利用宽带源的光纤传感器制造技术

光纤传感器采用高亮度光源诸如光纤超连续谱源、多路复用超辐射发光二极管或者宽带可调谐激光二极管。光经由光纤被递送到测量位置并且传感器光学器件将红外辐射导引到位于不利的环境中的、正被监视的材料上。分散元件位于探测束路中从而分离波长并且执行光谱分析。从片材出现的辐射的光谱分析给出关于材料的多个参数的信息。对于造纸应用，能够获得在纸张中的湿度水平、温度和纤维素含量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及用于控制连续片材制造系统的系统，并且更加具体地涉及用于同时地测量多个参数诸如在纸张中的湿度水平、温度和纤维素含量和在塑料中的特殊聚合物的浓度的传感器和方法。该项技术采用被耦接到光学传感器的高亮度光源诸如光纤超连续谱源、多路复用超辐射发光二极管(SLED)或者宽带可调谐激光二极管，该光学传感器在正被监视的材料之上扫描。
技术介绍
在于连续造纸机器上造纸时，从在行进中的网状造纸织物上的纤维的水悬浮液 (原料)形成纸幅(web of paper)，并且水通过重力和抽吸而通过织物排出。纸幅然后被转移到挤压部，在此处利用压力和真空将更多的水移除。纸幅接着进入干燥器部，在此处利用蒸汽加热的干燥器和热空气完成干燥过程。纸机本质上是一种水移除系统。造纸机器的、 典型的形成部包括在一系列水移除元件诸如案辊、箔片、真空箔片和吸水箱之上行进的循环行进造纸织物或者丝线。原料在造纸织物的顶表面上携带并且当原料在相继的除水元件之上行进时被除水以形成纸张片材。最终，湿润片材被转移到造纸机器的挤压部，在此处足够的水被移除以形成纸张片材。很多因素影响水被移除的速率，这最终影响所生产的纸张的质量。连续地测量纸张材料的某些性质从而监视成品的质量是众所周知的。这些在线测量经常包括基础重量、水分含量和片材厚度即厚度。所述测量能够被用于控制工艺变量，其目标在于维持输出质量并且最小化由于在制造过程中的干扰而应该被废弃的产品的数量。 经常利用扫描传感器实现在线片材性质测量，该扫描传感器周期地从边缘到边缘地横越片材材料。传统上采用扫描传感器在它离开主干燥器部时或者在拾取卷轴处测量片材材料的水分含量。可以使用这种测量来朝向实现所期参数地调节机器操作。用于测量水分含量的一项技术是利用水在红外(IR)区域中的吸收光谱。通常地采用用于此目的的监视或者量计设备。这种设备传统上使用或者固定量计或者被安装在扫描头上的量计，被安装在扫描头上的量计根据各台机器的要求在从干燥器部离开时和/或在进入拾取卷轴时横向地越过纸幅地反复地扫描。量计通常使用宽带红外源诸如石英钨卤素灯和一个或者多个探测器，其中利用窄带滤波器例如干涉型滤波器选择感兴趣的波长。所使用的量计分为两种主要的类型透射性类型，其中源和探测器在纸幅的相对侧上，并且在扫描量计的情形中越过它地同步地扫描；和散射型(通常被称为“反射性”类型)，其中源和探测器在纸幅的一侧上的单一端头中，探测器响应于从纸幅散射的源辐射的数量。虽然最通常地是在更加良好的干燥端环境中定位顶湿度计，但是还在造纸机器的、不利的湿润端中采用类似的量计。湿润端湿度计通常位于挤压部的端部或者干燥器部的开始部分处。在这些位置中的量计对于诊断纸机的挤压和形成部，或者对于为了进入干燥器部中而“设置”纸幅而言是有用的。授予Haran等人的US专利No. 7，291，856描述了一种湿度传感器，该湿度传感器3使用高亮度超辐射发光二极管(SLED)与光纤递送相结合以在不利的和空间受到限制的环境中实现小的和紧凑的湿度测量。具体地，产生在纸张中的水的非色散性分光镜测量的湿度传感器被如此配置，使得敏感的光电子和光机械构件远离不利环境地定位。同时，传感器能够向测量位置递送足够的光功率水平，这使得传感器能够维持测量速度和可重复性。这项技术的一个缺陷是它的、有限的粗糙的光谱分辨率和有限的波长范围，这最终限制了它对于测量湿度的应用。而且，在监视纸张中的湿度的情形中，光源的、有限的频谱差别给出了具有特定分级(grade specific)的数据。由于这个分级依赖性，要求精细的校准手续从而适合产生一系列的重量分级或者包含不同的成分例如纸张添加剂的纸张的造纸机器。在工业中需要一种通用传感器，该传感器能够在早期造纸过程中测量多个不同的参数，包括湿度、温度和纤维素纤维含量。这种传感器将使得能够实现更好的工艺控制，由此最小化不合格的产品和最小化纸张断裂。
