JPH049644A - 紙質の影響を低減した赤外線水分計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業１９．の利用分野〉 本発明は、紙に含まれる水分蓋を赤外線の吸収を利用し
て測定する赤外線水分計に関し、更に詳しくは水分に感
度を持つ波長の赤外線ど、セルロスに感度を持つ赤外線
と、水分、セルロースのいずれにも感度を持たない波長
の赤外線どを紙ＣＪ照射し、これら赤外線による検出出
力を用い”ζ演算を行い紙質の影響を低減しまた赤外線
水分計に関する。

〈従来の技術〉 赤外線水分計では紙中に含まれる水分によって吸収を受
ける波長１，９４μｍの光（Ｍ光）と水分によって吸収
を受けない波長１−８μｌｎの光（Ｒ光）とを紙に当て
紙を透過したＭ光の測定光出力Ｖ、１とＲ光の参照光出
力ｖＲと力比。

＼ｌＱｙ、／■門をとって紙力水分！に関する信号を得
ている６ オンライン測定では、紙の原料バルブグ〕種類、坪量に
よ−）で水分量と水分ｉ１出力との関係が微妙（、：”
変化するため、ｌｉら−１て準備ｊまた→）・ンプル紙
を使って検ｍ線を作りこｔ“１をコンビス−夕に入力と
７、抄紙する紙の種類、坪量にＢも近い特性の検量線を
選択ｌ。５てこノ゛１を使って水分１を求めている。

し、かＩながらコンビニ−夕に入力できる検量線の数に
は限りがあり（例えば８本）、すべての測定対象をカバ
〜４るごどはできない、ｆｌ来装置では同じ種類の原料
バルブを便りだ紙でも坪Ｉが異なると検１線のずｈか大
きかった。

第５図はもＹ′！Ｊ、装置において３種のヤンブル紙を
使・・）で得た検量線を示１，１図中、１１軸はＫ・　
（ＶＲ，、、”ＶＭ’ｉて′ｊえられろ水、分計出力を
表わし、（（りし５、Ｋ：定数１．４！＠は紙に含まれ
る水分１１（ｇ／’バ）２）を表わす。Ｃ，は坪量が小
さいときの検量線、Ｃ２は坪量が中位のときの検量線、
Ｃ３は坪量が犬さいどきの検量線である。

例えば、水づ）量か２５ｇ・・１）１のときの水分計の
出力は検量線０１の４合が最も小さく、検量線Ｃ３グ）
場合か最も大きい。同じ水分１でも検量線Ｃ３の方か出
力が大きくなるのは２坪量が人きいと紙６．：含まれる
セル１７−ス蓋か多くなり、統、計的１＝光が紙中で反
射・散乱さ力る回動力へ増え、光路長が実質的に兵、・
＜なり、Ｍ光は水分による吸収をより多・く受は測定光
出力ｖＭの値が小さ・くなるためと考えられる９ 水分量が２５ｇ／’ｍ２のときの検量線（、’、、”’
、１ｉり）水分計出力を基準に１．、、　；ｆｆ：　＃
ｉｊ合、検１線Ｃ１と検量線Ｃ３との間Ｃ１，−水分′
Ｍ、ｃ；：換算１−、マ’、’　１　、’２　、４　ｇ
　、ｚ’　ｍ　’のず＃１．　Ｉ）　、か存在する。こ
のずれが大きいど、例えば点線で表わす測定対象に近い
特性を持つものとして選択した検量線Ｃ２どの間の誤差
ｄ、が大きくなり測定誤差の原因となる。また、この従
来方式による出力は水分量とｊ２て出力されるが、紙質
を制御する数値とし、では一般に水分率を用いる力が便
利である。このため水分量の他に坪量を求めて水分率を
計算していた。

く′発明が解決１．５ようとする課組〉本発明の解決し
ようとする技術的課題は、紙質の影響を軽減１．検ｉ線
のずれか小さく、かつ、水分率を直接出力することか可
能な赤外線水分計を実現することにある。

