[发明专利]多通道测光测定装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种多通道测光测定装置，涉及一种例如利用近红外线的薄片(纸)水分率及厚度测定传感器的检测部分。

背景技术

在纸的制造工序中，水分率的控制很重要，需要对制造途中的纸的水分量进行监视的水分测定传感器。

测定水分量存在下述方法，即，利用近红外线进行透射衰减率测定，根据测定结果进行多变量分析，从而计算出水分率。

具体地说，根据(1)能够被水大量吸收的1.94μm波长、(2)能够被占据纸80％的纤维素大量吸收的2.1μm波长、(3)不能被上述两者吸收的1.7μm波长光的透射衰减率，计算出水分率。

光源大多使用卤素灯。使从光源射出的光透过纸，利用对光源频带具有灵敏度的InGaAS光电二极管或PbS元件检测透射光。

图6(a)是表示现有的测光测定装置的一个例子的图，将上部传感器头1以及下部传感器头2与O型框架3卡合，沿箭头X方向同步地往复驱动。在上下传感器头1、2之间，测定对象物(纸片)4以非接触的状态由未图示的输送单元从例如内侧向前方的方向输送。因此，测光测定装置的轨迹在纸片上以Z字形进行扫描。

图6(b)是表示上述上下传感器头1、2的详细内容的图，在本例子中，在上部传感器1中配置卤素灯5和滤光轮6，将利用滤光轮6滤光后而得到的1.94μm、2.1μm、1.7μm这3种波长的光向隔着纸片4配置的一对反射镜8入射。

然后，使通过一对反射镜发生散射的3种光入射至感光元件10。将入射后的光利用放大器12放大，并进行A/D变换后，利用CPU11计算出水分率。

近年来，部分使用了将LD或LED等半导体发光元件作为光源使用的方法(参照日本特表2008-539422“移動するシ一ト製品中の選んだ成分を測定するセンサ及び方法”的图3)。LD或LED与卤素灯相比具有下述优点，即，寿命较长，相对于消耗功率可以高效地发光，在使用可以实现较高的噪声去除的锁相放大器时，能够进行电气调制。

特别地，对于可以进行电气调制这一点，与需要机械调制方式的卤素灯光源相比，具有很大优势。机械调制具有下述缺点，即，机械运动部分的磨损所导致的故障风险变高，需要用于测定调制频率的机构而花费工时，以及难以进行高频下的调制等。另一方面，对于电气调制，由于不存在由于磨损导致的故障风险，根据进行驱动的频率而直接可知频率，所以不需要测定机构。

图7是日本特表2008-539422所记载的其他现有技术的一个例子的图，是对移动的纸片中的水分进行测定的水分传感器系统的概略图。系统包含：测定波长光源控制器42，其对测定光源16进行调制，并且控制该测定光源16的温度；以及基准波长光源控制器40，其对基准光源14进行调制，并且控制基准光源14的温度。

电源41与控制器40、42连接，光源14、16与光纤23、24的一端连结，光纤23、24的另一端与光学头28连接。

薄片(纸)30与光学头28相邻地配置，以可以使光31从光学头28射向薄片30。

反射光33的一部分由光学头28收集，光学头28还与光纤32连接，该光纤32将来自光学头28的光发送至检测器34。在这种结构中，光纤23、24输送光源光束，光纤32输送检测器光束。

系统含有放大器36、基准波长锁相放大器20、测定波长锁相放大器18、以及用于数据信号分析的计算机19。放大器36将来自检测器34的光感应电流变换为用于向锁相放大器18、20输入的电压信号。基准波长放大器20以及测定波长锁相放大器18对调制后的信号进行放大，与此同时，将该信号变换为直流电平的信号，并使所形成的信号通过低通滤波器(省略图示)，由此，抑制无法调制的背景噪声，从而将低电平的调制信号从背景中排除。

低通滤波器具有与调制频率相比低10倍的截止频率。低通输出滤波器和调制频率之间的频率之差越大，锁相检测的噪声性能越好。来自锁相放大器18、20的内部振荡器的波形，作为用于对光源14、16的调制光输出进行调制的光源控制器42、40的基准波形使用。

来自基准光源14以及测定光源16的光通过共通的光纤23、24，利用频分多路复用(FDM)进行传输，从而可以形成多路复用器及多路分配器。为了实施FDM，测定光源14及基准光源16分别被控制器40、42调制为不同的频率。

实施多路复用的一个优点在于，由于将各个光源调制为不同的频率，所以仅需要单个检测器34以及前置放大器36以检测两者的波长。