JPH056862B2 - - Google Patents

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JPH056862B2
JPH056862B2 JP61154181A JP15418186A JPH056862B2 JP H056862 B2 JPH056862 B2 JP H056862B2 JP 61154181 A JP61154181 A JP 61154181A JP 15418186 A JP15418186 A JP 15418186A JP H056862 B2 JPH056862 B2 JP H056862B2
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infrared
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optical
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Akio Hatano
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Sanyo Kokusaku Pulp Co Ltd
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、抄紙工程において高温多湿の雰囲気
下にも拘わらず精度良い結果の得られるドライヤ
ーパートにおけるシートの水分測定方法及びこの
方法を実施するための装置に関するものである。
〔従来技術及びその問題点〕
抄紙工程は、水分について簡単に言えば、原料
を薄い濃度（0.5〜1.5％）に分散させた懸濁液か
ら水分の殆んどを除く工程であり、ワイヤパート
で水分含量80〜85％、プレスパートで水分含量約
60％弱にまで除去され、ドライヤーパートで目的
の水分含量（紙の種類により異なるが、多くの場
合５〜10％）に乾燥されるが、このドライヤーパ
ートでの水分管理は製品の品質及び乾燥コストに
大きな影響を及ぼし極めて重要である。
ドライヤーパートでのシートの水分測定には赤
外線水分計が使用されている。この赤外線水分計
は原理的に、水分を含んだ被測定材料の赤外線吸
収スペクトルを利用し、測定波長光（水によつて
吸収される波長の光）と参照波長光（水によつて
吸収されない波長の光）を被測定材料に投光し
て、各反射光量又は各透過光量の比をとることに
よつて水分に関する情報を得るものである。
ところで、従来使用されている赤外線水分計の
構成は一般に、投光部が主に、 １ 光源（白熱電球又はタングステンハロゲンラ
ンプ）、 ２ ミラーとレンズ（光源からの光を集束し、光
学的チヤンネルを通じて所定の波長光のビーム
を被測定材料に導く）、 ３ フイルターホイール（２種類の赤外線フイル
ターが回転ホイールに取付けられており、光ビ
ームを交互に横切らせることにより、測定波長
光と参照波長光とを通過させる）、及び ４ 同期モーターと駆動・制御回路（フイルター
ホイールの回転・制御）から成り、 受光部が主に、 １ ドーム鏡又は集光レンズ（被測定材料からの
赤外線を集束）、及び ２ 検出器と増幅器（検出器で光電変換し、所定
の電圧レベルに増幅）から成つている。
このような従来の赤外線水分計を使用する場
合、被測定材料の含有水分率が０〜30％の範囲に
ある時とそれ以上の時とでは、水分測定に使用す
る赤外線の測定波長と参照波長とを変える必要が
あり（通常、低水分領域においては、測定波長と
して1.9μm、参照波長として1.6μm又は1.8μmが
使用されるが、1.9μmの波長での透過光量又は反
射光量は吸収量に反比例し、前記検出器から出る
信号は透過量又は反射量を測定したもので、これ
らの量は含水量の増加にともなつて急速に減少
し、水分の変化に直線的に応答できなくなる）、
このためにフイルターホイールを交換する必要が
あり、その都度測定を中断しなければならない問
題点があつた。
更に、もつと重大な次の問題点があつた。実際
の測定にあたつては、測定方式が反射方式の場合
には前記の投光部と受光部とが一体化され検出ヘ
ツドと呼ばれるケースに収納されていて被測定材
料に上部100〜300mmの位置に設置され、測定方式
が透過方式の場合には前記の投光部を一体化した
ケースが被測定材料すなわちシート（以下被測定
材料で示すことがある）の上部30〜150mm程度の
位置に設置され、受光部を一体化したケースが被
測定材料の下部30〜150mm程度の位置に投光部と
光軸を合わせて設置される（設置距離の制限は、
被測定材料に投光するビームスポツトの面積や赤
外線の吸収には直接関与せず、水分情報にとつて
はノイズ成分となる正反射・正透過光の検出器へ
の進入防止、光路中での光量減衰等を考慮した幾
何学的な条件によつて決まり、現状の技術ではこ
れ以上離すことは非常に困難である）。
一方、検出ヘツドあるいは投・受光部の構成部
品の耐熱性と耐水性（耐湿性）には限界があり、
通常は温度50℃以下、湿度80％以下とされてい
る。
これに対し、ドライヤーパートのドラム表面付
近では50℃よりも可成り高い温度となつており、
またシートから発生する水蒸気が充満して霧状を
なしており、非常な高温多湿の雰囲気となつてい
て従来の赤外線水分計では被測定材料に接近した
位置で測定できず、従つて幾何学的な条件が良く
ないことにより反射光、透過光のノイズ成分を少
なくすることができないことと、被測定材料と投
光端、受光端との間の長い距離間に存在する多量
の水蒸気により所定光量の投光と反射光量、透過
光量の正確な受光とが妨げられることにより、測
定値の精度が低いばかりでなく高温多湿による測
定器の耐久性の問題点があつた。従つてこのよう
