PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA MEDIR EL ESPESOR DE UNA CAPA DE MATERIAL.

Un procedimiento para medir el espesor de una capa de un primer material, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

- adquirir al menos una respuesta en frecuencia de la capa de primer material por medio de un sensor de microondas

(13);

- ajustar (30) el sensor de microondas (13) sobre una pluralidad de muestras de segundos materiales para diferentes valores de temperatura (Tamb, T1, T2, T3) de tal modo que se obtengan unos datos de referencia (CD, X, Y, S);

- calibrar (31) el sensor de microondas (13) como una función de la conductividad eléctrica del primer material utilizando los datos de referencia (CD, X, Y, S);

- medir (32) la temperatura (Tm) de la capa de primer material por medio de un sensor de temperatura (14);

- determinar (33) unos parámetros de medición (F1_m, F2_m, Amin_m) de la capa de primer material a partir de la respuesta en frecuencia; y

- procesar (34) los datos de referencia (CD, X, Y, S) con los parámetros de medición (F1_m, F2_m, Amin_m) y la temperatura de medición (Tm) para obtener una medición (Sm) del espesor de la capa de primer material;

estando el procedimiento caracterizado porque la etapa de calibrar (31) el sensor de microondas (13) comprende la etapa de determinar (58) un parámetro de calibración (INTc) como una función de la conductividad eléctrica del primer material y de los primeros (CD, X, Y) de dichos datos de referencia

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2006/003207.

Solicitante: S.A. GIUSEPPE CRISTINI S.P.A.

Nacionalidad solicitante: Italia.

Dirección: VIA SELLA 4,20121 MILANO.

Inventor/es: CRISTINI,GIOVANNI.

Fecha de Publicación: .

Fecha Concesión Europea: 13 de Enero de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE LA LONGITUD, ESPESOR O DIMENSIONES LINEALES... > Disposiciones de medida caracterizadas por la utilización... > G01B15/02 (para la medida del espesor)

Clasificación PCT:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE LA LONGITUD, ESPESOR O DIMENSIONES LINEALES... > Disposiciones de medida caracterizadas por la utilización... > G01B15/02 (para la medida del espesor)
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PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA MEDIR EL ESPESOR DE UNA CAPA DE MATERIAL.

Fragmento de la descripción:

Procedimiento y dispositivo para medir el espesor de una capa de material.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo para medir el espesor de una capa de material.

En particular, la presente invención encuentra aplicación ventajosa, pero no exclusiva, en la medición de, espesor de una capa de una pasta de papel en una estación de drenaje de una máquina de fabricaron de papel a la que la siguiente descripción hará referencia explícita, sin que esta implique, sin embargo, ninguna pérdida de generalidad.

Técnica antecedente

Como es sabido, en una máquina de fabricación de papel, una capa de pasta de papel, en la que la parte de agua es aproximadamente el 98%, se hace avanzar a lo largo de un recorrido para producción del papel, que atraviesa, en sucesión, una estación para drenar la capa de pasta de papel, una estación para comprimir la capa de pasta de papel, y una estación para secar la capa de pasta de papel.

Una primera parte del recorrido de producción que atraviesa la estación de drenaje define un recorrido de drenaje, a lo largo del cual avanza la capa de pasta de papel tendida sobre una tela que gira en un bucle. Colocadas debajo de la tela están, a una distancia regular unas de otras, una pluralidad de unidades de succión para aspirar el agua, a través de la tela, de la pasta de papel a medida que avanza.

Una elevada eficiencia de la estación de drenaje reduce el coste del tratamiento llevado a cabo por la estación de secado aguas abajo.

Para el propósito anterior, existen en e, mercado dispositivos para controlar el espesor de agua en la pasta del papel, que comprende una varilla, en la cual esta montado un cabezal de lectura Provisto de un sensor para medición de la cantidad de agua. Estos dispositivos normalmente son colocados manualmente de tal modo que el sensor se pone en contacto con la superficie inferior de la tela entre una unidad de succión y otra.

