)/(R940F940)---2]]>紙漿的色相測(cè)量模型RBlue=(fR460F460)/(R940F940)---3]]>RGreen=(gR525F525)/(R940F940)---4]]>FRed=(hR660F660)/(R940F940)---5]]>紙漿的殘余油墨測(cè)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(cè)量紙漿特性的不同而不同；R390390nm的反射光測(cè)量值；F390390nm的光源參比光強(qiáng)值；R460460nm的反射光測(cè)量值；F460460nm的光源參比光強(qiáng)值；R525525nm的反射光測(cè)量值；F525525nm的光源參比光強(qiáng)值；R600600nm的反射光測(cè)量值；F600600nm的光源參比光強(qiáng)值；K紙漿硬度，Brightness紙漿亮度；RBlue藍(lán)光反射強(qiáng)度；RGreen綠光反射強(qiáng)度；RRed紅光反射強(qiáng)度。
表一 發(fā)光二極管參數(shù)表

本實(shí)用新型實(shí)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(diǎn)纖芯總數(shù)的30％。所有光纖分叉均勻混合在一起，接到一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器，測(cè)量發(fā)光二極管的發(fā)射光強(qiáng)作為參比信號(hào)。由紙漿反射回來的光纖經(jīng)傳光束傳到另一個(gè)測(cè)量光電轉(zhuǎn)換器，其測(cè)量信號(hào)作為光反射強(qiáng)度的測(cè)量值。所采用的五個(gè)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(jī)系統(tǒng)，8031單片機(jī)系統(tǒng)通過DA轉(zhuǎn)換器對(duì)光源強(qiáng)度控制與切換，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管組；8031單片機(jī)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(cè)量光路信號(hào)，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(qiáng)光電轉(zhuǎn)換器接收參比光路信號(hào)，并分別輸出RS232數(shù)字信號(hào)、多路4-20mA模擬信號(hào)。
如圖3所示，本實(shí)用新型的原理是，采用由一組不同中心波長(zhǎng)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(cè)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(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、放大與數(shù)字化；同時(shí)由另一組光電轉(zhuǎn)換、放大與處理電路測(cè)量發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度，計(jì)算出紙漿在該LED中心波長(zhǎng)處的光反射率。光源由中心波長(zhǎng)為390nm、460nm、525nm、660nm和940nm五個(gè)發(fā)光二極管組成，在時(shí)序控制下每一時(shí)刻單獨(dú)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(gè)波長(zhǎng)的反射率計(jì)算出來。測(cè)量結(jié)果通過數(shù)字通訊接口輸出，或?qū)⒚柯窚y(cè)量值轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出。
如上所述，即可較好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)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(qiáng)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(qiáng)接收光纖分別連接有光電轉(zhuǎn)換器、參比光強(qiáng)光電轉(zhuǎn)換器，發(fā)光二極管組、光電轉(zhuǎn)換器、參比光強(qiáng)光電轉(zhuǎn)換器分別與控制電路相連接。
專利摘要本實(shí)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(qiáng)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(qiáng)接收光纖分別連接有光電轉(zhuǎn)換器、參比光強(qiáng)光電轉(zhuǎn)換器，發(fā)光二極管組、光電轉(zhuǎn)換器、參比光強(qiáng)光電轉(zhuǎn)換器分別與控制電路相連接。本實(shí)用新型做到一機(jī)多用、一機(jī)復(fù)用；體積小、功耗低、壽命長(zhǎng)、免維護(hù)，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(cè)介質(zhì)隔離，避免其受到溫度、壓力等因素的干擾，可實(shí)現(xiàn)多參數(shù)的真正在線實(shí)時(shí)測(cè)量。
文檔編號(hào)G01N21/25GK2667490SQ200320125289
公開日2004年12月29日 申請(qǐng)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(qǐng)人:華南理工大學(xué)