在纸张的生产中，一般要在贯穿造纸机的纸幅路径上的某些点处监 测纸幅的状况，且如果必要还要根据纸幅状况来调节造纸过程。例如， 在纸机的干燥端，通常监测从纸机的末端干燥部出来的纸幅以测量例如 定量和湿度的性质。尤其要根据测量结果推出这些性质在纸机纵向(MD) 和纸机横向(CD)上的分布。对于所关心的所有参数，理想的纸幅具有 固定(flat)的MD和CD分布。实际上，这些分布在任何时候都不固定。 然而，通过监测这些分布并适当调节闭环控制下的造纸过程，这些分布 可以保持接近理想的固定状态。
已经使用各种探测装置来监测运动纸幅的性质。这些探测装置通常 包括光学探测器，它利用透过纸幅的和/或从纸幅反射回来的光线，以及 透射光或反射光的检测，从中可推出所关心的纸页性质。就大多数探测 器而言，通常要将探测器安装在一个测量框架上，测量框架的唯一或主 要目的是支撑探测器。例如，在一台采用末端杨克式干燥器的传统薄页 纸机中，一个紧邻杨克式干燥器下游和卷纸机上游的测量框架支撑着用 于测量最终干燥后的纸幅的定量和湿度的探测器。
在一些纸机中，这些探测器在纸机横向上来回移动。移动的方向通 常基本垂直于纸幅移动的方向。因此，这些探测器测量的是纸幅的对角 样品而不是整张纸幅的性质。在每次来回移动的过程中，测量总是在纸 机横向上基本相同的多个位置处进行，并且测量的同时，探测器总是在 纸幅横向上沿一个方向或两个方向移动。所关心的纸幅性质的测量波动 根据数值算法通常被分成MD波动和CD波动的估计值。通常的分割方法 试图识别出MD波动，并将其从扫描数据中分离出来，剩余波动即认为是 CD波动和随机波动。高频率的MD波动无法分离，并且通常认为它是随机 波动。通常通过过滤除去认为是随机的波动。低频率的MD波动基本可以 被识别，并且可以用几种数值算法中的任何一种分离。这些算法包括： 求平均值、指数滤波、或运用到每个单元的卡尔曼滤波。
传统装置的缺点是测量框架在纸机纵向上占据空间，并且杨克式干 燥器或其它末端干燥器和卷纸机之间的引纸会因此有所变长。这种长距 离引纸的另一个结果是，在末端干燥器和卷纸机之间必须对纸幅进行支 撑，否则纸幅会不稳定，并且纸幅也无法支撑其自身的重量而不冒断纸 的风险。这样就需要复杂的支撑设备。
移动探测器也有助于收集纤维和碎屑，因此必须对其进行定期清理 以保证其正常工作并防止灰尘堆积，而灰尘堆积可能会导致火灾。
传统测量装置的另一个缺点是，通过将一个放射性同位素源放在纸 幅的一侧，而将一个探测器放在纸幅的另一侧来测量定量。该探测器接 收穿过纸幅的放射线，并根据纸幅吸收辐射的程度推测出定量。不仅放 射性的发射对人体有潜在的危害，而且透过纸幅的透射技术也需要开式 引纸的纸幅在测量装置区域内来回移动。在薄页纸机中，这是不利的， 因为薄页纸不结实，因此在开式引纸时易于断裂。

本发明试图通过提供便于缩短薄页纸机干燥端且无需开式引纸即可 测量纸页性质的测量装置来解决上述需求。根据本发明，当纸幅支撑在 织物或其它纸幅支撑体上时，测量纸幅的定量和其它参数。为此，使用 了一种反射系数测量技术，其中测量光束(例如电磁波、诸如超声能之 类的声波、可见波谱或不可见波谱内的光波、等等)被照射到位于纸幅 支撑体上的纸幅上，并从纸幅返回到一个探测器。这样，就不需要开式 引纸，这是因为发射并接收光束的探测器仅位于纸幅的一侧。
