专利名称：在板材制造系统中测量选择组分的传感器和方法
技术领域：
本发明大##及用于控制连续的板材制造系统的系统，更具体地，涉及用 于测量纸张、塑料等中具体组分浓度的传感器和方法。该技术采用入射红外辐 射到材料层上且检测来自该材料的辐射的装置，其中该红外辐射在具体波长带 宽上。 10 背景技术在现代高，氏技术中，已知连续测量该纸张材料的某一属性以监测成品 质量。这些在线测量方法通常包括基本重量、水含量和层厚即厚度。这些测量 方法可用于控制目标的工艺变量，该目标为在制造过程中保持输出质量且最小 化由于扰动必须退回的产品数量。 15 對以地，在塑料生产中，已知地，当曝露在具有某一波长的辐射下时，可M它们的特征吸收峰值来识别特定聚合体。实际上，可采用这种在线测量方 法来检测生产中、随意使用的或回收的塑料制品中具体聚合体的存在和浓度。该在线层属性测量方法经常通过扫描传感器来完成，该扫描传自周期地从一边到另一边地横穿该层材料。例如，高速扫描传感器可如在20秒这么短 20的周期内完成扫描，通过以约50毫秒间隔从该传感器读出观懂结果。 一系列静^#感器还可用于进4于类似的在线测量。在连续造纟劲几器上的纸张生产中，从4，进的网格造纸织物上的纤维(原料)7K悬浮液形成纸幅，且通过重力和抽吸以通过该织物排水。然后将纸幅传送到加压段，其中可通过压力和真空去除更多水分。该纸幅然后iiA干燥段，在这25里蒸气加热干燥器和热气完成干燥程序。实质上，该造纟辩几器是一种去水系统。 造纸机器的典型形成段包括环形行进造纸织物或金属丝，其4f进在一系列的去 水元件比如台辊、箔片、真空箔片和抽吸箱上方。该原料被携载在造纸织物顶 面上，并且当该织物1亍进在连续的抽7乂元件上方时被抽水以形成纸张层。最后， 将该湿层传送到造纸机器的加压段，其中去除足够的水分以形成纸张层。本领30 域公知的造纸装置例如在G.A. Smook 1992年Angus Wilde Publications,Inc, Pulp& Paper Technologists第二版手册中描述了 ，其还在R. MacDonald Pulp, 1970年 版，McGraw Hill的Paper Manufacture第三巻(Papermaking and Paperboard Making)中描述了。造縣鄉一步在例如He的美国专利Nos.5,539,634、 Hu 的5,022,966、 Balakrishnan的4,982,334、 Boissevain等人的4,786,817、 Anderson 5等人的4,767,935中描述了。许多因素影响去水率，该去水率最终影响生产的 纸张质量。明显地，监测最终的纸品是有利地，尤其是预观,控制生产的纸张 的干织物重量。传统地，根据其离开主干燥段或者在巻带轴处采用扫描传SI来测量层材 料的7jC含量。这种观糧方法可用于朝实现预期参数来调整机器工作。用于测量io水含量的一种技术是采用红外区域中水的吸收频段。为此，通常使用监测或测 量设备。这种设备传统地使用固定测量计或安装在扫描头上的测量计，当单个 机器需要时，该扫描头在干燥段出口和/或在巻带轴入口处往返地横穿该织物扫 描。这些测量计典型地使用宽带红外源和一个或多个检测器，所述检测器具有 由窄带滤波器选择的所关注的波长，该窄带滤波器例如是干涉型滤波器。使用15的这些测量计分为两个主要M:翻型，其中该源和检测驗该织物相对侧 上并且在扫描测量计中其横穿它同步扫描；以及散射型(有时称为反射型)， 其中该源和检测器在该织物一侧上的一个头中，该检测器响应从该织物散射的 源辐射量。尽管最常用的是定位IR湿度计在更良性的干端环境中，但是类似的测量20计也可在造纸机器的湿端采用。该湿端湿度计通常位于压力段一端或干燥段的始端。