片材測量的製作方法

2023-10-11 02:44:29 3

片材測量的製作方法
【專利摘要】檢測器接收與被測量的片材相互作用的光輻射，並響應於預先確定的木質素的光吸收波段、預先確定的乾物質的光吸收波段、以及兩個或更多的分離的光波段。測量單元基於木質素的吸收波段中的衰減測量與木質素相關的值、以及基於乾物質的吸收波段中的衰減測量與乾物質相關的值，並通過測量所述分離的光波段中的衰減來確定衰減相對于波長的一般相關性。所述測量單元基於所述與木質素相關的值、所述與乾物質相關的值以及所述衰減的一般相關性來形成表示乾物質含量的值。
【專利說明】片材測量

【技術領域】
[0001] 本發明涉及片材（sheet)測量。

【背景技術】
[0002] 纖維素是紙中的乾物質之一，並且其在紙中的百分比可以通過將來自光源的紅外 光定向到紙來測量。紙與紅外光之間的相互作用導致了紅外光的衰減取決于波長和纖維素 的百分比這兩者。纖維素在紅外區域中的已知的窄的吸收波段處強烈衰減。當測量到纖維 素的吸收波段的衰減時，可以確定被測量的紙的纖維素含量。
[0003] 當紙包括多種乾物質以及其量通常未知的木質素（lignin)時，所述測量面臨嚴 重的問題，並且不能提供可靠的結果。因此，存在對更優的測量的需求。


【發明內容】

[0004] 下面提出了對本發明的簡化的概述，以提供對本發明的一些方面的基本理解。其 目的是以簡化的形式提出本發明的一些原理，作為對稍後提出的更詳細的描述的序言。
[0005] 本發明的方面涉及權利要求1的設備。
[0006] 本發明的方面涉及權利要求2的設備。
[0007] 本發明的方面涉及權利要求9的系統。
[0008] 本發明的方面涉及權利要求10的系統。
[0009] 本發明的方面涉及權利要求11的方法。
[0010] 本發明的方面涉及權利要求12的方法。
[0011] 本發明的方面涉及權利要求19的方法。
[0012] 本發明的方面涉及權利要求20的方法。
[0013] 本發明的方面涉及權利要求21的設備。
[0014] 本發明的方面涉及權利要求22的設備。
[0015] 儘管本發明的各種方面、實施例和特徵被獨立地敘述，但是應當認識到，本發明的 各種方面、實施例和特徵的所有組合是可行的，並在所要求保護的本發明的範圍之內。
[0016] 本解決方案提供了優點。光學木質素（lignin)測量變得可行和精確。也可以通 過考慮木質素含量來獲得對乾物質含量的良好的估計。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 在下文中將參考附圖藉助於示例性實施例更詳細地描述本發明，其中：
[0018] 圖IA示出了使用穿過目標傳播的光輻射的測量配置；
[0019] 圖IB示出了使用反射的光輻射的測量配置；
[0020] 圖2示出了隨波長變化的衰減；
[0021] 圖3示出了紫外光中的測量；
[0022] 圖4A示出了具有色散元件的測量系統；
[0023] 圖4B示出了具有用於反射光的色散元件的測量系統；
[0024] 圖5示出了包括具有幹擾過濾器的多通道檢測器的測量系統；
[0025] 圖6示出了具有旋轉幹擾過濾器的測量系統；
[0026] 圖7示出了具有多個窄波段光源和利用光束分離器的檢測的測量系統；
[0027] 圖8示出了造紙機；
[0028] 圖9示出了木質素測量的流程圖；
[0029] 圖10呈現了乾物質測量的流程圖；
[0030] 圖11示出了基於片材的木質素含量的控制方法的流程圖；以及
[0031] 圖12呈現了基於片材的乾物質含量的控制方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0032] 現在在下文中將參考附圖更充分地描述本發明的示例性實施例，其中示出了本發 明的一些但不一定是全部的實施例。實際上，本發明可以以許多不同的形式來實現，而不 應被解釋為限定於在此提出的實施例。儘管本說明書可能在數個位置引用"一"、"一個"或 "一些"實施例，但是這並不一定意味著該特徵僅適用於單個實施例。不同實施例的單個特 徵也可以被組合以提供其它的實施例。
[0033] 圖IA呈現了測量的基本配置。被測量的片材100包括纖維素材料，並且可能木質 素被置於輸出光輻射的光源102與接收與片材100相互作用的光輻射的檢測器104之間。 被測量的片材100可以是例如紙片。在實施例中，所述紙可以是棉紙。被測量的片材100 的木質素材料可以由木纖維構成，所述木纖維可以是被測量的片材100的原料。所述片材 還可以包含源自所述木纖維的木質素。片材100的木質素含量可以從百分之零到百分之十 變化。檢測器104和測量單元106可以是測量裝置的部分，測量裝置還可以包括光源102。
[0034] 光源102可以輸出寬的連續波段的輻射。輸出的光波段可以包括紅外區域，所述 紅外區域包括在約750nm和500μm之間的波長。在實施例中，光源102的光波段包括近紅 外區域、短波長紅外區域和中波長紅外區域，其包括例如在約750nm和10μπι之間的波長。 此外或替代性地，來自光源102的光輸出波段可以包括紫外光。所述紫外光可以包括例如 從約200nm至400nm的波段。
[0035] 作為對連續波段的替代，光源102可以輸出在所測量的光波段中的至少兩個離散 的光波段。光源102可以包括例如一個或多個白熾燈、發光二極體（LED)、雷射器、氣體放電 燈等等。光源102可以另外包括至少一個光部件，用於通過對光束的集中、分散或校準並將 光束定向到被測量的片材100來改變光束的形狀。至少一個光部件可以包括鏡頭、反鏡、光 束分離器/合成器、光過濾器、光纖等。