Dichos dispositivos usan diversos tipos de sensores, por ejemplo, sensores que se aprovechan de la tecnología GBS (Gamma Back Scattering-Retrodispersión Gamma) para detectar la consistencia del material con el que entran en contacto. Dicha tecnología es exacta pero requiere la presencia de una fuente radiactiva dentro del cabezal de lectura y, por consiguiente, es costosa y poco práctica. Otros sensores se aprovechan del ultrasonido y son, por lo tanto, menos costosos que los anteriores, pero también más difíciles de utilizar en entornos ruidosos, tales como los de las máquinas de fabricación de papel. Otros sensores más se aprovechan de las microondas, y en particular estiman la consistencia del material a partir de la respuesta en frecuencia del propio material, pero son voluminosos y no producen medidas suficientemente fiables. Una aplicación de esta clase de sensor se desvela en la patente US2004/0194257.

Exposición de la invención

El objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento y un dispositivo para medir el espesor de una capa de material, y en particular el espesor de agua de una capa de pasta de papel y agua para la producción de papel, que esté libre de los inconvenientes descritos anteriormente y al mismo tiempo sea fácil y económico de fabricar.

De acuerdo con la presente invención, se proporcionan un procedimiento y un dispositivo para medir el espesor de una capa de material según lo que se define en las reivindicaciones independientes adjuntas y, preferentemente, en una cualquiera de las reivindicaciones que dependen directa o indirectamente de las reivindicaciones independientes mencionadas anteriormente.

Breve descripción de los dibujos

Para una mejor comprensión de la presente invención, a continuación se describe una realización preferida de la misma, meramente a título de ejemplo no limitativo y con referencia a la lámina de dibujos adjunta, en la que:

- la Figura 1A y la Figura 1B ilustran una realización preferida del dispositivo para medir el espesor de una capa de material según la presente invención;

- la Figura 2 ilustra un diagrama de bloques de una unidad de control del dispositivo de la Figura 1;

- las Figuras 3 a 8 ilustran, en conjunto, un organigrama del procedimiento para medir el espesor de una capa de material según la presente invención;

- las Figuras 9 a 14 ilustran ejemplos de curvas de respuesta en frecuencia de muestras de materiales y de curvas de ajuste y calibración correspondientes del dispositivo de la Figura 1, obtenidas y usadas siguiendo el procedimiento para medir el espesor de una capa de material según la presente invención; y

- las Figuras 15 y 16 ilustran ejemplos de respuestas en frecuencia de la capa de material adquiridas y procesadas siguiendo el procedimiento para medir el espesor de una capa de material según la presente invención.

Mejor modo para llevar a cabo la invención

En la Figura 1A, el número de referencia 1 designa, en conjunto, el dispositivo para controlar el espesor de un material, comprendiendo dicho dispositivo 1: una unidad de control 2; un cabezal de lectura 3, diseñado para ser puesto en contacto con una capa de material (no ilustrada) y en particular una capa de pasta de papel y agua para medir el espesor de la misma; y una varilla de soporte 4, que posee un primer extremo 5, en una posición que corresponde a en la que está montado el cabezal de lectura 3, y un segundo extremo 6, en el que está montado un conector 7 provisto de un cable eléctrico 8 para conexión del cabezal de lectura 3 a la unidad de control 2.

La unidad de control 2 comprende un panel de control frontal 9 provisto de una pantalla 10, por ejemplo del tipo de cristal líquido retroiluminada con una resolución de 128x128 píxeles, para visualizar información sobre las mediciones, y un teclado numérico 11, por medio del cual un operador puede impartir órdenes sobre la unidad de control 2. La unidad de control 2 además comprende una pluralidad de conectores 12 para conexión al cabezal de lectura 3 y con dispositivos de control externos adicionales (no ilustrados), por ejemplo, un ordenador personal.

El cabezal de lectura 3 comprende un sensor de microondas 13 y un sensor de temperatura 14. En particular, el sensor de microondas 13 es, por ejemplo, del tipo descrito en la solicitud de patente italiana Nº FI2006A0000019, presentada el 19 de octubre de 2006 a favor de ADVANCED MICROWAVE ENGINEERING, y comprende un transmisor de microondas y un receptor de microondas respectivo para detectar, a través del material, las señales generadas por el transmisor. En particular, el sensor 13 está caracterizado por una curva de respuesta en frecuencia sustancialmente centrada alrededor de una frecuencia de resonancia, para la que existe un mínimo valor de amplitud. La presencia del material en las inmediaciones del sensor 13 modifica la curva de respuesta, en cuanto a desplazamiento de la frecuencia de resonancia y de variación de la amplitud mínima, de una manera que depende de las características físicas del propio material.

