測量紙張灰份的儀器及其測量方法

2023-10-08 10:53:19 2

專利名稱：測量紙張灰份的儀器及其測量方法
技術領域：
本發明創造屬於紙張質量的測量技術，涉及測量紙張灰份的儀器及其使用方法。
目前對紙張灰份的測量，最基本的是直接將紙樣置於坩堝內在一定條件下燃燒，對所剩灰份稱重獲取灰份值，這種測量法不但費時、費力，而且毀壞了紙張;用電滴定或酸鹼處理等化學手段進行紙樣化學成份分析也可得到紙張灰份值，但也要化費較長化學處理的時間，並且也是破壞性測量;用X射線衍射分析儀和螢光光譜儀可對紙樣進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，因而造價昂貴，通常僅用在控溫、控溼、乾淨和防震的實驗室環境，不適用於造紙生產現場。綜上所述，現有測量紙張灰份技術分別存在費時、費力、昂貴、對紙張有破壞性或在生產現場不能進行在線動態連續實時測量的問題。
本發明創造的任務是要提供一種省時、省力、不破壞紙張、經濟實用並能在生產現場進行在線動態連續地自動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，發明人試驗研究了軟X射線通過紙張後強度衰減量與紙張灰份的對應關係紙張成份主要為紙槳及填料兩部份，前者主要是無機物，對軟X射線吸收少;而填料為有機物，燃燒後表現為灰份，對軟X射線吸收多。如用I0表示射線本身強度，μ1、μ2分別表示紙槳及填料對軟X射線的吸收係數，F表示填料在紙張中的百分含量，則紙張對軟X射線的總吸收係數μ為μ＝μ1(1-F)+μ2F (1)根據射線穿過物質的強度指數衰減規律，軟X射線穿過紙張後射線強度I為I＝I0e-μX(2)式中X為紙張的定量，測出射線穿過紙張後的強度衰減。
由(1)、(2)式可求出紙張填料量F =L n ( IO/ I ) - μ1xx ( μ2- μ1)( 3 )]]>根據填料和灰份的轉換係數C，即可算出灰份值AA =L n ( IO/ I ) - μ1xC x ( μ2- μ1)( 4 )]]>根據上述原理，設計出採用軟X射線測量紙張灰份的儀器。其結構方案如圖1所示儀器由射線源盒1、接收盒6及電氣機箱9三部份組成。射線源盒與接收盒位於被測紙幅5的兩側，紙幅可從其間通過。射線源盒如圖2所示，由射線源2、電機4及源門機構組成，源門機構如圖2b所示，包括轉盤3和相隔90°固定在殼體上的接近開關16和17，轉盤上有定位口21和22，彼此亦相隔90°，其位置與接近開關16和17相對應，轉盤上還有通孔20和19，在孔20上貼有標樣紙。接收盒6中裝有射線強度探測器7和前置放大器8。在電氣機箱9中裝有增益放大器10，與計算機系統11連接，與計算機相聯的還有鍵盤顯示器12和輸出轉換板13。計算機系統可檢測接近開關16、17的開關特性，啟動電機4驅動轉盤3旋轉，使轉盤對準射線源有三種狀態即射線源2對準通孔19、射線源2對準貼有標樣紙的通孔20以及射線不能從轉盤通過。當射線穿過被測紙後進入接收盒6，首先被射線強度探測器7接收並轉換為電信號輸出送至與其連接的前置放大器8，進行放大後傳送到電氣機箱9中的增益放大器10，對信號進一步放大後送至與其連接的計算機系統計算得灰份值並送鍵盤顯示器12進行顯示，同時計算機得出灰份距生產要求的偏差值送轉換板輸出偏差值模擬量。
本儀器的測量方法1.開機自動進行儀器標定(1)使射線源盒1與接收盒6之間無測量紙幅5;
