专利名称：透过物体的辐射强度测量方法
技术领域：
本发明涉及一个透过物体的辐射强度测量方法。
对于测量透过纤维材料物体的辐射强度，特别是在烟草工业中测量透过圆柱形烟草产品，包括碎烟草连续棒料，过滤头连续棒料，香烟或过滤头的辐射强度，采用本发明特别有利。
香烟制造和输送机器中，通常采用上述测量来控制烟草产品的密度和检测在烟草中的任何空隙、结块或异物。
对于透过圆柱形物体的辐射强度通常是这样测量的把强度为I和基本上为均布的辐射光束，以大致与物体轴线垂直的方向射向圆柱物体；把透过的光束聚焦；确定透过纤维材料的强度It；并把检测值与给定的门限值作比较。
由于入射能量强度I与透过的能量强度It的关系如下式It＝I*e-ad其中“d”是在辐射通过材料中的光程长度，即辐射通过点上物体的厚度，“a”是由材料密度和材料本身表征的衰减常数，因而较薄部位提供的透过能量强度，即具短光程长度“d”的透过能量强度比中心部位提供的强度大得多。如果物体的材料具有不连续性质，例如在烟草产品中的纤维材料，这将更加明显。
此外，输出光束的聚焦相当于把不同强度成分加在一起，因而由中心部位提供的强度被较薄部位提供的强度所掩盖。
当采用红外光谱辐射时，上述缺点特别显著，而考虑到操作人员的安全，红外光谱仍然优先于其它辐射形式。
一个已知解决问题的办法是仅把光束射向圆柱物体的中心部位，在那里光束通过物体的光程长度大致相同，因此，除了物体中的空隙或异物外，各成分的强度值均为同一量级。
然而，由于排除了物体的重要部位，上述测量方法不能提供完整的控制。
本发明的目的是提出可克服上面缺点的方法。
根据本发明，提供了一个测量透过物体的辐射强度的方法；该方法包括的步骤是把电磁辐射的入射光束射向物体，以得到与入射光束同轴的输出光束，测量输出光束的能量；上述每个光束由相关的光线确定；每个光束的每条光线与另一光束的相应光线对准，并具有通过物体的相关光程和相关的给定长度；其方法的特征是它还包括这样的步骤修正上述每条光线所透过能量，使成为相关光程长度的函数。
现以参照附图作举例的方式来说明本发明许多实施例，对于实行本发明方法的控制装置，附
图1至6表示了有关优选实施例的断面简图。
图1中编号1表示测量从圆柱物体2透过的辐射强度的装置，圆柱物体包含纤维材料3，并在垂直于图1平面的方向延伸。
在附图表示烟草产品的情形，材料3包括了封在包装纸4中的碎烟草，也可不作包装。
装置1包括了第一部分5和第二部分6，它们在物体2直径方向的相互相对位置上。部分5包括一个发射电磁辐射(优先在红外辐射区)的发射器7；在发射器7与物体2之间，一个光学瞄准装置8，一个与变光密度“p”的滤光片10相连的第一保护玻璃片9，滤光片用于减缓电磁辐射自中心部位向边缘的增加。
按照从物体2开始的顺序，部分6包括第一保护玻璃片11；一个防反射筒12；一个光聚焦装置13；以及一个包括光敏感器15的接收装置。
在实际使用中，发射器7发射出电磁能量强度I大致均布的辐射光束16。光束16顺序遇到光瞄准装置8，滤光片10和玻璃片9，并转换成瞄准光束16a，沿大致垂直于物体2纵轴的方向延伸，其中，强度值I在中心为最大，并向光束16a边缘逐渐减小。
以平行于方向17的许多入射光线18，瞄准光束16a差不多照到整个物体2的表面上。每条入射光线18沿着相关的线19延伸，它通过物体2，并在物体2中确定光线18通过物体2的电磁能传播光程20，光程与方向17平行，其给定长度与入射点有关。由滤光片10产生的电磁能强度1分布成这样每条光线18与强度“Iri”(入射光线强度)相联系，它与光线18在光束16a中的相对位置有关。更准确地说，在光束16a中心，光线18的强度Iri为最大，在光束16a边缘减到最小。换句话说，部分5对每条光线18规定一个强度“Iri”，它随着相关光程20长度的减少而降低。
光束16a产生一个光束16b，它沿方向17离开物体2，遇到第二保护玻璃片11，沿防反射筒12行进，由聚焦装置13聚焦和集中到光敏感器15上。