在这些位置中的测量计对于诊断造纸机器的压力和形成段是有利的，或 者对于"设立"该织物用于进入该干燥段是有利的。塑料膜可以皿各种方式生产。典型地，原材料、比如热塑性塑料被融化 为橡胶状块，然后穿过由许多加热协作辊组成的一系列夹具以形成具体厚度的25膜、层或幅。此外，不同类型的聚合体膜可层压在一起以形成多层膜。期望工 艺控制来监测生产的膜厚。许多当前的光谱学型传mi依靠非通用的、非普通的技术来检测纸张和聚 合体产品的各种特性或组成。这些现有技术典型地JOT无源散装光学元件例如 分束器(或者振幅或dichoric)和单个的固定滤波器。明显地， 一，陷是这30些传感器不容易重构以检测不同组分。此外难以采用最佳的滤波器带宽或移动滤波器中心波长以补偿温度在光谱学材料特征中引起的波长偏移。现有技术的 传感器还不可提供允许从第一工作模式转换到第二工作模式的通用性，在该第 一工作模式中，使用光谱学技术检测各种组分的重量，在该第二工作模式中，例如4顿干涉观糧技术来测量涂层厚度。具体地，M31干涉测量技术，采用波5长变化方法是尤其有用的，该波长变化方法有能力以具体频谱分辨率在某一波 长范围上调整，该具体频谱分辨率将取决于光学厚度，对于所关注的具体涂层 来说，其是折射率和物理厚度的乘积。这种通用性是f細固定宽度和定位滤波 器的现有技术传感器无法获得的。最终，通过现有技术的离散滤波器在平坦层 中测量许多组分必需要相应地大量检测器和滤波器。假设信号必须分割许多 10次，那么将不利地影响信号强度，并且伴随有信噪比减小。现有技术的测量计通常为被配置用于具体应用的硬件。这必须限定大量通道、典型地在从2到12或更多波^ait的范围内，每一个波长通道具有专门的滤波器，该专门的滤波器具有其自己的具体中心波长和频谱宽度。该工艺是 劳动密集的、昂贵的且效率低下的，而且，这些测量计包括许多多余的组件。15 发明内容本发明部分基于可为有效的且通用的光谱学传,配置声光可调滤波器的 认识。通过该变化的频谱滤波器，该滤波器的中心波长和带宽可M调节到预 期波长。在一个实施例中，本发明涉及一种传感器，用于测量组合物中的至少一个 20选择组分的基础重量，其包括(a) 宽带光源；(b) 声光可调微器(AOTF);(c) 用于从光源产生光束的装置，并且其入射光束到AOTF上，其中可 调节AOTF以通过具有预期波长范围的检测光来检测该组合物中至少一种组分25 的存在；(d) 用于入射已知波长检测光到该组合物的装置；(e) 用于接收来自组合物的光的检测装置；以及(f) 程序结构(program structure),其耦合到AOTF，该程序结构可为AOTF 提供作为该组合物中至少一种组分特性的至少一个预期波长范围。30 在另一个实施例中，本发明涉及一种传S^，用于测量光学透明膜的厚度， 其包括(a) 宽带光源；(b) 声光可调^l^波器(AOTF);(c) 用于从光源产生光束的装置，并且其入射光束到AOTF上，其中动 5态地在可在该透明膜中产生干涉的波长范围上调节AOTF;(d) 用于入射已知波长检测光到该摸的装置；(e) 用于接收来自该膜的光的检测装置；以及(f) 禾聘结构，其耦合到AOTF,该，將结构可为AOTF提供至少一个 预期波长范围，该至少一个预期波长范围可在该透明膜中产生干涉。io 在另一个实施例中，本发明涉及一种传感器，用于测量组和物中至少一种选择组分的基础重量，其包括(a) 宽带光源，其产生入射到该组和物的光；(b) 声光可调滤波器(AOTF)，将其定位以接收来自该组合物的光，其 中调整AOTF以M31具有预期波长范围的检测光以检测该组和物中至少一种组15分的存在；(C)用于接收该检测光的检测装置；以及(d)程序结构，其耦合到AOTF，该程序结构可为AOTF提供至少一个 预期波长范围，该至少一个预期波长范围是该组合物中至少一种组分的特性。 