Способ измерения привеса пропиточной и покрывной масс при изготовлении листовых материалов Советский патент 1992 года по МПК D21H23/00 G01N22/00 

Изобретение относится к сонтролю качества готовых (или в процессе производства) листовых материалов типа бумаги, картона, пергамина, рубероида и других, позволяет, в частности, контролировать степень и качество пропитки пергамина, а также величину привеса пропиточной и покровной масс, влажность, толщину и другие параметры. Таким образом, предлагаемый способ измерения может быть использован в целлюлозно-бумажной, картонно-руберо- идной, текстильной и других промышленно- стях.

Известны бесконтактные способы определения анизотропии механической прочности светонепроницаемых волокнистых листовых материалов, использующие воздействие и взаимодействие поляризованного СВЧ-излучения, направленного перпендикулярно к плоскости полотна, с линейной поляризацией, с круговой поляризацией - прототип, а также с круговой поляризацией, направленного под углом Брюстера. В перечисленных способах анизотропию материала вычисляют по измеренным параметрам излучения СВЧ

VI

|

ю

(коэффициент затухания, коэффициент поляризации, угол наклона эллипса поляризации и др.), прошедшего сквозь полотно контролируемого материала. Указанные способы измерения позволяют определять анизотропию механической прочности волокнистых материалов.

Однако эти способы измерения имеют сравнительно низкую точность и чувствительность при измерении привеса пропиточной и покровной масс (толщины), которые необходимо измерять и контролировать при производстве рубероида. Объясняется это тем, что при нормальном падении наличие пропиточного и покровного материалов существенно выравнивают условия распространения ортогонально поляризованных компонент СВЧ-излучения и, следовательно, их параметры изменяются примерно одинаково при изменении электрических свойств листового материала.

Известно, что листовые материалы, обладающие определенными геометрическими размерами и электрическими свойствами, способны поддерживать возбужденные в плоскости листового материала поверхностные волны: поперечно электрическую (ТЕ) и поперечно магнитную (ТМ). Поверхностная волна, распространяющаяся в листовом материале, характеризуется постоянной распространения, величина которой зависит от геометрических размеров полотна (ширины, толщины), электрических свойств материала, рабочего типа волны (ТЕ и ТМ), Таким образом, листовое полотно можно рассматривать как линию передачи электромагнитной энергии, а при определенных условиях оно может работать как антенна бегущей волны, создавая в пространстве определенное амплитудно-фазовое распределение (АФР), зависящее от геометрических размеров полотна и электрических свойств материала. При этом законы изменения АФР у ТЕ и ТМ волн различные. Последнее обстоятельство позволяет использовать поверхностные ТЕ и ТМ волны для более точного контроля (измерения) характеристик листового материала, например, его толщины (массы), степени пропитки, влажности и др.

Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерений привеса пропиточной и покровной масс при производстве рубероида.

Постоянная цель достигается тем, что поперек листового материала, откалибро- ванного по ширине, в его плоскости возбуждают одновременно две поверхностные волны: поперечно электрическую (ТЕ) и поперечно магнитную (ТМ), принимают эти

волны на противоположной стороне полотна, измеряют их амплитуды и фазы, определяют разностный (или суммарный) сигнал ТЕ и ТМ волн, а о величине, например, привеса массы 1 м2 полотна судят по изменению амплитуды и фазы ТЕ и ТМ волн или разностного (суммарного) сигнала, при этом точка измерения (наблюдения) может находиться как в плоскости полотна листового

материала, так и вне его. Поскольку протяженность полотна в поперечном направлении составляет единицы или десятки длин волн используемых колебаний СВЧ, толщина - десятые или сотые доли длины волны,

то небольшое изменение электрических свойств материала (при постоянных геометрических размерах) или, наоборот, небольшое изменение толщины полотна (при постоянных электрических свойствах) приведет к сравнительно резким изменениям амплитуд и фаз (или АФР в пространстве) распространяющихся поверхностных волн, что и обеспечивает высокую чувствительность и точность данному способу измерений. Кроме того, предлагаемый способ измерений не требует применения сложного сканирующего устройства, так как интег- рально оценивает контролируемый параметр листового материала во всем поперечном сечении (направлении). При этом контролируемое полотно может находиться в свободном пространстве или на металлической подложке (экране), а ширина его имеет одинаковый размер, т.е. обрезается

(калибруется) специальными, например, роликовыми ножницами.