[0036] 檢測器104接收與包括纖維素材料的被測量的片材100相互作用的光輻射。該相 互作用可以包括來自片材100的光輻射的反射或穿過片材100的光輻射的透射。該相互作 用基於也可以被稱為普通光學的線性光學，即，光輻射的頻率在相互作用期間或之後不改 變。這種普通光學的部分是吸收光譜學，本解決方案屬於其中。檢測104響應於檢測到的 所測量的光波段的功率而輸出電子信號，使得檢測器104響應於一個或多個預先確定的木 質素的光吸收波段以及兩個或更多個預先確定的除了所述預先確定的木質素的光吸收波 段之外的分離的光波段。木質素的吸收波段是指當由於木質素而使衰減具有局部的或絕對 的最大值之處的光波段。總之，物質的吸收波段是指當由於該物質而使衰減具有局部的或 絕對的最大值之處的光波段。
[0037] 如果光源102的輸出功率或功率分布在測量的光波段中是已知的，則檢測器104 輸出的電子信號與被測量的光波段中的衰減相關。
[0038] 當被測量的目標100不在光源102與檢測器104之間時，隨波長變化的輸出功率 可以通過由檢測器104從輸出光輻射中取得採樣來測量。該測量可以被執行，以使得檢測 器104和光源102在被測量的目標100的邊緣（用虛線示出）上移動。在片材100的橫移 測量中，其可以在每次橫移之後或者不時地執行。不具有被測量的目標100的所述測量限 定了在每個測量的波段△λi處針對被測量的目標的參考光功率L。
[0039] 在實施例中，與檢測器104相似的檢測器108可以用於取得光源102的輸出光輻 射的採樣，用於替代性的或附加的參考光功率1〇。輸出光輻射的採樣在該實施例中可以意 味著來自源102的輸出光功率的一些已知的百分比，例如當輸出輻射的其它部分繼續進行 到片材100。
[0040] 附加地或替代性地，所述功率或功率分布可以是預先已知的，這是因為一些類型 的光源（例如雷射器）可以輸出已知的光波段中的已知的光功率或已知的光功率分布。因 此並未更詳細地呈現光源102的輸出光功率的採樣。
[0041] 檢測器104可以包括一個或多個檢測元件。檢測器104可以基於半導體技術。檢 測器104可以包括至少一個光電二極體例如PIN二極體、雪崩二極體等。檢測器104的檢 測元件可以布置成陣列或矩陣。具有多個檢測元件的檢測器104可以包括分立元件，或者 其可以使用集成電路技術而被集成在一起。檢測器104的元件的矩陣可以基於紅外區域中 的例如InGaAs(砷化銦鎵）、擴展InGaAs、HgCdTe(汞鎘碲化物）、PbS(硫化鉛）、PbSe(硒 化鉛）技術。可以使用在可見光區域和紫外區域中適合的光電二極體和光電陰極。
[0042] 檢測器104可以另外包括至少一個光部件，用於改變光束的形狀和/或將光束定 向到至少一個檢測元件。所述至少一個光部件可以是鏡頭、鏡、光束分離器/合成器、光過 濾器、光纖等。
[0043] 基於來自檢測器104的響應，測量單元106測量光輻射的被檢測的波段的衰減。檢 測器104和測量單元106-起形成了光功率計，其測量隨波長而變化的光功率。衰減是相 對於片材100的透射率的倒數值。然而它們二者都可以暗示片材100的相同的屬性，並且 可以被稱為衰減。測量單元106可以包括至少一個處理器、至少一個存儲器和至少一個計 算機程序，用於處理所測量的數據。在實施例中，測量裝置包括檢測器104和至少一個適當 的電腦程式，這是因為至少一個電腦程式可以被裝載在以其他方式存在的系統中，該 系統與用於處理從檢測器104反饋的數據的造紙機相關聯。
[0044] 在圖1B中，除了測量基於反射率之外，呈現了與圖1A相似的種類的測量。光源 102針對被測量的目標100輸出光功率，其反應針對檢測器104的光輻射。可以執行基準測 量，使得檢測器104和光源102在被測量的目標的邊緣上移動（以虛線示出），並測量基準 表面120,其具有預先確定的反射率。測量單元106以與圖IA的測量相似的方式執行信號 處理。
[0045] 下面藉助圖2說明測量單元106的操作。連續的線220呈現了包含木質素的採樣 的被測量的衰減。虛線230呈現不具有木質素的紙的被測量的衰減。y軸上是以任意尺度 的衰減，X軸是以微米為單位的波長。測量單元106基於一個或多個木質素的預定的光吸 收波段200、202、203中的光輻射的衰減來測量至少一個與木質素相關的值AI。每個波段 200、202、203的與木質素相關的值AI可以與每個光波段200、202、203上的光功率相關。
[0046] 測量單元106還通過測量除了與木質素相關的預定的光吸收波段200、202、203之 外的兩個或更多個預先確定的分立的光波段208、210、212中的衰減來確定在至少一個木 質素波段200、202、203的背景中衰減相對于波長的一般相關性。相應地，這些測量的值也 可以通過在測量的波段上積分來形成。所述積分可以在檢測器元件中自動發生，或者其可 以在測量單元106中計算。
[0047] 在實施例中，測量單元106也可以基於除了木質素的那些之外的一個或多個乾物 質的預定的光吸收波段204中的光輻射的衰減來測量至少一個與乾物質相關的值。測量單 元106還可以通過測量除了預定的與木質素和乾物質相關聯的波段之外的兩個或更多個 預定的分立的光波段206、208中的衰減來確定衰減隨波長變化的一般相關性。
[0048] 可以基於檢測器104接收的光功率ΙΛλ?來測量被測量的波段Λλi的衰減，其中 i表示波段的下標（index)，並且Λλ表示波段i中的波長。在實施例中，可以通過將針對 被測量的片材100的光功率Itl,Λu與檢測器1〇4所接收的光功率IΛλ?相比較來測量被測 量的波段Δ 的衰減。被測量的波段Λ 可以包括單色光輻射或連續波長範圍。衰減 Ai可以被解釋為吸收率，其在每個光波段i中可以被確定為：
[0049] Ai= -Iogd Δλ?/Ι〇,Δλ?)
