片材测量的制作方法

片材测量的制作方法
【专利摘要】检测器接收与被测量的片材相互作用的光辐射，并响应于预先确定的木质素的光吸收波段、预先确定的干物质的光吸收波段、以及两个或更多的分离的光波段。测量单元基于木质素的吸收波段中的衰减测量与木质素相关的值、以及基于干物质的吸收波段中的衰减测量与干物质相关的值，并通过测量所述分离的光波段中的衰减来确定衰减相对于波长的一般相关性。所述测量单元基于所述与木质素相关的值、所述与干物质相关的值以及所述衰减的一般相关性来形成表示干物质含量的值。
【专利说明】片材测量

【技术领域】
[0001] 本发明涉及片材（sheet)测量。

【背景技术】
[0002] 纤维素是纸中的干物质之一，并且其在纸中的百分比可以通过将来自光源的红外 光定向到纸来测量。纸与红外光之间的相互作用导致了红外光的衰减取决于波长和纤维素 的百分比这两者。纤维素在红外区域中的已知的窄的吸收波段处强烈衰减。当测量到纤维 素的吸收波段的衰减时，可以确定被测量的纸的纤维素含量。
[0003] 当纸包括多种干物质以及其量通常未知的木质素（lignin)时，所述测量面临严 重的问题，并且不能提供可靠的结果。因此，存在对更优的测量的需求。


【发明内容】

[0004] 下面提出了对本发明的简化的概述，以提供对本发明的一些方面的基本理解。其 目的是以简化的形式提出本发明的一些原理，作为对稍后提出的更详细的描述的序言。
[0005] 本发明的方面涉及权利要求1的设备。
[0006] 本发明的方面涉及权利要求2的设备。
[0007] 本发明的方面涉及权利要求9的系统。
[0008] 本发明的方面涉及权利要求10的系统。
[0009] 本发明的方面涉及权利要求11的方法。
[0010] 本发明的方面涉及权利要求12的方法。
[0011] 本发明的方面涉及权利要求19的方法。
[0012] 本发明的方面涉及权利要求20的方法。
[0013] 本发明的方面涉及权利要求21的设备。
[0014] 本发明的方面涉及权利要求22的设备。
[0015] 尽管本发明的各种方面、实施例和特征被独立地叙述，但是应当认识到，本发明的 各种方面、实施例和特征的所有组合是可行的，并在所要求保护的本发明的范围之内。
[0016] 本解决方案提供了优点。光学木质素（lignin)测量变得可行和精确。也可以通 过考虑木质素含量来获得对干物质含量的良好的估计。

【专利附图】

【附图说明】
[0017] 在下文中将参考附图借助于示例性实施例更详细地描述本发明，其中：
[0018] 图IA示出了使用穿过目标传播的光辐射的测量配置；
[0019] 图IB示出了使用反射的光辐射的测量配置；
[0020] 图2示出了随波长变化的衰减；
[0021] 图3示出了紫外光中的测量；
[0022] 图4A示出了具有色散元件的测量系统；
[0023] 图4B示出了具有用于反射光的色散元件的测量系统；
[0024] 图5示出了包括具有干扰过滤器的多通道检测器的测量系统；
[0025] 图6示出了具有旋转干扰过滤器的测量系统；
[0026] 图7示出了具有多个窄波段光源和利用光束分离器的检测的测量系统；
[0027] 图8示出了造纸机；
[0028] 图9示出了木质素测量的流程图；
[0029] 图10呈现了干物质测量的流程图；
[0030] 图11示出了基于片材的木质素含量的控制方法的流程图；以及
[0031] 图12呈现了基于片材的干物质含量的控制方法的流程图。

【具体实施方式】
[0032] 现在在下文中将参考附图更充分地描述本发明的示例性实施例，其中示出了本发 明的一些但不一定是全部的实施例。实际上，本发明可以以许多不同的形式来实现，而不 应被解释为限定于在此提出的实施例。尽管本说明书可能在数个位置引用"一"、"一个"或 "一些"实施例，但是这并不一定意味着该特征仅适用于单个实施例。不同实施例的单个特 征也可以被组合以提供其它的实施例。
[0033] 图IA呈现了测量的基本配置。被测量的片材100包括纤维素材料，并且可能木质 素被置于输出光辐射的光源102与接收与片材100相互作用的光辐射的检测器104之间。 被测量的片材100可以是例如纸片。在实施例中，所述纸可以是棉纸。被测量的片材100 的木质素材料可以由木纤维构成，所述木纤维可以是被测量的片材100的原料。所述片材 还可以包含源自所述木纤维的木质素。片材100的木质素含量可以从百分之零到百分之十 变化。检测器104和测量单元106可以是测量装置的部分，测量装置还可以包括光源102。
[0034] 光源102可以输出宽的连续波段的辐射。输出的光波段可以包括红外区域，所述 红外区域包括在约750nm和500μm之间的波长。在实施例中，光源102的光波段包括近红 外区域、短波长红外区域和中波长红外区域，其包括例如在约750nm和10μπι之间的波长。 此外或替代性地，来自光源102的光输出波段可以包括紫外光。所述紫外光可以包括例如 从约200nm至400nm的波段。
[0035] 作为对连续波段的替代，光源102可以输出在所测量的光波段中的至少两个离散 的光波段。光源102可以包括例如一个或多个白炽灯、发光二极管（LED)、激光器、气体放电 灯等等。光源102可以另外包括至少一个光部件，用于通过对光束的集中、分散或校准并将 光束定向到被测量的片材100来改变光束的形状。至少一个光部件可以包括镜头、反镜、光 束分离器/合成器、光过滤器、光纤等。