(2)計算機系統11啟動電機4驅動轉盤3，使其先後處三種狀態(a)開狀態-射線從孔19通過，以測得射線本身強度I0;
(b)標狀態-射線從孔20上標樣紙通過，根據標樣紙灰份實測值與標準值之差得出儀器灰份測量值的補償量;
(c)關狀態-源門擋住射線，獲得測量儀器的暗背景信號。
2.儀器自動進入測量(1)紙幅5從射線源盒1與接收盒6之間通過;
(2)射線經孔19穿過紙幅5進入接收盒6被射線強度探測器7接收，輸出對應電信號至前置放大器8放大後傳送至電氣機箱9中的增益放大器10進一步放大信號後送至計算機系統11，將測量信號經計算機系統A/D變換後採集，扣除測量暗背景信號後，測得軟X射線穿過被測紙後的射線強度信號I。在鍵盤顯示器系統12，用戶可按動鍵盤輸入參數μ1、μ2、x、c和灰份目標值。計算機根據測量得的I、I0及μ1、μ2、x、c等參數即按(4)式計算出灰份測量值，加上標定的補償值即得到精確的灰份測量值，送至鍵盤顯示系統顯示。由灰份目標值，計算機同時得出灰份偏差值並顯示，該偏差值經D/A轉換口輸至轉換板13，可得偏差值變換為0～10mA和4～20mA兩路標準輸出信號，供生產過程控制系統使用，以使紙張灰份滿足要求。


圖1為儀器結構方案示意圖;
圖2為射線源盒內部構造示意圖;
圖3為接收盒內部結構示意圖;
圖4為電氣機箱內部布置示意圖;
圖5為付機軟體框圖;
圖6為主機軟體框圖;
圖7為主機中斷服務子程序框圖。
參照附圖進一步說明儀器結構方案，本發明方案已制出樣機。圖1為儀器結構方案布置示意圖，由射線源盒1、接收盒6和電氣機箱9組成。射線源盒與接收盒位於被測紙5的兩側，如圖1所示，在射線源盒內裝有轉盤3，轉盤由電機4帶動可旋轉，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所示與轉盤對應;轉盤3的結構如圖2b所示，轉盤上開有相隔90°的定位口21和22，在殼體上固定安裝相隔90°的接近開關16和17，其位置分別與二定位口對應，當接近開關的接觸片進入定位口時，該接近開關呈開狀態，隨轉盤轉動，定位口離開接觸片時則接觸片時則接近開關呈關狀態，轉盤上還開有通孔19和20，孔20上貼有標樣紙，二通孔位置應保證當二接近開關16、17全開時，射線出射口對準通孔19(源門呈開狀態);當接近開關16開、接近開關17關時，射線出射口被轉盤擋住(源門呈關狀態);當接近開關16關、接近開關17呈開時，則射線出射口對準通孔20(源門處在標樣紙位置)。在標定或測量時射線經射線出射口穿過被測紙5後進入接收盒6中，射線被安裝在接收盒上的射線強度探測器7接收，轉換為電信號後輸送至與其連接的前置放大器8，射線強度探測器與前置放大器都被置於屏蔽罩23內，如圖3所示;電信號經前置放大器8放大後傳送到電氣機箱9中的增益放大器10，對信號進一步放大後送至與其連接的計算機系統，如圖4所示，電氣機箱9可分為主機箱9(主)和付機箱9(付)，付機箱中裝有增益放大器10和付計算機系統11(付)，付機箱安裝在紙機附近，主機箱可安裝在控制室，主機箱內裝有主計算機系統11(主)，與其連接的有鍵盤顯示器12和轉換板13。