Отличительными от прототипа признаками являются использование поверхностных ТЕ и ТМ волн; возбуждение в плоскости

листового материала поверхностных волн, распространяющихся в поперечном направлении полотна; измерение амплитуды и фазы (или АФР) ТЕ и ТМ волн после прохождения поперек листового полотна; формирование разностного (или суммарного) сигнала ТЕ и ТМ волн; способ измерения не требует использования сложного сканирующего устройства, так как производит интегральную оценку контролируемого

параметра материала в поперечном направлении (сечении) полотна.

В известных технических решениях имеется использование СВЧ-излучения. однако СВЧ-излучения используются для просвечивания полотна материала по толщине, а в предлагаемом способе - в виде поверхностных волн, распространяющихся поперек полотна в плоскости листового материала.

Таким образом, имеющаяся совокупность отличительных признаков обеспечивает новые свойства предлагаемому способу измерений: высокие чувствительность и точность измерений. Кроме того, способ измерений не требует использования сложного и, дорогостоящего сканирующего устройства.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что в поперечном направлении полотна листового материала, откалибро- ванного по ширине, возбуждают одновременно две поверхностные волны ТЕ и ТМ. Эти волны, взаимодействуя с материалом, изменяют свои параметры, что и использу- ется при измерении. Для системы координат, показанной на рисунке, волна ТЕ имеет следующую структуру электромагнитного поля: Еу 0; Ех Ег 0; Нх 0; Нг 0; Ну 0.а волна ТМ: Ех 0; Ег 0; Еу 0; Ну 0; Нх HZ 0. Видно, что волны ТЕ и ТМ имеют разные структуры и, следовательно, различные постоянные распространения, зависящие от электрических свойств листового материала, а также от толщины и ширины его полотна. Причем эта зависимость достаточно резкая. Последнее обстоятельство и позволяет использовать поверхностные волны для измерения (контроля) свойств листовых материалов, например, привеса про- ниточной или покровной массы битума на 1 м2 полотна в процессе производства рубероида. Картон непропитанный и картон пропитанный битумом (пергамин) отличаются достаточно резко по электрическим свойст- вам (диэлектрической проницаемости и тангенсу угла диэлектрических потерь). При нанесении покровной массы битума-на пергамин электрические параметры изменяются слабо (или почти не изменяются), но зато изменяется толщина листа. Поскольку величины постоянных распространения ТЕ и ТМ волн однозначно связаны с изменением электрических свойств листового материала или геометрических размеров полотна, то на выходе полотна эти волны будут иметь определенные амплитуды и фазы, по изменению которых можно судить об изменении контролируемого параметра, например, толщины полотна (массы 1 м2) и др. Ампли- туды и фазы ТЕ и ТМ волн можно всегда измерить, например, с помощью амплифа- зометра. При контроле можно использовать изменение амплитуды и фазы как одной (наиболее контрастной) поверхностной вол- ны, так и их совокупности, например, разности (или суммы) сигналов, а также амплитудно-фазовое распределение ЭМ поля в пространстве. Поскольку протяженность

полотна в поперечном направлении может достигать нескольких десятков длин волн используемых СВЧ колебаний, то небольшое изменение, например, толщины полотна (массы) приведет к достаточно резкому изменению амплитуды и фазы распространяющейся поверхностной волны, что и обеспечивает высокую чувствительность и точность данному способу измерений.

На фиг. 1-3 представлена схема устройства, реализующего данный способ измерений.

