专利名称：纸浆亮度／浓度一体化光学传感器探头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及纸浆测量技术领域，具体是指一种纸浆亮度/浓度一体化光学传感器探头。
背景技术：
纸浆的光学特性是纸品的重要质量指标。根据国家标准GB4687-84，纸浆亮度是指纸浆在蓝光(457nm)的反射因素，它是浆张的表面反射、吸收和光散射等现象的综合效应。因此，测量并控制纸浆亮度，具有十分重要的意义。无论用何种制浆方法，纸浆都带有一定的颜色(通常是棕黄色)。为满足用户对纸浆亮度的需求，需要在纸浆中加入适量化学药品进行漂白，药品加入量依赖于目标纸浆亮度、未漂浆的化学特性及其它工艺条件，过量的漂剂往往造成环境的污染。只有实时在线测量纸浆的亮度和浓度变化，控制漂剂用量及操作工艺条件，才能使漂白过程以经济模式稳定运行。
目前，纸浆亮度在线传感器(如BTG公司的亮度在线测量仪)及各种机械式浓度传感器都已有工业应用，但未见到能同时测量这两个参数的传感器。对于漂白过程控制，纸浆的亮度变化及浓度是控制的基本参数，如果能同时测量这两个参数，不仅能够降低控制系统的费用，而且还能提高控制系统的稳定性。
发明内容本实用新型的目的就是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种纸浆亮度/浓度一体化光学传感器探头。该传感器探头可以同时测量纸浆亮度和浓度。
本实用新型所述一种纸浆亮度/浓度一体化光学传感器探头，其特征是，它由发光二极管、光电二极管、一条入射光纤、两条接收光纤和参比光纤相互连接而成，其中，光电二极管分别与参比光纤和两条接收光纤相连接，发光二极管与一条入射光纤相连接，一条入射光纤和两条接收光纤三条光纤相互之间的水平间隔距离相等。
为了更好地实现本实用新型，所述发光二极管可以采用峰值波长为440～460nm的蓝色发光二极管LED以及峰值波长为940nm的近红外发光二极管。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果1.本实用新型适应的浓度范围宽，可以针对高浓浆和低浓浆分别建立测量的数学模型；适应的浆种多，可用于测量化学浆漂白、磨木浆漂白、化机浆漂白、废纸浆脱墨。
2.本实用新型稳定性好，采用LED做光源，光源寿命较长，无转动件、易损件，使其结构稳定，可靠性高。
3.本实用新型价格便宜，由于结构简洁，无光栅等色散元件，成本低。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是本实用新型的双接收光纤光路示意图；图3是本实用新型的横切面示意图；图4是本实用新型的纵切面示意图；具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型做进一步地详细说明。
如图1所示，本实用新型是采用光反射与后向散射方法测量纸浆的亮度与纸浆浓度的一体化光学在线传感器探头，由发光二极管1、光电二极管2、一条入射光纤3、两条接收光纤4和参比光纤5相互连接而成，其顶端还安装有石英玻璃6。采用光纤探头，使传感器可以直插入浆线上，采用LED作为光源，便于光源补偿及延长寿命。本实用新型的光源可以由940nm和457nm的LED组成，457nm主要用于纸浆亮度的测量，其基本测量原理可参见GB4687-84；纸浆中水分对红外区光谱有较强吸收，在试验过程中，我们发现940nm对纸浆浓度变化的敏感已经能满足测量需要。
如图2所示，为了能够采用光反射传感器测量纸浆的浓度，我们提出了以下的浓度测量探头结构两个接收光纤平行布置，它们与光源光纤之间的距离分别为ln和lf，入射光强度为I0，接收光强分别为In和If，由朗伯—比尔定律推出In=mcI0e-ϵcln.........(1)]]>If=mcI0e-ϵclf........(2)]]>通过合理配置两个接收光纤与照明光纤的位置，使lf＝2ln，则由式(1)与式(2)可得I2nIf=(mcI0e-ϵcln)2mcI0e-ϵclf=mcI0e(ϵ(lf-2lnc).......(3)]]>由光纤相对的距离可知lf-2ln＝0(4)将式(4)代入式(3)可得I2nIf=mcI0........(5)]]>式中m——系数c——纸浆浓度当光源光纤的出射光强度I0为恒定值时，式(5)可化为I2nIf=kc........(6)]]>式中k——比例系数因此，从式(6)可知，I2n/If比值与浓度成线性关系，只要知道发射光源的强度和两个接收传感器的信号强度，就可以通过式(6)计算出纸浆的浓度，当采用单色近红外光用为光源时，其浓度测量结果与纸浆的性质(颜色、反射系数、吸收系数)无关。
对于纸浆亮度的测量，照射光源采用460nmLED单色光源，半功率峰宽30nm。纸浆亮度可由式(7)表示B＝K*I/I0(7)式中B——纸浆亮度％；K——与纸浆浓度等参数有关的比例系数；I0——入射光强度；I——第一接收光纤处的光强度。
本实用新型的光源可以采用蓝色发光二极管LED，型号为SB-C-BL450，峰值波长440～460nm，输出强度4.5mW；近红外发光二极管的型号为L-34F3BT，峰值波长940nm。光源驱动1kHz占空比50％的方波，驱动电流20mA。光电转换器UV210BQ光敏二极管，有效波长200～1100nm。传光束集束直径5mm多芯玻璃光纤传光束，纤芯直径100um。探头的横切面和纵切面结构如图3和4所示。
采用本实用新型实施例，传感器测量浓度范围0.1～4％，精度±0.1％；纸浆亮度测量范围20～95％(ISO)，精度±1％。
如上所述，即可较好地实现本实用新型。
权利要求1.一种纸浆亮度/浓度一体化光学传感器探头，其特征是，它由发光二极管、光电二极管、一条入射光纤、两条接收光纤和参比光纤相互连接而成，其中，光电二极管分别与参比光纤和两条接收光纤相连接，发光二极管与一条入射光纤相连接，一条入射光纤和两条接收光纤三条光纤相互之间的水平间隔距离相等。
2.根据权利要求1所述的一种纸浆亮度/浓度一体化光学传感器探头，其特征是，所述发光二极管可以采用峰值波长为440～460nm的蓝色发光二极管LED以及峰值波长为940nm的近红外发光二极管。
专利摘要本实用新型是一种纸浆亮度/浓度一体化光学传感器探头，它由发光二极管、光电二极管、一条入射光纤、两条接收光纤和参比光纤相互连接而成，其中，光电二极管分别与参比光纤和两条接收光纤相连接，发光二极管与一条入射光纤相连接，一条入射光纤和两条接收光纤三条光纤相互之间的水平间隔距离相等。发光二极管可以采用峰值波长为440～460nm的蓝色发光二极管LED以及峰值波长为940nm的近红外发光二极管。本实用新型适应的浓度范围宽，浆种多，可用于测量化学浆漂白、磨木浆漂白、化机浆漂白、废纸浆脱墨。本实用新型稳定性好，光源寿命较长，结构稳定，可靠性高。本实用新型价格便宜，成本低。
文档编号G01N21/47GK2593186SQ0322298
公开日2003年12月17日 申请日期2003年1月15日 优先权日2003年1月15日
发明者阎东波, 李继庚, 刘焕彬 申请人:华南理工大学
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