JPS61500931A - 紙に含まれる水分の百分率を測定するための赤外線放射測定器 - 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】 紙に含まれる水分の百分率を測定するための赤外線放射測定器技術分野 本発明は、水分の割合、すなわち、繊維要素−可変の赤外線放射散乱特性を宵し 、そしてカーボンブラックのような可変量の広帯域の赤外線放射吸収体も含む− を有する移動中の紙に含まれる水分の百分率をα）定するための赤外線放射方法 及び赤外線放射波！２に関するものである。

より詳細には、本発明は、紙に照射された２組の赤外線放射波長が可変の散乱特 性によりてほぼ同じ程度形ｅをうけそして、また、可変量の広帯１５吸収体によ ってほぼ同じ程度影響をうける方法及び装置に関するものである。第１組の岐長 二＝、繊維要素に対しでほぼ同じ吸収係数を有するが、紙に含まれている水分に 対して相当具なる吸収係数を示す、第２組の波長は、紙に含まれる水分に対して ほぼ同じ吸収係数を育するが、繊維要素に対して相当具なる吸収係数を示す、こ れらの波長を有する紙からの放射が検出されそりで処理され、水分の割合すなわ ち水分の百分率を示し且っ散乱特性の変化及び広帯￥Ｘ吸収体の量の変化に実質 的に独立である応答を住する。

背景技術 水分の割合、すなわち紙に含まれる水分の百分率を測定するために２Ａｌｌの赤 外線放射波長を用いている方法及び装置がブラントン（Ｂｒｕｎｔｏｎ　）に付 与された米国特許＊３．４０５．２６８号に記載されてぃＰｕ１ｐ　ａｎｄ　Ｐ ａｐｅｒ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒ）の１９６７年５月１ｏ日号の１０８頁、 １０９頁、１１４頁、１１６頁、１１７頁におけるブラントン（Ｂｒｕｎｔｏｎ 　）による１紙産業における水分の測定７（門ｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　１ １ｏｉｓｔｕｒｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｐａｐｅｒ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ）　’という 名称の論文に記述されているように修正されている。

可変の散乱特性を有する紙に含まれている水分を測定するという問題は、ホワー スＨ１ｏｗａｒｔｈ　）に付与された米国特許第３，７９３．５２４′号、ダー リン（Ｄａｈｌｉｎ）等に付与された米国特許第３，８５１．１７５号、チ雪− （Ｃｈｏ）に付与された米国特許第４．０５２．６１５号に特に取り上げられて いる。これらの特許に開示さ°れた技術は、可変の散乱効果によって生じる誤差 °を減少させるが、可変のカーボンブランクの含有によって誤差を増加させるこ とがある。

可変のカーボンブラックを含有する紙の水分を測定する間Ｈは、チェイス（Ｃｈ ａｓｅ　）に付与された米国特許第４，３０６．１５１号に特に取り上げられて いる。この特許に開示された技術は、カーボン含有誤差を減少させるけれども、 可変の散乱効果による誤差を増加させることがある。

ウィリアムス（讐ｉ１１ｉａｍｓ）に付与された米国特許第４，０８５，３２０ 号は、可変量のカーボンプランクモして／又はプラスチックフィルム中の酸化チ タニウムのような可変量の散乱物質という二重の問題を取り扱うており、このプ ラスチックのフィルムの厚さは、このフィルムの裏側からの赤外・線反射によっ て測定される。そのような反射技術は、紙の水分の測定には一般的に通用されな い。

ミンチエル（Ｍｉｔｃｈｅｌｌ）に付与された米国特許第３，５５１．６７８号 によれば、カーボンブランクの足が過剰でない限り、可変散乱特性及び紙に含ま れている可変量のカーボンブランクの問題のうち１つ又は両方かのいずれかを取 り扱う理論的な能力をもつ方法及び装置が開示されている。しかし、開示された 方法において、特にそのような装置がうける厳−い産業上の環境においてその発 明を実現する困難さによって、一般的に理論的な利点が実現されないできている 。

発明の開示 本発明によれば、水分の割合すなわち繊維要素を含んでいる移動中の紙に含まれ た水分の百分率を夕１定するための方法及び手段が提供されていて、この繊維要 素は、可変の赤外線放射散乱特性及び可変量の広帯域赤外線放射吸収体を含んで いる。この発明は、方法の段階及び装置の要素から成っており、この装置が可変 散乱特性によってほぼ同じ程度影響され且つ可変量の広帯域吸収体によってほぼ 同じ程度影響される２組の赤外線放射波長を紙に照射して、第１組は、＆１１１ ｗ１要素に対しほぼ同じ吸収係数を有するが紙に含まれている水分に対して相当 具なる吸収係数を有する波長を含んでいて、第２組は、紙に含まれている水分に 対してほぼ同じ吸収係数を有するが繊維要素に対して相当に異なる吸収係数を存 する波長を含んでいる。