Схема содержит генератор 1 СВЧ колебаний с модулятором, возбудитель 2 поверхностных ТЕ и ТМ волн, полотно 3 листового материала, антенну 4 приемную, разделитель 5 ТЕ и ТМ волн, делитель 6 на два направления, амплифазометр 7 ТЕ-волны, амплифазометр 8 ТМ волны типа ФК2-26, устройство 9 сравнения типа двойного вол- новодного Т-моста. амплифазометр 10 разностного (суммарного) сигнала, устройство 11 обрезки полотна по ширине, например, роликовые ножницы. При этом возбудитель 2 размещен с одной стороны полотна 3 листового материала, а приемная антенна 4 - с другой стороны.

Устройство работает следующим образом.

С помощью генератора 1, соединенного с возбудителем 2, в полотне 3 листового материала возбуждают ТЕ и ТМ поверхностные волны. Эти волны после взаимодейст-. вия с материалом на выходе полотна будут иметь определенные амплитуды и фазы, величины которых однозначно связаны с электрическими свойствами материала или геометрическими размерами полотна 3. На выходе полотна 3 волны ТЕ и ТМ принимаются приемной антенной 4, выход которой подсоединен ко входу разделителя 5 ТЕ и ТМ волн. С первого выхода разделителя 5 ТЕ волна через делитель 6 поступает на амплифазометр 7, а ТМ волна со второго выхода также через делитель - на амплифазометр 8. Другие выходы делителей 6 подключены к устройству 9 сравнения, где может быть сформирован разностный (или суммарный) сигнал из ТЕ и ТМ волн, который может быть измерен амплифазо- метром 10. Поскольку амплитуда и фаза ТЕ и ТМ волн определяется параметрами листового материала, то по показаниям ампли- фазометров 7, 8 и 10 (после калибровки) можно однозначно судить о величине измеряемого параметра материала, например о толщине (массе). Наиболее контрастное соотношение между рабочей длиной волны и оазмерами полотна подбираются экспериментально, при этом полотно может перемещаться по неподвижному металлическому экрану.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что он обеспечивает: контроль широкого класса параметров листовых материалов; высокую чувствительность измерений; высокую точность измерений; работу без дорогосто- ящего сканирующего устройства.

Указанные преимущества расширяют технические возможности способа и позволяют обеспечивать непрерывный неразру- шающий контроль таких важных характеристик, как, например, привес пропиточной и покровной масс при производстве рубероида.

Формула изобретения Способ измерения привеса пропиточной и покровной масс при изготовлении листовых материалов, включающий измерение амплитуды и СВЧ-фазы волн после взаимодействия СВЧ-излучения с контролируемым материалом, отличающий ся тем, что. с целью поёышения чувствительности и точности измерений, задают ширину полотна и на этом участке осуществляют взаимодействие СВЧ-излучения с листовым материалом путем одновременного возбуждения поверхностных поперечно-электрических и поперечно-магнитных волн, а величину привеса определяют по изменению в пространстве за полотном амплитуд и фаз или амплитудно-фазового распределения указанных волн, или их разностного, или суммарного сигнала.

Изобретение обеспечивает повышение чувствительности и точности измерений. СВЧ-сигнал от генератора поступает на возбудитель, который обеспечивает взаимодействие СВЧ-излучения с материалом путем возбуждения в полотне листового материала поперечно-электрических (ТЕ) и поперечно-магнитных (ТМ) поверхностных волн. В области пространства за полотном ТЕ и ТМ волны принимаются приемной антенной, реагирующей на сигнал с произвольной поляризацией. С выхода приемной антенны принятый сигнал поступает на вход разделителя ТЕ и ТМ волн, с выходов которого ТЕ и ТМ волны через делители подаются на входы соответственно амплифазометров. Кроме того, выходы делителей соединены с соответствующими входами устройства сравнения, в котором формируется разностный (или суммарный) сигнал ТЕ и ТМ волн, измеряемый амплифа- зометром. Поскольку после взаимодействия с материалом амплитуды и фазы принимаемых ТЕ и ТМ волн определяются параметрами и размерами листового материала, то по показаниям амплифазометров можно однозначно судить о величине измеряемого параметра, например толщине. 3 ил.

ФигЧ

О 0,1 0,2 0,3 0,4 O.S 2X

Фиг. 2

Фиг з