[0036] 检测器104接收与包括纤维素材料的被测量的片材100相互作用的光辐射。该相 互作用可以包括来自片材100的光辐射的反射或穿过片材100的光辐射的透射。该相互作 用基于也可以被称为普通光学的线性光学，即，光辐射的频率在相互作用期间或之后不改 变。这种普通光学的部分是吸收光谱学，本解决方案属于其中。检测104响应于检测到的 所测量的光波段的功率而输出电子信号，使得检测器104响应于一个或多个预先确定的木 质素的光吸收波段以及两个或更多个预先确定的除了所述预先确定的木质素的光吸收波 段之外的分离的光波段。木质素的吸收波段是指当由于木质素而使衰减具有局部的或绝对 的最大值之处的光波段。总之，物质的吸收波段是指当由于该物质而使衰减具有局部的或 绝对的最大值之处的光波段。
[0037] 如果光源102的输出功率或功率分布在测量的光波段中是已知的，则检测器104 输出的电子信号与被测量的光波段中的衰减相关。
[0038] 当被测量的目标100不在光源102与检测器104之间时，随波长变化的输出功率 可以通过由检测器104从输出光辐射中取得采样来测量。该测量可以被执行，以使得检测 器104和光源102在被测量的目标100的边缘（用虚线示出）上移动。在片材100的横移 测量中，其可以在每次横移之后或者不时地执行。不具有被测量的目标100的所述测量限 定了在每个测量的波段△λi处针对被测量的目标的参考光功率L。
[0039] 在实施例中，与检测器104相似的检测器108可以用于取得光源102的输出光辐 射的采样，用于替代性的或附加的参考光功率1〇。输出光辐射的采样在该实施例中可以意 味着来自源102的输出光功率的一些已知的百分比，例如当输出辐射的其它部分继续进行 到片材100。
[0040] 附加地或替代性地，所述功率或功率分布可以是预先已知的，这是因为一些类型 的光源（例如激光器）可以输出已知的光波段中的已知的光功率或已知的光功率分布。因 此并未更详细地呈现光源102的输出光功率的采样。
[0041] 检测器104可以包括一个或多个检测元件。检测器104可以基于半导体技术。检 测器104可以包括至少一个光电二极管例如PIN二极管、雪崩二极管等。检测器104的检 测元件可以布置成阵列或矩阵。具有多个检测元件的检测器104可以包括分立元件，或者 其可以使用集成电路技术而被集成在一起。检测器104的元件的矩阵可以基于红外区域中 的例如InGaAs(砷化铟镓）、扩展InGaAs、HgCdTe(汞镉碲化物）、PbS(硫化铅）、PbSe(硒 化铅）技术。可以使用在可见光区域和紫外区域中适合的光电二极管和光电阴极。
[0042] 检测器104可以另外包括至少一个光部件，用于改变光束的形状和/或将光束定 向到至少一个检测元件。所述至少一个光部件可以是镜头、镜、光束分离器/合成器、光过 滤器、光纤等。
[0043] 基于来自检测器104的响应，测量单元106测量光辐射的被检测的波段的衰减。检 测器104和测量单元106-起形成了光功率计，其测量随波长而变化的光功率。衰减是相 对于片材100的透射率的倒数值。然而它们二者都可以暗示片材100的相同的属性，并且 可以被称为衰减。测量单元106可以包括至少一个处理器、至少一个存储器和至少一个计 算机程序，用于处理所测量的数据。在实施例中，测量装置包括检测器104和至少一个适当 的计算机程序，这是因为至少一个计算机程序可以被装载在以其他方式存在的系统中，该 系统与用于处理从检测器104反馈的数据的造纸机相关联。
[0044] 在图1B中，除了测量基于反射率之外，呈现了与图1A相似的种类的测量。光源 102针对被测量的目标100输出光功率，其反应针对检测器104的光辐射。可以执行基准测 量，使得检测器104和光源102在被测量的目标的边缘上移动（以虚线示出），并测量基准 表面120,其具有预先确定的反射率。测量单元106以与图IA的测量相似的方式执行信号 处理。
[0045] 下面借助图2说明测量单元106的操作。连续的线220呈现了包含木质素的采样 的被测量的衰减。虚线230呈现不具有木质素的纸的被测量的衰减。y轴上是以任意尺度 的衰减，X轴是以微米为单位的波长。测量单元106基于一个或多个木质素的预定的光吸 收波段200、202、203中的光辐射的衰减来测量至少一个与木质素相关的值AI。每个波段 200、202、203的与木质素相关的值AI可以与每个光波段200、202、203上的光功率相关。
[0046] 测量单元106还通过测量除了与木质素相关的预定的光吸收波段200、202、203之 外的两个或更多个预先确定的分立的光波段208、210、212中的衰减来确定在至少一个木 质素波段200、202、203的背景中衰减相对于波长的一般相关性。相应地，这些测量的值也 可以通过在测量的波段上积分来形成。所述积分可以在检测器元件中自动发生，或者其可 以在测量单元106中计算。
[0047] 在实施例中，测量单元106也可以基于除了木质素的那些之外的一个或多个干物 质的预定的光吸收波段204中的光辐射的衰减来测量至少一个与干物质相关的值。测量单 元106还可以通过测量除了预定的与木质素和干物质相关联的波段之外的两个或更多个 预定的分立的光波段206、208中的衰减来确定衰减随波长变化的一般相关性。
[0048] 可以基于检测器104接收的光功率ΙΛλ?来测量被测量的波段Λλi的衰减，其中 i表示波段的下标（index)，并且Λλ表示波段i中的波长。在实施例中，可以通过将针对 被测量的片材100的光功率Itl,Λu与检测器1〇4所接收的光功率IΛλ?相比较来测量被测 量的波段Δ 的衰减。被测量的波段Λ 可以包括单色光辐射或连续波长范围。衰减 Ai可以被解释为吸收率，其在每个光波段i中可以被确定为：
[0049] Ai= -Iogd Δλ?/Ι〇,Δλ?)