樣機採用的構件射線強度探測器7可取電離室或計數管等，現選用DLS301電離室，其輸出信號為電流;前置放大器8由二級組成，第一級取微微安/電壓變換器(電子電路百科全書第一冊，P170中的17～24例)將電流信號轉換為電壓信號，第二級採取運放5G7650組成的通用放大電路;電氣機箱9的付機箱內增益放大器10採用運放OP-07組成的通用放大電路，將從前置放大器8傳來的信號進一步放大後送付機，付機採用TD-Ⅲ型單片計算機系統，本身帶有A/D、D/A轉換口、串行通訊口、中斷服務口及24個輸入輸出I/O口，付機採集信號後通過通訊口送至主機。主機同樣採用TD-Ⅲ型單片計算機系統，外接與其相配的TD-Ⅲ型鍵盤顯示系統作儀器的鍵盤顯示器12。用戶通過鍵盤輸入參數μ1、μ2、c、x及灰份目標值，也可提出標定等命令，用戶操作鍵盤對主機中央控制器CPU產生中斷請求。輸出轉換板13採用通常的電壓/電流轉換電路。
圖5為付機軟體框圖，付機處於從屬地位，根據主機命令測量I0、暗背景、標樣紙或測量紙幅等;圖6為主機軟體框圖，開機後主機先發標定命令至付機，付機接收命令後自動完成標定測量，再將信號送回主機，主機完成標定計算、存儲後先檢測有否中斷設定的命令標記，有則處理，處理後消除標記，無則發測量命令至付機進行測量，主機完成測量後再返回檢測有否中斷設定命令標記。
若用戶鍵盤操作對主機產生中斷請求，如圖7所示為主機中斷服務子程序框圖。首先判斷中斷類型，如用戶按動標定鍵或源門開關鍵，則設置命令標記供主機查詢，用戶要求修改參數，則立即修改並存儲，主機處理中斷後返回原處繼續執行程序。
與
背景技術：
相比，本儀器具有突出優點和顯著效果。
1.灰份測量精確。因為軟X射線對灰份變化十分敏感，並且儀器可經常進行標定，定時提供儀器暗背景信號、參考信號I0、及標定補償值，為提高測量精度創造了有利條件;
2.對紙張無破壞性。因為通過射線穿透紙張強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。每次測量時間由放大系統及計算機系統工作時間決定，測量速度極快，可實現動態連續實時測量;
4.結構簡單，造價低廉。儀器無需精度要求高的構件，電子系統及計算機系統也無特殊要求，可採用通用系統;
5.無特殊環境要求，適用於在生產現場進行測量使用。將儀器的射線源盒1和接收盒6分別安裝於紙機上紙幅5的兩側，電氣機箱9的付機箱9(付)安裝在紙機旁，而裝有鍵盤顯示器的主機箱9(主)安裝在控制室，故儀器可在生產現場方便舒適地進行在線測量;
6.儀器上裝有計算機系統，使測量、計算、標定以及參數改變都非常快速方便，因而適用範圍廣，功能完備。
權利要求
1.一種測量紙張灰份的儀器，其特徵是由射線源盒[1]、接收盒[6]及電氣機箱[9]三部份組成，射線源盒與接收盒位於被測紙幅[5]的兩側，紙幅可從其間通過；射線源盒由射線源[2]、電機[4]及源門機構組成，源門機構包括轉盤[3]和固定在殼體上相隔90°的接近開關[16]和[17]，轉盤上有相隔90°定位口[21]、[22]，其位置分別與接近開關[16]、[17]對應，還有通孔[20]和[19]，孔[20]上貼有標樣紙；接收盒[6]包括射線強度探測器[7]和前置放大器[8]；電氣機箱[9]中包括增益放大器[10]、計算機系統[11]以及與計算機相聯的鍵盤顯示器[12]和輸出轉換板[13]，計算機系統可檢測接近開關[16]、[17]的開關特性，啟動電機[4]驅動轉盤[3]旋轉，致使轉盤對射線源有三種狀態，即射線源[2]對準通孔[19]、射線源[2]對準貼有標樣紙的通孔[20]以及射線不能從轉盤通過。
