Способ определения стандартизированных показателей неоднородности просвета бумаги Советский патент 1993 года по МПК G01N21/89 

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля светопроницаемых материалов, например бумаги.

Известен способ, предназначенный для -автоматического контроля просвета бумаги в процессе ее выработки. Измеряются постоянная и переменная составляющие сигнала фотоумножителя. Стрелочный индикатор непрерывно показывает контрастность неоднородностей бумаги безотносительно к их размерам, а самописец регистрирует эту величину.

Наиболее близким к изобретению является способ определения характера просвета бумаги, использованный в работе. Узкий пучок света прямоугольного сечения 1,0 X

0,66 мм2 просвечивает испытуемый образец бумаги, зажатый между двумя стеклянными Чр дисками и вращающийся с постоянной ско- -Р ростью. Образец перемещается так, что он Ю может просвечиваться по 15 окружностям разного радиуса. Предусмотрена стабили- зация переменного напряжения питания осветителя и постоянного напряжения w питания фотоэлемента и усилителя фотото- г ка. Вакуумный фотоэлемент включен в схе- Ј му лампового усилителя-анализатора. Фототок через катодный повторитель подается на вход усилителя. Постоянная составляющая контролируется милливольтметром, включенным в катодный мост собранный на двух пентодах. Переменная составляющая

через переходный конденсатор подается на промежуточный усилитель и далее на двойной триод в качестве анодной нагрузки которого включена выпрямительная мостовая схема с LC-фильтром и милливольтметром в одной из диагоналей. Показания этого милливольтметра принимаются в качестве ве- личины переменной составляющей. Описанная схема позволяет производить запись фототоков на кинопленку шлёйфо- вым осциллографом. За характеристику неоднородности просвета принимается величина переменной составляющей при поддержании постоянной составляющей на неизменном уровне. Последнее достигает- ся регулировкой светового патока с помощью серого клина микрофотометра.

Недостатком способа является:

Питание осветителя переменным, хотя и стабилизированным напряжением вно- сит в сигнал фотоэлемента переменную составляющую, которая складывается с переменной составляющей вызванной неоднородностью просвета и может заметно исказить результат для образцов бумаги с достаточно равномерным-просеетом. Кроме того требуется также постоянный контроль за коэффициентом усиления электронной схемы и показателем неоднородности является (при условии неизменности величины постоянной составляющей для разных образцов) величина среднего отклонения от среднего, а не коэффициент вариации. Способ также не предусматриваетопределения среднего размера неоднородности или дру- гой линейной или поверхностной характеристики бумаги.: .

Целью изобретения является повышение объективности оценки неоднородности просвета бумаги и экспрессное определе- ние стандартизованных показателей неоднородности просвета.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения стандартизованных показателей неоднородности просвета бу- маги - коэффициента вариации прошедшего через образец световогопотока и среднего линейного размера оптической мэкроструктурной неоднородности бумаги путем просвечивания движущегося образца коллимиррванным лучом света, преобразования светового сигнала, прошедшего через образец, в электрический с помощью фотоприемника, разделенного измерения переменной и постоянной составляющий сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения объективности оценки неоднородности просвета бумаги и экспрессного определения стандартизованных показателей неоднородности просвета измеряют

среднеквадратичное значение переменной составляющей и число импульсов переменной составляющей электрического сигнала, после чего одновременно вычисляют коэффициент вариации по формуле

и.

100%,

где U - среднеквадратичное значение переменной составляющей электрического сигнала независимо от его формы;

и--постоянная составляющая электрического сигнала,

и средний линейный размер оптической макроструктурной неоднородности бумаги как отношение длины линии сканирования, пройденной за определенный промежуток времени к числу импульсов переменной составляющей напряжения за то же время.

Способ осуществляется следующим образом: движущийся образец бумаги просвечивают узким световым пучком; прошедший лист бумаги световой поток преобразуется фотоприемником в электрический сигнал, переменная и постоянная составляющие которого измеряются двумя различными вольтметрами. Один из вольтметров измеряет среднеквадратичное значение переменной составляющей U , а второй -т постоянную составляющую напряжения U-. Коэффициент вариации U определяют как отношение

U

IU

и выражают в процентах, с выхода внутреннего .усилителя вольтметра переменного напряжения усиленный сигнал подается на счетчик числа импульсов. Средний линейный размер оптической макроструктурной неоднородности определяют как отношение длины линии сканирования световым пучком,.пройденной за определенный промежуток времени к числу импульсов переменной составляющей напряжения за тот же интервал времени.