在本发明的某些方面中，取消了移动探测器，代之以固定探测器， 后者不会遇到与移动探测器有关的问题。在本发明的其它方面中，用到 了移动探测器，但它们被罩起来，以使其不易于被灰尘或其它碎屑弄脏， 并且也不需要测量框架来支撑这些探测器。
这样，本发明的一个方面提供了一种造纸机所用的主动气翼，它具 有一个集成到气翼中的光纤测量装置。该主动气翼一般包括一个表面(该 表面限定了一个纸幅支撑表面)和接合到该表面上的多个其它壁面，从 而形成一个供有负压空气的内室。该气翼限定了一个或多个空气出口， 空气出口从内室中排出空气，并沿纸幅支撑表面形成一个空气层，该空 气层支撑沿纸幅支撑表面运行的移动纸幅。光纤测量装置包括多根具有 探测端的光纤。这些光纤布置在气翼内，从而其探测端通过气翼的纸幅 支撑表面上的一个或多个孔而面对移动纸幅。各光纤的探测端在纸机横 向上间隔开，从而可以沿着纸幅探测多个宽度位置处的纸页性质。光学 探测器优选采用反射系数测量技术，其中一些光纤的端部发出光波，而 其它光纤的端部接收反射波。
根据本发明的一个优选实施例，各光纤的相对端连接到一个远离气 翼布置的取样装置上。该取样装置按照顺序从各光纤中采集光学输出信 号样品，并将信号样品提供给诸如计算机的另一装置，后者根据此测定 出纸幅的MD和CD分布。取样装置能够以比移动探测器在宽度上的移动 速度快得多的速度采集纸幅整个宽度上的所有光纤的样品，从而检测出 高频和低频MD波动。取样装置可以是机械装置，例如与布置在圆形路径 周围的光纤的端部按顺序旋转接合的旋转装置；或者，取样装置也可以 用电子方式完成取样。
在本发明的另一个实施例中，主动气翼罩着移动探测器，移动探测 器通过气翼的纸幅支撑壁中的一个或多个孔发射和接收光波，从而测量 反射系数。气翼可保护该移动机构不受灰尘和其它碎屑的影响，而灰尘 和其它碎屑会弄脏传统安装的移动探测器。
根据本发明也可以将纸幅支撑在主动气翼、被动气翼、织物、或其 它纸幅支撑体上，并将反射系数测量探测器安装在位于纸幅支撑体上的 纸幅的暴露侧附近。
在本发明的一个实施例中，主动气翼(无论它是否罩着探测器)优 选地从薄页纸机的末端干燥装置直到卷纸机都一直支撑纸幅，从而没有 开式引纸，或者至多是在气翼和卷纸机之间有非常短的开式引纸。当主 动气翼与安装在气翼内或附近的反射系数探测器结合在一起时，就可得 到一个特别紧凑的干燥端。
更具体地，用于薄页纸机的干燥端的装置包括：旋转卷纸轴，纸幅 卷绕于该卷纸轴上以形成纸卷；和从干燥器延伸到纸卷的主动气翼。一 些实施例中的主动气翼具有下游边缘，它与纸卷形成间隙，纸幅通过该 间隙被引导到纸卷上。在其它实施例中，气翼并不与纸卷形成间隙，这 种情况下，气翼的下游边缘和纸卷之间可以有非常短的自由引纸。在主 动气翼与纸卷形成间隙的情况下，主动气翼相对于卷纸轴可以移动，以 控制该间隙内的间隙载荷。有利的是，主动气翼可以绕枢轴旋转以控制 间隙载荷。另外，主动气翼可以包括下游边缘部分，其具有挠性并靠在 纸卷上以形成间隙。
除了支撑在气翼上之外，纸幅也可以支撑在一直延伸到卷纸机的带 或织物上。在这种情况下，反射系数测量探测器安装在带或织物附近的 合适支撑体上。纸幅位于探测器和带或织物之间。
与传统的纸机相比，本发明具有多个优点。带有集成的光纤测量装 置的气翼不需要移动测量头，因此可以消除复杂的移动机构以及与这种 测量头相关的振动和清洁问题。测量装置集成到主动气翼中而不位于单 独的测量架等上，这可节省空间，并降低纸机的占地面积。光纤可以布 置在主动气翼内，因此不会造成可能会引起火灾的灰尘堆积。另外，通 过高频或者甚至连续地监测纸幅宽度方向上给定位置处的各探测器，可 以容易地检测到MD波动。
