专利名称：纸、复合布及无纺布透气度处理设备的制作方法
技术领域：
本发明属于电子打孔设备制造领域。
本发明现有技术领域中的已有技术是目前国内在卷烟纸生产行业，如何提高烟纸透气度方面，采用原料配方增加透气度，其不足之处影响纸的抗张力强度，而且配方提高透气度只能在很低的范围内。对于复合布、无纺布及太空棉的打孔处理则采用的是机械打孔方式。
本发明的发明目的是利用空间游离电子在雪崩前期击穿打孔，并且透气度任意可调，对卷烟纸来说可增加成口烟的燃烧度，从而减少焦油含量。对复合布来说可增加其透气性。
本发明的设计方案是一、设计思想卷烟纸、复合布、无纺布及太空棉的电子打孔实际上是利用气体的放电效应，将卷烟纸或复合布或无纺布或太空棉置于电场中，当两极间的电压升到某一临界值时，电场中载流子浓度增大，电流迅速上升，气体从弱电导阶段转入到强电导阶段，若再升高电压，当du/di→0时，气体发生放电，最终导致间介质被击穿，从而达到了卷烟纸或复合布或无纺布或太空棉打孔的目的。
1、强电场下气体载流子的产生机理强电场下气体载流子首先发生碰撞电离，碰撞时就会出现能量的转移其加速度 a＝qE/m其速度 V＝adt＝qET/mT为自由行程时间q为粒子的电量m为粒子的质量E为电场强度那么动能 T=mv2= (82E2T2)/(2m)由于粒子的质量很小，所以粒子在电场中获得的动能是很大的，如果发生了碰撞，能量损失则比较小，若发生非弹性碰撞，电子把全部动能转移给中心分子的内能，使其粒子内部的状态发生了变化，最集中表现在电离过程中，显然碰撞电离是电子产生并且倍增的过程。
电场中的载流子在其电场力作用下发生运动V＝kE其中k为粒的迁移率，其意义是离子在单位电场中获得的速度，这个量与媒质的阻力有关。单位时间内气体中形成的离子愈多，它们在这个电场中获得的速度愈大，则气体的电导系数愈大。
2、气体放电的基本过程气体放电时碰撞电离是电流倍增的过程，而游离剂作用产生电子则是维持放电的必要条件。设气体分子电离时电离系数为a，则从阴极发射的一个电子，走过单位距离后就增加为2a个，电子如增长，形成电子雪崩。
设由于外电离因素的作用，在气隙阴极表面单位面积每秒中产生n0个电子，那么单位时间通过阴极×距离处单位面积的电子数为n(x)则dn(x)＝an(x)dxx＝0时，n(x)＝n0得n(x)＝n0eaxnd＝n0ead故电流密度j＝j0eax设a→∝du/dI→0气体击穿，但这不可能而当j0＝0时，ja＝0则说明碰撞电离过程一但除去，放电立即停止，所以这样的放电依赖着外界条件，称为非自持性放电。
设γ为汤逊第二电离系数则可设出电流密度j(X)= (j0eax)/(1-n(eax-1))当γ(ead-1)＝1时j(x)→∝这就是放电过程中的基本条件它说明一个从阴极出发的初始电子至阳极时，通过碰撞电离产生ead个电子、正离子对，其中除第一个初始电子外的(ead-1)个正离子回到阴极，又通过γ作用产生γ(ead-1)个二次电子，当二次电子数最少为一个时，即γ(ead-1)＝1时，这些二次电子便可以代替初始电子的作用，连续不断地造成从阴极出发的电子崩。这就是气体的自持性放电。
3、气体中离子的迁移率处在电场中的气体，其离子的运动，由于碰撞作用，大小和方向随时发生变化，只有平均速度而言，V＝x/t，其中x是时间t内离子在电场方向的平均位移，t较两次碰撞之间的时间大得多。
碰撞时离子运动服从下式a＝d2x/dt2F＝qEV＝V0+ (8ET)/(m)当为n个离子时V＝ 1/(n) ∑V0+ 1/2 (8E)/(mn) ∑T其中∑V0＝0故V＝ 1/2 (8E)/(mn) ∑T其中 1/(n) ∑T就是离子自由奔跑平均速度设自由奔跑长度为L离子热运动速度为V则 1/(n) ∑T＝L/V而迁移率k＝V/E