く課題を解決するための手段〉 本発明の構成は前記赤外線水分計においてａ、水分によ
って吸収を受ける第１の波長域の赤外線ど、セルロース
によ−）て吸収を受ける第２の波長域の赤外線と、水分
及びセル１７−スのいずれによっても吸収を受けない第
３の波長域の赤外線とを前記紙に照射する手段と、 ｂ、前記紙で透過・散乱された光から前記第１の波長域
の赤外線と、前記第２の波長域の赤外線と、前記第：′
３の赤外線とを検出し、これら赤外線の強さに対応した
出力Ｖ、、Ｖｅ　、Ｖ、２を大々発生する検出手段と、 （コ、前記検出手段の出力ｖ、、Ｖｅ　、ｖＲが加えら
れ、 Ｖｏ　＝　（／　＜ａ、−Ｖｒ　／ＶＲ）　）／　（７
（ｌｉ−Ｖｃ／Ｖｇ　　）） （但し１、ａ、ｂ：定数、／：関数） なる演算を行う演ｊ１．４Ｐ！ｌ とを設け、前記■ｏを水分射出力として出力”ぐ゛るよ
うにしたことにある。

〈作用′ｌ；ン 前記の技術手段は次のように作用する。即ち、原料バｌ
ｌ、プか興なったり、同じ種類の原料パルプを使用した
紙でも、高坪量になると、セルロースによる吸収だけで
なく紙内部での反射、散乱に６Ｌ−）で光路長が実質的
に長くなる。ごの１５・め、水分によって吸収を受ける
前記第１の波長域の赤外線は、低坪Ｉの場合と比較して
より多くの吸収を受け、検出出力Ｖ、は小さくなる。し
がしま／こ、セルロースにより吸収を受ける前記第２の
波長ら同様の光路長になるため多くの吸収を受け、検出
出力Ｖｃも小さくなる。従って、前述の Ｖｏ　＝　Ｉｆ　（ａ−Ｖｈ　／ＶＲ）　）／　（ｆ　
（ｂ−Ｖｅ／Ｖｉ　）　）の式において、坪１が大きく
なることによる光路長の変化からくる水分計の誤差は同
様の光路長を有する■門をＶＣで除す゛ることにより低
減される。

ここで、Ｖ’、、ＶｃをｖＲで除するのは散乱による損
失の影響を除く為である。また、水の吸収ｆａ号をセル
”１：２−スの吸収信号で除（７ている為、水分率に相
関のある信号（水分量１．・パセルロ〜ス量〉が出力さ
れ４欣分補正を加えることにより水分率を単独に出力す
ることかで・きる。

〈実施例〉 以卜図面に従い本発明の詳細な説明τる。第１図は本発
明の一実施例装置の原理構成図である。

第１図において、１はランプ、２は集光レンズ、３はフ
ィルタ・ホイールで、この上に特定波長域の赤外線を選
択的に透過さするフィルタ４，５゜６が同心円、］二に
設けられＣいる。このフィルタ・ホイールの外周には同
期信号発生用の４つの切り欠き３ａ、３ｂ　、３ｃ　、
３（１が設けられている。

７はＬ　Ｅ　Ｄとフォトトランジスタとをフィルタ・ホ
イール３の外周部を挟んで対向配置させ、切り欠き３ａ
、３ｂ　、３ｃ　、３ｄが通過する毎に同期パルスを発
生するフォＩ・インタラプタ、８はクシトインタラブタ
７からの同期バノＩ仁スに基−ンき同期信号を発生ずる
同期信号回路て゛ある。

９は測定対象て′ある紙、１０は受光素ｆ、１１は増幅
器、１．２，１３゜１４は→ノングル・ホールド回路で
、同期信号回路からの同期信号によ−〕て受光素ｆ−１
０よりす４えられる交流信号を直流信号に変換する。１
５はこれらづンブル・ホールド回路から与えられる信号
に演算を施し水分計出力Ｖ″０を発生ずる演算回路であ
る。