当反射系数测量探测器未集成到主动气翼中时，它们可以安装在可 直接看到支撑在支撑体(例如，织物或气翼)上的纸幅的任何地方。例 如，探测器可以安装在干燥部内其上载有纸幅的通风干燥织物附近的位 置处，在这个位置处纸幅被支撑在织物朝外的表面上，因此可以看到纸 幅。因此，本发明可以相当自由地布置探测器。
附图说明
从下面结合附图对本发明的某些优选实施例的描述中，将更清楚本 发明的上述和其它目的、特征和优点，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的纸机的干燥端的简图，它具有紧 紧地接合到起皱刮刀上的从动卷纸轴，可旋转的主动气翼布置在它们之 间，相对于气翼，卷纸轴位于较低的位置；
图2是与图1相似的视图，但相对于气翼，卷纸轴位于较高的位置；
图2A是沿图2中的线2A-2A看到的主动气翼的局部平面图；
图3是连接到气翼光纤上的取样装置的示意图；
图4示出了一个主动气翼，它罩着一个根据本发明的另一个实施例 的移动探测器；
图5示出了根据本发明的又一个实施例的干燥端，其中形式为带的 纸幅支撑体将纸幅运载到卷纸机，且反射系数测量探测器安装在带的附 近；
图6示出了与图5相似的一个实施例，另一用于产生负压的装置位 于带的远离纸幅的那一侧；和
图7是根据本发明的再一个实施例的纸机的简图，它具有多个通风 干燥器和多个反射系数测量探测器，其中纸幅通过通风干燥器而支撑在 通风干燥织物上，且反射系数探测器位于织物附近，用于测量其上的纸 幅。

下面将参照附图更全面地描述本发明，其中示出了本发明的优选实 施例。然而，本发明可以具有许多不同的实施方式，而不应局限于这里 所述的实施例；而且，所提供的这些实施例使得说明书详细而完整，并 且对本领域技术人员来说，还将完全传达本发明的范围。在全文中，相 似的附图标记表示相似的元件。
图1示出了根据本发明的第一实施例的适于制造薄页纸的造纸机的 干燥端。如通常一样，纸幅在杨克式干燥器中被干燥，该干燥器具有沿 箭头22的方向旋转的加热的烘缸20。纸幅离开烘缸20，并优选由具有 刮刀刀片26的起皱刮刀24起皱。位于起皱刮刀之后的清洁刮刀28用于 清洁烘缸表面。或者，当刮刀26停运以更换或维护时，刮刀28可用于 从烘缸20上取下纸幅并使其起皱。从烘缸20上起皱的纸幅经过短距离 的引纸前进到与烘缸20的旋转方向相同的从动卷纸轴30。在起皱刮刀 24和卷纸轴30之间的引纸中，纸幅由主动气翼32得以稳定，气翼32在 起皱刮刀26附近具有上游边缘，而在靠近纸卷34的地方具有下游边缘， 纸卷34在卷纸轴30上不断增大。有利的是，气翼32在纸幅的整个宽度 上沿纸机横向延伸。气翼32如此安装，即它可以绕位于气翼上游边缘附 近且平行于纸机横向延伸的枢轴36转动。这样，气翼可以转动以保持气 翼的下游边缘相对于正在增大的纸卷34处于期望的位置。致动器40提 供致动力以使气翼32随纸卷的增大而转动。气翼32用于抑制纸幅的颤 动，尤其是当低定量的纸幅高速运行时，纸幅会发生颤动。