将其代入上式可得k＝A 可取A＝1由此可见离子的迁移率与电场无关，而与自由程成正比，实验证明，正离子的k与E无关，见图5，对于电子，迁移率强烈地随电场改变。
我们设想离子可以吸引气体分子，从而形成以整个运动为一体的复离子，正离子非常稳固，只有当压力很小时，它的值才开始减小，负复离子较少形成，因为从分子中被游离剂拉出的电子有时可能附着于单个分子上，使这些分子周围得到被吸引的中性分子层，这种现象只有在弱电场大压力下可能发生。
如果电场强或压力大时，则电子不可能附着于分子，尤其是复离子不可能形成，于是电子在气体中运动，这电子就是负电荷的携带者，电子的迁移率很大。因此我们认为在空间状态主要是以电子携带能量打孔，并且电子打孔在机理是符合实际的。
4、强电场下气体击穿时空间电荷的作用根据汤逊理论，击穿时气体中有恒定游离电流通过某一平衡状态的极情形，电压愈高，电流愈大，而当等于击穿电压时，电流就变得无限大。
假定我们将等于击穿电压的值加于电极，显然电流不能立即变成无限大，因此击穿过程的完成将需要一些时间。
根据严格地数学计算，可以求得击穿时电流增长的速率，而且可以将击穿过程分为许多阶段。
①火花隙中的起始电子所形成的从阴极向阳极移动的第一次电子雪崩。
②游离时产生的正离子雪崩，此雪崩从阳极向阴极移动并在途中因游离而形成的一些新电子。
③因这些新电子游离而造成的第二次电子雪崩。
④正离子的第二次雪崩等等。
事实上，这些阶段是部分的互相重叠的。我们假定突然将等于气体击穿值的电压加于火花隙，电极间气体中所具有电子开始从阴极向阳极移动，而由于游离的结果，每一个起始电子平均产生的新电子数等于(eab-1)/(αd) ～ (eab)/(αd) (A)因为ead通常比1大得多，所产生的正离子数也是这样多，在阳极附近，电子雪崩达到最大的强度，游离也主要地在这里发生，因此游离所形成的正离子也可以认为主要地集中在阳极附近。
因此，在电子雪崩以后发生的逆向正离子雪崩，将差不多经过电极间整个距离，而每个正离子平均产生的新离子和电子数就为eβd-1～βd (B)而βd 1由AB两式可得每一起始电子经过负和正的雪崩后所产生的新电子数K= (eab)/(ad) βd=eab(β)/(a)k叫做游离步距，根据k的不同，我们得到的或者是衰减放电或者是稳定放电，最后是击穿。
设k＞1，此时第二次电子雪崩开始时电子数比第一次时多，在击穿发生以前，放电将随第一次新的雪崩而变得愈来愈强，为了发生击穿，游离步距应大于1。
总之空间击穿打孔作功机理系统地讲是一个动的过程，从电极的游离到空间撞击游离出现雪崩到击穿是一个与电极形态、外加电压、空间温度、压力时间等因素有关的变量值。
对卷烟纸、复合布或无纺布或太空棉打孔来说，电极形态属尖端与平面(尖端与尖端)的不均匀电场，放电是在针尖附近，将集中着空间电荷，好象是针尖向平板方向延伸，在充满游离区域的空间电荷的顶端处，电场将大大的增强，游离在这里开始，同时电子迅速地移向尖端，而正电荷因迁移率很小将留在原处，因此正空间电荷的顶端向平板移动，而顶端重又发生游离，接着形成新的电荷，游离区域又向平板移动，这样下去，一直到放电增长到平板为止。
当卷烟纸、复合布或无纺布或太空棉处在电极之间被击穿时，由于电场把能量转移到介质中，介质吸收了能量，把它从电的形式转变为热的形式，最终将卷烟纸、复合布或无纺布或太空棉碳化发生化学变化因为此时温度升高，将是其能量呈聚集状态，尽而使卷烟纸、复合、无纺和太空棉被打成孔状。