在另一个实施例中，本发明涉及一种传 ，用于测量光学透明膜的厚度，20其包括(a) 宽带光源，其产生入射到该膜的光；(b) 声光可调滤波器(AOTF)，将其定位以接收来自该膜的光，其中动 态地在可在该透明膜中产生干涉的波长范围上调节AOTF;;(C)用于接收准直检测光的检测體；以及 25 (d)程序结构，其耦合到AOTF,该程序结构可为AOTF提供至少一个预期波长范围，该至少一个预期波长范围可在该透明膜中产生干涉。在又一个实施例中，本发明涉及一种方法，用于测量组合物中的至少一个选择组分的数量，其包括以下步骤(a)入射宽带光到声光可调搶波器(AOTF); 30 (b)调整AOTF以M:具有预期波长的第一检测光，以检测组合物中第 一组分的存在；(C) ^!t第一1^测光到该组合物；(d) 检测来自该组合物的第一检测光的强度；(e) 调整AOTF以改变该检测光的波长，以产生第二检测光来测量该组 5合物中的第二组分；(f) /Jt第二检测光到该组合物；(g) 检测来自该组合物的第二检测光纟贩；(h) 任选地，重复步骤(f)和(g)，但是4吏用不同的波长，以测量不同 于第一和第二组分的一个或多种组分；以及10 (0任选地，测量组合物温度并改变第一或第二检测光的波长，使得对于检测中所关注的具体组分的灵ioS最优化。在另一个实施例中，本发明涉及一种方法，用于澳糧光学透明膜的厚度， 其包括以下步骤(a)入射宽带光到声光可调滤波器(AOTF); 15 (b)动态调整AOTF以通过具有预期扫频波长频带的第一检测光，以在光学透明膜中产生干涉；(c) 入射第一1t测光到该膜；(d) 检测来自该膜的第一检测光的5破；(e) 当用于光学透明膜厚度的干涉条件达到时，检观U第一检观恍的强度 20变化；以及(f) 禾,产生干涉劍牛的波长计算膜厚。在又一个实施例中，本发明涉及一种方法，用于测量组合物中的至少一个 选择组分的基础重量，其包括以下步骤 (a)入射宽带光到该组和物； 25 (b)入射来自该组合物的光到声光可调滤波器(AOTF);(c) 调整AOTF以通过具有预期波长的第一检测光，以检测该组合物中 第一组分的存在；(d) 检测来自该组合物的第一检测光的5贩；(e) 调整AOTF以改变该检测光的波长，以产生第二检测光来测量该组 30合物中的第二组分；(f) 检测来自该组合物的第二检测光强度；(g) 任选地，重复步骤(e)和(f)，但是使用不同的波长，以测量不同 于第一和第二组分的一个或多种组分；以及(h) 任选地，测量组合物^it并改麟一或第二检测光的波长，使得测 5量的检测光强度最优化。最后，在另一实施例中，本发明涉及一种方法，用于测量光学透明膜的厚 度，其包括以下步骤(a) 入射宽带光到该膜；(b) 入射来自该膜的光到声光可调滤波器(AOTF);o (c)动态调整AOTF以fflil具有预期扫频波长频带的第一检测光，以在光学透明膜中产生干涉；(d) 检测来自该膜的第一检测光的纟贩；(e) 当用于光学透明膜厚度的干涉条件达到时，检测第一检观恍的强度 变化；以及5 (f)利用产生干涉条件的波长计算膜厚。
图1A和1B是本发明传感器设备的两个实施例的示意亂 图2说明了包括本发明传自的板材制造系统；以及 图3说明了塑料薄膜制造设备侧视图。 ,o具体实施方式
本发明涉及用于检测组合物尤其是薄膜、织物或薄片形式的材料属性的传 感器设备。虽然以观糧纸张和塑料产品来阐述该传感器，但是可以理解的是， 可采用该传感器来检测其他材料的属性，例如涂层材料和织物等的属性。该传 感器设备还可测量光学透明膜等的厚度。 :5 如图1A中所示，采用该传感器测量纸5域塑料30板的物理特性。来自宽带光源12例如白光源的光M3t镜14和/或抛物面反射境10准直。合适的 光源包括例如发光二极管(LED)和石英钩卤素(QTH)灯。如果需要，则可 使用常规调i皆音叉或调制盘通过直接振幅调制来调制该光。如果使用LED光 源，则可ilil其驱动电流直接完成调制。 ;o 4纷隹直的宽带光8引到声光可调滤波器(AOTF)。为了过虑红外辐射频
