专利名称：纸浆硬度／亮度／色相／残余油墨一体化传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及制浆造纸工业过程测量与传感技术领域，具体是指一种纸浆硬度/亮度/色相/残余油墨一体化传感器。
背景技术：
纸浆是指植物纤维的水的悬浮液。根据GB，纸浆的硬度(卡伯值)是造纸植物纤维原料经制浆蒸煮后浆内残余木素及还原性物质的含量。它是表征制浆得率、纸浆强度与可漂性的主要参数。根据GB，纸浆亮度是指纸浆在457nm处的光反射率，它是表征纸浆漂白作用的主要参数。纸浆色相是指纸浆颜色偏离理相白或设定颜色的程度。残余油墨是指废纸浆(脱墨浆)中未脱除的油墨的含量。
现有的传感器只能同时测量上述参数中的一或两项。如纸浆卡伯值/亮度传感器，只能同时测量纸浆的硬度与亮度，且采用在位式设计，即需要取样装置将纸浆从设备中取出后，输送在测量装置进行测量，不能实现在线连续测量。残余油墨传感器亦采用离线在位式设计，纸浆样品经复杂的稀释、过滤等处理后，由图像分析测量装置检测残余油墨粒子的量。现有的在线式纸浆亮度传感器主要功能为测量纸浆在不同波长下的反射率。目前尚未见有关纸浆色相在线传感器的报道。
由于现有的传感器功能单一，在生产中为了测量纸浆的特征参数，需针对某一参数设置对应的传感器，在传感器购置、安装与维护等方面的费用高昂，同时增加了系统的复杂程度。

发明内容
本实用新型的目的就是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种纸浆硬度/亮度/色相/残余油墨一体化传感器。该装置基于同一硬件设备，采用单探头设计，直接插入工艺管线或设备，同时对上述四个或其中一个或多个参数进行在线实时测量。
本实用新型所述一种纸浆硬度/亮度/色相/残余油墨一体化传感器，其特征是，它由探头和控制电路相互连接组成，其中，所述探头为一圆管，一端为玻璃密封，内安装有发射光纤、接收光纤和与发射光纤相连接的参比光强接收光纤，发射光纤连接有发光二极管组，接收光纤和参比光强接收光纤分别连接有光电转换器、参比光强光电转换器，发光二极管组、光电转换器、参比光强光电转换器分别与控制电路相连接。
本实用新型由两部分组成，其核心第一是采用由一组不同中心波长的半导体发光二极管(LED)作为单色光源，在不同时刻通过同一光纤照射纸浆，以测量纸浆在该波长处的光反射率；第二，即待测参数由相应的测量数学模型进行计算。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益结果1.本实用新型采用反射光谱测量方法，所有待测的纸浆性质参数均根据纸浆在特定波长处的光反射率计算出来，全部基于同一硬件设备；采用不同的计算模型可测量不同的参数；做到一机多用、一机复用的功能。
2.本实用新型采用半导体发光二极管组作为单色光源的前分光双光路技术，使传感器具有体积小、功耗低、寿命长、免维护，成本低的特点。
3.本实用新型采用直插式方式，通过光纤将发光与敏感器件与待测介质隔离，避免其受到温度、压力等因素的干扰，可实现多参数的真正在线实时测量。