な高温多湿の雰囲気下で被測定材料の水分を長期
に亘つて精度良く測定できる方法及び装置が要望
されていた。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、抄
紙工程のドライヤーパートの如き高温多湿下の雰
囲気下において被測定材料の含有水分を水分量が
大幅に変化しても干渉フイルターを取り換える必
要がなく、しかも長期に亘つて実用上精度良く測
定できる方法及び装置を提供することを目的に鋭
意研究した結果、光路に赤外線透過型の光フアイ
バーを使用することによつて、測定精度を良くす
るためにビーム投光位置を被測定材料に近付けて
も高温多湿に耐え、また他の測定器部分を環境の
良い遠隔位置に離して耐久性を向上せしめ、更に
光フアイバーを利用して装置を構成することによ
り広い範囲に亘る水分含量の測定に必要な干渉フ
イルターの種類をすべて備えていて如何なる水分
含量の場合にも即座に測定ができること等の利点
の得られることを究明して完成されたものであ
る。
すなわち、本発明の一つは、ワイヤーパート及
びプレスパートを経て高温多湿の雰囲気下にドラ
イヤーパートを進行中のシートの水分を赤外線を
使用して測定するに際し、光源の光を干渉フイル
ターを透過さして被測定材料の赤外線吸収スペク
トルに基づいた赤外線領域の２つの測定波長光及
び２つの参照波長光を得、各波長光を一方では被
測定材料に投光してその反射光又は透過光を受光
して光電変換器に導き、他方では光源光量変動補
正のために直接に光電変換器に導き、且つ上記の
光路に赤外線透過型の光フアイバーを使用して上
記投光及び受光を被測定材料に近接した位置で乾
燥気体の供給により光フアイバーの投光端及び被
測定材料の付近の水蒸気を排除しながら行ない、
かくして得られた測定波長光と参照波長光との光
源光量変動を補正された光量比を光電変換値によ
り得て水分を知ることを特徴とするドライヤーパ
ートにおけるシートの水分測定方法に関するもの
（以下、本発明方法と言うことがある）である。
本発明の他の二つは、本発明方法を実施するの
に好適な水分測定装置であつて、その一つは以下
の(a)〜(h)の構成から主として成ることを特徴とす
るドライヤーパートにおけるシートの水分測定装
置、 (a) 光源から出射する光を４本の又は４分岐した
赤外線透過型の光フアイバー束で４つの光路に
分け、個々の該光路の端末に設けられた４種類
の干渉フイルターを通して被測定材料の赤外線
吸収スペクトルに基づいた赤外線領域の２つの
測定波長光及び２つの参照波長光を得る手段、 (b) 前記個々の干渉フイルターを透過した赤外線
の各波長毎に２つのビームに分け、一方のビー
ムを被測定材料に近接した位置の投光端まで導
いて被測定材料に投光し、他方のビームを光電
変換器に導くための、それぞれに光学シヤツタ
ーを有する２本の又は２分岐した赤外線透過型
の光フアイバー束を各干渉フイルターから下流
側に有しており、全体として４波長８ビームを
得る手段、 (c) 前記被測定材料からの反射光又は透過光を被
測定材料に近接した位置の受光端で受光して光
電変換器に導くための赤外線透過型の光フアイ
バー束から成る手段、 (d) 前記投光端を被測定材料の近くまでほぼ囲む
除湿室及び前記受光端を被測定材料の近くまで
ほぼ囲む除湿室の内側に乾燥気体を供給して投
光端、受光端及び被測定材料の付近の水蒸気を
排除する手段、 (e) 前記光学シヤツターを順次選択的に開閉し、
所定のビームを順次選択的に光電変換器に導い
てシリアルな光信号を光電変換した後に直流増
幅器で増幅してシリアルなアナログ電圧に変換
する手段、 (f) 最初に開閉する前記光学シヤツターの開きと
同期して同期パルスを発生させ、すべての光学
シヤツターの各開きと同期してサンプリングパ
ルスを発生させる手段、 (g) 前記シリアルなアナログ電圧とサンプリング
パルスとをサンプルアンドホールド回路に導
き、個々のアナログ電圧信号の最大ピークを検
出して、シリアルなデジタル電圧信号に変換す
る手段、 (h) 前記同期パルスと前記シリアルなデジタル電
圧信号を組み合わせて被測定材料の水分量計算
に必要な所定の信号を選択的に識別し、水分量
を計算・表示する手段、 に関するもの（以下、第１の本発明装置と言うこ
とがある）である。
更に水分測定装置の他の一つは、以下の(i)〜(p)
の構成から主として成ることを特徴とするドライ
ヤーパートにおけるシートの水分測定装置、 (i) ４種類の干渉フイルターを同一円周上に所定
の間隔で配置した該円周と同心の回転円板上の
該円周に近接する所定位置の２箇所に光源から
出射する光を２つのビームに分けて導いて板面
に向かつて光を出すための２本の又は２分岐し
た赤外線透過型の光フアイバー束を光源から回
転円板まで有しており、回転円板の回転中に各
ビームを４種の干渉フイルターが横切ることに
より被測定材料の赤外線吸収スペクトルに基づ
いた２つの測定波長光と２つの参照波長光との
各々につき２ビームづつ、全体として４波長８
ビームを得る手段、 (j) 光源から回転円板まで設けられている前記２
本の又は２分岐した光フアイバー束のそれぞれ
の後端と回転円板を挟んで先端の光軸を合わせ
て設けられた２本の赤外線透過型の光フアイバ
ー束から成り、前記４種類の干渉フイルターを
通過させて得られた各波長光につき、前記２つ
のビームのうちの一方のビームを被測定材料に
近接した位置の投光端まで導いて投光し、他方
のビームを光電変換器に導く手段、 (k) 前記被測定材料からの反射光又は透過光を被
測定材料に近接した位置の受光端で受光して光
電変換器に導くための赤外線透過型の光フアイ
バー束から成る手段、 (l) 前記投光端を被測定材料の近くまでほぼ囲む
除湿室及び前記受光端を被測定材料の近くまで
ほぼ囲む除湿室の内側に乾燥気体を供給して投