本発明は、更に、紙から放射物を検出し、第１組において検出された放射物につ いての通過物の比の関数を形成して紙に含まれた水分に対する第１の応答を生し させ、この第１の応答は、散乱特性及び繊維要素の広帯域吸収体の内容に従属す る第１の誤差関数を含んでいて、第２組において検出された放射物についての通 過物の比の関数を形成して繊維要素に対する第２の応答を生じさせる。第２の口 答は、散乱特性及び繊維要素の広帯域吸収体の内容に従２するほぼ第１の誤差関 数と等しくなり、また紙に含まれている水分量に従属する昂２の誤差関数を含ん でいて、第１の応答及び第２の応答について比の関数を形成して第１の誤差関数 に実質的に独立であるが第２の誤差関数に従属する第３の応答を生じさせ、そし て？、４の応答を生じさせる。この纂４の応答は、第３の応答の関数であり、第 ２の誤差関数に従って校正され、水分の割合すなわち紙に含まれている水分の百 分率を示し、第１の誤差関数及び第２の誤差関数に実質的に独立でありそして散 乱特性の変化及び広帯域吸収体ｏＨの変化に実質的に独立である。

図面のＰ４１１華な説明 第１図は、本発明の代表的な実施例であり、代表的な構成要素及び代表的な情報 処理手順を示す図、第２図は、波長の関数として水及びセルロースの赤外線放射 吸収係数のセミロング表示であり、本発明を実行するために波長の選択の方法を 示す図である。

発明を実施するための最良の形態 第１図について説明する。数字１０は、紙製造機によって連続して生産されてい る移動中の紙を示す、一般的Ｓ：、紙１０の表示部分がカレンダ・スタック（図 示せず）から最柊部（図示せず）まで矢印１２の方向に移動する。

水分の割合、すなわち紙１０に含まれる水分の百分率は、ソース手段１４及び検 出器手段１６からなる赤外線放射測定装置シュよって測定される。このソース手 段１４は、２組１８．２０の赤外線放射波長を紙１０に關射する。

一般的に、第１組１８は、１．８３ミクロンの波長２２及び１．９３ミクロンの 波長２４を有している。第２組２０は、１．８９ミクロンの波長２６及び２．１ ２　ミクロンの波長２８を有している。波長の全範囲は、このように一般的に、 ０．３ミクロン以内である。１ＩＥ１０が、例えば米国特許第３．７９３，５２ ４号、第３，８５１．１７５号、及び第４，０５２，６１５号に記述された理由 に対する可変散乱特性を有するけれども、これらの波長は、紙の繊維の散乱構造 の性質及び大きさにより、散乱特性の変化によってほぼ同じ程度形ｉＺされる。

同様に、これらの波長は、繊維内に含まれている可変最の広帯域の吸収体、代表 的には、カーボンブランクによってほぼ同じ程度影響される。

第２図において、曲線３０は、ミクロン単位の赤外線波長の関数として水（単位 は一／ｇ）の吸収係数を示し、曲線３２は、同様に繊維質の吸収係数を示す。

交点、３４．３６で示されるように、第１組の波長２２及び２４（１，８３ミク ロン及び１．９３ミクロン）は、セルロース（繊維）要素に対してほぼ同じ吸収 係数を有している。しかし、交点３８゜４０で示されるように、これらの波長は 、紙に含まれている水分に対して実質的に異なる吸収係数を有している。

交点４２．４４で示されるように、第２組の波長２６及び２８’（１，８９ミク ロン及び２．１２ミクロン）は、紙に含まれる水分に対しでほぼ同じ吸収係数を 存している。′−かし、交点４６．４８７示されるように、これらの波長は、セ ルロース（繊維）要素に対して実質的に異なった係数を有している。