图1是本实用新型实施例的结构示意图；图2是本实用新型实施例的原理结构方框图；图3是本实用新型的测量方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型做进一步详细地描述。
如图1所示，本实用新型所述的一种纸浆硬度/亮度/色相/残余油墨一体化传感器由探头3和控制电路9相互连接组成，所述探头3为一个不锈钢园管，一端为石英玻璃2密封，为测量和接收光线提供通路，同时避免测量介质进入传感器内部。探头3内安装有5只发射光纤6、接收光纤1和参比光强接收光纤7，发射光纤6连接有发光二极管组5(5只发光二极管)，接收光纤1和参比光强接收光纤7分别连接有光电转换器4和参比光强光电转换器8，发光二极管组5、光电转换器4和参比光强光电转换器8分别与控制电路9相连接，控制电路9外接有输出电路和电源。探头外径38mm，长400mm。当选用如表一所示的发光二极管组作为测量光源时，测量参数的测量数学模型如式1～5所示纸浆硬度测量模型K=(aR390F390+bR460F460+cR525F525+dR660F660)/(R940F940)---1]]>纸浆的亮度测量模型Brightness=(eR390F390)/(R940F940)---2]]>纸浆的色相测量模型RBlue=(fR460F460)/(R940F940)---3]]>RGreen=(gR525F525)/(R940F940)---4]]>FRed=(hR660F660)/(R940F940)---5]]>纸浆的残余油墨测量模型ERIC=iR940F940---6]]>式1～6中各参数的意义为a、b、c、d、e、f、g、h、I系数，因测量纸浆特性的不同而不同；R390390nm的反射光测量值；F390390nm的光源参比光强值；R460460nm的反射光测量值；F460460nm的光源参比光强值；R525525nm的反射光测量值；F525525nm的光源参比光强值；R600600nm的反射光测量值；F600600nm的光源参比光强值；K纸浆硬度，Brightness纸浆亮度；RBlue蓝光反射强度；RGreen绿光反射强度；RRed红光反射强度。
表一 发光二极管参数表

本实用新型实施例的光纤采用纤束直径为6mm多丝多模石英玻璃传光束，发射光纤采用分叉结构，侧分叉纤芯约点纤芯总数的30％。所有光纤分叉均匀混合在一起，接到一个光电转换器，测量发光二极管的发射光强作为参比信号。由纸浆反射回来的光纤经传光束传到另一个测量光电转换器，其测量信号作为光反射强度的测量值。所采用的五个发光二极管参数如表一所示。
如图2所示，控制电路的核心是8031单片机系统，8031单片机系统通过DA转换器对光源强度控制与切换，驱动发光二极管组；8031单片机系统还通过由光电转换与放大器、AD转换器构成的光电转换器接收测量光路信号，通过由光电转换与放大器、AD转换器构成的参比光强光电转换器接收参比光路信号，并分别输出RS232数字信号、多路4-20mA模拟信号。
如图3所示，本实用新型的原理是，采用由一组不同中心波长的半导体发光二极管(LED)作为单色光源通过光纤将光源导入到待测纸浆，纸浆的反射光线由另一根光纤接收，并导入到光电传感器进行光电转换、放大与数字化；同时由另一组光电转换、放大与处理电路测量发光二极管的发光强度，计算出纸浆在该LED中心波长处的光反射率。光源由中心波长为390nm、460nm、525nm、660nm和940nm五个发光二极管组成，在时序控制下每一时刻单独发光。纸浆的硬度、亮度、色相和残余油墨含量采用不同的数学模型根据上述五个波长的反射率计算出来。测量结果通过数字通讯接口输出，或将每路测量值转换为标准电信号输出。
如上所述，即可较好地实现本实用新型。
权利要求1.一种纸浆硬度/亮度/色相/残余油墨一体化传感器，其特征是，它由探头和控制电路相互连接组成，其中，它由探头和控制电路相互连接组成，其中，所述探头为一圆管，一端为玻璃密封，内安装有发射光纤、接收光纤和与发射光纤相连接的参比光强接收光纤，发射光纤连接有发光二极管组，接收光纤和参比光强接收光纤分别连接有光电转换器、参比光强光电转换器，发光二极管组、光电转换器、参比光强光电转换器分别与控制电路相连接。
专利摘要本实用新型是一种纸浆硬度/亮度/色相/残余油墨一体化传感器，它由探头和控制电路相互连接组成，探头为一圆管，一端为玻璃密封，内安装有发射光纤、接收光纤和与发射光纤相连接的参比光强接收光纤，发射光纤连接有发光二极管组，接收光纤和参比光强接收光纤分别连接有光电转换器、参比光强光电转换器，发光二极管组、光电转换器、参比光强光电转换器分别与控制电路相连接。本实用新型做到一机多用、一机复用；体积小、功耗低、寿命长、免维护，成本低；采用直插式方式，通过光纤将发光与敏感器件与待测介质隔离，避免其受到温度、压力等因素的干扰，可实现多参数的真正在线实时测量。
文档编号G01N21/25GK2667490SQ200320125289
公开日2004年12月29日 申请日期2003年12月30日 优先权日2003年12月30日
发明者阎东波, 刘焕彬 申请人:华南理工大学