光端、受光端及び被測定材料の付近の水蒸気を
排除する手段、 (m) 前記回転円板の回転と同期して１回転毎に同
期用パルスを発生させ、前記４種類の各干渉フ
イルターが、前記２つのビームを横切るタイミ
ングと同期してサンプリングパルスを発生させ
る手段、 (n) 前記光電変換器に入るシリアルな光信号を光
電変換した後に直流増幅器で増幅してシリアル
なアナログ電圧信号に変換する手段、 (o) 前記シリアルなアナログ電圧信号とサンプリ
ングパルスとをサンプルアンドホールド回路に
導き、個々のアナログ電圧の最大ピークを検出
してシリアルなデジタル電圧信号に変換する手
段、 (p) 前記同期パルスと前記シリアルなデジタル電
圧信号を組み合わせて被測定材料の水分計算に
必要な所定の信号を選択的に識別し、水分量を
計算・表示する手段、 に関するもの（以下、第２の本発明装置と言うこ
とがある）である。
〔構成及び作用の説明〕
以下、第１及び第２の本発明装置の構成及び作
用を図面によつて説明しながら、本発明方法をも
説明する。
第１図は第１の本発明装置の１実施例の要部シ
ステム構成図、第２図は第２の本発明装置の１実
施例の要部システム構成図、第３図は除湿室の一
例を示す斜視図、第４図は除湿室の他の例を透視
的に示す側面説明図、第５図は本発明装置により
電圧信号の時系列の一例を示す図である。
(i) 先ず、第１の本発明装置について第１図によ
り説明する。
(a)の構成： 図面中、１は光源であり、赤外線のみを発光す
るものが好ましいが、通常ハロゲンタングステン
ランプ又は白熱電球が使用される。２は光源１か
ら出た光を集束させるためのレンズである。３は
４本の又は４分岐した赤外線透過型の光フアイバ
ー束であり、レンズ２で集束された光源１からの
光が入射して４本のビームとなつて進む光路とな
る。本発明において使用することのような赤外線
透過型の光フアイバーとして例えばダイアガイド
ST通常グレード（DAIAGUIDEST，商品名、
大日日本電線社製）が示される。４は各光フアイ
バー３の端末に設けられたそれぞれ種類の異なる
干渉フイルターであり、各光フアイバー３を通過
してきた光を透過させて赤外線領域の４種の所定
波長の赤外線とさせる。この４種の所定波長と
は、被測定材料の赤外線吸収スペクトルに基づい
て水分測定に使用される２つの測定波長及び２つ
の参照波長であつて、測定波長として1.43μm（高
水分用）及び1.95μm（低水分用）が、また参照波
長として1.24μm（高水分用）及び1.82μm（低水分
用）が示され、従つて前記４種の干渉フイルター
はそれぞれ光源１からの光を透過させて上記の所
定波長の赤外線とさせるものである。このよう
に、光フアイバー束３を使用して赤外線領域にあ
る４種の所定波長光を得る手段(a)が構成されてい
る。
(b)の構成： ５は各干渉フイルター４を透過した所定波長の
赤外線を所定の箇所に導くための赤外線透過型の
光フアイバー束である。この光フアイバー束５は
各干渉フイルター４毎の下流側に２本の又は２分
岐した光フアイバー束５ａ，５ｂとして設けられ
ていて４種の各波長の赤外線を２つづつのビーム
に分けて合計８つのビームが得られる。そして２
つの光フアイバー束５のうち一方の光フアイバー
束５ａは、一方のビームを被測定材料１１に接近
した位置にまで導いてそこから投光するためにそ
の端末は投光端５aaとしてそれに近接する位置
に設置されており、他方の光フアイバー束５ｂは
光電変換器１６に接続されていて、他方のビーム
をこれに導く。６は光学シヤツターであつて光フ
アイバー束５ａ，５ｂのいずれにも設けられてお
り、この光学シヤツター６の開閉により、光フア
イバー束５ａ，５ｂの中をビームが流れたり消え
たりする。このようにして光フアイバー５を各干
渉フイルター４の下流側に使用して、それぞれの
作用をさせる手段(b)が構成されている。
(c)の構成： ７は被測定材料１１からの赤外線の反射光又は
透過光（第１図では反射光のみの場合を示す）を
受光して光電変換器１６に導くための赤外線透過
型の光フアイバー束であつてその受光端７ａは被
測定材料１１に近接した受光位置に設置されてお
り、このようにして手段(c)が構成されている。
(d)の構成： １２は除湿室であつて投光端５aaと受光端７
ａとを被測定材料１１の近くまでほぼ囲んでい
る。除湿室１２は被測定材料１１との間以外には
隙間のない完全な室であつても良く、また供給さ
れた乾燥気体が投光端５aa、受光端７ａ及び被
測定材料１１付近の水蒸気を排除するのに有効で
ある限り、上方や側方に隙間があつても良い。こ
のような除湿室１２は、第１図の如く反射光受光
の場合には投光端５aaと受光端７ａとは被測定
材料１１の同一側で近接しているので１つの除湿
室１２を共通して用いて両者を包囲できるが、透
過光受光の場合には後記に例示する如く被測定材
料１１の両側で設置される２つの除湿室が必要で
ある。除湿室１２には投光端５aa及び受光端７
ａのホールダーや透過光受光時の積分球等の種々
な機能をもたせることができる。１３は送気管で
あり、乾燥気体源１４から送られる乾燥気体を除
湿室１２内に供給して投光端５aa、受光端７ａ
及び被測定材料１１の付近の水蒸気を排除する。
乾燥気体としては例えば乾燥空気、乾燥窒素等が
使用される。
除湿室１２の具体例を図面により説明する。第
３図に示す除湿室１２は反射光受光に使用するも
のである。この除湿室１２は投光端５aaと受光
端７ａとを適正位置に保持するホールド部１２ａ
と送気管１３が接続される乾燥気体の供給口１２
ｃを有する除湿部１２ｂとから成る。この除湿室
１２は、上下に貫通するコ字状のスリツト１２ｄ
が形成されていてその一方は壁となつて供給口１
２ｃが設けられており他方の端部は側方に開口し
ている除湿部原体の上面にホールド部１２ａが第