[0050] 更精确地，衰减41可以从公式1从=10，似16\卩-([片 ￡'75/+2尸1如/)义求 解，其中exp是基于例如欧拉数（约为2. 71828)或10的指数函数，j是所测量的片 材100中的物质的下标，N是物质的数目，as」是散射系数，aa^是吸收系数，X是光辐射 在被测量的片材100中传播的距离。系数as」和aa」与物质j的浓度相关。由于距离 X可以忽略，因此被测量的衰减八1是散射系数的和ΣΙ·』和吸收系数的和， A1 =-IogClMi/I(UM) = (Σ二，+Σ二，> 其中该对数函数基于例如欧拉数（约为 2. 71828)或10。项Itl,Λλ?通常可以忽略，使得其值可以例如被假设为1。在该测量中，可 以测量木质素的衰减。此外，可以测量纤维素材料的衰减。然而，诸如色彩材料之类的其它 物质导致了衰减的一般的波长相关性，这可能导致基线衰减的移位和倾斜。色彩物质可以 是用于在所述片材上打印诸如字母数字符号的可读字符和/或图像的墨水。
[0051] 发减然后可以表不为A= (asjasi+asjaajaai+aa。），其中as。是其它物质的散射 系数，&81是木质素的散射系数，as。是纤维素的散射系数，aa。是其它物质的吸收系数，aai 是木质素的吸收系数，并且aa。是纤维素的吸收系数。由于系数as。+&81+&8。+&&。+&& 1+83。是 与波长相关的，因此随波长而变化的光功率的导数或差商取决于散射系数as。和吸收系数 aa。，而不管其余的系数aspas。、aaJPaa。是常量还是变量。散射系数as。和吸收系数aa。 的值取决于纸中的其他物质。这是对在片材的表面或内部包括诸如墨水等色彩物质的纸的 测量会面临问题的原因。然而，可以确定由其他物质导致的衰减相对于波长的一般相关性。
[0052] 在实施例中，测量单元106通过测量除了预先确定的木质素和干物质的光吸收波 段200、202、203、204之外的两个或更多个预先确定的分离的光波段206、208、210、212中的 衰减来确定在测量的木质素和干物质的光吸收波段200、202、203、204的环境中衰减相对 于波长的一般相关性。衰减的一般相关性意味着在不具有对木质素和诸如纤维素等干物质 的吸收的情况下衰减曲线220的基本特性。例如，如果测量单元106测量波段200中的与 木质素相关的值以及波段204中的与干物质相关的值，则测量单元106可以在考虑三个分 离的光波段206、208和210中的其它物质的情况下测量衰减。光波段200可以包括波长 1660nm(6000.OcnT1)，光波段204可以包括波长210011111(4760011-1)，光波段206可以包括波 长225011111(44400^ 1)，光波段208可以包括波长550011111(18200^1)，并且光波段210可以包 括波长156011111(6400011- 1)。对于测量包括波长145011111(6900011-1)波段中的最大木质素吸收 率的环境，也可以测量除了木质素和干物质的预先确定的光吸收波段200、202、203、204之 外的具有波长130011111(7690011- 1)的分离的波段212。
[0053] 测量单元106可以确定作为期望类型的函数的衰减相对于波长的一般相关性，该 函数的参数基于除了预先确定的与木质素相关或木质素和干物质相关的光吸收波段200、 202、203、204之外的被测量的光波段206、208、210、212中的衰减值。在实施例中，函数的类 型可以是线性函数Ae=bλ+c，其中A。是与片材中的其他物质相关联的衰减，λ是波长，b 是第一参数，c是第二参数。可以通过要求线性函数（=直线基线）216穿过木质素的吸收 波段之外的光波段212和210中的测量点来确定参数b和c。根据另一示例，可以通过要求 线性函数（=直线基线）218穿过在木质素的吸收波段之外的光波段210和218中的测量 点来确定参数b和c。根据另外的示例，可以通过要求线性函数（=直线基线）222穿过在 干物质的吸收波段之外的光波段208和206中的测量点来确定参数b和c。
[0054] 在实施例中，衰减的一般相关性的基线可以包括从至少两个线性函数形成的分段 线性函数。在这种情况下，衰减的一般相关性的曲线可以是连续的，但是斜率可以在不同的 段中变化。
[0055] 在实施例中，函数的类型也可以是非线性初等函数或非初等函数f(λ)。非线性初 等函数的示例是多项式函数，其次数（degree)与1和0不相同。以相似的方式，可以要求 任意的函数f(A)穿过至少两个测量点206、208、210、212。测量的波段的带宽可以例如从 约Inm到IOOnm间变化。
[0056] 测量单元106可以基于至少两个光波段来测量衰减的一般相关性。一个波段206 可以使得其每个波长长于预先确定的木质素和干物质的光吸收波段200至204的任意波 长。至少一个波段208、210可以使得其每个波长在预先确定的木质素的光吸收波段202 (或 针对波段208的200)与预先确定的干物质的光吸收波段204之间。第三可能的波段212 使得其每个波长短于预先确定的木质素和干物质的吸收波段200至204中的任意波长。可 以在波段208、200、204和210中以相似的方式执行该测量。
[0057] 测量单元106可以通过从与木质素相关的值Al中除去衰减的一般相关性来形成 修正的与木质素相关的值Ale。对应地，测量单元106可以通过从与干物质相关的值Ac中 除去衰减的一般相关性来形成修正的与干物质相关的值Acc。修正的与木质素相关的值 Alc可以在测量的波段λ?至λ2上积分，Ale=K2(Xb)-Zd(X))^,其中与木质素相关的 光吸收波段200从λ?至X2，fs(x)是光波段200中的光衰减分布，fd(x)例如是根据在测 量的波段212和210或210和208或208和206处的值确定的期望的函数。修正的与干物 fXl 质相关的值Acc可以以数学形式表示为Aee=Iil 其中与干物质相关的 光波段206从λ1至λl，fs(x)是光波段204中的光衰减分布，fd(x)是根据在测量的波段 208和206处的值确定的期望的函数。