技术实现思路
本专利技术涉及用于在不利的片材制造环境中同时地测量材料的多个参数的技术。本专利技术部分地基于以下认识，即，能够通过采用高亮度光源而配置一种紧凑的光学传感器以实现鲁棒性的一致测量，其中通过光纤，高光谱强度光被递送至片材位置和被从那里取回。相应地，在一个方面，本专利技术涉及一种传感器系统，该传感器系统被配置为将照明光导引到组合物上，从而沿着探测束路产生探测辐射以测量组合物中的多个参数，该传感器系统包括高亮度光源；用于从高亮度光源产生探测辐射的装置，其中该探测辐射具有预定的波长范围以探测组合物中的多个参数；向光学头递送探测辐射的光纤辐射递送系统，该光学头包括能够被操作用于将探测辐射导引到组合物的第一光学器件和能够被操作用于将从组合物出现的光导引到光纤辐射取回系统的第二光学器件；能够被操作用于接收和测量来自第二光纤福射递送系统的光的探测器； 被置放在探测束路中的色散性元件；和用于分析来自光纤辐射取回系统的光以计算组合物的该多个参数的装置。在另一个方面，本专利技术涉及一种利用探测组合物中的多个参数的传感器执行测量的方法，该方法包括以下步骤提供远离组合物地定位的高亮度光源；提供光学头，该光学头包括将辐射导引到组合物的第一光学器件和收集从组合物出现的辐射的第二光学器件；提供用于将辐射从高亮度光源导引到第一光学器件的光纤辐射递送系统； 提供用于接收从第二光学器件导引的辐射并且用于向辐射探测器传输辐射的光纤辐射取回系统，其中高亮度光源产生具有足够的光学功率密度的照明辐射以沿着到辐射探测器的探测束路产生探测辐射；在探测束路中定位色散性元件；和分析来自光纤辐射取回系统的光以计算组合物的该多个参数。优选的高亮度光源呈现高光谱带宽并且这些包括例如光纤超连续谱源、多路复用 SLED和宽带可调谐激光二极管。为了测量纸张的性质，高亮度光源通常产生近红外辐射。 本专利技术的特征在于，色散性元件沿着探测束路定位从而分离波长并且执行光谱分析。例如， 能够采用快速地通过全部源波长调谐到单一探测器上的可调谐带通滤波器或者空间地将源波长分散到探测器阵列上的衍射光栅。利用色散性元件，获得了能够与参考光谱相比较的、在与样本例如纸张或者塑料相互作用之后出现的光的全光谱。而且，从红外光谱的多变量校准分析，在纸张的情形中，能够获得在样本中的水的温度，以及存在的水和纤维素的数量。假设本项创造性技术给出关于纸张的多个参数的信息，预期根据数据推导的湿度校准将是更加鲁棒性的，即，校准能够被容易地应用于不同等级的纸张。同样的技术还能够被应用于测量其它多成分材料诸如塑料片材的性质。附图说明图1是光纤传感器系统的概略；图2是对于不同宽带光源的光学功率密度与波长关系的曲线图； 图3是对于可调谐光源的输出功率与波长关系的曲线图； 图4是由多路复用SLED组成的宽带辐射源的概略； 图5示意带有单一元件光电二极管的可调谐辐射探测器； 图6示意由光电二极管阵列分光计组成的探测器； 图7示意光学头；图8A和8B示意在反射几何形状中操作的扫描光纤传感器系统； 图8C示意在透射几何形状中操作的扫描光纤传感器系统； 图9A和9B是光纤光缆拾取机构的侧概略视图； 图10是光纤光缆拾取机构的顶平面概略视图；并且图11示意结合光纤传感器系统的片材制造系统。具体实施例方式本专利技术涉及一种用于探测组合物特别地形式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：FM黑兰，RK麦哈蒂，RE贝塞尔特，
申请(专利权)人：FM黑兰，RK麦哈蒂，RE贝塞尔特，
类型：发明
国别省市：