谱的光，例如波长在l到大于4nm的范围，AOTF te包括具有压电传麟比 如压电换能器(PZT) 18的声光晶体16，比如碲氧化物(Te02)或铌酸锂 (LiNb03)，该压电传感器连接到该晶体的一面上。可变射频(RF)产生器6 施加RF信号给PZT，以产生折射率调制，例如衍射光栅，该折射率调制在声 5光晶体中产生。因此，分散穿过调制晶体的宽带光8以形成光22的频谱或具 有扫频波长的光束。通31i^择施加的RF信号的合适频率，可调整分散度。将 RF信号横向施加到光8。在该传感器中还可采用其中光和RF信号在同一直线上传播的声光可调滤 波器。 地，AOTF包括声吸收器4，该声吸收器4阻止不期望的RF信号 io向后反射。合适的AOTFs可从以下制造商获得，所述制造商包括BrimoroseCoip. (Baltimore MD)、 Isomet (SpringfieHVA)和Gooch &Housego (U.K.)。由不可透过光22的材料制成的掩蔽物24吸收或湖光22，除了光22的 专门选择的部分之外，该专门选择的部分穿过掩蔽物24中的孔或缝隙26。穿 过孔26的光将具有预期带宽以用于分析该板材30的一个或多个成分。由于是 15透明的，所以施加到晶体16上的RF信号的频率改变偏移了穿过 L 26的辐射 波长。期望的是，可典型地在10微秒内将在1,到大于4拜波长范围内的红 外辐射从一个波长调节到另一个波长。可替换地，代替改变RF信号的频率， 移动该掩蔽物24以调动该孔26使得穿过预期带宽的辐射。与该板材相邻地设 置非接触^^传感器27，以测量其温度，并将来自这里的温度信号传送或传送 20至啦制器25，比如微处理器。当该板材的温度变换时，必须调整预期带宽的中 心波长以最优化检测。该瞎形中，控制器25改变来自RF产生器6的RF信号 的频率。此外，如这里进一步描述的，该控制器可具有存储关于不同组分信息的数 据库，该不同组分是可检观啲，例如聚合体和与它们相关的检测辐射带宽。因 25此，控制器25可自动改变来自产生器6的RF信号以检测不同组分。亍继地，定位适当的调节光学器件例如聚焦透镜28以将光束20入射到该 织物30上。光从织物30形成为发散光或透射光。在一个实施例中，该传繊 采用聚焦透镜34和检测器38以测量来自织物30 TO的光的强度。可替换的， 结合或代替透镜34和检测器38， j顿聚焦透镜36和检测器32来测量M织 30物30邀寸的光强。
图iB说明了该传ii^设备的另一实施例，配置该传,设备以j吏得将来自!tt测材料的^A射到AOTF。来自宽带光源12A的^13iM 14A禾P/或 抛物线反射器10A准直。将该准直宽带光8A朝板材30A入射。穿过板材30 的^i!M^ 38A准直以形成入射到AOTF上的光束9A， AOTF包括带有压 5电传,18A (PZT)的声光晶体16A，该压电传感器18A连接到该晶体的一 面上。RF产生器6A施加RF信号给该PZT，以产生折射率调制，以在声光晶 体中产生例如衍射光栅。因此，穿过该调制晶体的宽带光9A被分散以形成光 22A的频谱或者带有扫频波长的光束。 地，AOTF包括阻止不期望的RF 信号后反射的声吸收器4A。io 除了光22A的专门选择的部分之夕卜，掩蔽物24A吸收或反射光22A，该专门选择的部分穿过掩蔽物24A中的孔或缝隙26A。穿过孔26A的光将具有 预期带宽和中心波长以用于分析该板材30A的一个或多个成分。