第１図において、放射物２２，２４．２６．２８は、検出器手段１６によって検 出される。この検出器手段１６ｚよ、一対のデータ獲得システム５０であって、 このデータ１隻得システムｓｏｂ：、シュトルム（Ｓｔｕｒｍ　）に付与された 米国特許第４，３００，０４９号に記載されている装置に類似している。データ 獲得／ステム５ｏは、それぞれの波長２２．２４，２６．２８で検出された放射 物の透過度を示す応答５２．５４．５６．５８を生じさせる。各々の透過値は、 紙１０を放射径路に面かないで検出器手段に透過した放射強度に対して、紙１０ を逍切な位置に置いたとき検出器手段１６に透過した放射強度の比を示す、応答 ５２，５４．５６．５８によって指示された透過（１１！は、電気信号の形態で あるか又はデジタルコンピュータの記憶装置に蓄積される数の形態であるかのい ずれかの形態で通常与えられている。

ＧＯにおいて、第１組１８で検出された放射物の透過度の比の関数が形成され、 紙１０に含まれた水分に対する第１の応答６２を生ずる。この第１の応答６２は 、一般的に数学的に次式で示される。

Ｒ１，Ｂ５ 一１＝ａＷ本　ｆ（Ｆ）　ｌｌＩ 八１へ９３ ここでＲは、基準波長１．８３ミクロンの透過度を示し、１．８３ Ａよ、、３は、水の吸収波長１．９３ミクロンの透過度を示し、ａは、校正にお いて決定される定数を示し、Ｗは、紙１０に含まれている水分の単位面積当りの 重さを示し、モしてｆ　（Ｆ）は、ｆｆ１ｌの誤差関数を示し、散乱特性及び紙 の繊維要素の広帯域吸収体（例えば、カーボン）の含有ｋに従兄する。

関数が形成されて紙に含まれた繊維要素に対する第２の応答を生じる。この第２ の応答は、一般的に次の式で数学的に示される。

Ｒ１，８Ｇ −−１−ｂ　（Ｆ＋６Ｗ）　＊　ｆ（Ｆ）　（２１＾２．１２ ここでＲは、基準波長１．８９ミクロンの透過度であり、１．８９ Ａ　は、セルロース繊維の吸収波長２．１２ミクロンの透過度で２．１２ あり、ｂは、校正で決定される定数であり、Ｆは、単位面積当りの繊維ｉｔａで あり、　【（Ｆ）は、以前に定哀した第１の誤差関数と実質的に間じてあり、そ してδＷは、紙に含まれる水分最に従属する第２の誤差関数である。

誤差関数δＷは、゛はぼ必然的である。なぜならば、明らかに波長について可能 な最善の選択が、特に点４２（第２図）（同様に点４４）によって示されるよう に、繊維（セルロース）　ｉｊ’ｌ定において水に独立性を与えるために行なわ れるけれども、装置は、水の吸収帯域の傾きで動作しているからである。

再び第１図を参照して、第１の応答６２と第２の応答６６の比の関数が６８にお いて形成されて第３の応答Ｇ「が生じる。この第３の応答Ｇｒは、第１の誤差関 数ｆ　（Ｗ）に実質的に独立であるが第２の誤差関数δＷに従兄する。すなわち 、 Ｇｒ舞　□　（３） ｂ　（ＦふδＷ） 斤量、すなわち紙の単位面積当りの全重量は、繊維及び水のｆｆ１ｆの和ＦＥＷ にほぼ等しく、そしてこれ故に■ ＦＥＷ　）”＋Ｗ ここで九Ｆは、紙に含まれる繊維の百分率であり、モして％Ｍは、水分の百分率 である。

δ−１−δ′と置いて、 ９ｌ６Ｍ廖□　（６） 第１図に示されるように、方程式（６）の計ｇ：よ、７０で行なわれる。

第３の応答Ｇｒは、校正定数ａ、ｂ、δ′と共に使用されて第４の応答７２を生 じる。この第４０応答７２は、？３の応答叶の関数であり、そして第２の誤差関 数δＷに従って校正される。応答７２は、水分の割合、すなわち紙に含まれる水 分の百分率％Ｍを示す、この水分の百分率％Ｍは、第１の誤差関数及び第２の誤 差関数に実質的に独立であり、モして散乱特性の変化及び広帯域吸収体の量の変 化に実質的に独立である。

装置の）ス正時に、方程式ｆ６ｉを子くの実際Ｏ紙のサンプルに対しで実験室で 決定された水分値に最善に適合させる定数値ａ、ｂ、δ′を決定するために、デ ジタルコンピュータ用のプログラムが反復ソで使用される。

本発明が特定の手順及び特定の装置によって記述されているけれども、多くの変 更及び修正が本発明の精神及び範凹から逸脱することなくされるので、この記述 は、説明するためにのみされており制限するためのものではない。