[0050] 更精確地，衰減41可以從公式1從=10，似16\卩-([片 ￡'75/+2屍1如/)義求 解，其中exp是基於例如歐拉數（約為2. 71828)或10的指數函數，j是所測量的片 材100中的物質的下標，N是物質的數目，as」是散射係數，aa^是吸收係數，X是光輻射 在被測量的片材100中傳播的距離。係數as」和aa」與物質j的濃度相關。由於距離 X可以忽略，因此被測量的衰減八1是散射係數的和ΣΙ·』和吸收係數的和， A1 =-IogClMi/I(UM) = (Σ二，+Σ二，> 其中該對數函數基於例如歐拉數（約為 2. 71828)或10。項Itl,Λλ?通常可以忽略，使得其值可以例如被假設為1。在該測量中，可 以測量木質素的衰減。此外，可以測量纖維素材料的衰減。然而，諸如色彩材料之類的其它 物質導致了衰減的一般的波長相關性，這可能導致基線衰減的移位和傾斜。色彩物質可以 是用於在所述片材上列印諸如字母數字符號的可讀字符和/或圖像的墨水。
[0051] 發減然後可以表不為A= (asjasi+asjaajaai+aa。），其中as。是其它物質的散射 係數，&81是木質素的散射係數，as。是纖維素的散射係數，aa。是其它物質的吸收係數，aai 是木質素的吸收係數，並且aa。是纖維素的吸收係數。由於係數as。+&81+&8。+&&。+&& 1+83。是 與波長相關的，因此隨波長而變化的光功率的導數或差商取決於散射係數as。和吸收係數 aa。，而不管其餘的係數aspas。、aaJPaa。是常量還是變量。散射係數as。和吸收係數aa。 的值取決於紙中的其他物質。這是對在片材的表面或內部包括諸如墨水等色彩物質的紙的 測量會面臨問題的原因。然而，可以確定由其他物質導致的衰減相對于波長的一般相關性。
[0052] 在實施例中，測量單元106通過測量除了預先確定的木質素和乾物質的光吸收波 段200、202、203、204之外的兩個或更多個預先確定的分離的光波段206、208、210、212中的 衰減來確定在測量的木質素和乾物質的光吸收波段200、202、203、204的環境中衰減相對 于波長的一般相關性。衰減的一般相關性意味著在不具有對木質素和諸如纖維素等乾物質 的吸收的情況下衰減曲線220的基本特性。例如，如果測量單元106測量波段200中的與 木質素相關的值以及波段204中的與乾物質相關的值，則測量單元106可以在考慮三個分 離的光波段206、208和210中的其它物質的情況下測量衰減。光波段200可以包括波長 1660nm(6000.OcnT1)，光波段204可以包括波長210011111(4760011-1)，光波段206可以包括波 長225011111(44400^ 1)，光波段208可以包括波長550011111(18200^1)，並且光波段210可以包 括波長156011111(6400011- 1)。對於測量包括波長145011111(6900011-1)波段中的最大木質素吸收 率的環境，也可以測量除了木質素和乾物質的預先確定的光吸收波段200、202、203、204之 外的具有波長130011111(7690011- 1)的分離的波段212。
[0053] 測量單元106可以確定作為期望類型的函數的衰減相對于波長的一般相關性，該 函數的參數基於除了預先確定的與木質素相關或木質素和乾物質相關的光吸收波段200、 202、203、204之外的被測量的光波段206、208、210、212中的衰減值。在實施例中，函數的類 型可以是線性函數Ae=bλ+c，其中A。是與片材中的其他物質相關聯的衰減，λ是波長，b 是第一參數，c是第二參數。可以通過要求線性函數（=直線基線）216穿過木質素的吸收 波段之外的光波段212和210中的測量點來確定參數b和c。根據另一示例，可以通過要求 線性函數（=直線基線）218穿過在木質素的吸收波段之外的光波段210和218中的測量 點來確定參數b和c。根據另外的示例，可以通過要求線性函數（=直線基線）222穿過在 乾物質的吸收波段之外的光波段208和206中的測量點來確定參數b和c。
[0054] 在實施例中，衰減的一般相關性的基線可以包括從至少兩個線性函數形成的分段 線性函數。在這種情況下，衰減的一般相關性的曲線可以是連續的，但是斜率可以在不同的 段中變化。
[0055] 在實施例中，函數的類型也可以是非線性初等函數或非初等函數f(λ)。非線性初 等函數的示例是多項式函數，其次數（degree)與1和0不相同。以相似的方式，可以要求 任意的函數f(A)穿過至少兩個測量點206、208、210、212。測量的波段的帶寬可以例如從 約Inm到IOOnm間變化。
[0056] 測量單元106可以基於至少兩個光波段來測量衰減的一般相關性。一個波段206 可以使得其每個波長長於預先確定的木質素和乾物質的光吸收波段200至204的任意波 長。至少一個波段208、210可以使得其每個波長在預先確定的木質素的光吸收波段202 (或 針對波段208的200)與預先確定的乾物質的光吸收波段204之間。第三可能的波段212 使得其每個波長短於預先確定的木質素和乾物質的吸收波段200至204中的任意波長。可 以在波段208、200、204和210中以相似的方式執行該測量。
[0057] 測量單元106可以通過從與木質素相關的值Al中除去衰減的一般相關性來形成 修正的與木質素相關的值Ale。對應地，測量單元106可以通過從與乾物質相關的值Ac中 除去衰減的一般相關性來形成修正的與乾物質相關的值Acc。修正的與木質素相關的值 Alc可以在測量的波段λ?至λ2上積分，Ale=K2(Xb)-Zd(X))^,其中與木質素相關的 光吸收波段200從λ?至X2，fs(x)是光波段200中的光衰減分布，fd(x)例如是根據在測 量的波段212和210或210和208或208和206處的值確定的期望的函數。修正的與乾物 fXl 質相關的值Acc可以以數學形式表示為Aee=Iil 其中與乾物質相關的 光波段206從λ1至λl，fs(x)是光波段204中的光衰減分布，fd(x)是根據在測量的波段 208和206處的值確定的期望的函數。