. Измерения занимают по времени до 5 мин за образец, включая и время обсчета, а время визуальной оценки качества бумаги, требующее сравнительного анализа не поддается определению, т.к. зависит 6т числа экспертов и образцов, представленных для сравнения. При ручном способе фотометри- роеания образцов на измерения и обработку результатов требуется не менее часа при длине дорожки сканирования 100 мм.

Изобретение иллюстрируется чертежом.

Установка для реализации способа состоит из источника 1 света, стабилизирован- ного выпрямителя 2, диафрагмы 3, движущегося образца 4 бумаги, двух стеклянных дисков 5, электромотора 6, автотрансформатора 7, коллиматора 8, фотодиода 9, милливольтметра 10, вольтметра 11, усилителя 12, частотомера 13, вогнутого зеркала 14.

Установка работает следующим образом.

Луч света от источника 1, который питается от стабилизированного выпрямителя 2, пройдя через диафрагму 3 фокусируется на исследуемый образец 4, зажатый между двумя стеклянными дисками 5. Диски приводятся во вращение электродвигателем 6, который питается от сети через автотрансформатор 7. Свет, прошедший бумажный лист через коллиматор 8, попадает на фотодиод 9. С нагрузочного сопротивления фотодиода напряжение подается на вход милливольтметра 10, измеряющего среднеквадратичное значение переменной составляющей сигнала U и через интегрирующую RC-цепочку на вход вольтметра 11, измеряющего постоянную составляющую сигнала. С выхода внутреннего усилителя вольтметра 10 переменное напряжение, пропорциональное входному сигналу, подается на усилитель 12, нагруженный на потенциометр. Сигнал с подвижного контакта потенциометра подается на вход частотомера 13. При установившейся скорости вращения образца расчеты производят по формулам

и -fji юо%

(D

где U - коэффициент вариации;

U - показания по шкале милливольтметра 10;

U - показания на табло вольтметра 12 в мВ.

2лР Ј.

(2)

где I - средний размер неоднородности;

R - радиус дорожки сканирования (расстояние от центра светового пучка до оси вращения образца), мм;

fo - частота вращения образца, Гц;

f - показания частотомера 13, Гц.

В качестве осветителя в установке используется переделанная осветительная система микрофотометра. В ней усилен световой поток в сторону образца за счет замены задней и боковой линз осветителя

вогнутыми зеркалами 14, а на станине микрофотометра укреплена подвижная каретка с электродвигателем 6, позволяющая перемещать электродвигатель с укрепленным на

его оси образцом и таким образом устанавливать желаемый радиус окружности, по которой проводится сканирование световым пучком.

Частоту вращения образца можно измерять двумя способами:

1. Измеряя частоту светового сигнала от зеркальца, укрепленного на оси электродвигателя с помощью вспомогательного источника света и фотоприемника. В этом случае частотомер позволяет сразу получить отношение f0/f.

2. Регистрируя свет проходящий через узкий ( 3 мм) вырез на периферии образца с помощью фотодиода 9 и цепочки 10-12-13

с переключением шкалы милливольтметра. Хотя в этом случае измерение f0 и f разнесены во времени, предварительные измерения показали, что при фиксированном значении напряжения питания скорость

вращения электромотора остается постоянной в пределах ± 1% от среднего, что существенно ниже экспериментального разброса I, измеренных по разным дорожкам сканирования для одного и того же

образца.

Сопротивление RI 62 КОм подобрано экспериментально из условия, чтобы диод работал в линейной части характеристики во всем применяемом диапазоне изменения светового потока. Постоянная НС-цепочки, равная 1 с (R 1 МОм, С 1 мкФ) на порядок больше времени одного оборота образца. Кроме того, RC-цепочка отфильтровывает наводку 50 Гц. 0,5 мВ, которая в

ее отсутствие идет от входа вольтметра 1 . Милливольтметр 10 имеет выход широкополосного усилителя с амплитудой на выходе до 100 мВ (при отклонении стрелки на конечную отметку шкалы независимо от поддиапазона измерений). Так как порог срабатывания частотомера 13 составляет 0.3 В, требуется ввести усилитель 12 с коэффициентом усиления 10 и максимальной амплитудой выходного сигнала 10 В. При

этом на выходе усилителя все входные сигналы с амплитудой выше 10 мВ дают прямоугольные импульсы с амплитудой 10 В. Делитель на потенциометре R позволяет выбрать такое положение, когда импульсы, вызванные усилением шума вольтметра и собственным шумом усилителя частотомером не считаются, а все импульсы сигнала с фотодиода, с амплитудой большей чем 0,003 от максимальной считаются независимо от

их амплитуды. Полоса пропускания усилителя 100 Гц -20 кГц.