气翼包括主动气翼，它使用加压空气产生直接气流以支撑纸幅并帮 助纸幅移动。例如在美国专利No.5,738,760中披露了这种主动气翼，该 文献结合于此以作参考。简单地说，该气翼具有表面42和多个其它壁面 46、48，其中表面42限定了纸幅支撑表面44，纸幅沿该表面44运行， 而其它壁面46、48和表面42一起限定了其中供应有加压空气的内室。 表面42中的孔49沿大体与表面的纸幅支撑表面44平行的方向从该室中 排出空气，因此产生一层支撑纸幅的移动空气。
图2示出了本发明的另一个实施例，其与图1相似，除了卷纸轴30 相对于主动气翼32位于较靠上的位置，因此纸幅卷绕在正在增大的纸卷 34的下侧，纸卷34的旋转方向与杨克式干燥器20的旋转方向相反。
气翼32还包括集成的光纤测量装置60。如图3所示，光纤测量装置 60包括多根光纤62，这些光纤沿着气翼32布置，或者位于气翼内，或 者沿着除了纸幅支撑表面44之外的的外表面。每根光纤62都具有探测 端，该探测端用于接收光线并沿着光纤将光线传送到其相反端，在该相 反端处检测出传送的光线，并据此推测出纸幅的性质。光纤62的探测端 面对沿气翼的纸幅支撑表面44运行的纸幅。为此，气翼的表面42包括 多个通孔46，光纤62的端部容纳在这些孔内，从而光纤的探测端与纸幅 支撑表面基本齐平。或者，光纤的探测端可以隐藏在纸幅支撑表面44下 方；在这种情况下，它也可以通过透明的玻璃或塑料盖(未示出)来盖 住孔46，例如以防止光纤被纤维或碎屑弄脏，该盖可布置成与纸幅支撑 表面44齐平。在气翼表面42中还可以使用槽形孔(或多于一个这样的 孔)，并将多根光纤布置在单个孔内，而不是一个孔对应一根光纤。
如图2A所示，无论光纤62和(一个或多个)孔46如何布置，光纤 的探测端都沿纸机横向间隔开。各光纤端在大体整个纸幅宽度上或只在 一部分纸幅宽度上以预定的间隔(例如，约50-150mm，优选约100mm) 间隔开。尽管图2A中所示的光纤端部布置成直排和均匀的间隔，但本发 明并不局限于任何特定的光纤端部结构和布置；根据待监测的纸幅的部 分，也可以使用其它布置。
图3示出了一个取样装置70，它接收光纤62的相对端，并检测由每 根光纤传送的光。尽管由每根光纤传送的光可以是连续的，但取样装置 可以只定期检测由任何特定光纤传送的光。这样，例如，取样装置可以 是机械装置，例如图3中所示的旋转装置，其中带有检测器74的构件72 旋转，从而使检测器74依次与每根光纤62的端部对齐。这样，构件72 每旋转一圈就对每根光纤进行一次采样。从每根光纤采集的信号接下来 被传送到处理器80(例如，程序计算机)，它可根据这些信号推测出纸幅 的性质。取样装置70可越过光纤电缆将这些信号作为光信号传送到处理 器80，在这种情况下，处理器80可以将光信号转换成电信号，然后将这 些电信号量化，并用于计算纸幅的性质。或者，取样装置可以将来自光 纤的光信号转换成电信号，并将转换后的电信号传送到处理器。
尽管示出了旋转取样装置，但也可以使用另外一种线性移动的取样 装置。也可以采用通过电取样而不是机械取样来采集光纤信号的取样装 置。也要认识到，如果需要，取样装置和处理器也可以集成为同一装置。 而且，每根光纤都可以具有自己专用的、将光信号连续转换成电信号的 装置，从而所有光纤的所有光信号都可同时转换成要么连续要么定期监 测的电信号。