由于入射电磁能被部分吸收和部分反射，光束16b的总强度“It”(透过强度)小于入射光束16a的强度I。
象入射光束16a一样，光束16b包括许多光线21，每条光线沿着相关的线19延伸，并且每条光线与强度“Irt”(透过光线强度)相联系，强度“Irt”取决于相关光程20的长度“d”，与光线21对准的相关入射光线18的强度“Iri”，以及表征材料3和材料3密度的衰减常数“a”，如下式所示Irt＝Iri×e-ad光线21的聚焦，相当于把光线21的强度值加在一起，其总的“It”由敏感器15检测。
所以，根据上述公式，对每条光线18规定一个给定强度“Iri”，则有可能对每条光线21提供的电磁能强度“Irt”进行加权，对于较大长度d的光程20的光线21，可把较高的权加到“Irt”强度值上，该值可更好地表示衰减常数“a”和物体2的相关密度。
采用具不同光学密度“p”分布的滤光片10，有可能改变入射光束16a强度I的分布，因而可对强度“Iri”各成分规定不同的权，对不同材料类型，它可由试验来确定。
在变化形式的图2中，省去了滤光片10，同时在保护玻璃片11和防反射筒12之间，垂直于自物体2输出的光束16b，插入具变光学密度“p”的滤光片22。在光束16b中心，滤光片22的光学密度“p”分布最大，而在边缘最小，因而相应于较短光程20，减小了光线21的强度“Irt”。
此时，直接改变光线21的“Irt”强度值，使加权直接在物体2的下游实现。
在变化形式的图3中，滤光片10或22用一个衍射装置来代替，它包括一个衍射镜片23，插在光学瞄准装置8和保护玻璃片9之间，以改变大致均布的瞄准光束16a的强度I。
与吸收光束16a部分能量I的滤光片10不同，依靠在光束16a中心的光束16a周边能量的再分配，镜片23可按需要来分配强度I。
在变化形式图3的替代实施例(图中未表示)中，镜片23被省去，一个衍射装置，它包括一个与镜片23相似的镜片，位于物体2的下游的保护玻璃片11和防反射筒12之间，用于透过强度“It”的再分配。
在变化形式的图4中，除去了光学聚焦装置13以及滤光片10，22或镜片23，接收装置14包括许多并排布置的光敏感器24，因而覆盖了被光束16b照射的整个表面。
接近光束16b边缘的光敏感器24对高“Irt”强度的响应具有低的灵敏度“s”；而接近光束16b中心的光敏感器24对低“Irt”强度的响应具有高的灵敏度“s”。
实际上，每个光敏感器24对准与光敏感器24本身同断面的一条光线21，每个光敏感器24的灵敏度“s”与相关光程20的长度“d”有关。
所以，每条光线21把它的强度“Irt”传到相关的光敏感器24上，它发射出一个以它的灵敏度“s”为函数的信号，因而每个光敏感器24的灵敏度“s”代表了与每条光线21的强度“Irt”相关的加权。
光敏感器24发射的信号由处理组件25进行处理。
在变化形式图4的替代实施例中，光敏感器24均具有常灵敏度“so”；对于每个光敏感器24测定的强度“Irt”，规定一个与相关光程20的长度“d”有关的加权“w”；依靠组件25的数据处理来确定强度“Irt”的加权“w”，它提供的结果与上述物理方法所得的结果相当。
在变化形式的图5中，光束16b由一个具变反射性能的衍射装置26进行反射，衍射装置包括一个反射面27，因而装置1的第一和第二部分5和6相互布置成为光线21对表面27入射角α的函数。装置26具有变反射率“r”，它在光束16b中心最大，而在边缘最小，因而对于较短长度“d”的光程20，减小了光线21的强度“Irt”。
在变化形式的图6中，光束16a由一个具变反射性能的衍射装置28进行反射，衍射装置包括一个反射面29，因而装置1的第一和第二部分5和6相互布置成为光线18对表面29入射角β的函数。装置28具有变反射率“r”，它取决于分别与光线18和21对准的光程20长度“d”，因而减小了对准较短光程20的光线21的强度“Irt”。
按照光程20长度“d”的任一种函数，所述的每一种变化形式提供了能量值的修正。更准确地说，可与对准相关光线18和21的光程20长度“d”成比例，或与“d”的平方成比例，或与“d”的幂指数成比例来作修正。