由于是透明 的，所以施加到晶体16A上的RF信号的频率改变偏移了穿过 L 26A的辐射波 长。可替换地，代替改变RF信号的频率，移动该掩蔽物24A以调动该孔26A15使得穿过预期带宽的辐射。该设备还包括非接触温度传感器27A和控制器 25A。图1B中示出的设备测量邀寸光。可替换地，如图1A所示，可配置该设 备以测量来自板材30A的发散光。可容易地配置图1A和1B中示出的该传li^设备以M31干涉测量模式操 20作来测量光学透明薄膜厚度。具体地，在可在该膜中产生干涉的波长范围上动 态调节AOFT。当连续地在波长范围上调节该波长时，产生周期强度图案以作 为波长的函数。可访问合适的数据库或实施适当的软件，以根据产生的干涉图 案的周斯性计算薄膜厚度。在一个实施例中，可4OT该创造性的传感器以在板材制造系统中测量含水 25混合物(指湿原料)的物理特性。图2示出了用于生产连续的纸张材料层54 的典型板材制造系统，该系统包括操纵机构罩壳40、蒸气罩42、分类暂存器50、 巻带轴52和包括该传感器的扫描系统60。在该f喿纵机构罩壳40中，布置致动 器以控制沿横向(CD)卸出湿原料到支撑金属丝或网46上。形成在该金属丝 46顶部的纤维材料层连串地朝滚轮44和48之间的机器方向(MD)行进并穿 30过分类暂存器50。该分类暂存器50包括控制横向施加在纸张网上的压縮力的
致动器。该系统包括压搾部(未示出)，其中从该层中机械地去除水分并且合并该网。之后，M31在千燥部分(未示出)中蒸发去除7jC分。完成的层产品54 收集在巻带轴52上。实际上，该纸张制造工艺的接,纵机构罩壳的部分成 为"湿端"，而该工艺接近巻带轴的部分成为"干端"。纸张制造机皿现有技 5术中是已知的，且例如在美国专利No.6,780,284中有所描述，其中该专利在此 引作参考。该扫描系统60通常包括水平延伸导轨对64，其横跨纸产品54的宽度。 M直立的支柱62在它们的相对端处支撑该导轨，且该导轨垂直方向上间隔 足够的距离，以存在用于纸产品54在这些导轨之间行进的间隙。将该传感器 io固定到托架66上，在进行测量时该托架66在纸产品54上方来回移动。用于 纸张制造生产的在线扫描传感器系统在Dahlquist的美国专利Nos.4,879,471、 Dahlquist等人的5,094,535、 Dahlquist的5,166,748中公开了，上述专利全部在 此引作参考。红夕卜(IR)光谱学是一种用于7jC含量测量的技术。 一种方法是预先确定吸 15收和所关注的参考IR波长，并采用该创造性的传感器提供恒定的、可靠的、 在所需波长范围内的能流以产生合适的水重观糧值。具体地，水吸收作为波长 函数的、横穿该红外频谱的辐射。层中水含量越高，水吸收峰值处或其附近的、 将穿过该层或由该层反射的辐射就越少。该传 可使用吸收IR频段波长来首先测量来自纸张层的辐射强度。之 20后，皿改 加到AOTF的RF信号，将该参考频段波长处的IR辐射入射 至U纸张层上并测量其强度。实际上，第一测量主要对该层中水含量敏感，并且 当该层干燥时测量到更多的红外辐射，而当该层湿润时测量到更少的红外辐 射。相反，对于第二测量来说，该辐射是IR频段波长，其中有很少量的水吸 收。该频段中的光损失是由于该层的非7K相关损失。这些损失的原因主要是从 25该层駒寸和该层的非水相关衰减因素。因此，当层纤维的基本重量即每单位面 积重量增加时，第二测量检测到更少的红外辐射。第二测量校正该层的非水相 关损失。可容易地最优化该创造性的传感器以调整改变其工作环境中的动态变化。 例如，已知地，在典型的环境^#下，用于纸张中湿气的吸收或传感中心波长 30典型地为1.93pm且参考波长典型地是1.84nm，但是该吸收波长是与温度相关