如图2中所示，除了光纤测量装置60外，纸机的干燥端也可以包括 在各个位置处用于测量纸幅性质的其它探测器61-64。有利的是，探测器 61可以包括位于起皱刮刀24上游的红外温度探测器，用于在纸幅从烘缸 20上起皱之前测量纸幅的温度。已经发现，纸幅湿度和由红外温度探测 器测得的纸幅温度之间具有良好的关系。因此，由探测器61测得的纸幅 温度可用于确定进入干燥端的纸幅的湿度。探测器63和64可用于测量 纸幅的速度。
探测器60优选地使用反射系数技术测量纸张性质。测量光束(例如， 电磁波、超声能、可见波谱或不可见波谱内的光波等等)被探测器发射 到沿气翼移动的纸幅上，且从纸幅反射的测量光束被各探测器接收并被 处理以推测出纸幅的性质。具体地，优选确定纸幅的湿度和/或定量。可 以使用红外探测器和红外技术测量纸幅的湿度；这种技术是已知的。
在本发明之前，一直通过将放射性同位素源放在纸幅的一侧，而将 探测器放在纸幅的另一侧来进行定量的测量。该探测器接收穿过纸幅的 放射线，并根据由纸幅吸收辐射的量推测出定量。然而，根据本发明， 测量光束(例如，红外波)被纸幅反射，且反射的测量光束被接收并使 用波谱分析方法来分析。把定量与反射测量光束的波谱含量的变化联系 起来，从而根据波谱分析推测出纸幅的定量。
本发明并不局限于固定的探测器。图4示出了主动气翼32的一个实 施例，该主动气翼具有容纳于其中的测量头50。测量头50包括至少一个 探测器，用于测量纸幅的一项或多项性质，例如定量。测量头50可以结 合多个探测器，例如定量探测器和湿度或温度探测器。有利的是，测量 头50在纸机横向上可以沿导轨52等移动。气翼包括沿纸机横向延伸并 与移动的测量头50对齐的槽54。气翼可以包括活动盖56，当测量头50 不用于测量纸幅的一个或多个特性时，该活动盖用于覆盖槽54。测量头 50的探测器优选采用前述反射系数测量技术。
图5示出了本发明的另一个实施例，其中卷纸机包括绕多个导向辊 102、104和106形成环路的带100，导向辊106被旋转驱动以驱动该带。 导向辊106位于正在增大的纸卷34附近。导向辊102与纸卷34的上游 间隔开，并与起皱刮刀24的下游相距一小段距离。当纸幅从起皱刮刀运 行到限定在带100和纸卷34之间的间隙时，位于导向辊102和导向辊106 之间的带的环路部分可以稳定纸幅。图6示出了一个变体，其中用于产 生负压的装置108位于带100的环路内；在该实施例中，带100应该是 可透气的。装置108可以是真空箱，也可以是通过吹风经柯恩达效应产 生负压的装置，例如Metso公司销售的商标为Blowbox的装置。
在图5和6的实施例中，反射系数测量探测器110安装在支撑带100 附近的合适支撑体112(例如梁等)上，从而使纸幅位于探测器和带之间。 探测器110可以是固定的或移动的探测器。这些探测器采用前述反射系 数技术来测量定量，且还可以测量一个或多个其它参数，例如湿度。
图5和6中的带100相对于纸幅和纸卷位于较靠上的位置，但也可 以相对于纸幅和纸卷位于较靠下的位置，从而使纸幅支撑在带的顶部， 并被带引导到纸卷的下侧，其中纸卷逆时针(即，与图5和6所示的方 向相反)旋转。