二、结构方案纸、复合布及无纺布透气度处理设备，它包括纸辊16、导向辊10、主动轮18、皮带8、电机9、压紧配重7、卷纸辊6，皮带5套在光孔盘4及主动辊18的带轮上，光孔盘4的一侧装有光源，光孔盘4的另一侧采用连接组件2装有光电接收管3，光电接收管3将接收到的脉冲同步信号采用连接线接电子打孔控制器1中光控同步电路的光电脉冲同步信号输入端，电子打孔控制器1中的功率输出开关电路的作功输出机构-上、下打孔电极12、13采用连线位于纸的上方和下方且其上、下打孔电极相对称，打孔电极12、13采用电极升降机构19控制其上、下打孔电极间的间隙。打孔电极(12，13)分上端尖端打孔电极、下尖端打孔电极和上尖端打孔电极、下园辊面打孔电极，并且呈尖端打孔电极的钢针的直径为0.5mm～5mm，针距为0.5mm～4mm。打孔电极(12，13)呈上、下尖端打孔电极或上尖端打孔电极、下园辊打孔电极时，上、下尖端打孔电极由1排～100排构成，每排由1……10000个打孔电极构成。电子打孔控制器1由三相整流可调电路20、光控同步电路21、推动放大电路22、电源开关电路23、稳压电源电路24、单稳态电路25、光电放大耦合电路26、功率输出开关电路27及作功输出机构28构成;稳压电源电路24的电源输出端分别接光控同步电路21、推动放大电路22、单稳态电路25、光电耦合放大电路26及功率输出开关电路27的电源输入端;三相整流可调电路20的电源输出端接电源开关电路23的电源输入端。透气度的调定由三相整流可调电路20的输出电压V1的大小调定;光控同步电路21将接收到的光电脉冲同步信号由其输出端经电容接单稳态电路25的信号输入端，使单稳态电路由稳态进入暂稳态，然后自动回到稳态;单稳态电路25工作在常稳态下，由其输出端经电容接推动放大电路22的信号输入端且经推动放大电路22的功率放大接电源开关电路23的信号输入端，作为电源开关电路23的推动信号工作在暂稳态下，由其输出端输出一个暂稳态脉冲信号接光电耦合放大电路26的信号输入端且作为光电耦合放大电路26的推动信号。脉冲宽度的调定由单稳态电路26中的可调电容调定;光电耦合放大电路26将光电耦合放大后的脉冲信号接功率输出开关电路27的信号输入端;功率输出开关电路27的高压脉冲输出端分别接作功输出机构28的打孔电极12、13;电源开关电路23的供电输出端接功率输出开关电路28的单向供电输入端。光电放大耦合电路26中的光电耦合电路30是由1…n个光电耦合电路构成;功率输出开关电路27由1…n个功率输出开关电路构成;作功输出机构28由1…n个作功输出机构构成，其1…n个光电耦合电路的脉冲信号输入端均并接在光电放大耦合电路中的放大电路29的脉冲信号输出端，1…n个光电耦合电路的脉冲信号的输出端分别接1…n个功率输出开关电路的脉冲信号输入端，1…n个功率输出开关电路的单向供电输入端并接接电源开关电路23的供电输出端，1…n个功率输出开关电路高压脉冲输出端分别接1…n个作功输出机构28的打孔电极(12，13)。1…n个光电耦合电路、1…n个功率输出开关电路、1…n个作功输出机构中的n为1、2、3…10000。光电放大耦合电路20中的光电耦合电路30是由光电管、电阻及电容构成;功率输出开关电路27由三极管、脉冲变压器、充电电容、二极管及电阻构成。
三、工作原理打孔机是由光电线路与纸机同步，在纸机(或切纸机)上取出主动轮的同步力矩，带动升速机构和光电孔盘(按照卷烟纸透气度的目数决定孔盘的线速度和孔数)。
当光源通过光孔照射到光电管后，光电管就输出一个脉冲信号，脉冲信号输入到单稳态线路，使单稳态从稳态转入暂稳态，暂稳态输出一个脉冲信号经放大后带动功率输出开关电路，功率管(开关状)饱含导通，开关管的负载是一个限定功率的升压变压器(脉冲变压器磁芯是铁氧体)，当初级输入一个低压电流后，在次级就会输出一个高电压的脉冲信号，这个电压刚好在击穿这个空间的阀值点。不同空间距离，不同的电极形态作功的阀值都有一个与卷烟纸或复合布或无纺布或太空棉透气度达标的最佳状态，而且与打孔的目数有关。