[0058] 在實施例中，測量單元106可以將每個修正的木質素值Alc形成為針對預先確定 的木質素的光吸收波段200、202、203、204而基於已知類型的函數形成的對應值Alf與對應 的與木質素相關的值Al之間的差。該值Alf可以通過設置光波段200、202、203、204作為 用於已知類型的函數f(AAk) =Alfk的自變量來形成，其中k是預先確定的光吸收波段的 下標。在實施例中，測量單元106可以將每個修正的乾物質值Acc形成為針對預先確定的 乾物質的光吸收波段204而基於已知類型的函數形成的值Acf與對應的與乾物質相關的值 Ac之間的差。以數學形式，修正的木質素值Alc可以表示為Alc=A1-Alf。以數學形式，修 正的乾物質值Acc可以表示為Acc=Ac-Acf。圖3示出了對紫外光中的包含木質素的採樣 的測量。y軸是以任意尺度的衰減，X軸是以納米為單位的波長。可以在預先確定的木質素 的光吸收波段300中測量與木質素相關的值Al。光波段300可以包括約280^1(3571?!^1) 的波長，並且光帶寬可以例如從亞納米到十納米變化。可以在不包括木質素的光吸收波段 300的最大木質素吸收的兩側測量衰減隨波長變化的一般相關性。除了最大木質素吸收波 段之外的第一光波段302可以包括例如約為265nm的波長。除了最大木質素吸收波段之外 的第二光波段304可以包括例如約為300nm的波長。
[0059] 測量單元106可以將衰減相對于波長的一般相關性確定為期望類型的函數，該函 數的參數基於除了預先確定的與木質素相關的吸收波段300之外的測量的波長波段302、 304中的衰減值。在實施例中，該函數的類型可以是線性函數A。=bX+c，其中A。是與諸如 彩色物質的其它物質相關聯的衰減，λ是波長，b是第一參數，c是第二參數。參數b和c 可以通過要求線性函數（=直線基線）306穿過在木質素的衰減波段之外的光波段302和 304中的測量點來確定。
[0060] 對應地如先前說明的，測量單元106可以形成修正的木質素值Alc作為針對預先 確定的木質素的光吸收波段300而基於已知類型的函數形成的對應的值Alf與對應的與木 質素相關的值Al之間的差。以數學形式，修正的木質素值Alc可以被表示為Alc=Al-Alf。
[0061] 例如，針對光波段202的Alf可以被計算為Alf(202) = (al+r(a2_al))，其中 Alf(202)表示光波段202中的Alf，k是係數，al是波段212中的衰減值，a2是波段210中 的衰減值。係數r可以是光波段212和202之間的距離I與光波段212和210之間的距離 L的比率I/L。在此情況下，可以以類似的方式計算Alf和Acc。
[0062] 在實施例中，乾物質含量可以通過給出不同的光波段中的測量的係數來形成。因 此，可以基於至少一個與木質素相關的值、至少一個與乾物質相關的值、以及衰減的一般相 關性來形成表示乾物質含量的值。具有用於不同的測量值的係數的算法可以如下：
[0063]X=Cac^a1AAa2Aja3Ada4A4) / (IDc^b1AAb2Adb3Ajb4A4)
[0064] 其中Al表不對一般相關性的測量，A2表不與木質素吸收峰值相關聯的光波段 中的測量，A3表示與乾物質吸收峰值相關聯的光波段中的測量，A4表示對一般相關性 的測量。可以在約1820nm(208)處測量A1，可以在約2175nm(203)處測量A2,可以在約 2100nm(204)處測量A3,以及可以在2250nm(206)處測量A4。分子可以被解釋為表示修正 的與木質素相關的值，分母可以被解釋為表示修正的與乾物質相關的值。可以例如基於具 有預先確定的採樣的測試測量來確定係數apapaya^adPb(|、131、132、133、13 4。一般地，變量 X可以具有分子和分母中的至少兩項：X=(af···+BnAnVOdci+…+bNAN)，其中N是項數，且N 至少為1。變量X可以直接是乾物質含量。
[0065] 然而在實施例中，可以使用多項式擬合來使變量X和測量的預先確定的木質素含 量的基準採樣的值匹配在一起。係數(V··dM的數目取決於擬合多項式的次數M，其至少為 一。係數dfdM進而可以基於預先確定的採樣的測試測量來確定。多項式的次數例如可以 為2。然後表示乾物質值DRY的值可以被計算為：DRY=deMX+c^X2。
[0066] 圖4A示出了其中檢測器104可以包括散射部件400和多個檢測器元件402的實 施例，其中散射部件400將光輻射散射到不同的光波段△λ?到△λΜ的頻譜中。散射部 件400可以包括稜鏡或光柵。檢測器104可以包括分光計。檢測器元件402可以形成陣列 或矩陣。每個檢測器元件402接收散射的光輻射的光波段之一，並響應於其而輸出與所述 光波段的光功率相對應的電信號。該電信號可以被饋入測量單元106。來自適當的檢測器 元件402的電信號可能單獨成為與關於測量波段中的衰減的數據相關的信號。替代性地， 來自多個檢測器元件402的信號可以包括與一個被測量的光波段有關的信息。
[0067] 圖4Β示出了其中使用來自目標100的反射的光輻射來執行圖4Α的測量的實施 例。
[0068] 圖5示出了其中檢測器104可以包括多通道檢測器500和用於多通道檢測器500 的每個通道510、512、514、516的光幹擾過濾器502、504、506、508的實施例。通道的數目針 對木質素測量而言至少為三，針對乾物質測量而言至少為四。至少一個光幹擾過濾器502 可以具有與木質素的吸收相關聯的一個或多個預先確定的光通過波段200、202、203、300。 至少兩個光幹擾過濾器506、608中的每個可以具有除了預先確定的木質素的光吸收波段 200、202、203、300之外的預先確定的分離的光通過波段206、208、210、212、302、304。