При мер. Исследовалось качество просвета офсетной бумаги при различных отношениях скорости машины DM и скорости сетки Uc.

Измерения производились следующим образом.

Электронные приборы прогревались в течение времени, указанного в прилагаемых к ним-инструкциях. Из исследуемого листа бумаги вырезался круглый образец диаметром 200 мм с центральным отверстием 10 мм. На его периферии вырезалась щель шириной 3 мм и длиной 5 мм. Образец зажимался между стеклянными дисками. При неподвижном образце проверялось отсутствие наводок (нулевые показаний милливольтметра переменного напряжения и частотомера) при световом пучке перекрытом образцом и показании вольтметра постоянного тока около 100 мВ. Постоянная составляющая регулировалась напряжением накала осветителя. Затем мотор с закрепленным на нем образцом перемещался так, чтобы при вращении образца луч света мог проходить через вырез на периферии и подавалось напряжение питания на мотор

(50 Гц) - 100 В. При этом вход милливольтметра 10 переключался на наиболее грубую шкалу, т.к. освещенность фотодиода через бумагу в десятки раз меньше, чем через стекло. После того как показания частотомера стабилизировались делался отсчет показаний fo (время отсчета 10 с). Мотор передвигался в положение, соответствующее радиусу сканирования 90 мм (в ряде случаев начальный радиус меньше, т.к.

часть образца занята маркировкой). После стабилизации показаний частотомера снимались показания f, U- и U соответственно с частотомера, вольтметров постоянного и переменного напряжений. Образец пе

реводился в положение соответствующее следующему радиусу сканирования и процедура повторялась. В конце измерений повторялось измерение fo. После чего выключалось питание электродвигателя и

производилась смена образца.

Сущность изобретения: движущийся образец бумаги просвечивают узким световым пучком. Прошедший лист бумаги световой поток преобразуется фотоприемником в электрический сигнал, переменная и постоянная составляющие которого измеряются двумя различными вольтметрами. Один из вольтметров измеряет среднеквадратичное значение переменной составляющей V , а второй - постоянную составляющую напряжения U-, Коэффициент вариации U определяют как отношение /U-и выражают в процентах. С выхода внутреннего усилителя вольтметра переменного напряжения усиленный сигнал подается на счетчик числа импульсов, Средний линейный размер оптической макроструктурной неоднородности определяют как отношение длины линии сканирования световым пучком, пройденной за определенный промежуток времени, к числу импульсов переменной составляющей напряжения за тот же интервал времени. 1 ил. ел с

Формул аизобретени я Способ определения стандартизованных показателей неоднородности просвета бумаги-коэффициента вариации прошедшего через образец светового потока и среднего линейного размера оптической макроструктурной неоднородности бумаги путем просвечивания движущегося образца коляимированным лучом света, преобразования светового сигнала, прошедшего через образец, в электрический с помощью фотоприемника, раздельного измерения переменной и постоянной составляющих сигнала, о т л и чаю щи и с я тем, что, с целью повышения объективности оценки неоднородности просвета бумаги и экспрессного определения стандартизованных показателей неоднородности просвета, измеряют среднеквадратичное значение переменной составляющей и чис

ло импульсов переменной составляющей электрического сигнала, после чего одновременно вычисляют коэффициент вариации по формуле,

и -100%,

где U - среднеквадратичное значение пе- ременной составляющей электрического сигнала независимо от его формы;

U- - постоянная составляющая электрического сигнала и средний линейный размер оптической макроструктурной нео- днородности бумаги, как отношение дли- ны линии сканирования, пройденной за определенный промежуток времени, к числу импульсов переменной составляющей напряжения за то же время.

р

ж

Л

//

С