３図の如く投光端５aaと光受端７ａとがスリツ
ト１２ｄ内に挿入される位置に重ねて固定された
構造となつている（第３図は図面の錯綜を避ける
ため初めから一体化して示してある）。この除湿
室１２の下面を被測定材料１１から至近の処に保
持して供給口１２ｃから乾燥気体を供給すること
により前記説明の如く作用する。
第４図に示す２つの除湿室１２は２つ１組とな
つて透過光受光に使用されるものである。投光用
の除湿室１２（第４図の上側に使用のもの）及び
透過光受光用の除湿室１２（第４図の下側に使用
のもの）はそれぞれ投光端５aa及び受光端７ａ
を被測定材料１１に対して0゜入射及び拡散透過受
光の幾何学的条件を満足させるためのホールダー
としても構成されている。すなわち、投光用の除
湿室１２は光フアイバー束５ａの投光端５aaを
被測定材料１１に対し垂直に保持すると共に被測
定材料１１側以外は完全に投光端５aaを囲んで
おり、その内部ではこの投光端５aaを取り巻い
て円錐状ノズル１２ｅが設けられていて乾燥気体
の供給口１２ｃに連通した構造となつている。ま
た、透過光受光用の除湿室１２は、被測定材料１
１を透過して拡散する透過光を受光するための積
分球として作用するように室内は球状を成してい
て被測定材料１１側以外は完全に閉鎖状となつて
おり、側方には受光端７ａが設置されており、そ
の対面側及び被測定材料１１との対面側には椀状
ノズル１２ｆ及び円筒状ノズル１２ｇが供給口１
２ｃと共に設けられている。そしてこれらの乾燥
気体の供給口１２ｃには送気管１３が接続されて
いる。
(e)の構成： １６は光電変換器であつて、電子コントローラ
ーによつて受光素子PbSの温度が一定に保たれ、
熱的な安定性が確保されている。この光電変換器
１６には干渉フイルター４により得られる各所定
波長１つにつき２つのビームが次のような経路で
入力されるようになつている。すなわち、一つの
ビームは光フアイバー束５ａを通過して被測定材
料１１に投光された後の反射光又は透過光が光フ
アイバー束７を経て入力され、他の一つは光フア
イバー束５ｂを経てそのまま入力されるようにな
つている。１７は光電変換器１６から電圧信号を
入力されてこれを増幅する直流増幅器である。そ
して光フアイバー束５ａ及び５ｂのいずれにも光
学シヤツター６が設けられており、これを順次選
択的に開閉させることによつて入力されるシリア
ルな光信号を光電変換した後に直流増幅してシリ
アルなアナログ電圧に変換することができる。こ
のように手段(e)が構成されている。
(f)の構成： ８及び９はホトセンサーであつて反射型、透過
型のいずれでも良い。ホトセンサー８は最初に開
閉する光学シヤツター６が開くのに同期して同期
パルスを発生させるために１つだけ、またホトセ
ンサー９はすべての光学シヤツター６がそれぞれ
開くのに同期してサンプリングパルスを発生させ
るために光学シヤツター６毎に、それぞれ設置さ
れている。このように手段(f)が構成されている。
(g)の構成： １５はOR回路であつてホトセンサー９のいず
れかでパルスが発生する度にそのパルスを出力す
る。１８はサンプルアンドホールド回路であり、
OR回路１５の出力と直流増幅器１７の出力を入
力段に入力することによつて、OR回路１５から
のサンプリングパルスと同期した直流増幅器１７
からのシリアルなアナログ電圧の個々の最大値が
検出されて出力される。１９はアナログ・デジタ
ル変換用インターフエイスであつて、サンプルア
ンドホールド回路１８から入力されるシリアルな
アナログ最大電圧をシリアルなデジタル電圧に変
換し出力する。このように手段(g)が構成されてい
る。
(h)の構成： ２０は入出力用インターフエイスであつてホト
センサー８からの同期パルスを取り込む。２１は
演算・表示部であつて、入出力用インターフエイ
ス２０からの同期パルスが取り込まれ、その直後
に８個のシリアルなデジタル信号を１ブロツクと
したデータ列が取り込まれ、これらを組み合わせ
て後記例示の如く被測定材料の水分計算に必要な
所定の信号を選択的に識別し、水分量が計算、表
示される。かくの如く手段(h)が構成されている。
以上の各手段(a)〜(h)が主体となつて第１の本発
明装置が構成されている。
上記第１の本発明装置の作用は次の通りであ
る。各機器を作動状態にして、先ず最初に開閉す
る光学シヤツター６を開くと、ホトセンサー８及
び９によりそれぞれ同期パルス及びサンプリング
パルスが発生してそれぞれ入出力用インターフエ
イス２０及びサンプルアンドホールド回路１８に
入力されると共に、所定の波長（例えば1.24μm）
の光が光フアイバー束５ａを通過してその端末の
投光端５aaから被測定材料１１に投光され、そ
の反射光又は透過光が光フアイバー束７の受光端
７ａで受光される。このとき、投光端５aa及び
受光端７ａには反射光受光か透過光受光かにより
例えば第３図又は第４図の如き除湿室１２が使用
されていて投光端５aa及び受光端７ａは被測定
材料１１に近接しており、また乾燥気体源１４か
ら送気管１３及び供給口１２ｃを経て乾燥気体が
除湿室１２内に供給されるから、投光端５aa、
受光端７ａ及び被測定材料１１の付近の水蒸気が
排除され且つ新たな水蒸気の侵入も阻止されてお
り、従つて投光及び受光は被測定材料１１に近接
した位置で且つ水蒸気の殆んど存在しない雰囲気
下に行なわれることになるのである。
このようにして受光された被測定材料１１から
の反射光又は透過光は光フアイバー束７を通過し
て光電変換器１６に導かれ、更に直流増幅器１７
を経ることによつて被測定材料１１の水分と正確
に関連する反射光量に対応するアナログ電圧が生
成する。このアナログ電圧がホトセンサー９で発
生したサンプリングパルスと共にサンプルアンド
ホールド回路１８に入力され、アナログ・デジタ