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Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．繊維要素が可変の赤外線放射散乱特性を有し且つ可変量の広帯域赤外線放射 吸収体を含んでおり、水分の割合、すなわち、前記繊維要素を含んでいる移動中 の紙に含まれた水分の百分率を測定するための方法こおいて、 可変の散乱特性によってほぼ同じ程度影響されそして、さらに、可変量の広帯域 吸収体によってほぼ同じ程度影響される２組の赤外線放射波長を前記紙に照射し 、 第１組が前記繊維要素に対してほぼ同じ吸収係数を有するが前記紙に含まれた水 分に対して相当異なった吸収係数を有する波長を含んでおり、 第２組が前記紙に含まれた水分に対してほぼ同じ吸収係数を有するが前記繊維要 素に対して相当異なった吸収係数を有する波長を含んでおり、 前記紙から放射物を検出し、 前記第１組において検出された放射物の透過度の比の関数を形成して、前記紙に 含まれた水分に対して散乱特性及び繊維要素の広帯域吸収体の含有量に従属する 第１の誤差関数を含んでいる第１の応答を生じさせ、 前記第２組において検出された放射物の透過度の比の関数を形成して、前記繊維 要素に対して散乱特性及び繊維要素の広帯域吸収体の含有量に従属する実質的に 同一な第１の誤差関数を含み且つ前記紙に含まれた水分の量に従属する第２の誤 差関数を含んでいる第２の応答を生じさせ、 前記第１の応答及び第２の応答の比の関数を形成し、前記第１の誤差関数に実質 的に独立であり且つ前記第２の誤差関数に従属する第３の応答を生じさせ、 前記第３の応答の関数であり、前記第２の誤差関数に従つて校正され、水分の割 合すなわち前記紙に含まれている水分の百分率を示しており、更に、前記第１の 誤差信号及び第２の誤差信号に実質的に建立であり且つ散乱特性の変化及び広帯 域吸収体の量の変化に実質的に独立である第４の応答を生じさせることを特徴と する方法。
2. ２．前記第１組の赤外線波長が約１．８３ミクロン及び１．９３ミクロンであり 、そして前記第２組の赤外線波長が約１．８９ミクロン及び２．１２ミクロンで ある特許請求の範囲第１項記載の方法。
3. ３．繊維要素が可変の赤外線放射散乱特性を有し且つ可変量の広帯域赤外線放射 吸収体を含んでおり、水分の割合、すなわち前記繊維要素を含んでいる移動中の 紙に含まれた水分の百分率を測定するための装置において、 可変の散乱特性によってはぼ同じ程度影響されそして、さらに、可変量の広帯域 吸収体によってほぼ同じ程度影響される２組の赤外線放射波長を前記紙に照射す るための手段と、前記繊維要素に対してほぼ同じ吸収係数を有するが前記紙に含 まれた水分に対して相当異なった吸収係数を有する波長を含んでいる第１組と、 前記紙に含まれた水分に対してほぼ同じ吸収係数を有するが前記繊維要素に対し て相当異なった吸収係数を有する波長を含んでいる第２組と、 前記紙から放射物を検出するための手段と、前記第１組において検出された放射 物の透過度の比の関数を形成して、前記紙に含まれた水分に対して散乱特性及び 繊維要素の広帯域吸収体の含有量に従属する第１の誤差関数を含んでいる第１の 応答を生じさせるための手段と、 前記第２組において検出された放射物の透過度の比の関数を形成して、前記繊維 要素に対して散乱特性及び繊維要素の広帯域吸収体の含有量に従属する実質的に 同一な第１の誤差関数を含み且つ前記紙に含まれた水分の量に従属する第２の誤 差関数を含んでいる第２の応答を生じさせるための手段と、前記第１の応答及び 第２の応答の比の関数を形成し、前記第１の誤差関数に実質的に独立であり且つ 前記第２の誤差関数に従属する第３の応答を生じさせるための手段と、前記第３ の応答の関数であり、前記第２の誤差関数に従って校正され、水分の割合すなわ ち前記紙に含まれている水分の百分率を示しており、更に、前記第１の誤差信号 及び第２の誤差信号に実質的に独立であり且つ散乱特性の変化及び広帯域吸収体 の量の変化に実質的に建立である第４の応答を生じさせるための手段とを備える ことを特徴とする装置。
4. ４．前記第１組の赤外線波長が約１．８３ミクロン及び１．９３ミクロンであり 、そして第２組の赤外線波長が約１．８９ミクロン及び２．１２ミクロンである 特許請求の範囲第３項記載の装置。