[0069] 至少一個光幹擾過濾器504可以具有與乾物質的吸收相關聯的一個或更多個預 先確定的光通過波段204。至少一個光幹擾過濾器506可以具有除了預先確定的木質素和 乾物質的光吸收波段200、202、203、204、300之外的一個或更多個預先確定的分離的光通 過波段206、208、210、212、302、304。至少一個另外的光幹擾過濾器508也可以具有除了預 先確定的木質素和乾物質的光吸收波段200、202、203、204、300之外的一個或更多個預先 確定的分離的光通過波段206、208、210、212、302、304。幹擾過濾器508的至少一個光通過 波段與幹擾過濾器506的至少一個光通過波段不相同。通道510至516可以將其響應饋送 到測量單元106,測量單元106如上述地處理檢測到的光波段。
[0070] 幹擾過濾器的通過波段的典型帶寬例如Δ λ在Inn至IOOnn之間。可以自由地 選擇該帶寬。可以自由地調節通過波段的中間波長，使得可以向檢測器104傳遞適當地測 量的光波段。
[0071] 圖6示出了利用旋轉（revolving)幹擾過濾器盤600的實施例。光源是能夠輸出 所有測量的波段的光輻射的寬波段光源。檢測器104能夠輸出與其接收的光功率相關的電 子信號。盤600可以具有至少四個幹擾過濾器502、504、506、508，每個均能夠傳遞一個測 量的光波段。在圖5的說明中已經說明了過濾器。當盤600轉動時，幹擾過濾器502、504、 506、508相繼將測量的光波段向測量的片材100傳遞。檢測器104對應地逐一檢測測量的 光波段。與檢測的光波段相關的電子信號可以被饋送到測量單元106,測量單元106如上面 描述地處理檢測的光波段。
[0072] 圖7示出了利用成成組光源元件700的實施例，其具有窄的光輸出波段。光源元 件700可以是具有在測量中使用的波長的雷射器或發光二極體。光源106已經具有反射器 702,例如用於周圍的一個光源元件的鏡、以及用作光源元件700的剩餘部分的光束分離器 704、706、708。光束分離器704至708用作光束組合器，使得來自不同的光源元件700的所 有光波段被定向到被測量的片材100的相同的部分。對於木質素測量，可以需要兩個光束 分離器和反射器作為最小要求。對於測量木質素和纖維素這二者，可以需要三個光束分離 器和反射器作為最小要求。
[0073] 檢測器106可以具有成組的檢測器元件718和反射器716,例如用於周圍的一個光 檢測器元件的鏡，以及用於光檢測器元件718的剩餘部分的光束分離器710、712、714。光束 分離器710至714將測量的光束分離成不同的測量的光波段，並將每個波段定向到一個檢 測器元件718。對於木質素測量，可以需要三個檢測器元件、兩個光束分離器和反射器作為 最小要求。對於測量木質素和乾物質這兩者而言，可以需要四個檢測器元件、三個光束分離 器和反射器作為最小要求。
[0074] 作為對多個窄波段光源的取代，可以使用寬波段光源。如果使用寬波段光源，則可 以不需要鏡702和光束分離器704至708。檢測器104仍然保持與圖6相同。
[0075] 如果如同在圖6中所示使用了多個窄波段光源700,則檢測器104可以與圖3所示 的相似，即，檢測器104包括分光計。
[0076] 在實施例中，至少一個光源可以在至少一個測量的波長波段上擴展。
[0077] 圖8示出了造紙機的原理結構。紙漿流或多個紙漿流可以通過導線槽（wire pit) 800被饋送到造紙機中，導線槽之前通常是用於紙漿流的混合桶830和機器桶832。紙 漿可以包含回收的紙。機器泵成批地生產並被通過重量控制或級別改變程序而用於短循 環。混合桶830和機器眾（machinepulp)832也可以被分離的混合反應堆（圖8中未示 出）所取代，並且通過藉助於閥門或一些其它流調節裝置828單獨地饋送每個紙漿流來控 制機器紙漿的批處理。在導線槽800中，機器紙漿與水相混合，以提供具有期望的一致性的 短循環（從成形器（f〇rmer)810到導線槽800的虛線）。從由此產生的紙漿中，可以通過清 潔設備802去除沙子（水力旋流器）、空氣（排氣桶）或其它粗糙材料（壓力篩），並且借 助於泵804將紙漿抽吸到流料箱（headbox) 806中。在流料箱806之前，如果期望的話，可 以向紙漿添加過濾器TA例如高嶺土、碳酸鈣、滑石、白堊、二氧化鈦、矽石等，和/或保持劑 RA例如無機物、自然有機或合成的水溶性有機聚合物。所述TA和RA屬於所述片材中的幹 物質，並且它們中的物質可以被單獨地或被以具有或不具有纖維素的期望的組合測量。所 述過濾器可以用於改善成形、表面屬性、不透明性、亮度和可印刷性，以及用於減少製造成 本。保持劑RA對於其部分而言增大了細料和填料的保持力，並同時以已知的自身方式加速 了脫水處理。過濾器和保持劑這二者由此均影響紙幅（web)和紙的表面拓撲。
[0078] 從流眾箱806開始，紙眾被饋送穿過流眾箱的薄片（slice) 808並進入成形器810 中，成形器810可以是長網造紙機或縫隙形成器。在成形器810中，紙幅（web) 10被脫水， 並且灰燼、細料和纖維被去除而進入短循環。在成形器810中，紙漿被作為紙幅10而饋送到 導線上，並且紙幅10被初步乾燥並在壓機（press) 812中被擠壓。紙幅10在乾燥部分814 中被初步乾燥。通常存在至少一個測量部分816、818、820、822、824，通過其可以測量紙幅 10的木質素含量和乾物質含量。
[0079]在本申請中表示造紙機和造紙板機這兩者以及還表示紙漿製造機的造紙機 還可以包括例如前置砑光機（precalender) 838、塗覆部分/部840和/或後置砑光機 (postcalender) 842。然而，不一定存在任何塗覆部分840,並且在此情況下不一定存在多於 一個的砑光機838、842。在塗覆部分840中，可以包含例如高嶺土、白堊或碳酸鹽、澱粉、和 /或乳液的塗覆色彩可以應用到紙表面上。塗覆色彩的使用通常降低了紙的粗糙度並改善 了光澤度。