ル変換用インターフエイス１９によりその電圧の
最大値がデジタルデータ化されて、入出力用イン
ターフエイス２０を経たホトセンサー８からの同
期パルスと共に演算・表示部２１に取り込まれて
反射光又は透過光に基づくデータD1となる。
最初に開いた工学シヤツター６を閉じ、次いで
２番目に上記と同じ波長光を通すもう一つの光フ
アイバー束５ｂに設けられた光学シヤツター６を
開くと、その波長光は光フアイバー束５ｂを通過
し、光電変換器１６、直流増幅器１７を経て光源
１の光量に対応したアナログ電圧が上記と同様に
ホトセンサー９で発生したサンプリングパルスと
共にサンプルアンドホールド回路１８に入力さ
れ、アナログ・デジタル変換用インターフエイス
１９によりその電圧の最大値がデジタルデータ化
されて演算・表示部２１に取り込まれて光源１の
光量補正用のデータD2となる（２番目以降では
ストセンサー８は作動せず、従つて再び１番目の
光学シヤツター６が開くまでは演算・表示部２１
では同期パルスが確認されない）。
以下、同様にして他の波長（例えば1.43μm、
1.82μm及び1.92μm）の光の各々についても２つ
の光学シヤツター６の開閉を順次行なつて、デジ
タルデータD3〜D8を演算・表示部２１に取り込
む。
１番目から８番目までの光学シヤツター６を順
次開閉することによつて発生する同期パルス、サ
ンプリングパルス及びアナログ電圧三者の時系列
の関係の例は第５図に示される。第５図中Ａは同
期パルス、Ｂはサンプリングパルス、Ｃはアナロ
グ電圧を示す。このような関係のシリアルなアナ
ログ電圧がサンプリングパルスと共にサンプルア
ンドホールド回路１８に入力され、アナログ・デ
ジタル変換用インターフエイス１９によりその電
圧の個々の最大値がデジタルデータ化されて、以
下に表示する各データD1〜D8が入出力インター
フエイス２０を経たホトセンサー８からの同期パ
ルス毎に１ブロツクのデータ列として演算・表示
部２１に取り込まれる。
光学シヤツター６の開閉の順序は、必ずしも上
記の如く各波長光毎に行なう必要はなく、８つの
光学シヤツター６の開閉によつて得られるデータ
D1〜D8と水分を算出する式中のD1〜D8との対応
がとれている限り、開閉の順は任意でああつても
良い。
これらのデータD1〜D8は演算・表示部２１の
中で選択的に識別され、例えば以下に説明するよ
うに式(1)〜(3)が所定の順に選択され、水分が計算
されて表示されるのである。
D1：波長1.24μmの被測定材料からの反射光又は
透過光に基づくデータ D2：波長1.24μmの光量変動補正用の光に基づく
データ D3：波長1.43μmの被測定材料からの反射光又は
透過光に基づくデータ D4：波長1.43μmの光量変動補正用の光に基づく
データ D5：波長1.82μmの被測定材料からの反射光又は
透過光に基づくデータ D6：波長1.82μmの光量変動補正用の光に基づく
データ D7：波長1.95μmの被測定材料からの反射光又は
透過光に基づくデータ D8：波長1.95μmの光量変動補正用の光に基づく
データ D3／D7×D8／D4 (1) D5／D7×D8／D6 (2) D1／D3×D4／D2 (3) 各式の第２項は光量の変動に対する補正項であ
り、被測定材料に投光した光と光量変動補正用の
光が比例して影響を受けることを利用したもので
ある。
(1)式の値に応じて、被測定材料の概略の水分量
を判断し、この値が一定値より大きい場合には低
水分とみなして(2)式で水分量を求め、一定値より
小さい場合には高水分とみなして(3)式で水分量を
求め、一定値に近い場合には(2)式と(3)式の両者か
ら水分を求める。
この一定値は技術経験により適宜定め得るが、
例えば主波長が1.43μmと主波長が1.95μmの個々
の干渉フイルターの透過率と被測定材料の赤外線
吸収スペクトルによつて決定される値を採用する
ことができる。
(ii) 次に、第２の本発明装置について第２図によ
り説明する。
(i)の構成： 図面中、１は光源、２はレンズであつてこれら
は第１の本発明装置と同様である。３′は２本の
又は２分岐した赤外線透過型の光フアイバー束で
あり、レンズ２で集束された光源１からの光が入
射して２つのビームとなつて進む光路となり、光
源１から次に説明する回転円板まで設けられてい
る。１０は回転円板であつてそれと同心の同一円
周上に所定の間隔で４種の干渉フイルター４が配
置されており、この干渉フイルター４は前記第１
の本発明装置で説明したものと同じである。上記
の光フアイバー束３′の端末はこの干渉フイルタ
ー４が配置されている円周に近接して板面に向つ
て２箇所の所定位置に配置されており（以下、こ
の位置を光フアイバー束３′の端末位置と言うこ
とがある）、各干渉フイルター４がこの２本の光
フアイバー束３′から出る２本のビームを横切る
ことにより、第１の本発明装置と同様の赤外線領
域にある２つの測定波長光及び２つの参照波長光
の計４種の波長の各々につき２ビームづつ全体と
して４波長８ビームが得られる。この８ビームは
それによるデータを各別に得る必要から時期を異
にして得られねばならないから、従つて光フアイ
バー束３′の端末位置はそこから出る２本のビー
ムの光路に干渉フイルター４が同時には存在しな
い２箇所であり、回転円板１０上における干渉フ
イルター４の配置から種々に定めることができ
る。一般的には４個の干渉フイルターがα゜，β゜，
γ゜，δ゜の間隔で配置されているとき、これらのい
ずれとも一致しない間隔θ゜で光フアイバー束３′
の端末が配置されていれば良い。標準的には４個
の干渉フイルター４が90゜の等間隔で配置されて
いて、２箇所の光フアイバー束３′の端末位置が
90゜以外の間隔にあれば良く、上記端末位置間隔
が例えば45゜のときは、同じ干渉フイルター４に
ついて所定波長光の２つのビームが続けて得ら
