[发明专利]使用扫描高压X射线传感器测量灰组成

说明书

技术领域

本发明大体上涉及纸产品，特别地涉及一种用于测量添加 剂-例如灰(ash)组成(composition)的新颖技术，尤其是存在于纸幅 (paper web)或者纸张材料中的灰材料添加剂的相对浓度。

背景技术

纸包括纤维素(cellulose)和添加剂。一种添加剂称为“灰” 且是当纸燃烧时的残留材料。纸产品通常包含“灰”以增强可印刷性、 色彩及其他物理特性。在纸产品中最常见类型的添加剂包含粘土、碳酸 钙(CaCO₃)和二氧化钛(TiO₂)，但也存在其他类型的添加剂。众所 周知，纸的重量称为基重(Basis Weight，BW)；干重(Dry Weight，DW) 是基重减去纸中残留水分的重量，灰百分比(percentage ash)被定义为 添加剂的总和除以干重。

大多数纸的质量取决于灰含量(ash content)的量，因此 这在纸制造期间要严格控制。在制造期间，必须确定纸产品或者样品的 总灰含量。典型地，X射线吸收或者X射线荧光技术被用于测量这些添 加剂的单独浓度或者总浓度。

美国专利号5,854,821描述了一种用于测量三种常用类型 的纸添加剂的X射线吸收测量系统和过程。为了测量灰，′821专利利用 两个在纸幅的一面上相邻放置的X射线源，和在纸幅的相对面上放置的 两个相应的相邻检测器，其中，第一源以高于第二源的能级(energy level)操作。可以断言，照这样，能够实现对纸中灰的改进的组成检测。 然而，本领域普通技术人员将会注意到，由于还必须考虑每个X射线源 的差异，所以操作这种系统仍会存在准确度降低的问题。

美国专利号6,377,652也描述了一种X射线吸收测量系统， 该系统利用“测量和校准”方案，由此利用使用多个滤光器/检测器装置 的单个X射线源来确定具有至少三种矿物添加剂组分(component)的 板材中的总矿物含量。测量光束被引导穿过持续推进的纸幅，其中由该 纸幅的另一面上相应的X射线检测器接收每个光束。计算机接收表示光 束(一个或多个)和检测器(一个或多个)这二者的信号，然后比较这 些信号，并且使用公知的或者容易导出的方程，计算该纸幅中矿物添加 剂的单独组分的浓度。

本领域技术人员将会注意到，通过这种装置在三个检测器 中获得的信号仅略微不同，因而导致该组成的准确度很有限。

迫切希望提供一种实现以下技术的系统，该技术使得通过 利用简单的扫描X射线传感器量具(gauge)和涉及灰含量的已知的基 本物理参数来检测纸材料中灰含量的相对材料组成得以实现。

发明内容

本发明提供了实现对纸产品中灰含量的相对材料组成的测 量和确定的系统、方法和计算机程序产品。尽管灰含量中的材料，例如 CaCaO₃、粘土和TiO₂具有不同的X射线吸收谱(spectrum)，但是通 过快速改变X射线量具，在每个能级测量吸收，并将此与基本物理参数 表相比较，就能够求出(extract)灰含量中的材料的相对部分(fraction)， 例如CaCaO₃、粘土和TiO₂。

因此，根据本发明的第一方面，提供了一种通过包含在纸 产品中的灰材料元素的重量来确定相对组成的方法，该方法包括： 提供在多个施加的能量的每一个下具有已知X射线谱的X射线源 以及X射线检测器，所述X射线源和X射线检测器分隔开以收纳 (receive)所述纸产品； 扫描用于以多个施加的能量为所述X射线源供电的电压电源，并且 在每个施加的能量下：在所述纸产品处于所述X射线源和所述X射线 检测器之间的情况下从所述X射线检测器获得X射线响应测量，并且 在所述纸产品不处于所述X射线源和所述X射线检测器之间的情况下 从所述X射线检测器获得X射线响应测量； 根据在每个施加的能量下所获得的X射线响应测量这二者生成实 际传感器响应； 根据在多个施加的能量的每一个下所述纸产品的每个组分的已知 吸收系数值和已知的X射线响应谱来预测传感器响应；和， 比较实际传感器响应和预测的传感器响应以计算灰组分重量，并根 据所述比较求出灰材料元素的相对重量。