[0058] 在实施例中，测量单元106可以将每个修正的木质素值Alc形成为针对预先确定 的木质素的光吸收波段200、202、203、204而基于已知类型的函数形成的对应值Alf与对应 的与木质素相关的值Al之间的差。该值Alf可以通过设置光波段200、202、203、204作为 用于已知类型的函数f(AAk) =Alfk的自变量来形成，其中k是预先确定的光吸收波段的 下标。在实施例中，测量单元106可以将每个修正的干物质值Acc形成为针对预先确定的 干物质的光吸收波段204而基于已知类型的函数形成的值Acf与对应的与干物质相关的值 Ac之间的差。以数学形式，修正的木质素值Alc可以表示为Alc=A1-Alf。以数学形式，修 正的干物质值Acc可以表示为Acc=Ac-Acf。图3示出了对紫外光中的包含木质素的采样 的测量。y轴是以任意尺度的衰减，X轴是以纳米为单位的波长。可以在预先确定的木质素 的光吸收波段300中测量与木质素相关的值Al。光波段300可以包括约280^1(3571?!^1) 的波长，并且光带宽可以例如从亚纳米到十纳米变化。可以在不包括木质素的光吸收波段 300的最大木质素吸收的两侧测量衰减随波长变化的一般相关性。除了最大木质素吸收波 段之外的第一光波段302可以包括例如约为265nm的波长。除了最大木质素吸收波段之外 的第二光波段304可以包括例如约为300nm的波长。
[0059] 测量单元106可以将衰减相对于波长的一般相关性确定为期望类型的函数，该函 数的参数基于除了预先确定的与木质素相关的吸收波段300之外的测量的波长波段302、 304中的衰减值。在实施例中，该函数的类型可以是线性函数A。=bX+c，其中A。是与诸如 彩色物质的其它物质相关联的衰减，λ是波长，b是第一参数，c是第二参数。参数b和c 可以通过要求线性函数（=直线基线）306穿过在木质素的衰减波段之外的光波段302和 304中的测量点来确定。
[0060] 对应地如先前说明的，测量单元106可以形成修正的木质素值Alc作为针对预先 确定的木质素的光吸收波段300而基于已知类型的函数形成的对应的值Alf与对应的与木 质素相关的值Al之间的差。以数学形式，修正的木质素值Alc可以被表示为Alc=Al-Alf。
[0061] 例如，针对光波段202的Alf可以被计算为Alf(202) = (al+r(a2_al))，其中 Alf(202)表示光波段202中的Alf，k是系数，al是波段212中的衰减值，a2是波段210中 的衰减值。系数r可以是光波段212和202之间的距离I与光波段212和210之间的距离 L的比率I/L。在此情况下，可以以类似的方式计算Alf和Acc。
[0062] 在实施例中，干物质含量可以通过给出不同的光波段中的测量的系数来形成。因 此，可以基于至少一个与木质素相关的值、至少一个与干物质相关的值、以及衰减的一般相 关性来形成表示干物质含量的值。具有用于不同的测量值的系数的算法可以如下：
[0063]X=Cac^a1AAa2Aja3Ada4A4) / (IDc^b1AAb2Adb3Ajb4A4)
[0064] 其中Al表不对一般相关性的测量，A2表不与木质素吸收峰值相关联的光波段 中的测量，A3表示与干物质吸收峰值相关联的光波段中的测量，A4表示对一般相关性 的测量。可以在约1820nm(208)处测量A1，可以在约2175nm(203)处测量A2,可以在约 2100nm(204)处测量A3,以及可以在2250nm(206)处测量A4。分子可以被解释为表示修正 的与木质素相关的值，分母可以被解释为表示修正的与干物质相关的值。可以例如基于具 有预先确定的采样的测试测量来确定系数apapaya^adPb(|、131、132、133、13 4。一般地，变量 X可以具有分子和分母中的至少两项：X=(af···+BnAnVOdci+…+bNAN)，其中N是项数，且N 至少为1。变量X可以直接是干物质含量。
[0065] 然而在实施例中，可以使用多项式拟合来使变量X和测量的预先确定的木质素含 量的基准采样的值匹配在一起。系数(V··dM的数目取决于拟合多项式的次数M，其至少为 一。系数dfdM进而可以基于预先确定的采样的测试测量来确定。多项式的次数例如可以 为2。然后表示干物质值DRY的值可以被计算为：DRY=deMX+c^X2。
[0066] 图4A示出了其中检测器104可以包括散射部件400和多个检测器元件402的实 施例，其中散射部件400将光辐射散射到不同的光波段△λ?到△λΜ的频谱中。散射部 件400可以包括棱镜或光栅。检测器104可以包括分光计。检测器元件402可以形成阵列 或矩阵。每个检测器元件402接收散射的光辐射的光波段之一，并响应于其而输出与所述 光波段的光功率相对应的电信号。该电信号可以被馈入测量单元106。来自适当的检测器 元件402的电信号可能单独成为与关于测量波段中的衰减的数据相关的信号。替代性地， 来自多个检测器元件402的信号可以包括与一个被测量的光波段有关的信息。
[0067] 图4Β示出了其中使用来自目标100的反射的光辐射来执行图4Α的测量的实施 例。
[0068] 图5示出了其中检测器104可以包括多通道检测器500和用于多通道检测器500 的每个通道510、512、514、516的光干扰过滤器502、504、506、508的实施例。通道的数目针 对木质素测量而言至少为三，针对干物质测量而言至少为四。至少一个光干扰过滤器502 可以具有与木质素的吸收相关联的一个或多个预先确定的光通过波段200、202、203、300。 至少两个光干扰过滤器506、608中的每个可以具有除了预先确定的木质素的光吸收波段 200、202、203、300之外的预先确定的分离的光通过波段206、208、210、212、302、304。