れ、他の干渉フイルター４についても順次同様に
して回転円板１０の１回転の間に４種の干渉フイ
ルター４の各々について２ビームづつ合計４波長
８ビームが回転円板１０の等速回転によつて等時
間間隔で得られる。このようにして手段(i)が構成
されている。
(j)の構成： ５′は干渉フイルター４を透過した所定波長光
を所定の箇所に導くための赤外線透過型の光フア
イバー束である。この光フアイバー束５′は、光
源光の光路である２本の光フアイバー束３′の端
末と回転円板１０を挟んで先端が同軸に設けられ
た２本の又は２分岐した光フアイバー束５a′，５
b′として設けられており、一方の光フアイバー束
５a′の端末は投光端５aa′として被測定材料１１
に近接した位置に設置されていて上記２本のビー
ムのうちの１方のビームを被測定材料１１に投光
し、他方の光フアイバー束５b′は光電変換器１６
に接続されていて他方のビームをこれに導く。従
つて回転円板１０の回転によつて４種の干渉フイ
ルター４を通過した各波長光を上記所定の箇所に
導く。このようにして手段(j)が構成されている。
(k)の構成： 第１の本発明装置の手段(c)と同様に、光フアイ
バー束７によつて被測定材料１１からの反射光又
は透過光を被測定材料１１に近接した位置で受光
して光電変換器１６に導く手段(k)が構成されてい
る。
(l)の構成： 第１の本発明装置で説明した手段(d)と同様の手
段(l)が構成されている。
(m)の構成： 第１の本発明装置の手段(f)で説明したのと同様
のホトセンサー８及び９が使用され、回転円板１
０の回転と同期して１回転毎に同期パルスを発生
させるための１つのホトセンサー８と、４種の各
干渉フイルター４が光源１からの２つのビームを
横切るタイミングと同期してサンプリングパルス
を発生させるための２つのホトセンサー９とが設
置されて手段(m)が構成されている。
(n)：構成 第１の本発明装置の手段(e)で説明したと同様に
光電変換器１６及び直流増幅幅器１７が設置され
ていて、光電変換器１６に入力される被測定材料
１１からのシリアルな光信号をシリアルなアナロ
グ電圧信号に変換する手段(n)が構成されている。
(o)の構成： 第１の本発明装置の手段(g)と同様にOR回路１
５、サンプルアンドホールド回路１８及びアナロ
グ・デジタル変換用インターフエイス１９によ
り、手段(n)で変換増幅されたシリアルなアナログ
電圧の最大ピークを検出してシリアルなデジタル
電圧信号に変換する手段(o)が構成されている。
(p)の構成： 第１の本発明装置の手段(h)と同様に、入出力用
インターフエイス２０及び演算・表示部２１を備
えて被測定材料１１の水分量を計算、表示する手
段(p)が構成されている。
以上の各手段(i)〜(p)が主体となつて第２の本発
明装置が構成されている。
上記第２の本発明装置の作用は次の通りであ
る。
４個の干渉フイルター４が回転円板上に90゜の
等間隔で配置され且つ光フアイバー束３′の端末
間隔が45゜である場合を例として説明する。各機
器を作動状態にして回転円板１０を回転させる
と、最初の干渉フイルター４が先ず光フアイバー
束３′の２つの端末から出る２本のビームのうち
の初めのビームを横切るとき、ホトセンサー８及
び９によりそれぞれ同期パルス及びサンプリング
パルスが発生してそれぞれ入出力用インターフエ
イス２０及びサンプルアンドホールド回路１８に
入力されると共に、干渉フイルター４がビームを
横切つている間に所定波長（例えば1.24μm）の
光が光フアイバー束５a′を通過する。
以降は第１の本発明装置の作用についての前記
説明における最初の光学シヤツター６の開閉時の
作用と全く同様の経過を辿る。すなわち、光フア
イバー束５a′を通過した光は、投光端５aa′から
被測定材料１１に投光され、その反射光又は透過
光は受光端７ａで受光され、このとき前記と同様
の除湿室１２を使用することにより上記投光及び
受光は被測定材料１１に近接した位置で且つ付近
の水分を排除しながら行なわれ、このようにして
受光された光は光電変換され、検出されたその最
大値がデジタルデータ化されて同期パルスと共に
演算・表示部２１に取り込まれ、反射光又は透過
光に基づくデータD1となる。
次に同じ干渉フイルター４が２番目のビームを
横切るとき、上記と同じ波長光が光フアイバー束
５b′を通過してそのまま光電変換器１６に入力さ
れると共にホトセンサー９でサンプリングパルス
が発生し、以下第１の本発明装置の作用について
の前記説明における２番目の光学シヤツター６の
開閉の場合と全く同様にして所定の波長光が光フ
アイバー束５b′を通過して光電変換され、光源１
の光量に対応しアナログ電圧の最大値がデジタル
データ化されて演算・表示部２１に取り込まれ、
光量補正用のデータD2となる。
以下、同様にして他の干渉フイルター４も順次
２つのビームを横切り、回転円板１０の１回転毎
に入力される同期パルスにより第１の本発明装置
の場合と全く同様に各データD1〜D8が１ブロツ
クのデータ例として演算・表示部２１に取り込ま
れる。回転円板１０での４個の干渉フイルター４
の配置と光フアイバー束３′の端末位置との関係
によつて上記D1〜D8は必ずしもその順には演
算・表示部２１に取り込まれないが、水分を算出
する式中のD1〜D8との対応がとれている限り差
し支えない。これらのデータD1〜D8は、第１の
本発明装置の作用についての前記説明と全く同様
にして水分が計算されて表示されるのである。
以上の説明から判るように、第１及び第２の各
本発明装置と本発明方法との関係は次のようであ
る。すなわち、手段(a)と手段(i)とは光源１の光を
干渉フイルター４を透過さして被測定材料１１の
赤外線吸収スペクトルに基づいた測定波長光及び
参照波長光を得るための装置であり、手段(b)及び