本领域技术人员应理解，本发明的原理并不局限于应用于采用杨克 式干燥器作为末端干燥装置的纸机，也可应用于其它类型的纸机，例如 采用一个或多个通风干燥器(TAD)单元作为(一个或多个)末端干燥器 的纸机。但作为示例，图7示出了根据优选实施例的纸机200。纸机200 包括具有双网成形器的成形部210。该成形器包括成形辊212、内网214、 外网218和网前箱222，其中内网214绕导向辊216形成无端环路，从而 内网绕过成形辊上的一个扇形区域；外网218绕导向辊220形成无端环 路，从而外网绕过成形辊在内网顶部上的扇形区域；而网前箱222将造 纸纤维的水悬浮液注入到内网和外网之间紧靠成形辊的上游，从而在两 网之间形成湿纸幅。当两网绕过成形辊时，湿纸幅在两网之间被压榨， 从而部分脱水，且部分脱水后的纸幅与外网分离，并在内网214上被承 载到成形辊下游的纸幅剥离点。在纸幅剥离点处，纸幅借助于位于TAD 织物环路内的抽吸装置226从内网214被传递到TAD织物224。TAD织物 224绕导向辊228沿无端环路运行。其上载有纸幅的TAD织物绕过一对外 流型TAD单元中的每一个的带有小孔的烘缸230。排气罩232环绕每个烘 缸230有TAD织物和纸幅绕过的那一部分。在传统方式中，干燥空气从 每个烘缸230的内部通过烘缸上有小孔的毛毯并因此通过纸幅和TAD织 物沿径向向外供应，并由排气罩排出。
第二TAD单元下游的TAD织物的朝外表面上载有纸幅。这个位置的 织物在一对导向辊234、236之间延伸，这对导向辊分别位于卷纸机240 的卷纸工位的上游和下游。该卷纸机包括合适的设备(未示出)，该设备 可以控制并旋转驱动其上待卷绕纸幅的卷纸轴242，并可迫使被旋转驱动 的卷纸轴抵靠在TAD织物224上，从而在两者之间形成间隙。载在TAD 织物上的纸幅进入这个间隙，并因此被卷绕到卷纸轴上以形成纸卷。随 着纸卷的形成，卷纸机可以移动卷纸轴以补偿纸卷直径的增加。应理解， 根据图7所示的纸机具有多个优点。首先，纸幅一直支撑在网或织物上， 从而没有自由引纸。其次，可使纸机的总长度和占地面积较小，这是因 为卷纸机240可以紧密地接合到最后的TAD单元上。
根据本发明，反射系数测量探测器250可以设置在图7所示的任何 一个或所有的位置处，以测量支撑在TAD织物224下表面上的纸幅的性 质。这样，无需如传统的透射型测量方法一样的任何开式引纸即可测量 纸幅的性质。探测器250可以是静止的或移动的探测器。
与传统纸机相比，本发明具有很多优点。用反射系数法测量纸张定 量和其它参数可以取消开式引纸，并且可使卷纸机紧密接合到干燥部上， 从而减小纸幅断裂的可能性，还可以缩短纸机的总长度，并提供一种紧 凑的装置。对于使用带有光纤测量装置的主动气翼的实施例，该装置不 需要移动测量头，并因此可以消除与这些测量头相关的复杂的移动机构 以及振动和清洁问题。将测量装置集成到主动气翼中而不是将其布置在 单独的测量架等上也节约了空间，并减少了纸机的占地面积。光纤可以 在主动气翼内部传送，这样就不会造成可能会引起火灾的灰尘堆积。
而且，本发明可以相对容易地检测纸幅性质的高频和低频MD波动， 这是因为光纤信号的取样速度可以快于MD波动的最短预期时间，或者如 果需要，甚至还可以连续地监测。
本领域技术人员将想到本发明的许多改进和其它实施例，这些改进 和实施例也具有在上述说明书和相关附图中所教导的优点。例如，这里 所示和所述的具有杨克式干燥器的各实施例也可以用其它类型的干燥装 置(例如，通风干燥器)来代替杨克式干燥器。因此，应理解，本发明 不局限于所公开的特定实施例，也旨在将各种改进和其它实施例包括在 所附的权利要求书的范围内。尽管这里使用了特定的术语，但使用它们 仅仅是出于通用的和说明性的意义，而不是为了限制。