当卷烟纸或复合布或无纺布或太空棉从两电极之间通过时，随着同步信号的输入，两极之间就间歇的放电，达到打孔的目的，调节功率管的输入电压和单稳态的暂稳时限(脉冲宽度)都可达到调节透气度的目的。
本发明设计的纸、复合布及无仿布透气度处理设备，解决了现有技术中依靠配方增加透气度的不足，使产品的质量产生了一个新的飞跃，并且可随机用到造纸上的生产线上，烟厂卷烟的生产线末端、切纸机上及织布厂的生产线上等等。具有结构设计新颖简单、造价纸、耗电少、自动化程度高、易于与流水线、机配套的优点，并适用于不同厚度、不同质量的纸或复合布或无仿布打孔。
图1是纸、复合布及无纺布透气度处理设备的结构示意图。
图2是纸、复合布及无纺布透气度处理设备的电子打孔控制器1的电路框图。
图3是纸、复合布及无纺布透气度处理设备的电子打孔控制器1的电路原理图。
图4是纸、复合布或无纺布透气度处理设备的上尖端打孔电极、下园棍面打孔电极的示意图。
图5是K曲线、E示意图。
实施例图1～图4是纸、复合布或无纺布透气度处理设备的一种实施例。
结合附图1～4对纸、复合布及无纺布透气度处理设备作以叙述纸辊16、导向辊10、主动辊24、皮带8、电机9、压紧配重7、卷纸辊6按现有技术加工或购置后按现有技术安装调试;光孔盘4及连接组件2采用现有技术制作;电子打孔控制器1首先参照附图3制作印制板，然后外购电子器件将其焊接在印制板上调试即可;安装皮带5套在光孔盘4及主动辊24的带轮上，光孔盘4的一侧装有光源，光孔盘4的另一侧采用连接组件2装有光电接收管3，光电接收管3将接收到脉冲同步信号采用连线接电子打孔控制器1中光控电路的光电脉冲同步信号输入端，电子打孔控制器1中定量分配升压电路的上、下打孔电极12、13采用连线位于纸的上方和下方且其上、下电极相对称，打孔电极12、13采用电极升降螺杆17、齿轮14及升降电机15控制其上、下打孔电极间的间隙。
电子打孔器1由三相整流可调电路20、光控同步电路21、推动放大电路22、电源开关电路23、稳压电压电路24、单稳态电路25、光电放大耦合电路26、功率输出开关电路27及作功输出机构28构成。
光控同步电路21由光电接收管1D1、三极管1BG1、1G2、二极管1D2、电阻1R1～1R1及电位器1W1构成。1BG1的基极接1R1及1R2的一端，1R1的另一端接1D1的正极，1D1的负极接1R3的一端、1W1的一端、单稳态电路25中电阻2R1、2R4、2R6的一端及推动放大电路22中3BG1的集电极，1R3的另一端接1BG1的集电极、1BG2的基极、1D2的负极、1R4的一端，1R4的另一端接1R2的另一端，1D2的正极接1BG2的发射极及接地，1BG2的集电极接W1的另一端，W1的可调端接单稳态电路25中2C1的一端;单稳态电路25由三极管2BG1、2BG2、二极管2D1、2D2、电容2C1～2C3、可调电容2C4、电阻2R1～2R6构成。2C1的另一端接2D2的负极及2R3的一端，2R3的另一端接地，2D2的正极接2BG1的基极、2R4的另一端、2C4的一端，2C4的另一端接2R6的另一端、2BG2的集电极及光电放大耦合电路26中5C1的一端，2BG1的发射极接地，2BG1的集电极接2R1的另一端、2R2的一端、2C2的一端及2C3的一端，2R2的另一端接2C2的另一端、2BG2的基极及2R5的一端，2BG2的发射极接地，2C3的另一端接2D1的正极，2D1的负极接推动放大电路22中3C1、3R1的一端;推