[0069] 至少一个光干扰过滤器504可以具有与干物质的吸收相关联的一个或更多个预 先确定的光通过波段204。至少一个光干扰过滤器506可以具有除了预先确定的木质素和 干物质的光吸收波段200、202、203、204、300之外的一个或更多个预先确定的分离的光通 过波段206、208、210、212、302、304。至少一个另外的光干扰过滤器508也可以具有除了预 先确定的木质素和干物质的光吸收波段200、202、203、204、300之外的一个或更多个预先 确定的分离的光通过波段206、208、210、212、302、304。干扰过滤器508的至少一个光通过 波段与干扰过滤器506的至少一个光通过波段不相同。通道510至516可以将其响应馈送 到测量单元106,测量单元106如上述地处理检测到的光波段。
[0070] 干扰过滤器的通过波段的典型带宽例如Δ λ在Inn至IOOnn之间。可以自由地 选择该带宽。可以自由地调节通过波段的中间波长，使得可以向检测器104传递适当地测 量的光波段。
[0071] 图6示出了利用旋转（revolving)干扰过滤器盘600的实施例。光源是能够输出 所有测量的波段的光辐射的宽波段光源。检测器104能够输出与其接收的光功率相关的电 子信号。盘600可以具有至少四个干扰过滤器502、504、506、508，每个均能够传递一个测 量的光波段。在图5的说明中已经说明了过滤器。当盘600转动时，干扰过滤器502、504、 506、508相继将测量的光波段向测量的片材100传递。检测器104对应地逐一检测测量的 光波段。与检测的光波段相关的电子信号可以被馈送到测量单元106,测量单元106如上面 描述地处理检测的光波段。
[0072] 图7示出了利用成成组光源元件700的实施例，其具有窄的光输出波段。光源元 件700可以是具有在测量中使用的波长的激光器或发光二极管。光源106已经具有反射器 702,例如用于周围的一个光源元件的镜、以及用作光源元件700的剩余部分的光束分离器 704、706、708。光束分离器704至708用作光束组合器，使得来自不同的光源元件700的所 有光波段被定向到被测量的片材100的相同的部分。对于木质素测量，可以需要两个光束 分离器和反射器作为最小要求。对于测量木质素和纤维素这二者，可以需要三个光束分离 器和反射器作为最小要求。
[0073] 检测器106可以具有成组的检测器元件718和反射器716,例如用于周围的一个光 检测器元件的镜，以及用于光检测器元件718的剩余部分的光束分离器710、712、714。光束 分离器710至714将测量的光束分离成不同的测量的光波段，并将每个波段定向到一个检 测器元件718。对于木质素测量，可以需要三个检测器元件、两个光束分离器和反射器作为 最小要求。对于测量木质素和干物质这两者而言，可以需要四个检测器元件、三个光束分离 器和反射器作为最小要求。
[0074] 作为对多个窄波段光源的取代，可以使用宽波段光源。如果使用宽波段光源，则可 以不需要镜702和光束分离器704至708。检测器104仍然保持与图6相同。
[0075] 如果如同在图6中所示使用了多个窄波段光源700,则检测器104可以与图3所示 的相似，即，检测器104包括分光计。
[0076] 在实施例中，至少一个光源可以在至少一个测量的波长波段上扩展。
[0077] 图8示出了造纸机的原理结构。纸浆流或多个纸浆流可以通过导线槽（wire pit) 800被馈送到造纸机中，导线槽之前通常是用于纸浆流的混合桶830和机器桶832。纸 浆可以包含回收的纸。机器泵成批地生产并被通过重量控制或级别改变程序而用于短循 环。混合桶830和机器衆（machinepulp)832也可以被分离的混合反应堆（图8中未示 出）所取代，并且通过借助于阀门或一些其它流调节装置828单独地馈送每个纸浆流来控 制机器纸浆的批处理。在导线槽800中，机器纸浆与水相混合，以提供具有期望的一致性的 短循环（从成形器（f〇rmer)810到导线槽800的虚线）。从由此产生的纸浆中，可以通过清 洁设备802去除沙子（水力旋流器）、空气（排气桶）或其它粗糙材料（压力筛），并且借 助于泵804将纸浆抽吸到流料箱（headbox) 806中。在流料箱806之前，如果期望的话，可 以向纸浆添加过滤器TA例如高岭土、碳酸钙、滑石、白垩、二氧化钛、硅石等，和/或保持剂 RA例如无机物、自然有机或合成的水溶性有机聚合物。所述TA和RA属于所述片材中的干 物质，并且它们中的物质可以被单独地或被以具有或不具有纤维素的期望的组合测量。所 述过滤器可以用于改善成形、表面属性、不透明性、亮度和可印刷性，以及用于减少制造成 本。保持剂RA对于其部分而言增大了细料和填料的保持力，并同时以已知的自身方式加速 了脱水处理。过滤器和保持剂这二者由此均影响纸幅（web)和纸的表面拓扑。
[0078] 从流衆箱806开始，纸衆被馈送穿过流衆箱的薄片（slice) 808并进入成形器810 中，成形器810可以是长网造纸机或缝隙形成器。在成形器810中，纸幅（web) 10被脱水， 并且灰烬、细料和纤维被去除而进入短循环。在成形器810中，纸浆被作为纸幅10而馈送到 导线上，并且纸幅10被初步干燥并在压机（press) 812中被挤压。纸幅10在干燥部分814 中被初步干燥。通常存在至少一个测量部分816、818、820、822、824，通过其可以测量纸幅 10的木质素含量和干物质含量。
[0079]在本申请中表示造纸机和造纸板机这两者以及还表示纸浆制造机的造纸机 还可以包括例如前置砑光机（precalender) 838、涂覆部分/部840和/或后置砑光机 (postcalender) 842。然而，不一定存在任何涂覆部分840,并且在此情况下不一定存在多于 一个的砑光机838、842。在涂覆部分840中，可以包含例如高岭土、白垩或碳酸盐、淀粉、和 /或乳液的涂覆色彩可以应用到纸表面上。涂覆色彩的使用通常降低了纸的粗糙度并改善 了光泽度。