即使在采用红外辐射时也能作精确测量，因此所述方法特别有利。
显然，所述实施例可以单独应用，也可相互结合应用；所述方法可用于任何形状和任何材料类型的物体。
权利要求
1.一个测量透过物体(2)的辐射强度的方法；该方法包括的步骤是把电磁辐射的入射光束(16a)射向物体(2)，以得到与入射光束(16a)同轴的输出光束(16b)，测量输出光束(16b)的能量；上述每个光束(16a；16b)由相关的光线(18；21)确定；每个光束(16a；16b)的每条光线(18；21)与另一光束(16b；16a)的相应光线(21；18)对准，并具有通过物体(2)的相关光程(20)和相关的给定长度(d)；其方法的特征是它还包括这样的步骤修正上述每条光线(18；21)所透过能量，使成为相关光程(20)长度(d)的函数。
2.权利要求1中的方法特征在于上述入射光束(16a)基本上照到整个物体(2)的断面上。
3.权利要求1或2中的方法特征在于上述两个光束(16a；16b)沿着大致垂直于物体(2)的传播方向延伸。
4.权利要求1至3任一个中的方法特征在于依靠对每条光线(18；21)规定一个测量参数(Iri；Irt；s；w)，修正上述每条光线(18；21)透过的能量，其值正比于相关光程(20)的长度(d)。
5.权利要求4中的方法特征在于上述参数(Iri；Irt；s；w)正比于相关光程(20)长度(d)的平方。
6.权利要求4中的方法特征在于上述参数(Iri；Irt；s；w)正比于相关光程(20)长度(d)的幂指数。
7.权利要求1至6任一个中的方法特征在于采用具变光学密度(p)、处于垂直于光线(18；21)位置的滤光片(10；22)来遮断每条光线(18；21)，由此修正上述每条光线(18；21)透过的能量；在每个滤光片(10；22)上相关光线(18；21)的照射区具有一个光学密度(p)，它与对准光线(18；21)的光程(20)长度(d)成反比。
8.权利要求1至6任一个中的方法特征在于采用处于垂直于光束(16a；16b)位置的衍射镜片(23)来遮断光束(16a；16b)，由此修正至少上述光束(16a；16b)之一的光线(18；21)透过的能量。
9.权利要求1至6任一个中的方法特征在于采用变反射性能的衍射装置(26；28)来遮断光束(16a；16b)，由此修正至少上述光束(16a；16b)之一的光线(18；21)透过的能量；在每个装置(26；28)上相关光线(18；21)的照射区具有一个反射率(r)，它与对准光线(18；21)的光程(20)长度(d)有关。
10.权利要求1至6任一个中的方法特征在于包括了输出光束(16b)的每条光线(21)透过的能量修正步骤，上述修正步骤包括的分步骤是确定每条输出光线(21)的能量以得出一个模拟信号，根据正比于相关光程(20)长度(d)的修正参数(w)，在数学上修正上述模拟信号。
11.权利要求1至6中任一个中的方法特征在于每条输出光线(21)的能量由相应的光敏感器(24)确定；每个光敏感器(24)具有与相关光程(20)的长度成比例的灵敏度(5)。
12.权利要求1至11任一个中的方法特征在于上述入射光束(16a)是红外光谱中的电磁辐射光束。
全文摘要
一个透过给定形状和材料的物体(2)的辐射强度测量方法,该方法包括的步骤是:把电磁辐射的入射光束(16a)垂直射向物体(2),以得到与入射光束(16a)同轴的输出光束(16b);按以下方式测量输出光束(16b)的能量:修正至少两个光束(16a;16b)之一的每条光线(18;21)所透过的能量,使之成为光程(20)长度(d)的函数,该光程(20)通过物体(2)并对准光线(18;21)。
文档编号A24C5/34GK1184932SQ9712537
公开日1998年6月17日 申请日期1997年12月10日 优先权日1996年12月11日
发明者阿尔曼·内里, 阿尔贝托·博内奇, 卢卡·切拉蒂 申请人:吉第联合股份公司