动放大电路22由三极管3BG1、电容3C1、电阻3R1、3R2构成，3C1及3R1的另一端接3BG1的基极、3R2的一端，3R2的另一端接电源开关电路23中4R1的一端及稳压电源电路25的电源输出端，3BG1的发射极接电源开关电路23中4R1及4C1的一端，4C1及4R1的另一端接4BG1的基极及4R2的另一端，4BG1的集电极接三相整流可调电路20中的电源输出端，4BG1的发射极接功率输出开关电路27中7D2～7Dn的正极;光电放大耦合电路26由放大电路29和光电耦合电路30构成，放大电路29由三极管5BG1、5BG2、二极管5D1、电阻5R1～5R5、电容5C1～5C3构成。5C1的另一端接5D1的负极，5D1的正极接5R1的一端，5R1的另一端接5BG1的基极、5R2的一端，5R2的另一端接稳压电源电路25的电源输出端，5BG1的集电极接5R3的一端，5R3的另一端接5BG2的集电极及稳压电源电路25的电源输出端，5BG1的发射极接5C2及5R4的一端，5C2及5R4的另一端接5BG2的基极，5BG2的发射极接5R5的一端及光电耦合电路30中光电管6V1～6Vn中发光二极管的负极，6V1～6Vn中发光二极管的正极接5R5的另一端及稳压电源电路25的电源输出端，5R3并接在5R1的两端;光电耦合电路30是由1…n个光电耦合电路构成，每个光电耦合电路均由光电二极管6V、电阻6R1～6R3、电容6C1构成，光电管6V1中光电接收管的发射极接6R1的一端，6R1的另一端接稳压电源电路25的电源输出端及功率输出开关电路27中7R1的一端，光电接收管的发射极接6C1及6R2的一端，6C1及6R2的另一端接6R3的一端及功率输出开关电路27中7BG1的基极，6R3的另一端接稳压电源电路25的电源输出端;功率输出开关电路27由1…n个功率输出开关电路构成，每个功率输出开关电路均由三极管7BG1、7BG2、二极管7D1、7D2、电阻7R1、电容7C1及脉冲变压器B1构成，7BG1的集电极接7R1的另一端，7BG1的发射极接7BG2的基极，7BG2的集电极接7D1的正极、B1初级线圈的一端，7D1的负极接7D2的负极、7C1的一端及B1初级线圈的另一端，7C1的另一端接地，B1的次级线圈接作功输出机构25中的打孔电极，功率输出开关电路利用电容C(7C1…7Cn)作定量分配，保证打孔孔径的一致性。
权利要求
1.一种纸、复合布及无纺布透气度处理设备，它包括纸辊16、导向辊10、主动轮18、皮带8、电机9、压紧配重7、卷纸辊6，其特征是皮带5套在光孔盘4及主动辊18的带轮上，光孔盘4的一侧装有光源，光孔盘4的另一侧采用连接组件2装有光电接收管3，光电接收管3将接收到的脉冲同步信号采用连接线接电子打孔控制器1中光控同步电路的光电脉冲同步信号输入端，电子打孔控制器1中的功率输出开关电路的作功输出机构-上、下打孔电极12、13采用连线位于纸的上方和下方且其上、下打孔电极相对称，打孔电极12、13采用电极升降机构19控制其上、下打孔电极间的间隙。
2.根据权利要求1所述的纸、复合布及无纺布透气度处理设备，其特征是电子打孔控制器1由三相整流可调电路20、光控同步电路21、推动放大电路22、电源开关电路23、稳压电源电路24、单稳态电路25、光电放大耦合电路26、功率输出开关电路27及作功输出机构28构成;稳压电源电路24的电源输出端分别接光控同步电路21、推动放大电路22、单稳态电路25、光电耦合放大电路26及功率输出开关电路27的电源输入端;三相整流可调电路20的电源输出端接电源开关电路23的电源输入端;光控同步电路21将接收到的光电脉冲同步信号由其输出端经电容接单稳态电路25的信号