Способ контроля оптической анизотропии светорассеяния плоских волокнистых материалов и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01N21/55 

Изобретение относится к оптическим устройствам контроля физических параметров плоских волокнистых материалов, зависящих от направления их измерения, например анизотропия прочности, анизотропия в угловом распределении волокон в материале, и может быть использовано при решении вопросов повышения качества таких материалов.

Известно устройство для контроля ориентации волокон, например, в тестильных материалах по оптической анизотропии светорассеяния, включающее осветитель, параллельным пучком освещающий исследуемый материал, и вращающийся фотоприемник, смещенный относительно оси падающего пучка и принимающий световой сигнал, прошедший сквозь исследуемый материал и меняющийся в зависимости от угла поворота фотоприемника.

К недостаткам этого устройства относятся низкое быстродействие, обусловленное механикой системы, так как полезная информация может быть получена только

XI ю ы сл о ы

после одного полного оборота фотоприемника, что существенно ограничивает быстродействие используемого оптического метода, а также трудности надежного снятия сигнала с вращающегося фотоприемни- ка и связанная с ними низкая помехоустойчивость системы, а следовательно, неточность контроля оптической анизотропии светорассеяния.

Устройство пригодно только для свето- пропускающих материалов и не может быть использовано для непрозрачных материалов.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство и способ контроля опти- ческой анизотропии светорассеяния плоских волокнистых материалов в процессе их производства и использования для контроля анизотропии прочности конденсаторных бумаг и коэффициента распрямлен- ности в полуфабрикатах прядильного производства. Устройство включает источник света, освещающий исследуемый участок материала параллельным пучком, перпендикулярно к его поверхности, два одь аковых фотоприемника, принимающих световой поток, рассеянный материалом в обратном направлении в двух одинаковых телесных углах, ориентированных во взаимно перпендикулярных плоскостях под рав- ными углами к падающему пучку, причем один из них ориентирован в плоскости, проходящей через направление протяжки мате- риала при его изготовлении, и блок регистрации, регистрирующий отношение сигналов., снимаемых с фотоприемников.

Недостатком этого технического решения является его низкая чувствительность и связанная с этим низкая точность измере- ниядля контроля слабоанизотропных мате- риалов.

Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерений.

На фиг, 1 представлена схема устройст- ва для контроля оптической анизотропии светорассеяния плоских волокнистых материалов; на фиг. 2 - схема расположения и вариант соединения фотоприемников.

Устройство для контроля оптической анизотропии светорассеяния плоских волокнистых материалов содержит источник 1, телескопический объектив 2, поляризатор 3, через который освещается исследуемый материал 4. Два основных 5 и 6 и два допол- нительных 7 и 8 фотоприемника расположе- ны в светозащитном заземленном цилиндре 9 симметрично его оси, совпадающей с осью падающего пучка. Фотоприемники подключены к блоку 10 регистрации.

Способ осуществляют следующим образом.

Свет от источника 1 через телескопический объектив 2 параллельным пучком проходит через поляризатор 3 и освещает исследуемый материал 4 перпендикулярно его поверхности. Поляризатор ориентирован таким образом, что пропускает плоско- поляризованную волну, в которой колебания вектора Е происходят в плоскости, совпадающей с вектором V скорости протяжки исследуемого материала. Свет, рассеянный в направлении, обратном направлению падения, улавливается четырьмя одинаковыми фотоприемниками (двумя основными 5 и 6 и двумя дополнительными 7 и 8). Фотоприемники 5 и 7 принимают свет, рассеянный материалом в плоскости, совпадающей с вектором V, а фотоприемники 6 и 8 - в перпендикулярной плоскости. Основные и дополнительные фотоприемники подсоединены к блоку 10 регистрации, так, что сигнал, снимаемый с фотоприемников, установленных в каждой плоскости, суммируется, т.е. возрастает в два раза. В случае, когда полезным сигналом, снимаемым с фотоприемника, является ток, фотоприемники соединяются параллельно. Блок регистрации выдает на выходе значение коэффициента оптической анизотропии.

Во избежание паразитной засветки фо- топриемников светом, отраженным от боковой поверхности светозащитного цилиндра 9, его внутренняя поверхность покрыта све- топоглощающим материалом.

Для проверки работоспособности на оптической скамье был собран лабораторный макет устройства. В качестве источника 1 света был использован He-Ne лазер с неполяризованным излучением (ЛГИ-208Б). Телескопический объектив, собранный из двух софокусных рассеивающей и собирающей линз, расширяет световой пучок до мм, который проходит черезполяроид- ный поляризатор и затем вдоль оси светозащитного алюминиевого, зачерненного изнутри (анодированного), заземленного цилиндра с см, R 8 см, D 3,5 см.

Исследуемый материал помещался в держатель так, что его поверхность отстояла от основания цилиндра на расстояние д 8 мм

A(P-d)h

где R - максимальное расстояние от чувствительной поверхности фотоприемникз до оси симметрии;

d - диаметр светового пучка;

h - длина с вето поглощающего цилиндра.