第２図はＬ質紙（坪量８０ｑ／１２）に赤外線を照射し
た場合の波長λと比吸収係数に、　（ＣＩ　２ＩＱ）の
関係を示している。第２図におい”ＣＲ光とＭ尤及びＣ
光の吸収特性はセル口　スの吸収や水分、その他の吸収
により、その裾野（谷部）かベースラインより］、方に
位１している（ここで、各波長の選択特性が完璧なもの
であればくれそれの谷は点線で示すようＣごベースライ
ンに近いものどな９１−？光とＭ光でも充分に精度の高
い水分ｌの測定が可能である）。

第１図に戻り本発明実施例装置の動作に−、〉いて説明
を行う。フィルタ・ホイール３の回転によ−）で、フィ
ルタ４を透過しノご１．９４μｍの赤外線、フィルタ５
を透過し７た２、１．７１ｒｎの赤外線、フィルタ６を
透過した１、８μ］１１の赤外線か順次、紙９に照射さ
れる。これら３種の赤外線に基づく透過・散乱光が受光
素イ１０で検出され、１．９４μｍの赤外線に対する検
出出力ｙｒ１．２□　１μｍの赤外線に対する検出出力
Ｖｃ　、］、、、８μｍの赤外線に対する検出出力■Ｒ
が交流信号の形でサンプル・ホールド回路１．２．１３
・、１４に加えられる。同期信号回路８からこれら回路
に加えられ、た同期信号によって前記交流信号は直流信
号に変換され、 サンプル・ホールド回路１２から出力ｖＭが。

サンプル・ポ〜ルド回路１３より出力■ｃが、サンプル
・ホールド回路１４より出力ｖＲが各別に出力される。

演算回路１５では最適定数ａ、ｂが設定され、Ｖ’ｏ　
＝　Ｉｌｎ　（ａ−Ｖｈ　／Ｖｉ＋　）　１／　　ｌ　
ｌ　ｎ　　（ｂ　　・Ｖｅ　、／ＶＲ）　　！　　−（
１）なる演算が行われる。

ここで、最適定数は次の機に設定した。

ａ−”Ｒ，ａ／Ｍａ ｈ＝Ｒａ　、／Ｃａ Ｒａ；紙サンダルのない空気中を透過し、た時のＲ光の
信号ｆＶ） Ｍａ；紙サンプルのない空気中を透過した時のＭ光の信
吟ｆＶ） Ｃａ；紙サンプルのない空気中を透過した時のＣ光の信
号ｔｖ＞ その結果、■。は水分ＪＬ　（ＭＷ）どセルロース量（
Ｃ−）のみの関数（）ｉＷ／ＣＭ）となり、坪量の高低
やパルプの違いによらず一本の検量線ができた。

第３図は本発明方式を用いて新聞用紙７種類の検量線を
示しく重なっているものがあるので図では検量線は５本
となっている）、縦軸は上記■０、横軸はＭＷ／ＣＭ％
である。

また、水分率は １　／　（１＋　ｆｃ１４／１４Ｗ　’）・＋１／ｆ１
−Ａ））　　・１００（％）・・・（２）Ａ、灰分率−
灰分量、絶乾坪１ と表めさノする為、（８１４／ｃｍ）が求まれば水分率
を単独で出力′することが可能となる。

但しその場合、紙毎の灰分量１を行う必要かあるが、こ
の（２）式における灰分率＾の変動による水分率の影響
地は小さなものであり、この秋分率はサンプル紙を用い
て予め求めたものを使用することができる。

第４図は本発明実施例装置と、従来の２波長方式に才■
フる検量線比較を示すものである。図から明らかなよう
に、 サンプル紙５柿の場合水分率誤差の標準偏差が１．００
−＝　０．６２ｆ％） 新聞用紙７種の場合水分率誤差の標準面差が０．３７→
０．１Ｈ％） に減少し２、最大水分率誤差も サンプル５種　＋３．６５．−１．１３→＋１．８２．
−１．１２（＄１重量級７種　　＋１□３５．−０．４
７→弓、２０．−０．３５（％）ど減少し７ている。