输入端，使单稳态电路由稳态进入暂稳态，然后自动回到稳态;单稳态电路25工作在常稳态下，由其输出端经电容接推动放大电路22的信号输入端且经推动放大电路22的功率放大接电源开关电路23的信号输入端，作为电源开关电路23的推动信号、工作在暂稳态下，由其输出端输出一个暂稳态脉冲信号接光电耦合放大电路26的信号输入端且作用为电耦合放大电路26的推动信号;光电耦合放大电路26将光电耦合放大后的脉冲信号接功率输出开关电路27的信号输入端;功率输出开关电路27的高压脉冲输出端分别接作功输出机构28的打孔电极12、13;电源开关电路23的供电输出端接功率输出开关电路28的单向供电输入端。
3.根据权利要求2所述的纸、复合布及无纺布透气度处理设备，其特征是光电放大耦合电路26中的光电耦合电路30是由1…n个光电耦合电路构成;功率输出开关电路27由1…n个功率输出开关电路构成;作功输出机构28由1…n个作功输出机构构成，其1…n个光电耦合电路的脉冲信号输入端均并接在光电放大耦合电路中的放大电路29的脉冲信号输出端，1…n个光电耦合电路的脉冲信号的输出端分别接1…n个功率输出开关电路的脉冲信号输入端，1…n个功率输出开关电路的单向供电输入端并接接电源开关电路23的供电输出端，1…n个功率输出开关电路的高压脉冲输出端分别接1…n个作功输出机构28的打孔电极(12，13)。
4.根据权利要求3所述的纸、复合布及无纺布透气度处理设备，其特征是1…n个光电耦合电路、1…n个功率输出开关电路、1…n个作功输出机构中的n为1、2、3…10000。
5.根据权利要求2所述的纸、复合布及无纺布透气度处理设备，其特征是脉冲宽度的调定由单稳态电路26中(的可调电容)调定。
6.根据权利要求2所述的纸、复合布及无纺布透气度处理设备，其特征是透气度的调定由三相整流可调电路20的输出电压V1的电压幅值大、小调定。
7.根据权利要求1或2所述的纸、复合布及无纺布透气度处理设备，其特征是打孔电极(12，13)分上端尖端打孔电极、下尖端打孔电极和上尖端打孔电极、下园辊面打孔电极，并且呈尖端打孔电极的钢针的直径为0.5mm～5mm，针距为0.5mm～4mm。
8.根据权利要求7所述的纸、复合布及无纺布透气度处理设备，其特征是打孔电极(12，13)呈上、下尖端打孔电极或上尖端打孔电极、下园辊打孔电极时，上、下尖端打孔电极由1排～100排构成，每排由1……10000个打孔电极构成。
9.根据权利要求1所述的纸、复合布及无纺布透气度处理设备，其特征是光电放大耦合电路20中的光电耦合电路30是由光电管、电阻及电容构成;功率输出开关电路27由三极管、脉冲变压器、充电电容、二极管及电阻构成。
10.根据权利要求2所述的纸、复合布及无纺布透气度处理设备，其特征是功率输出开关电路27利用电容C作定量分配，保证打孔孔径的一致性。
全文摘要
纸、复合布及无纺布透气度处理设备是利用空间游离电子在雪崩前期击穿打孔，并且其透气度可任意调节，对抗张力强度有增强作用。其电子打孔控制器由三相整流可调电路、光控同步电路、推动放大电路、电源开关电路、稳压电源电路、单稳态电路、光电耦合放大电路、功率输出开关电路及作功输出机构构成。其结构设计新颖简单、造价低、耗电少、自动化程度高、易于与流水线微机配套的优点，并可随机用到造纸生产线上，烟厂卷烟生产线的末端、切纸机上、织布厂生产线上等。并适用于不同厚度、不同质量的纸或布或太空棉等打孔。
文档编号B26F1/28GK1073623SQ9111271
公开日1993年6月30日 申请日期1991年12月27日 优先权日1991年12月27日
发明者张靖, 蔺康计 申请人:宝鸡县电子技术研究所, 宝鸡县秦兴纯碱厂