[0080]在砑光机838、842中，其中未涂覆的或涂覆的纸幅在用期望的力压紧的辊之间行 进，纸的表面拓扑例如粗糙度可以被改变。砑光机838、842还可以影响纸的厚度和/或光 泽。在砑光机838、842中，纸幅的属性可以通过对纸幅加湿来改变，或者借助于温度和辊之 间的压区负载/压力来改变，使得施加到纸幅的压力越大，纸就越变得越平滑和越有光泽。 加湿和温度上升进一步减小了粗糙度和改善了光泽度。此外，显然造纸机的操作本身对于 本领域的技术人员而言是已知的，因此在本上下文中不再更详细地描述。
[0081] 图8还示出了用于造纸机的控制系统。影响质量和级别变化的因素包括纸浆流的 量和比率、过滤器的量、保持剂的量、机器速度、回流的量和干燥能力。控制器826可以控制 至少一个调节单元，所述调节单元可以调节所述片材的至少一个属性，所述属性之一可以 是干物质含量。控制器826可以借助阀门828来控制纸浆流的批处理，借助阀门836来控 制过滤器TA的批处理，借助阀门834控制保持剂RA的批处理，借助调节装置828控制不同 的纸浆的馈送。控制器826还可以控制薄片808的尺寸、具有所述机器速度的移动所述薄 片的电动机、调节回流的量的阀门、以及块814中的干燥处理。控制器826利用包括检测器 104并且通常还包括光辐射源102的测量装置816至824来监控湿度。控制器826还可以 在别处（例如在执行控制的相同点）测量纸幅10的属性。
[0082] 控制器82可以被认为是基于造纸机的自动数据处理的控制布置或其一部分。控 制器826可以接收数字信号或将接收的模拟信号转换成数字信号。控制器826可以包括微 处理器和存储器，并根据适当的计算机程序来处理信号。控制器826可以例如基于PID(比 例-积分-微分）、MPC(模型预测控制）或GPC(-般预测控制）控制。
[0083] 图9示出了木质素测量的流程图。在步骤900中，光辐射被允许与所测量的包括 纤维素材料和可能的木质素的片材相互作用。在步骤902中，基于与所测量的片材相互作 用的光辐射在一个或多个预先确定的木质素的光吸收波段处的衰减来测量至少一个与木 质素相关的值。在步骤904中，通过测量在除了所述一个或多个预先确定的木质素的光吸 收波段之外的两个或更多个预先确定的分离的光波段中的衰减来确定与所测量的片材相 互作用的光辐射的衰减相对于波长的一般相关性。在步骤906中，通过从所述至少一个与 木质素相关的值中去除所确定的衰减的一般相关性来形成表示木质素含量的值。
[0084] 图10示出了干物质测量的流程图。在步骤1000中，光辐射被允许与所测量的包 括干物质和可能的木质素的片材相互作用。在步骤1002中，基于与所测量的片材相互作用 的光辐射在一个或多个预先确定的木质素的光吸收波段中的衰减来测量至少一个与木质 素相关的值。在步骤1004中，基于与所测量的片材相互作用的光辐射在一个或多个预先确 定的干物质的光吸收波段中的衰减来测量至少一个与干物质相关的值。在步骤1006中，通 过测量在除了预先确定的木质素和干物质的光吸收波段之外的两个或更多个预先确定的 分离的光波段处的衰减来确定与所测量的片材相互作用的光辐射的衰减相对于波长的一 般相关性。在步骤1008中，基于所述至少一个与木质素相关的值、所述至少一个与干物质 相关的值以及所述衰减的一般相关性来形成表示干物质含量的值。
[0085] 图11表示基于片材的木质素含量的控制方法的流程图。该方法步骤1100包括图 9的步骤，并且还包括基于所测量的木质素含量来控制至少一个调节单元的步骤1102。在 步骤1104中，所述至少一个调节单元基于控制来调节所测量的片材的至少一个属性。
[0086] 图12表示基于所述片材的干物质含量的控制方法的流程图。该方法步骤1200 包括图10的步骤，并且还包括基于所测量的干物质含量来控制至少一个调节单元的步骤 1202。在步骤1204中，所述至少一个调节单元基于控制而调节所测量的片材中的干物质含 量。
[0087] 能够执行在图9和10中至少一个中示出的步骤的测量单元106和控制器700、826 可以被实现为电子数字计算机、或可包括工作存储器（RAM)、中央处理单元（CPU)和系统时 钟。CPU可以包括寄存器集、算术逻辑单元和控制器。控制器或电路受从RAM传送到CPU的 程序指令序列的控制。控制器可以包含用于基础操作的大量微指令。微指令的实现可以取 决于CPU设计而变化。可以通过编程语言对所述程序指令进行编码，所述编程语言可以是 高级编程语言例如C、Java等，或者是低级编程语言例如机器语言或编译器。电子数字计算 机也可以具有操作系统，该操作系统可以为用程序指令编写的计算机程序提供系统服务。
[0088] 测量单元106和控制器700、826可以包括表示所有以下的电路：（a)仅有硬件的 电路实现，例如仅用模拟和/或数字电路的实现；以及（b)电路和软件（和/或固件）的组 合，例如（如适用）：（i)(多个）处理器的组合；或（ii)(多个）处理器/软件的部分，包括 一起工作以使得设备执行各种功能的（多个）数字信号处理器、软件和（多个）存储器；以 及（c)需要软件或固件以用于操作的电路，例如（多个）微处理器或（多个）微处理器的 部分，即使所述软件或固件物理上并不存在。
[0089] 作为进一步示例，术语"电路"也将涵盖仅处理器（或多个处理器）或者处理器的 部分和它（或它们）伴随的软件和/或固件的实现。
[0090] 实施例提供了在分布介质上体现的计算机程序，包括当被加载到电子设备中时被 配置用于控制设备执行上述的实施例的程序指令。
[0091] 所述计算机程序可以以源代码形式、目标代码形式、或以一些中间形式，并且其可 以被存储在一些类型的载体中，所述载体可以是任何能够执行所述程序的实体或装置。这 种载体例如包括记录介质、计算机存储器、只读存储器和软件分布包。取决于所需要的处理 功率，计算机程序可以在单个电子数字计算机中执行，或者可以分布在许多计算机中。
[0092] 所述设备也可以被实现为一个或多个集成电路，例如应用专用的集成电路 ASIC(应用专用集成电路）。其它硬件实施例也是可行的，例如由分离的逻辑组件构建的电 路。这些不同的实现的混合也是可行的。当选择实现的方法时，本领域的技术人员将考虑 例如针对设备的尺寸和功耗所设置的需求、必需的处理能力、生产成本和生产量。