[0080]在砑光機838、842中，其中未塗覆的或塗覆的紙幅在用期望的力壓緊的輥之間行 進，紙的表面拓撲例如粗糙度可以被改變。砑光機838、842還可以影響紙的厚度和/或光 澤。在砑光機838、842中，紙幅的屬性可以通過對紙幅加溼來改變，或者藉助於溫度和輥之 間的壓區負載/壓力來改變，使得施加到紙幅的壓力越大，紙就越變得越平滑和越有光澤。 加溼和溫度上升進一步減小了粗糙度和改善了光澤度。此外，顯然造紙機的操作本身對於 本領域的技術人員而言是已知的，因此在本上下文中不再更詳細地描述。
[0081] 圖8還示出了用於造紙機的控制系統。影響質量和級別變化的因素包括紙漿流的 量和比率、過濾器的量、保持劑的量、機器速度、回流的量和乾燥能力。控制器826可以控制 至少一個調節單元，所述調節單元可以調節所述片材的至少一個屬性，所述屬性之一可以 是乾物質含量。控制器826可以藉助閥門828來控制紙漿流的批處理，藉助閥門836來控 制過濾器TA的批處理，藉助閥門834控制保持劑RA的批處理，藉助調節裝置828控制不同 的紙漿的饋送。控制器826還可以控制薄片808的尺寸、具有所述機器速度的移動所述薄 片的電動機、調節回流的量的閥門、以及塊814中的乾燥處理。控制器826利用包括檢測器 104並且通常還包括光輻射源102的測量裝置816至824來監控溼度。控制器826還可以 在別處（例如在執行控制的相同點）測量紙幅10的屬性。
[0082] 控制器82可以被認為是基於造紙機的自動數據處理的控制布置或其一部分。控 制器826可以接收數位訊號或將接收的模擬信號轉換成數位訊號。控制器826可以包括微 處理器和存儲器，並根據適當的電腦程式來處理信號。控制器826可以例如基於PID(比 例-積分-微分）、MPC(模型預測控制）或GPC(-般預測控制）控制。
[0083] 圖9示出了木質素測量的流程圖。在步驟900中，光輻射被允許與所測量的包括 纖維素材料和可能的木質素的片材相互作用。在步驟902中，基於與所測量的片材相互作 用的光輻射在一個或多個預先確定的木質素的光吸收波段處的衰減來測量至少一個與木 質素相關的值。在步驟904中，通過測量在除了所述一個或多個預先確定的木質素的光吸 收波段之外的兩個或更多個預先確定的分離的光波段中的衰減來確定與所測量的片材相 互作用的光輻射的衰減相對于波長的一般相關性。在步驟906中，通過從所述至少一個與 木質素相關的值中去除所確定的衰減的一般相關性來形成表示木質素含量的值。
[0084] 圖10示出了乾物質測量的流程圖。在步驟1000中，光輻射被允許與所測量的包 括乾物質和可能的木質素的片材相互作用。在步驟1002中，基於與所測量的片材相互作用 的光輻射在一個或多個預先確定的木質素的光吸收波段中的衰減來測量至少一個與木質 素相關的值。在步驟1004中，基於與所測量的片材相互作用的光輻射在一個或多個預先確 定的乾物質的光吸收波段中的衰減來測量至少一個與乾物質相關的值。在步驟1006中，通 過測量在除了預先確定的木質素和乾物質的光吸收波段之外的兩個或更多個預先確定的 分離的光波段處的衰減來確定與所測量的片材相互作用的光輻射的衰減相對于波長的一 般相關性。在步驟1008中，基於所述至少一個與木質素相關的值、所述至少一個與乾物質 相關的值以及所述衰減的一般相關性來形成表示乾物質含量的值。
[0085] 圖11表示基於片材的木質素含量的控制方法的流程圖。該方法步驟1100包括圖 9的步驟，並且還包括基於所測量的木質素含量來控制至少一個調節單元的步驟1102。在 步驟1104中，所述至少一個調節單元基於控制來調節所測量的片材的至少一個屬性。
[0086] 圖12表示基於所述片材的乾物質含量的控制方法的流程圖。該方法步驟1200 包括圖10的步驟，並且還包括基於所測量的乾物質含量來控制至少一個調節單元的步驟 1202。在步驟1204中，所述至少一個調節單元基於控制而調節所測量的片材中的乾物質含 量。
[0087] 能夠執行在圖9和10中至少一個中示出的步驟的測量單元106和控制器700、826 可以被實現為電子數字計算機、或可包括工作存儲器（RAM)、中央處理單元（CPU)和系統時 鍾。CPU可以包括寄存器集、算術邏輯單元和控制器。控制器或電路受從RAM傳送到CPU的 程序指令序列的控制。控制器可以包含用於基礎操作的大量微指令。微指令的實現可以取 決於CPU設計而變化。可以通過程式語言對所述程序指令進行編碼，所述程式語言可以是 高級程式語言例如C、Java等，或者是低級程式語言例如機器語言或編譯器。電子數字計算 機也可以具有作業系統，該作業系統可以為用程序指令編寫的電腦程式提供系統服務。
[0088] 測量單元106和控制器700、826可以包括表示所有以下的電路：（a)僅有硬體的 電路實現，例如僅用模擬和/或數字電路的實現；以及（b)電路和軟體（和/或固件）的組 合，例如（如適用）：（i)(多個）處理器的組合；或（ii)(多個）處理器/軟體的部分，包括 一起工作以使得設備執行各種功能的（多個）數位訊號處理器、軟體和（多個）存儲器；以 及（c)需要軟體或固件以用於操作的電路，例如（多個）微處理器或（多個）微處理器的 部分，即使所述軟體或固件物理上並不存在。
[0089] 作為進一步示例，術語"電路"也將涵蓋僅處理器（或多個處理器）或者處理器的 部分和它（或它們）伴隨的軟體和/或固件的實現。
[0090] 實施例提供了在分布介質上體現的電腦程式，包括當被加載到電子設備中時被 配置用於控制設備執行上述的實施例的程序指令。
[0091] 所述電腦程式可以以原始碼形式、目標代碼形式、或以一些中間形式，並且其可 以被存儲在一些類型的載體中，所述載體可以是任何能夠執行所述程序的實體或裝置。這 種載體例如包括記錄介質、計算機存儲器、只讀存儲器和軟體分布包。取決於所需要的處理 功率，電腦程式可以在單個電子數字計算機中執行，或者可以分布在許多計算機中。
[0092] 所述設備也可以被實現為一個或多個集成電路，例如應用專用的集成電路 ASIC(應用專用集成電路）。其它硬體實施例也是可行的，例如由分離的邏輯組件構建的電 路。這些不同的實現的混合也是可行的。當選擇實現的方法時，本領域的技術人員將考慮 例如針對設備的尺寸和功耗所設置的需求、必需的處理能力、生產成本和生產量。