Рассеянный образцом в обратном направлении свет принимался четырьмя идентичными плоскими фотоприемниками, расположенными на основании цилиндра, противоположном образцу, симметрично относительно падающего пучка. Фотоприемники изготовлены на базе солнечных батарей СБ4-2П и измеряют четыре световых потока, рассеянных образцов в одинаковых телесных углах, одинаково ориентированных по отношению к падающему пучку так, что угол между оптической осью установки и направлением из центра светового пятна на геометрический центр каждого фотоприемника равен 40°. При этом центры одной пары фотоприемников расположены в плоскости, проходящей через оптическую ось и машинное направление бумаги в образце (направление протяжки бумаги при ее изготовлении), а центры другой пары - в плоскости, перпендикулярной машинному направлению. Элементы каждой батареи соединены параллельно (по 5 шт.), две батареи, составляющие каждый приемник, также запараллелены, так же как и оба фотоприемника пары, так что сигналы (фототоки) всех элементов одной пары складываются.

Таким образом, каждая пара фотоприемников принимает суммарный световой поток, рассеянный образцом либо в плоскости, совпадающей с машинным направлением бумаги - Фн , либо в плоскости, перпендикулярной машинному направлению - Ф/ и вырабатывает фотосигналы In, 11 (фототек), пропорциональные соответствующим потокам, т.е. ц Ф« и И ооф ,фо- тосигналы (In или И подают на микроамперметр типа В7-21.

В качестве оптически изотропного материала для балансировки схемы (выравнивания параллельного и перпендикулярного фотосигналов) использовался засвеченный фотоэмульсионный слой мелкозернистой рентгеновской пленки.

В качестве объекта исследования послужили образцы различных типов конденсаторных бумаг, имеющих анизотропное распределение волокон в основе. При измерениях на бумагах во избежание паразитных засветок внешняя сторона исследуемого материала закрывалась слоем непрозрачной черной бумаги и в таком виде образец закреплялся в держателе.

На описанном макете были произведены измерения коэффициентов оптической анизотропии обратно светорассеяния образцов конденсаторных бумаг различных типов, разной толщины и плотности.

При освещении образцов светом, поляризованным в плоскости, совпадающей с

5 машинным направлением бумаги, измеренные значения коэффициента оптической анизотропии в полтора-два раза больше, чем при освещении образцов неполяризованным светом с одновременным уменьше0 ниемвполтора-двараза

среднеквадратичной погрешности. Это приводит к уменьшению относительной погрешности в 3,4 раза и к соответствующему увеличению точности измерения. Случай ос5 вещения образцов светом, поляризованным в плоскости, перпендикулярной машинному направлению, является совершенно неприемлемым из-за резкого падения значения коэффициента оптической

0 анизотропии.

Формула изобретения

1.Способ контроля оптической анизот- 5 ропии светорассеяния плоских волокнистых

материалов, включающий освещение материала параллельным пучком перпендикулярно его поверхности, регистрацию светового потока, рассеянного материалом

0 в обратном направлении в двух одинаковых телесных углах, ориентированных во взаимно перпендикулярных плоскостях под равными углами к падающему пучку, определение отношения зарегистрирован5 ных потоков, по величине которого судят об искомой величине, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, освещают материал плоскополяризованным светом, плоскость поляризации которого

0 совпадаете направлением протяжки волокнистого материала.

2.Устройство для контроля оптической анизотропии светорассеяния плоских волокнистых материалов, включающее источ5 ник излучения и расположенные по ходу излучения два фотоприемникэ, ориентированных во взаимно перпендикулярных плоскостях под равными углами к направлению распространения излучения, соединенных с

0 блоком регистрации, причем один из фото- приемников ориентирован в плоскости, проходящей через направление протяжки материала, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности изме5 рений, в устройство введены два дополнительных фотоприемника, идентичных основным, установленных симметрично с ними относительно направления распространения излучения, причем дополнительные фотоприемники соединены с

основными фотоприемниками так, что их ответствующими входами блока регистра- сигналы суммируются с сигналами, соответ- ции. ствующих основных фотоприемников и со -5.. :

Изобретение относится к испытанию плоских волокнистых материалов и может быть использовано для текущего неразрушающего контроля качества бумаг, текстильных полуфабрикатов и материалов в процессе их производства. Целью изобретения является повышение чувствительности и точности измерения коэффициента оптической анизотропии светорассеяния таких материалов в ходе технологического процесса их производства. В способе контроля оптической анизотропии светорассеяния используют для освещения исследуемого материала плоскополяризованный свет с определенной ориентацией плоскости колебаний по отношению к машинному направлению протяжки материала в процессе его изготовления, В устройство для контроля оптической анизотропии светорассеяния вводят в измерительную схему два дополни- тельных фотоприемника рассеянного материала излучения, идентичных основным, которые устанавливают симметрично с ними по отношению к падающему пучку. Сигналы дополнительных приемников суммируют с сигналами соответствующих основных, 2 ил, сл с