[0093] 对于本领域的技术人员而言，显然由于技术先进性，本发明的原理可以以各种方 式实现。本发明及其实施例不限于上面描述的示例，而是可以在本发明的范围之内变化。
【权利要求】
1. 一种用于测量包括纤维素材料和可能的木质素的片材的设备，其中所述设备包括： 检测器和测量单元； 所述检测器被配置用于接收与所测量的片材相互作用的光辐射，并响应于一个或多个 预先确定的木质素的光吸收波段、以及除了所述一个或多个预先确定的木质素的光吸收波 段之外的两个或更多个分离的光波段； 所述测量单元被配置用于基于所述检测器的响应： 基于所述一个或多个预先确定的木质素的光吸收波段中的紫外光的光辐射的衰减来 测量至少一个与木质素相关的值； 确定作为已知类型的函数的衰减相对于波长的一般相关性，所述函数的参数基于在除 了所述预先确定的木质素的光吸收波段之外的测量的波长处的衰减值；并将每个修正的木 质素值形成为与木质素相关的值与基于所述已知类型的函数为预先确定的木质素的光吸 收波段形成的对应的值之间的差；以及 通过从所述至少一个与木质素相关的值中去除所述衰减的一般相关性来形成表示木 质素含量的值。
2. -种用于测量包括纤维素材料和可能的木质素的片材的设备，其中所述设备包括： 检测器和检测单元； 所述检测器被配置用于接收与被测量的片材相互作用的光辐射，并响应于一个或多个 预先确定的木质素的光吸收波段、一个或多个预先确定的干物质的光吸收波段、以及除了 所述预先确定的木质素和干物质的光吸收波段之外的两个或更多个分离的光波段； 所述测量单元被配置用于基于所述检测器的响应： 基于所述一个或多个预先确定的木质素的光吸收波段中的紫外光的光辐射的衰减来 测量至少一个与木质素相关的值； 基于所述一个或多个预先确定的干物质的光吸收波段中的光辐射的衰减来测量至少 一个与干物质相关的值； 确定作为已知类型的函数的衰减相对于波长的一般相关性，所述函数的参数基于在除 了所述预先确定的木质素的光吸收波段之外的测量的波长处的衰减值；并将每个修正的木 质素值形成为与木质素相关的值与基于所述已知类型的函数为预先确定的木质素的光吸 收波段而形成的对应的值之间的差；以及将每个修正的干物质值形成为与干物质相关的值 与基于所述已知类型的函数为预先确定的干物质的光吸收波段而形成的对应的值之间的 差；以及 基于所述至少一个与木质素相关的值、所述至少一个与干物质相关的值、以及所述衰 减的一般相关性来形成表不干物质含量的值。
3. 根据权利要求2所述的设备，所述测量单元被配置用于：通过从所述与木质素和干 物质相关的值中去除所述衰减的一般相关性来形成修正的与木质素和干物质相关的值；以 及 基于至少一个修正的与木质素相关的值和至少一个修正的与干物质相关的值来形成 表示干物质含量的值。
4. 根据权利要求1或2所述的设备，所述设备包括被配置用于输出用于穿过所测量的 目标传输的光福射的光源。
5. 根据权利要求2所述的设备，其中所述测量单元被配置用于基于以下光波段中的至 少两个来测量衰减的一般相关性：其每个波长长于预先确定的木质素和干物质的光吸收波 段的任意波长的波段，其每个波长介于预先确定的木质素的光吸收波段与预先确定的干物 质的光吸收波段之间的波段，以及其每个波长短于预先确定的木质素和干物质的光吸收波 段的任意波长的波段。
6. 根据权利要求1或2所述的设备，其中所述检测器包括多个检测器元件和散射元件， 所述散射元件被配置用于将所述光辐射散射到包括所测量的光波段的光波段中，并且所述 检测器元件被配置用于接收所述光波段并对其进行响应。
7. 根据权利要求1所述的设备，其中所述检测器包括具有至少三个通道的多通道检测 器和用于所述检测器的每个通道的光干扰过滤器；所述至少三个光干扰过滤器具有一个或 多个预先确定的与木质素的吸收相关联的光通波段、以及除了所述预先确定的与木质素的 吸收相关联的光波段之外的两个或更多个分离的光通波段；并且所述检测器的通道被配置 用于将所述通道的响应馈送到所述测量单元。
8. 根据权利要求2所述的设备，其中所述检测器包括具有至少四个通道的多通道检测 器和用于所述检测器的每个通道的光干扰过滤器；所述至少四个光干扰过滤器具有一个或 多个预先确定的与木质素的吸收相关联的光通波段、一个或多个预先确定的与干物质的吸 收相关联的光通波段、以及除了所述预先确定的光波段之外的两个或更多个分离的光通波 段；并且所述检测器的通道被配置用于将所述通道的响应馈送到所述测量单元。
9. 一种包括权利要求1或2所述的设备的系统，其中所述系统包括至少一个调节单元 和控制器，所述至少一个调节单元被配置用于调节被测量的片材的至少一个属性，并且所 述控制器被配置用于基于所测量的木质素含量来控制所述至少一个调节单元。
10. -种包括权利要求2所述的设备的系统，其中所述系统包括至少一个调节单元和 控制器，所述至少一个调节单元被配置用于调节所测量的片材中的所述干物质含量，并且 所述控制器被配置用于基于所测量的干物质含量来控制控制所述至少一个调节单元。
11. 一种用于测量包括纤维素材料和可能的木质素的片材的方法，所述方法包括： 允许光辐射与所测量的片材相互作用； 基于一个或多个预先确定的木质素的光吸收波段中的与所测量的片材相互作用的紫 外光的光辐射的衰减来测量至少一个与木质素相关的值； 由测量单元确定作为已知类型的函数的衰减相对于波长的一般相关性，所述函数的参 数基于在除了所述预先确定的与木质素相关联的吸收波段之外的所测量的波长处的衰减 值；并将每个修正的木质素值形成为与木质素相关的值与基于所述已知类型的函数为预先 确定的木质素的光吸收波段而形成的对应的值之间的差； 通过从所述至少一个与木质素相关的值中去除所确定的衰减的一般相对性来形成表 示木质素含量的值。