[0093] 對於本領域的技術人員而言，顯然由於技術先進性，本發明的原理可以以各種方 式實現。本發明及其實施例不限於上面描述的示例，而是可以在本發明的範圍之內變化。
【權利要求】
1. 一種用於測量包括纖維素材料和可能的木質素的片材的設備，其中所述設備包括： 檢測器和測量單元； 所述檢測器被配置用於接收與所測量的片材相互作用的光輻射，並響應於一個或多個 預先確定的木質素的光吸收波段、以及除了所述一個或多個預先確定的木質素的光吸收波 段之外的兩個或更多個分離的光波段； 所述測量單元被配置用於基於所述檢測器的響應： 基於所述一個或多個預先確定的木質素的光吸收波段中的紫外光的光輻射的衰減來 測量至少一個與木質素相關的值； 確定作為已知類型的函數的衰減相對于波長的一般相關性，所述函數的參數基於在除 了所述預先確定的木質素的光吸收波段之外的測量的波長處的衰減值；並將每個修正的木 質素值形成為與木質素相關的值與基於所述已知類型的函數為預先確定的木質素的光吸 收波段形成的對應的值之間的差；以及 通過從所述至少一個與木質素相關的值中去除所述衰減的一般相關性來形成表示木 質素含量的值。
2. -種用於測量包括纖維素材料和可能的木質素的片材的設備，其中所述設備包括： 檢測器和檢測單元； 所述檢測器被配置用於接收與被測量的片材相互作用的光輻射，並響應於一個或多個 預先確定的木質素的光吸收波段、一個或多個預先確定的乾物質的光吸收波段、以及除了 所述預先確定的木質素和乾物質的光吸收波段之外的兩個或更多個分離的光波段； 所述測量單元被配置用於基於所述檢測器的響應： 基於所述一個或多個預先確定的木質素的光吸收波段中的紫外光的光輻射的衰減來 測量至少一個與木質素相關的值； 基於所述一個或多個預先確定的乾物質的光吸收波段中的光輻射的衰減來測量至少 一個與乾物質相關的值； 確定作為已知類型的函數的衰減相對于波長的一般相關性，所述函數的參數基於在除 了所述預先確定的木質素的光吸收波段之外的測量的波長處的衰減值；並將每個修正的木 質素值形成為與木質素相關的值與基於所述已知類型的函數為預先確定的木質素的光吸 收波段而形成的對應的值之間的差；以及將每個修正的乾物質值形成為與乾物質相關的值 與基於所述已知類型的函數為預先確定的乾物質的光吸收波段而形成的對應的值之間的 差；以及 基於所述至少一個與木質素相關的值、所述至少一個與乾物質相關的值、以及所述衰 減的一般相關性來形成表不乾物質含量的值。
3. 根據權利要求2所述的設備，所述測量單元被配置用於：通過從所述與木質素和幹 物質相關的值中去除所述衰減的一般相關性來形成修正的與木質素和乾物質相關的值；以 及 基於至少一個修正的與木質素相關的值和至少一個修正的與乾物質相關的值來形成 表示乾物質含量的值。
4. 根據權利要求1或2所述的設備，所述設備包括被配置用於輸出用於穿過所測量的 目標傳輸的光福射的光源。
5. 根據權利要求2所述的設備，其中所述測量單元被配置用於基於以下光波段中的至 少兩個來測量衰減的一般相關性：其每個波長長於預先確定的木質素和乾物質的光吸收波 段的任意波長的波段，其每個波長介於預先確定的木質素的光吸收波段與預先確定的乾物 質的光吸收波段之間的波段，以及其每個波長短於預先確定的木質素和乾物質的光吸收波 段的任意波長的波段。
6. 根據權利要求1或2所述的設備，其中所述檢測器包括多個檢測器元件和散射元件， 所述散射元件被配置用於將所述光輻射散射到包括所測量的光波段的光波段中，並且所述 檢測器元件被配置用於接收所述光波段並對其進行響應。
7. 根據權利要求1所述的設備，其中所述檢測器包括具有至少三個通道的多通道檢測 器和用於所述檢測器的每個通道的光幹擾過濾器；所述至少三個光幹擾過濾器具有一個或 多個預先確定的與木質素的吸收相關聯的光通波段、以及除了所述預先確定的與木質素的 吸收相關聯的光波段之外的兩個或更多個分離的光通波段；並且所述檢測器的通道被配置 用於將所述通道的響應饋送到所述測量單元。
8. 根據權利要求2所述的設備，其中所述檢測器包括具有至少四個通道的多通道檢測 器和用於所述檢測器的每個通道的光幹擾過濾器；所述至少四個光幹擾過濾器具有一個或 多個預先確定的與木質素的吸收相關聯的光通波段、一個或多個預先確定的與乾物質的吸 收相關聯的光通波段、以及除了所述預先確定的光波段之外的兩個或更多個分離的光通波 段；並且所述檢測器的通道被配置用於將所述通道的響應饋送到所述測量單元。
9. 一種包括權利要求1或2所述的設備的系統，其中所述系統包括至少一個調節單元 和控制器，所述至少一個調節單元被配置用於調節被測量的片材的至少一個屬性，並且所 述控制器被配置用於基於所測量的木質素含量來控制所述至少一個調節單元。
10. -種包括權利要求2所述的設備的系統，其中所述系統包括至少一個調節單元和 控制器，所述至少一個調節單元被配置用於調節所測量的片材中的所述乾物質含量，並且 所述控制器被配置用於基於所測量的乾物質含量來控制控制所述至少一個調節單元。
11. 一種用於測量包括纖維素材料和可能的木質素的片材的方法，所述方法包括： 允許光輻射與所測量的片材相互作用； 基於一個或多個預先確定的木質素的光吸收波段中的與所測量的片材相互作用的紫 外光的光輻射的衰減來測量至少一個與木質素相關的值； 由測量單元確定作為已知類型的函數的衰減相對于波長的一般相關性，所述函數的參 數基於在除了所述預先確定的與木質素相關聯的吸收波段之外的所測量的波長處的衰減 值；並將每個修正的木質素值形成為與木質素相關的值與基於所述已知類型的函數為預先 確定的木質素的光吸收波段而形成的對應的值之間的差； 通過從所述至少一個與木質素相關的值中去除所確定的衰減的一般相對性來形成表 示木質素含量的值。
