Способ измерения привеса пропиточной и покрывной масс при изготовлении листовых материалов

 

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 амплифазометром. 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4718139/12 (22) 11.07.89 (46) 30.06.92. Бюл, N 24 (71) Рязанский радиотехнический институт (72) А.Д.Касаткин (53) 620.179.15(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 950842, кл. D 21 F 1/66, 1978. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИВЕСА ПРОПИТОЧНОЙ И ПОКРОВНОЙ МАСС ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) 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

Изобретение относится к сонтролю качества готовых (или в и рс цессе 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-рубероидной, текстильной и других промышленно.стях.

„„. Ж „„1744162 А1 (я)5 D 21 Н 23/00; G 01 N 22/00 волн. В области пространства.эа 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 TM волн, измеряемый амплифаэометром, Поскольку после взаимодействия с материалом амплитуды и фазы принимаемых ТЕ и TM волн определяются параметрами и размерами листового материала, то по показаниям амплифазометров можно однозначно судить о величине измеряемого параметра, например толщине. 3 ил.

Известны бесконтактные способы оп ределения 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

17441 (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. Обьясняется 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 (TM). Поверхностная волна, распространяющаяся в листовом материале, характеризуется постоянной распространения, величина которой зависит OT геометрических размеров полотна (ширины, толщины), электрических свойств материала, рабочего типа волны (ТЕ и TM), 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 TM волн различные. Последнее обстоятельство позволяет использовать поверхностные ТЕ и ТМ волны для более точного контроля (из. мерения) 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, откалиброванного по ширине, в его плоскости возбуждают одновременно две поверхностные волны: поперечно электрическую (ТЕ) и поперечно магнитную (ТМ), принимают эти

62 4 волны на противоположной стороне полотна, измеряют их амплитуды и фазы, определяют разностный (или суммарный) сигнал

ТЕ и TM волн, а о величине, например, привеса массы 1 м 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 интегрально 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 TM волн; возбуждение в плоскости листового материала поверхностных волн, распространяющихся в поперечном направлении полотна; измерение амплитуды и фазы (или АФР) ТЕ и TM волн после прохождения поперек листового полотна; формирование разностного (или суммарного) сигнала ТЕ и ТМ волн; способ измерения не требует использования сложного сканирующего устро.яства, 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.

1744162

20

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, откалиброванного по ширине, возбуждают одновременно две поверхностные волны TE u TM.

Эти волны, взаимодействуя с материалом, изменяют свои параметры, что и использу- 15 ется при измерении. Для системы коорди-. нат, показанной на рисунке, волна ТЕ имеет следующую структуру электромагнитного поля:

Еу <0; Ex = Ez -0; Нх <0; Hz< 0; Ну = О, а волна TM: Ex Ф 0; Ez 0; Еу 0; Ну 0; Нх=

=-H„- = 0. Видно, что волны ТЕ и TM 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- 30 питочной или покровной массы битума на 1 м полотна в процессе производства рубероида. Картон непропитанный и картон пропитанный битумом (пергамин) отличаются достаточно резко по электрическим свойст- 35 вам (диэлектрической проницаемости и тангенсу угла диэлектрических noTepb). При нанесении покровной массы битума на пергамин электрические параметры изменяются слабо (или почти не изменяются), но зато 40 изменяется толщина листа. Поскольку величины постоянных распространения ТЕ и

ТМ волн однозначно связаны с изменением электрических свойств листового материала или геометрических размеров полотна, то 45 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 м ) и др. Ампли- 50 туды и фазы ТЕ и ТМ волн можно всегда измерить, например, с помощью амплифазометра. При контроле можно использовать изменение амплитуды и фазы как одной (наиболее "контрастной") поверхностной вол- 55 ны, так и их совокупности, например, разности (или суммы сигналов, а также амплитудно-фаэовое 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. t — 3 представлена схема устройства, реализующего данный способ измерений.

Схема содержит генератор 1 СВЧколебаний с модулятором, возбудитель 2 поверхностных ТЕ и TM волн, полотно 3 листового материала, антенну 4 приемную, разделитель 5 ТЕ и TM волн, делитель 6 на два направления, амплифазометр 7 ТЕ-волны, амплифазометр 8 ТМ волны типа ФК2 — 26, устройство 9 сравнения типа двойного волноводного 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 обра зом.

С помощью генератора 1, соединенного с возбудителем 2, в полотне 3 листового материала возбуждают ТЕ и TM 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 TM принимаются приемной антенной 4, выход которой подсоединен ко входу разделителя 5 ТЕ и

TM 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 амплифазометром 10. Поскольку амплитуда и фаза ТЕ и TM волн определяется параметрами листового материала, то по показаниям амплифазометров 7, 8 и 10 (после калибровки) можно однозначно судить о величине измеряемого параметра материала, например о толщине (Macce), Наиболее контрастное соотношение между рабочей длиной волны и аазмерами полотна подбираются экспери1744162

3,8 ментально, при этом полотно может перемещаться по неподвижному металлическому экрану, Технико-экономические преимущества 5 предложенного способа состоят в том, что он обеспечивает: контроль широкого класса параметров листовых материалов; высокую чувствительность измерений; высокую точность измерений; работу без дорогосто- 10 ящего сканирующего устройства.

Указанные преимущества расширяют технические возможности способа и позволяют обеспечивать непрерывный неразру- 15 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, отличающийся тем, что. с целью повышения 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.

«,,2.

О

O 0,4 0,2 03 04 gP2X

ФиГ. 2

1744162

Составитель А. Касаткин

Техред М.Моргентал Корректор Л.Филь

Редактор А,Долинич

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2171 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5