12. -种用于测量包括纤维素材料和可能的木质素的片材的方法，所述方法包括： 允许光辐射与所测量的片材相互作用； 基于在一个或多个预先确定的木质素的光吸收波段中的与所测量的片材相互作用的 紫外光的光辐射的衰减来测量至少一个与木质素相关的值； 基于一个或多个预先确定的干物质的光吸收波段中的与所测量的片材相互作用的光 辐射的衰减来测量至少一个与干物质相关的值； 由测量单元确定作为已知类型的函数的衰减相对于波长的一般相关性，所述函数的参 数基于在除了预先确定的与木质素和干物质相关联的吸收波段之外的所测量的波长处的 衰减值；将每个修正的木质素值形成为与木质素相关的值与基于所述已知类型的函数为预 先确定的木质素的光吸收波段而形成的对应的值之间的差；以及将每个修正的干物质值形 成为与干物质相关的值与基于所述已知类型的函数为预先确定的干物质的光吸收波段而 形成的对应的值之间的差；以及 基于所述至少一个与木质素相关的值、所述至少一个与干物质相关的值以及所述衰减 的一般相关性，形成表示干物质含量的值。
13. 根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括通过从所述与木质素和干物质相关 的值中去除所确定的衰减的一般相关性来形成修正的与木质素和干物质相关的值；以及 基于所述至少一个修正的与木质素相关的值、所述至少一个修正的与干物质相关的值 来形成表示干物质含量的值。
14. 根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括：由测量单元确定作为已知类型的 函数的衰减相对于波长的一般相对性，所述函数的参数基于在除了所述预先确定的与木质 素相关联的吸收波段之外的所测量的波长处的衰减值；以及将所述每个修正的木质素值形 成为与木质素相关的值与基于所述已知类型的函数为预先确定的木质素的光吸收波段而 形成的对应的值之间的差。
15. 根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括：由所述测量单元基于以下光波段 中的至少两个来测量衰减的一般相对性：其每个波长长于预先确定的木质素和干物质的光 吸收波段的任意波长的波段，其每个波长介于预先确定的木质素的光吸收波段与预先确定 的干物质的光吸收波段之间的波段，以及其每个波长短于预先确定的木质素和干物质的光 吸收波段的任意波长的波段。
16. 根据权利要求11或12所述的方法，所述方法还包括在所述检测器中将所述光辐射 散射到频谱中，并且由每个检测器元件接收并响应所述频谱的光波段。
17. 根据权利要求11所述的方法，其中所述检测器包括多通道检测器和用于所述检测 器的每个通道的光干扰过滤器；至少一个光干扰过滤器具有一个或多个预先确定的与木质 素的吸收相关联的光通波段、以及除了预先确定的木质素的光吸收波段之外的两个或更多 个分离的光通波段；以及由所述通道将其响应馈送到所述测量单元。
18. 根据权利要求12所述的方法，其中所述检测器包括多通道检测器和用于所述检测 器的每个通道的光干扰过滤器；至少一个光干扰过滤器具有一个或多个预先确定的与木质 素的吸收相关联的光通波段、一个或多个预先确定的与干物质的吸收相关联的光通波段、 以及除了所述预先确定的木质素和干物质的光吸收波段之外的两个或更多个分离的光通 波段；以及通过所述通道将其响应馈送到所述测量单元。
19. 一种方法，所述方法包括权利要求11的步骤，并且还包括：基于所测量的木质素含 量来控制至少一个调节单元，所述至少一个调节单元基于所述控制来调节所测量的片材的 至少一个属性。
20. -种方法，所述方法包括权利要求11的步骤，并且还包括：基于所测量的木质素含 量来控制至少一个调节单元，所述至少一个调节单元基于所述控制来调节所测量的片材中 的干物质含量。
21. -种用于测量包括纤维素材料和可能的木质素的片材的设备，所述设备包括： 至少一个处理器；以及 至少一个包括计算机程序代码的存储器，其中所述至少一个存储器和所述计算机程序 代码利用所述至少一个处理器而被配置用于使得所述设备至少执行： 允许光辐射与所测量的片材的相互作用； 基于一个或多个预先确定的木质素的光吸收波段中的与所测量的片材相互作用的紫 外光的光辐射的衰减来测量至少一个与木质素相关的值； 确定作为已知类型的函数的衰减相对于波长的一般相关性，所述函数的参数基于在除 了所述预先确定的与木质素相关联的吸收波段之外的所测量的波长处的衰减值；并将每个 修正的木质素值形成为与木质素相关的值与基于所述已知类型的函数为预先确定的木质 素的光吸收波段而形成的对应的值之间的差； 通过从所述至少一个与木质素相关的值中去除所确定的衰减的一般相对性来形成表 示木质素含量的值。
22. -种用于测量包括纤维素材料和可能的木质素的片材的设备，所述设备包括： 至少一个处理器；以及 至少一个包括计算机程序代码的存储器，其中所述至少一个存储器和所述计算机程序 代码利用所述至少一个处理器而被配置用于使得所述设备至少执行： 允许光辐射与所测量的片材相互作用； 基于在一个或多个预先确定的木质素的光吸收波段中的与所测量的片材相互作用的 紫外光的光辐射的衰减来测量至少一个与木质素相关的值； 基于一个或多个预先确定的干物质的光吸收波段中的与所测量的片材相互作用的光 辐射的衰减来测量至少一个与干物质相关的值； 通过测量除所述预先确定的木质素和干物质的光吸收波段之外的两个或更多个预先 确定的分离的光波段中的衰减来确定与所测量的片材相互作用的所述光辐射的衰减相对 于波长的一般相关性； 确定作为已知类型的函数的衰减相对于波长的一般相关性，所述函数的参数基于在除 了预先确定的与木质素的吸收波段之外的所测量的波长处的衰减值；将每个修正的木质素 值形成为与木质素相关的值与基于所述已知类型的函数为预先确定的木质素的光吸收波 段而形成的对应的值之间的差；以及将每个修正的干物质值形成为与干物质相关的值与基 于所述已知类型的函数为预先确定的干物质的光吸收波段而形成的对应的值之间的差；以 及 基于所述至少一个与木质素相关的值、所述至少一个与干物质相关的值以及所述衰减 的一般相关性，形成表示干物质含量的值。
【文档编号】G01N21/31GK104508458SQ201380039328
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2013年5月22日 优先权日:2012年5月25日
【发明者】M·门蒂莱 申请人:美卓自动化有限公司