的。换言之，最优的吸收波长随着温度改变。不管纸张中的温度波动，而保持 准确且精准观糧的一种技术是在保持最优带宽的同时偏移该中心波长。因此，随着纸张鹏变化，调整RF信号频率以适当偏移辐射波长，因此，该吸收IR保持中心位于该频谱吸收的最敏感区域。在补偿温度变换的同时，这有效地阻5止了该传自的湿气灵敏度。关于使用离散滤波器的现有技术光谱传感器，必 需增加滤波器带宽以使皿减少该传感器的感光性。不幸地，皿影响了传感 器,气的灵驗。除了测量7K含量外，该层材料的其他物理特性也可被监测。这些成洲洳 包括纤维，象纤维素、橡胶；无机物等，例如CaC03和粘土。在每一种情况 10下，需要选择合适的辐射区域例如红外带宽。通过纸张和涂覆有纸张的产品中不同组分的IR吸收在Chase的美国专利5,013,403、 Chase等人的5,235,192、 Bdotserkovsky等人的5,795,394中进一步描述了，，专利以全部在此引作参可采用本发明的一个或多个传感器来最优化纸张制造机器。用于纸张制造15机器的步骤控制技术进一步在例如Hu等人的美国专利Nos.6,149,770、 Hagart-Alexander等人的6,092,003、 Heaven等人的6,080,278、 Hu等人的6,059,931、 Hu等人的6,853,543、 He的5,892,679中描述了 ，战专利全部在此弓l作参考。 由于^3S明的，因此如图2中所示，可调整纸张制造机器的湿端和干端的 大量参数。例如，M:该扫描器系统60，可产生纸张的连续水分图表并将其与20用于制造具体等级纸张的"理想"图表比较。根据与理想的偏差程度，可因此 调整湿端和/或干端的参数。参见例如Hagart-Alexander等人的美国专利 6,092,003，将该专利在此引作参考。使用致动器例如蒸气室或力口湿喷7K器可控 制干端和湿端参数比如水分图表。在另一实施例中，可使用该创造性传麟140来测量在连续塑料生产工艺25中形成的薄膜中的聚合##度。图3说明了一种设备，用于制造塑料薄膜，其 包括锥形挤压机101，该锥形挤压机101包括锥形转子102、外部定子103和 内部定子104。当该转子102旋转时，它从挤压机101挤压转子102与定子103 禾口104之间的原料。该内定子104的端部是宽的且在垂直方向上逐渐变细，因 此与喷嘴106 —起形成相对平坦且宽的缝隙，M该缝隙挤压塑料105。在该30喷嘴106之后，有校准件107，该校准件107的螺母用于调整该缝隙的高度，
这允许限定将从该挤压机101获得的塑料薄膜150的厚度。在离开该挤压机101后，通过7转卩装置108 7衬卩该塑料膜150，该冷却装 置108可包括冷却辊109，其布置在装有水的冷却箱110中。布置该塑料膜150 以通过冷却辊109挤压。该设备具有辅助辊lll以用于在几个点上引导该塑料 5膜105。在y衬卩后，引导该塑料膜150到包括定位辊113和加热錢114的机器方 向定位體112，可调整定位辊113的速度使得它们可用于拉伸该塑料膜150， 该加热装置114比如辐射加热器用于加热该塑料膜150。因此，该塑料膜150 移动到压縮室115，该压縮室115装有由泵116供给的压縮空气。在压縮室115io的尾端和前》瑞提供有密封室127。当压縮室115中的压力M31泵116增加时， 该温度也随着压缩气体而升高。该热量被用来加热该塑料膜150。还可为压缩 室115提供加热电阻器，设置该加热电阻器以加热塑料膜150。因此，该压縮 室即可用于供气给塑料膜还可用于加热塑料膜150以用于在横向上定向。当添加原料到该塑料中时可形成空化气泡。当在定向后对该塑料膜150施15加加压气体时，该气体扩散为空化气泡并在这些气泡中产生过压。在压缩室115 中，力啦气体可作用在塑料膜150的两侧，因此，气泡均匀地在塑料膜150中 形成。