なお、ここでｖＡ準偏差とは、各サンプル紙の検量線か
ら水分率誤差か最小どなる一本の検量線（水分率誤差最
小検量線）を求め、その検量線と各サンプル紙の検量線
との水分率誤差の標準偏差（水分率範囲は２“塙〜１２
％）を求めたものである。また、最大誤差とは２　％へ
−１２％＞の範囲で水分率誤差最小検量線と各サンプル
紙の検量線との水分率誤差の７Ｆ負の最大値である。

なお本発明実施例装置ではフィルタ・ホイール３によっ
て波長１．９４　）ｔ　）ｎの赤外線、波長２１μｍの
赤外線、及び波長１．８μＩ１１の赤夕１線を分離し、
これらを紙９に照射するようにＬ７ているか、これに限
らず白色光を紙９に照射し２紙で透過・散乱した光から
各波長の赤外線を分離するようにＬ７ても良い。

また、本実施例においては開数ｆとし７てＩＴＬを用い
たが対数近似値を出力する関数であれば例えばｊｏ９や
Ｘ−（（Ｘ−１）　２　／２）−１のような多項式展開
をしたもの等の関数を用いても良い。

〈発明の効果〉 本発明によれば、紙の水分量を測定する際、紙の紙質の
影響が低減され、検量線のず゛れが小さくかつ、水分率
を直接出力することが可能な赤外線水分計を実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例装置の涼埋楕成図、第２図は土
質紙に赤外線を照射した場合の波長λと比吸収係数Ｋ　
（ＣＩ＋２／Ｕ）の関係を示す図、第３図は本発明の実
施例装置で得た検量線の特性図、第４図は本発明の実施
例装置と従来装置で得た検量線比較図、第５図は従来装
置で得た検量線の特性図である。 １・・・ランプ、３・・・フィルタ・ホイール、４・・
・水分に対する吸収係数の大きな波長の赤外線を透過さ
せるフィルタ、５・・・セルロースに対する吸収係数の
大きな波長の赤外線を透過させるフィルタ、６・・・水
分及びセルロースのいずれに対し、ても吸収係数の小さ
な波長の赤外線を透過させるフィルタ、８・・・同期信
号回路、９・・・紙、１０・・・受光素子、１１・・・
増幅器、１２．１３．１４・・・世ンブル・ボルド回路
、１５・・・演算回路。 第１図 第 図 第 ダ 図 第 図 １、′） Ｗ （Ｗ （〃）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 紙に含まれる水分量を赤外線の吸収を利用して測定する
   赤外線水分計において、 ａ、水分によって吸収を受ける第１の波長域の赤外線と
   、セルロースによって吸収を受ける第２の波長域の赤外
   線と、水分及びセルロースのいずれによっても吸収を受
   けない第３の波長域の赤外線とを前記紙に照射する手段
   と、 ｂ、前記紙で透過・散乱された光から前記第１の波長域
   の赤外線と、前記第２の波長域の赤外線と、前記第３の
   赤外線とを検出し、これら赤外線の強さに対応した出力
   Ｖ＿Ｍ、Ｖ＿Ｃ、Ｖ＿Ｒを夫々発生する検出手段と、 ｃ、前記検出手段の出力Ｖ＿Ｍ、Ｖ＿Ｃ、Ｖ＿Ｒが加え
   られ、 Ｖ＿０＝｛ｆ（ａ・Ｖ＿Ｍ／Ｖ＿Ｒ）｝ ／｛ｆ（ｂ・Ｖ＿ｃ／Ｖ＿Ｒ）｝ （但し、ａ、ｂ：定数、ｆ：関数） なる演算を行う演算手段 とを設け、前記Ｖ＿０を水分計出力として出力する紙質
   の影響を低減した赤外線水分計。