[发明专利]物质特性测定装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种物质特性测定装置，其向被测定物质照射不同波长的光，并且基于向被测定物质照射后的各个波长的光的相对强度，测定被测定物质的特性，特别是，涉及一种即使不使用光谱的半值宽度极窄的光也能够进行高精度测定的物质特性测定装置。

背景技术

在连续制造纸张的抄纸工序中，含水率的控制很重要。由此，需要用于一种在线测定在抄纸生产线上移动的纸张的含水率的水分测定装置。对于水分测定装置，有几种方式已经实用化，作为在线使用的水分测定装置，利用近红外线的红外线水分测定装置被广泛地使用。

在红外线水分测定装置中，使被水吸收而不被作为纸张的主要成分的纤维素吸收的波长的光、以及被纤维素吸收而不被水吸收的波长的光从测定对象纸张透过。并且，基于利用受光部测定出的各个波长的强度比而计算出纸张中的含水率。此时，为了消除因纸张的散乱、纸张中混入的物质、定量、灰分、木质素、着色剂、涂敷等引起的影响，还将既不被水吸收也不被纤维素吸收的波长的光作为参考光。

图6是示出了现有的红外线水分测定装置40的结构的框图。如图6所示，在现有的红外线水分测定装置40中，作为光源，通常使用具有较宽的连续光谱的卤素灯410。来自卤素灯410的光经由投射透镜411而被引导至安装在滤光轮420上的带通滤光片421。

在该图的例子中，将如下3种带通滤光片安装在滤光轮420上，即，使既不被水吸收也不被纤维素吸收的波长λa的参照光透过的带通滤光片421a、使被水吸收而不被纤维素吸收的波长λb的光透过的带通滤光片421b、使被纤维素吸收而不被水吸收的波长λc的光透过的带通滤光片421c。但有时为了使参照光具有多个波长，也使用大于或等于4种的带通滤光片421。

具有各个波长的光随着滤光轮420的旋转而依次输出。在这里，如虚线矩形框A所示，在时刻t1输出波长λa的光，在时刻t2输出波长λb的光，在时刻t3输出波长λc的光。为了防止由于包含其它波长的成分而导致的测定精度的下降，要求各带通滤光片421具有输出光谱的半值宽度极窄的光的规格。

从带通滤光片421透过的光向测定对象的纸张70照射，在本例的红外线水分测定装置40中，为了提高灵敏度，红外线水分测定装置40被配置为，纸张700被设置有入射孔的上部反射器431和具有出射孔的下部反射器432夹持，光多次从在抄纸生产线上移动的纸张700中通过。

从下部反射器432的出射孔输出的光被PbS单元等的受光元件440检测，检测信号被放大器441放大。如虚线矩形框B所示，放大后的检测信号以与来自各带通滤光片421的输出时刻相对应的时间序列的方式获得。即，在时刻t1得到的信号Va与波长λa的光的强度对应，在时刻t2得到的信号Vb与波长λb的光的强度对应，在时刻t3得到的信号Vc与波长λc的光的强度对应。

放大后的检测信号被输入至运算处理部450，在指标值计算部451中，基于与各个波长相对应的检测信号的强度比计算指标值。并且，含水率计算部452参照预先准备的检量线453，将指标值变换为含水率并输出。检量线453是将通过电子天平等测定出的正确的含水率与由红外线水分测定装置40测定出的指标值相关联而成的数据。

专利文献1：日本特开平5-118984号公报

发明内容

如上所述，在现有的红外线水分测定装置40中，通过使用既不被水吸收也不被纤维素吸收的波长λa的参照光、被水吸收而不被纤维素吸收的波长λb的光、以及被纤维素吸收而不被水吸收的波长λc的光，测定各个光的透射强度而进行含水率的测定。

图7是示出横轴表示波长、纵轴表示透射强度的图，表示针对同一纸张中的含水率为5％和15％时的每个波长的吸收特性。本来，因含水率引起的特性的差，理想的状态是表示为仅在光被水吸收的波长λb处的差Db，但实际上，在波长λa、波长λc处也产生差Da、差Dc，可知波长λa、波长λc的光也受到水分的影响。

由此，如果利用测定出的强度比本身来计算指标值并将该指标值变换为含水率，则可能出现不可忽略的误差。

另外，可知，如果用于测定的光的光谱的半值宽度较宽，则会包含其它波长成分，检量线的针对每种纸张类型的波动程度变大。由于针对每个纸张类型准备检量线是不现实的，所以现有技术使用各个波长的光谱的半值宽度的极窄的带通滤光片421，以防止因针对每个纸张类型的检测量的变化引起的测定精度的下降，但这种带通滤光片421的光量的衰减较大。因此，为了能够对厚纸张进行测定，必须使用高输出的卤素灯410，由此导致因冷却机构、电源等引起的装置的大型化和高价格化。