接着，塑料膜150 m横向定向装置117，该装置117中该塑料膜150横 向伸展，所述横向横切该机器方向體112中执行的定向方向。该横向定向装20置117包括两个定向轮118，并且靠着两个轮布置定向带119。该定向带119 是无端头带，其M31带弓I导辊120引导。基本沿着横向定向装置117的整个行 程，该定向带119稳固地且均匀地挤压定向轮118和定向带119之间的塑料膜 150的边缘，在该情形下，不会对该膜施加变化的压应力和拉伸应变，并且该 塑料膜因此向一旁伸展而不会断开。谢黄向定向驢117可定位在该罩126中。25最后，将塑料膜150弓l导到松弛单元122，在该松弛单元122中力対公该塑料膜 150并将其缠绕在巻轴123上。如图3中所示，定位本发明的传麟140以在缠绕于巻轴之前监测该塑料 膜。可以理解，可沿着生产线如所期望的那样在任何地方定位该传mi 140。 可与现有技术中已知的连续生产塑料膜的任何合适设备一起采用本发明的传感30器。代表性的机器例如在Kiijavainen的美国专利6,793,854、 Krycki的6,565,343、他okawa等人的5,230,923、 Reinke等人的4,797,246和4,311,658，这些专利在此引作参考。该传繊的4腿应用是舰测量形成该膜的具体聚合微度(每单位面积重量，其中典型地以克每平方米计量，gsm)来监测薄膜厚度。在该膜包括单 5层的一个聚合体的情形下，设定该传感器140以入射合适带宽的辐射例如红外 辐射来测量该聚合体。在该塑料为包括两种或更多种聚合体的混合物单层的情 形下，或者在该塑料为多层膜的情形下，可对该传感器中的AOTF编程，以连 续改变带宽，以测量存在的不同聚合体。可替换地，可对AOFT (通过RF产 生器)编程，以顺序地进入所关注的具微长频段，该具体波长频段用于该塑io料膜中所关注的具体组分。多层膜典型地包括层压在一起的多层。优选地，在 该多层结构中，相邻层由不同聚合体材料形成。通过采用具有不同物理属性的 不同聚合体，该多层膜可具有单层膜中不存在的组合物理属性。例如，多层膜 可抗湿气、抗磨损且还保持柔软。尤其，本发明的传感皿效地控制多层膜的 生产，以确保该膜中的每一层都具有正确的厚度或重量(gsm)，因此该多层膜15具有正确的组合属性。如上所述，可采用大量AOFT传感器以并行处理数据。 每一个聚合tt特定波长具有吸收峰值。M产生数据库或相反在该传感 器中对控制器编程，来自传感器的辐射带宽可顺序地通过每一个波长转换，以 测量所关注的聚合体。如果该多层膜中的具体聚合体组分的密度是已知的，那 么可确定该膜组分的厚度。该厚度可通过计算机计算。通常，不计算该膜厚并20且组分的重量(gsm)是用户用于质量控制所需要的全部。前面描述了本发明的原理、 实施例和工作方式。然而，本发明的构建 可不限于讨论的具体实施例。代替地，，实施例应理解为示例性的而不是限 制性的，并且可以理解，不脱离下面的权利要求书限定的本发明范围，本领域 技术人员可在那些实施例中进行变化。
权利要求
1. 一种传感器，用于测量组合物中的至少一种选择组分，包括 (a)宽带光源(12);5 (b)声光可调i^波器(AOTF) (16， 18);(c) 用于从光源(12)产生光束(10， 14)的装置，并且其入射光束到 AOTF (16， 18)上，其中调节AOTF (16， 18)，以通过具有预期波长范围的 检测光来检测该组合物中至少一种组分的浓度；(d) 用于入射已知波长检测光(34， 36)到该组合物的装置； io (e)用于接收来自组合物的光(32， 34)的检测装置；(f)程序结构(25)，其耦合到AOTF (16， 18)，该程序结构(25)可 为AOTF (16， 18)提供作为该组合物中至少一种组分纟争性的至少一个预期波 长范围。