(c)と手段(j)及び(k)とは各波長光を一方では被測定
材料１１に近接した位置から投光してその反射光
又は透過光を被測定材料１１に近接した位置で受
光して光電変換器１６に導き、他方では光源光量
変動補正のために直接に光電変換器１６に導くた
めの装置であつて、光フアイバー束３，５及び７
と光フアイバー束３′，５′及び７とは上記の光路
に赤外線透過型の光フアイバーを使用して被測定
材料１１に近接した投光と受光とを可能とさせた
ものであり、手段(d)と手段(l)とは乾燥気体の供給
により投光端５aa又は５aa′、受光端７ａ及び被
測定材料１１の付近の水分を排除しながら投光及
び受光を行なうための装置であつて、同時に投光
端５aa又は５aa′と受光端７ａとを被測定材料１
１に近接して保持する機能を持たせることがで
き、手段(e)，(f)，(g)及び(h)と手段(m)，(n)，(o)及
び
(p)とは得られた測定波長光と参照波長光との光源
光量変動を補正された光量比を光電変換値より得
て水分を知るための装置である。従つて、第１及
び第２の各本発明装置は本発明方法の実施に好適
な装置であることが判る。
〔効果〕
本発明は、赤外線水分計により高温多湿の雰囲
気下にある抄紙工程のドライヤーパートにおける
シートの水分を測定するに際して、赤外線の光路
に赤外線を効率良く透過させる光フアイバーを使
用し且つ投光及び受光を被測定材料に近接した位
置で付近の水分を排除しながら行なうことによ
り、次の効果を有する。
(イ) 光フアイバーは耐熱性があるので高温の乾燥
ドラムに近く光フアイバーの端末を設置しても
問題が無く、従つて被測定材料に近接した位置
に投光端及び受光端を設置したことにより、被
測定材料と投光端及び受光端との間での光量減
衰の原因となる幾何学的な条件を従来の赤外線
水分計に比べて著るしく改善し、測定精度を一
段と向上せしめることができる。
(ロ) 特に高湿でもあるこのドライヤーパートにお
いては、被測定材料の表面近くでは水分が霧状
となつていて従来の赤外線水分計では所定光量
の投光と反射光又は透過光の正確な受光とに甚
だしい支障があつたが、本発明においては投光
端そ受光端とを被測定材料に近接せしめた上で
その付近に乾燥気体を供給することにより、こ
の霧状の水分を投光及び受光の光路から全く排
除して測定精度を一層向上せしめることができ
る。
(ハ) 光源からの光を干渉フイルターを透過させて
赤外線を得る光路に光フアイバーを使用して光
路を様々に構成することにより、広い範囲に亘
る水分含量のいかなる場合にも対応するのに必
要な種類の干渉フイルターを配置しておくこと
ができ、従つて水分含量によつて干渉フイルタ
ーを取に替えるなどの手数を一切なくすること
ができる。
(ニ) 光源から光電変換器までの光路全体に亘つて
光フアイバーを使用することにより、被測定材
料への赤外線の投光及び受光をする投光端、受
光端を含む必要な長さの光フアイバーだけ及び
除湿室を高温多湿雰囲気下のドライヤーパート
域内に置き、その他の光源、干渉フイルター、
光電変換器以下の諸機器等の一切をドライヤー
パート域外に置くことができ、従つて、高温多
湿の影響なく赤外線水分計を使用することがで
きることにより故障が少なくなつて耐久性が格
段に向上し、長期に亘つて測定精度も低下する
ことなく水分測定を行なうことができる。
(ホ) 本発明により、従来不可能であつた高温多湿
なドライヤーパート内などの抄紙工程におい
て、シートの水分測定が連続して高精度で実施
できるようになつたから、本発明装置を検出部
とし、例えば特開昭60−62778号や特開昭61−
75898号公法などに開示されているような公知
の乾燥ドラムを操作部とした自動制御系を構築
して応答性及び制御性良く抄紙工程におけるシ
ートの水分管理を実施することが可能であり、
水分むらのない高品位のシート製品が低コスト
で製造できるようになつた。
【図面の簡単な説明】
第１図は第１の本発明装置の１実施例の要部シ
ステム構成図、第２図は第２の本発明装置の１実
施例の要部システム構成図、第３図は除湿室の１
例を示す斜視図、第４図は除湿室の他の例を透視
的に示す側面説明図、第５図は本発明装置におけ
る電圧信号の時系列の一例を示す図である。 図面中、１…光源、２…レンズ、３，３′…光
フアイバー束、４…干渉フイルター、５，５′…
光フアイバー束、５ａ，５a′…２本又は２分岐し
たうちの一方の光フアイバー束、５aa，５aa′…
投光端、５ｂ，５b′…２本又は２分岐したうちの
他方の光フアイバー束、６…光学シヤツター、７
…光フアイバー束、７ａ…受光端、８…ホトセン
サー、９…ホトセンサー、１０…回転円板、１１
…被測定材料、１２…除湿室、１２ａ…ホールド
部、１２ｂ…除湿部、１２ｃ…供給口、１２ｄ…
スリツト、１２ｅ…円錐状ノズル、１２ｆ…椀状
ノズル、１２ｇ…円筒状ノズル、１３…送気管、
１４…乾燥気体源、１５…OR回路、１６…光電
変換器、１７…直流増幅器、１８…サンプルアン
ドホールド回路、１９…アナログ・デジタル変換
用インターフエイス、２０…入出力用インターフ
エイス、２１…演算表示部、Ａ…同期パルス、Ｂ
…サンプリングパルス、Ｃ…アナログ電圧。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ワイヤーパート及びプレスパートを経て高温
    多湿の雰囲気下にドライヤーパートを進行中のシ
    ートの水分を赤外線を使用して測定するに際し、
    光源の光を干渉フイルターを透過させて被測定材
    料の赤外線吸収スペクトルに基づいた赤外線領域
    の２つの測定波長光及び２つの参照波長光を得、
    各波長光を一方では被測定材料に投光してその反
    射光又は透過光を受光して光電変換器に導き、他