12. -種用於測量包括纖維素材料和可能的木質素的片材的方法，所述方法包括： 允許光輻射與所測量的片材相互作用； 基於在一個或多個預先確定的木質素的光吸收波段中的與所測量的片材相互作用的 紫外光的光輻射的衰減來測量至少一個與木質素相關的值； 基於一個或多個預先確定的乾物質的光吸收波段中的與所測量的片材相互作用的光 輻射的衰減來測量至少一個與乾物質相關的值； 由測量單元確定作為已知類型的函數的衰減相對于波長的一般相關性，所述函數的參 數基於在除了預先確定的與木質素和乾物質相關聯的吸收波段之外的所測量的波長處的 衰減值；將每個修正的木質素值形成為與木質素相關的值與基於所述已知類型的函數為預 先確定的木質素的光吸收波段而形成的對應的值之間的差；以及將每個修正的乾物質值形 成為與乾物質相關的值與基於所述已知類型的函數為預先確定的乾物質的光吸收波段而 形成的對應的值之間的差；以及 基於所述至少一個與木質素相關的值、所述至少一個與乾物質相關的值以及所述衰減 的一般相關性，形成表示乾物質含量的值。
13. 根據權利要求12所述的方法，所述方法還包括通過從所述與木質素和乾物質相關 的值中去除所確定的衰減的一般相關性來形成修正的與木質素和乾物質相關的值；以及 基於所述至少一個修正的與木質素相關的值、所述至少一個修正的與乾物質相關的值 來形成表示乾物質含量的值。
14. 根據權利要求11所述的方法，所述方法還包括：由測量單元確定作為已知類型的 函數的衰減相對于波長的一般相對性，所述函數的參數基於在除了所述預先確定的與木質 素相關聯的吸收波段之外的所測量的波長處的衰減值；以及將所述每個修正的木質素值形 成為與木質素相關的值與基於所述已知類型的函數為預先確定的木質素的光吸收波段而 形成的對應的值之間的差。
15. 根據權利要求12所述的方法，所述方法還包括：由所述測量單元基於以下光波段 中的至少兩個來測量衰減的一般相對性：其每個波長長於預先確定的木質素和乾物質的光 吸收波段的任意波長的波段，其每個波長介於預先確定的木質素的光吸收波段與預先確定 的乾物質的光吸收波段之間的波段，以及其每個波長短於預先確定的木質素和乾物質的光 吸收波段的任意波長的波段。
16. 根據權利要求11或12所述的方法，所述方法還包括在所述檢測器中將所述光輻射 散射到頻譜中，並且由每個檢測器元件接收並響應所述頻譜的光波段。
17. 根據權利要求11所述的方法，其中所述檢測器包括多通道檢測器和用於所述檢測 器的每個通道的光幹擾過濾器；至少一個光幹擾過濾器具有一個或多個預先確定的與木質 素的吸收相關聯的光通波段、以及除了預先確定的木質素的光吸收波段之外的兩個或更多 個分離的光通波段；以及由所述通道將其響應饋送到所述測量單元。
18. 根據權利要求12所述的方法，其中所述檢測器包括多通道檢測器和用於所述檢測 器的每個通道的光幹擾過濾器；至少一個光幹擾過濾器具有一個或多個預先確定的與木質 素的吸收相關聯的光通波段、一個或多個預先確定的與乾物質的吸收相關聯的光通波段、 以及除了所述預先確定的木質素和乾物質的光吸收波段之外的兩個或更多個分離的光通 波段；以及通過所述通道將其響應饋送到所述測量單元。
19. 一種方法，所述方法包括權利要求11的步驟，並且還包括：基於所測量的木質素含 量來控制至少一個調節單元，所述至少一個調節單元基於所述控制來調節所測量的片材的 至少一個屬性。
20. -種方法，所述方法包括權利要求11的步驟，並且還包括：基於所測量的木質素含 量來控制至少一個調節單元，所述至少一個調節單元基於所述控制來調節所測量的片材中 的乾物質含量。
21. -種用於測量包括纖維素材料和可能的木質素的片材的設備，所述設備包括： 至少一個處理器；以及 至少一個包括電腦程式代碼的存儲器，其中所述至少一個存儲器和所述電腦程式 代碼利用所述至少一個處理器而被配置用於使得所述設備至少執行： 允許光輻射與所測量的片材的相互作用； 基於一個或多個預先確定的木質素的光吸收波段中的與所測量的片材相互作用的紫 外光的光輻射的衰減來測量至少一個與木質素相關的值； 確定作為已知類型的函數的衰減相對于波長的一般相關性，所述函數的參數基於在除 了所述預先確定的與木質素相關聯的吸收波段之外的所測量的波長處的衰減值；並將每個 修正的木質素值形成為與木質素相關的值與基於所述已知類型的函數為預先確定的木質 素的光吸收波段而形成的對應的值之間的差； 通過從所述至少一個與木質素相關的值中去除所確定的衰減的一般相對性來形成表 示木質素含量的值。
22. -種用於測量包括纖維素材料和可能的木質素的片材的設備，所述設備包括： 至少一個處理器；以及 至少一個包括電腦程式代碼的存儲器，其中所述至少一個存儲器和所述電腦程式 代碼利用所述至少一個處理器而被配置用於使得所述設備至少執行： 允許光輻射與所測量的片材相互作用； 基於在一個或多個預先確定的木質素的光吸收波段中的與所測量的片材相互作用的 紫外光的光輻射的衰減來測量至少一個與木質素相關的值； 基於一個或多個預先確定的乾物質的光吸收波段中的與所測量的片材相互作用的光 輻射的衰減來測量至少一個與乾物質相關的值； 通過測量除所述預先確定的木質素和乾物質的光吸收波段之外的兩個或更多個預先 確定的分離的光波段中的衰減來確定與所測量的片材相互作用的所述光輻射的衰減相對 于波長的一般相關性； 確定作為已知類型的函數的衰減相對于波長的一般相關性，所述函數的參數基於在除 了預先確定的與木質素的吸收波段之外的所測量的波長處的衰減值；將每個修正的木質素 值形成為與木質素相關的值與基於所述已知類型的函數為預先確定的木質素的光吸收波 段而形成的對應的值之間的差；以及將每個修正的乾物質值形成為與乾物質相關的值與基 於所述已知類型的函數為預先確定的乾物質的光吸收波段而形成的對應的值之間的差；以 及 基於所述至少一個與木質素相關的值、所述至少一個與乾物質相關的值以及所述衰減 的一般相關性，形成表示乾物質含量的值。
【文檔編號】G01N21/31GK104508458SQ201380039328
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2013年5月22日 優先權日:2012年5月25日
【發明者】M·門蒂萊 申請人:美卓自動化有限公司