2. 如权利要求l所述的传麟，其特征在于，还包括15 持久的存储器(25)，其耦合到程序结构(25)，其中该持久的存储器(25)可根据该组合物的一种组分或多种组分为程序结构(25)提供至少一个预期的 波长范围。
3. 如权利要求l所述的传麟，其特征在于，还包括 鹏传感器(27)，其测量组合物温度且产生表示该温度的温度信号；以20 及响应温度信号(25)的装置，其调整至少一个预期的波长范围，使得对于 正在观懂的至少一种组分的灵驗最优化。
4. 如权利要求1所述的传感器，其特征在于，该被调整的AOTF(16， 18) 产生具有扫频波长的光束，并且该传感器包括孔(26)，通过该孔(26)并具25有预期波长的光5I31该组合物。
5. 如权利要求1所述的传感器，其特征在于，AOTF (16， 18)通过可 变频率的RF产生器(6)控制。
6. —种用于测量组合物中至少一种选择组分的数量的方法，包括以下步骤30 (a)入射宽带光到声光可调滤波器(AOTF) (16， 18);(b) 调整AOTF (16， 18)，以通过具有预期波长的第一检测光(22)， 以检测组合物中第一组分的浓度；(c) 入射第一检测光(22)到该组合物；(d) 检测来自该组合物的第一检观恍(22)的纟贩；(e)调整AOTF (16， 18)以改变该检测光的波长，以产生第二检领恍来测量该组合物中的第二组分；(f) 入射第二检观恍到该组合物；(g) 检测来自该组合物的第二检测光^贩；(h) 任选地，重复步骤(f)和(g)，但是使用不同的波长，以测量不同 10于第一和第二组分的一个或多种组分；以及(h)任选地，测量组合物温度并改变第一或第二检测光的波长，j吏得测量的检测光纟M最优化。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括测量组合物纟，；以及 15 调整至少一个预期波长范围，使得对于观懂的至少一种组分的灵敏度最优化。
8. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，AOTF (16， 18)产生具有 扫频波长的光束且具有预期波长的光ffi51 L (26)到达该组合物。
9. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，AOTF (16， 18)通过可变 20频率的RF产生器(6)控制。
10. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，该组合物包括纸张或塑料。
全文摘要
一种有效的且通用的光谱学传感器可被配置成具有声光可调的滤波器。通过该不同频谱滤波器，可快速调整滤波器的中心波长和带宽。一种传感器，用于测量组合物中的至少一种选择组分，其可以包括(a)宽带光源；(b)声光可调滤波器(AOTF)；(c)用于从光源产生光束的装置，并且其入射光束到AOTF上，其中可调节AOTF以通过具有预期波长范围的检测光来检测该组合物中至少一种组分的浓度；(d)用于入射已知波长检测光到该组合物的装置；(e)用于接收来自组合物的光的检测装置；(f)程序结构，其耦合到AOTF，该程序结构(25)可为AOTF提供作为该组合物中至少一种组分特性的至少一个预期波长范围。此外，可配置该装置以使AOTF处于该传感器的检测侧上。可使用这些传感器来测量光学透明膜的厚度。
文档编号G01N21/31GK101124475SQ200580048241
公开日2008年2月13日 申请日期2005年12月15日 优先权日2004年12月20日
发明者F·M·哈兰 申请人:霍尼韦尔国际公司