    方では光源光量変動補正のために直接に光電変換
    器に導き、且つ上記の光路に赤外線透過型の光フ
    アイバーを使用して上記投光及び受光を被測定材
    料に近接した位置で乾燥気体の供給により光フア
    イバーの投光端及び被測定材料の付近の水蒸気を
    排除しながら行ない、かくして得られた測定波長
    光と参照波長光との光源光量変動を補正された光
    量比を光電変換値により得て水分を知ることを特
    徴とするドライヤーパートにおけるシートの水分
    測定方法。 ２ 以下の(a)〜(h)の構成から主として成ることを
    特徴とするドライヤーパートにおけるシートの水
    分測定装置、 (a) 光源から出射する光を４本の又は４分岐した
    赤外線透過型の光フアイバー束で４つの光路に
    分け、個々の該光路の端末に設けられた４種類
    の干渉フイルターを通して被測定材料の赤外線
    吸収スペクトルに基づいた赤外線領域の２つの
    測定波長光及び２つの参照波長光を得る手段、 (b) 前記個々の干渉フイルターを透過した赤外線
    の各波長毎に２つのビームに分け、一方のビー
    ムを被測定材料に近接した位置の投光端まで導
    いて被測定材料に投光し、他方のビームを光電
    変換器に導くための、それぞれに光学シヤツタ
    ーを有する２本の又は２分岐した赤外線透過型
    の光フアイバー束を各干渉フイルターから下流
    側に有しており、全体として４波長８ビームを
    得る手段、 (c) 前記被測定材料からの反射光又は透過光を被
    測定材料に近接した位置の受光端で受光して光
    電変換器に導くための赤外線透過型の光フアイ
    バー束から成る手段、 (d) 前記投光端を被測定材料の近くまでほぼ囲む
    除湿室及び前記受光端を被測定材料の近くまで
    ほぼ囲む除湿室の内側に乾燥気体を供給して投
    光端、受光端及び被測定材料の付近の水蒸気を
    排除する手段、 (e) 前記光学シヤツターを順次選択的に開閉し、
    所定のビームを順次選択的に光電変換器に導い
    てシリアルな光信号を光電変換した後に直流増
    幅器で増幅してシリアルなアナログ電圧に変換
    する手段、 (f) 最初に開閉する前記光学シヤツターの開きと
    同期して同期パルスを発生させ、すべての光学
    シヤツターの各開きと同期してサンプリングパ
    ルスを発生させる手段、 (g) 前記シリアルなアナログ電圧とサンプリング
    パルスとをサンプルアンドホールド回路に導
    き、個々のアナログ電圧信号の最大ピークを検
    出してシリアルなデジタル電圧信号に変換する
    手段、 (h) 前記同期パルスと前記シリアルなデジタル電
    圧信号を組み合わせて被測定材料の水分量計算
    に必要な所定の信号を選択的に識別し、水分量
    を計算・表示する手段。 ３ 以下の(i)〜(p)の構成から主として成ることを
    特徴とするドライヤーパートにおけるシートの水
    分測定装置、 (i) ４種類の干渉フイルターを同一円周上に所定
    の間隔で配置した該円周と同心の回転円板上の
    該円周に近接する所定位置の２箇所に光源から
    出射する光を２つのビームに分けて導いて板面
    に向かつて光を出すための２本の又は２分岐し
    た赤外線透過型の光フアイバー束を光源から回
    転円板まで有しており、回転円板の回転中に各
    ビームを４種の干渉フイルターが横切ることに
    より被測定材料の赤外線吸収スペクトルに基づ
    いた２つの測定波長光と２つの参照波長光との
    各々につき２ビームづつ、全体として４波長８
    ビームを得る手段、 (j) 光源から回転円板まで設けられている前記２
    本の又は２分岐した光フアイバー束のそれぞれ
    の後端と回転円板を挟んで先端の光軸を合わせ
    て設けられた２本の赤外線透過型の光フアイバ
    ー束から成り、前記４種類の干渉フイルターを
    通過させて得られた各波長光につき、前記２つ
    のビームのうちの一方のビームを被測定材料に
    近接した位置の投光端まで導いて投光し、他方
    のビームを光電変換器に導く手段、 (k) 前記被測定材料からの反射光又は透過光を被
    測定材料に近接した位置の受光端で受光して光
    電変換器に導くための赤外線透過型の光フアイ
    バー束から成る手段、 (l) 前記投光端を被測定材料の近くまでほぼ囲む
    除湿室及び前記受光端を被測定材料の近くまで
    ほぼ囲む除湿室の内側に乾燥気体を供給して投
    光端、受光端及び被測定材料の付近の水蒸気を
    排除する手段、 (m) 前記回転円板の回転と同期して１回転毎に同
    期用パルスを発生させ、前記４種類の各干渉フ
    イルターが前記２つのビームを横切るタイミン
    グと同期してサンプリングパルスを発生させる
    手段、 (n) 前記光電変換器に入るシリアルな光信号を光
    電変換した後に直流増幅器で増幅してシリアル
    なアナログ電圧信号に変換する手段、 (o) 前記シリアルなアナログ電圧信号とサンプリ
    ングパルスとをサンプルアンドホールド回路に
    導き、個々のアナログ電圧の最大ピークを検出
    してシリアルなデジタル電圧信号に変換する手
    段、 (p) 前記同期パルスと前記シリアルなデジタル電
    圧信号を組み合わせて被測定材料の水分計算に
    必要な所定の信号を選択的に識別し、水分量を
    計算・表示する手段。
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