2.根據權利要求1所述測量紙張灰份的儀器，其特徵是射線源盒〔1〕中的射線源〔2〕採用軟X射線源，可取同位素屏蔽於鉛盒〔15〕中。
3.根據權利要求1所述測量紙張灰份的儀器，其特徵是當轉盤某定位口與某接近開關接觸片接觸時，該接近開關呈開狀態，當定位口離開接近開關的接觸片時，則該接近開關呈關狀態;轉盤上通孔〔19〕、〔20〕的位置應保證當射線從〔19〕通過時對應接近開關〔16〕、〔17〕全開;當射線從孔〔20〕通過時對應接近開關〔16〕開，而開關〔17〕關;當射線被轉盤擋住無法通過時，則對應開關〔16〕關，開關〔17〕開。
4.根據權利要求1所述測量紙張灰份的儀器，其特徵是接收盒中射線強度探測器〔7〕可採用計數管或電離室，從它輸出電信號至前置放大器〔8〕，當採用電離室時，前置放大器由二級組成，第一級為微微安/電壓變換器將電流信號轉換為電壓信號，第二級為5G7650組成的通用放大電路。
5.根據權利要求1所述測量紙張灰份的儀器，其特徵是電氣機箱〔9〕中安裝的單片計算機系統〔11〕帶有A/D轉換口、D/A轉換口、中斷口和I/O口，測量信號通過A/D口轉換後被計算機採集。
6.一種紙張灰份測量儀器的測量方法，其特徵步驟如下1)開機自動進行儀器標定(1)使射線源盒〔1〕與接收盒〔6〕之間無測量紙幅〔5〕;(2)計算機系統〔11〕啟動電機〔4〕驅動轉盤〔3〕使其先後處三種狀態(a)開狀態即射線從孔〔19〕通過，以測得射線本身強度I0;(b)標狀態射線從孔〔20〕上標樣紙通過，根據標樣紙灰份實測值與標準值之差得出儀器灰份測量值的補償量;(c)關狀態源門擋住射線，獲取測量儀器暗背景信號。2)儀器自動進入測量(1)紙幅〔5〕從射線源盒〔1〕與接收盒〔6〕之間通過;(2)射線經孔〔19〕穿過紙幅〔5〕進入接收盒〔6〕被射線強度探測器〔7〕接收，輸出對應電信號至前置放大器〔8〕放大後傳送至電氣機箱〔9〕中的增益放大器〔10〕進一步放大信號後送至計算機系統〔11〕，將測量信號經計算機系統A/D變換後採集，扣除測量暗背景信號作為軟X射線穿過紙幅後射線強度信號I，再根據用戶在鍵盤顯示器系統〔12〕輸入的參數μ1、μ2、x、c等參數以及標定時探測的射線本身強度I0和標定時得的測量儀器的補償量即可得到灰份測量值，送鍵盤顯示系統顯示;同時根據用戶操作鍵盤輸入紙張灰份的目標值與測量值比較可得出紙張灰份偏差值送顯示，偏差值經計算機系統D/A轉換口輸出轉換板〔13〕可將偏差值變換為0～10mA和4～20mA兩路標準輸出信號，供生產過程控制系統使用，使生產的紙張灰份符合標準要求。
7.根據權利要求6所述的測量方法，其特徵是用戶操作鍵盤可對主機產生中斷請求，主機即暫停測量執行中斷服務程序，處理用戶請求，執行後繼續恢復測量。
全文摘要
本發明公開了一種在線動態連續測量紙張灰份的儀器及方法。紙幅一側安裝軟X射線源盒[1]，另一側安裝接收盒[6]，紙機旁安裝以單片計算機系統為中心的儀器電氣機箱[11]。儀器根據固化軟體，開機先自動進行本身標定，然後進行連續測量，由探測的射線強度的衰減計算得出灰份值，並顯示、輸出。該發明解決了現有測量方法的費時、對紙有破壞性、昂貴、不適生產現場的問題，提供了一種經濟、實用、可用於現場在線測量的儀器。
文檔編號G01N23/083GK1083929SQ9310373
公開日1994年3月16日 申請日期1993年4月6日 優先權日1993年4月6日
發明者顧潔, 孫優賢 申請人:浙江大學