La varilla de soporte 4 está provista de un elemento de señalización 15, por ejemplo de un tipo óptico o bien, de un tipo acústico, para señalar que la medición está en curso, y con un pequeño nivel 16 para verificar la colocación correcta de la varilla de soporte 4 y, por lo tanto, del cabezal de lectura 3. Con mayor detalle, como se ilustra en la Figura 1B, la varilla de soporte 4 comprende un brazo telescópico 17, que es extensible por su primer extremo 5 y en el que está montado el cabezal de lectura 3.

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento para medir el espesor de una capa de un primer material, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

- adquirir al menos una respuesta en frecuencia de la capa de primer material por medio de un sensor de microondas (13);
- ajustar (30) el sensor de microondas (13) sobre una pluralidad de muestras de segundos materiales para diferentes valores de temperatura (Tamb, T1, T2, T3) de tal modo que se obtengan unos datos de referencia (CD, X, Y, S);
- calibrar (31) el sensor de microondas (13) como una función de la conductividad eléctrica del primer material utilizando los datos de referencia (CD, X, Y, S);
- medir (32) la temperatura (Tm) de la capa de primer material por medio de un sensor de temperatura (14);
- determinar (33) unos parámetros de medición (F1_m, F2_m, Amin_m) de la capa de primer material a partir de la respuesta en frecuencia; y
- procesar (34) los datos de referencia (CD, X, Y, S) con los parámetros de medición (F1_m, F2_m, Amin_m) y la temperatura de medición (Tm) para obtener una medición (Sm) del espesor de la capa de primer material;
estando el procedimiento caracterizado porque la etapa de calibrar (31) el sensor de microondas (13) comprende la etapa de determinar (58) un parámetro de calibración (INTc) como una función de la conductividad eléctrica del primer material y de los primeros (CD, X, Y) de dichos datos de referencia.

2. El procedimiento según la Reivindicación 1, en el que dichos parámetros de medición (F1_m, F2_m, Amin_n) de la capa de primer material se determinan controlando (66-68) la adquisición de dicha respuesta frecuencial como una función de dicho parámetro de calibración (INTc).

3. El procedimiento según la Reivindicación 1 o la Reivindicación 2, en el que dichos primeros datos de referencia (CD, X, Y) comprenden datos de conductividad eléctrica (CD) de dichas muestras de segundos materiales como una función de una amplitud mínima (Amin) de la respuesta en frecuencia de las propias muestras; obteniéndose los datos de conductividad eléctrica (CD) a una temperatura ambiente constante de valor dado (Tamb) y para uno y el mismo valor de espesor de las muestras.

4. El procedimiento según una cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 3, en el que dicha etapa de calibrar (31) el sensor de microondas (13) comprende las etapas de:

- adquirir (50, 51, 52, 53) una respuesta en frecuencia de una muestra de dicho primer material por medio del sensor de microondas (13);
- determinar (54, 55) un valor de la amplitud mínima (Amin_c) de dicha respuesta en frecuencia; y
- determinar (57) una medición de la conductividad eléctrica del primer material (CDc) como una función de dicho valor de la amplitud mínima (Amin_c) utilizando dichos datos de conductividad eléctrica (CD).

5. El procedimiento según la Reivindicación 4, en el que calibrar (31) el sensor de microondas (13) comprende la etapa de compensar (56) dicho valor de la amplitud mínima (Amin_c) como una función de la diferencia entre dicha temperatura ambiente (Tamb) y un valor de la temperatura de medición (Tmc) puede ser establecido por un operador.

6. El procedimiento según una cualquiera de las Reivindicaciones 3 a 5, en el que dichos primeros datos de referencia (CD, X, Y) comprenden coeficientes (X, Y) que definen una función lineal diseñada para suministrar dicho parámetro de calibración (INTc) como una función de la medición de la conductividad eléctrica del primer material (CDc).

7. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,

en el que dicha etapa de procesar (34) los datos de referencia (CD, X, Y, S) prevé procesar los segundos (S) de dichos datos de referencia.

8. El procedimiento según la Reivindicación 7, en el que dichos segundos datos de referencia comprenden datos de espesor (S) de dichas muestras de segundos materiales que tienen una y la misma conductividad eléctrica, para una pluralidad de valores de temperatura dados (T1, T2, T3).

9. El procedimiento según la Reivindicación 8, en el que dichos datos de espesor (S) se obtienen a medida que varía la frecuencia de trabajo (F) del sensor de microondas (13) para cada uno de dicha pluralidad de valores de temperatura (T1, T2, T3).

10. El procedimiento según la Reivindicación 8 o la Reivindicación 9, en el que dichos parámetros de medición (F1_m, F2_m, Amin_m) comprenden una primera frecuencia de interceptación (F1_m) determinada procesando (73) un primer intervalo de valores de la frecuencia de trabajo (F) del sensor de microondas (13) que corresponden a un primer intervalo de valores de amplitud (A) de dicha respuesta en frecuencia de la capa de primer material, en el que dicho intervalo tiene una extensión dada del valor (DT) y está centrado alrededor de un valor de amplitud igual a dicho parámetro de calibración (INTc).

11. El procedimiento según la Reivindicación 10, en el que el procesamiento de dichos datos de espesor (S) comprende las etapas de:

- extraer una pluralidad de valores de primera aproximación del espesor (S1, S2, S3) a partir de los datos de espesor (S) que corresponden a dicha pluralidad de valores de temperatura (T1, T2, T3) usando dicha primera frecuencia de interceptación (F1_m); e
- interpolar (107, 108, 109) los valores de primera aproximación del espesor (S1, S2, S3) utilizando dicha temperatura (Tm) medida.

12. El procedimiento según una cualquiera de las Reivindicaciones 3 a 11, en el que dichos datos de conductividad eléctrica (CD) se determinan adquiriendo (42), por medio del sensor de microondas (13) y a dicha temperatura ambiente (Tamb), una primera pluralidad de curvas de respuesta en frecuencia de una primera pluralidad respectiva de muestras de dichos segundos materiales que tienen valores respectivos de conductividad eléctrica; y asociando (43), a cada uno de los valores de conductividad eléctrica, un valor de la amplitud mínima (Amin) de la curva de respuesta en frecuencia de la muestra que tiene dicho valor de conductividad eléctrica.

13. El procedimiento según una cualquiera de las Reivindicaciones 6 a 12, en el que dichos coeficientes (X, Y) se determinan: adquiriendo (44), por medio del sensor de microondas (13) y a temperatura constante, una segunda pluralidad de curvas de respuesta en frecuencia de una segunda pluralidad respectiva de muestras de dichos segundos materiales, que tienen cada uno una conductividad eléctrica respectiva escogida de entre una pluralidad de valores de conductividad eléctrica (CD1, CD2, CD3) y un espesor escogido de entre una pluralidad de valores de espesor de referencia (SR, Sr', SR''); determinando (45, 46, 47) una pluralidad de valores medios de la amplitud (INT1, INT2m, INT3m) que asumen las curvas de respuesta a medida que varían los valores de conductividad eléctrica (CD1, CD2, CD3) de tal modo que para cada valor de espesor de referencia (SR, SR', SR'') las curvas detectarán un valor de frecuencia dado respectivo (F1, F1 F1''); y realizando (48) una regresión lineal en los puntos identificados por los valores de conductividad eléctrica (CD1, CD2, CD3) y por los valores medios correspondientes de la amplitud (INT1, INT2m, INT3m).

14. El procedimiento según una cualquiera de las Reivindicaciones 9 a 13, en el que dichos datos de espesor (S) se determinan: adquiriendo (40), para cada valor de dicha pluralidad de valores de temperatura (T1, T2, T3), una tercera pluralidad de curvas de respuesta en frecuencia de una pluralidad respectiva de muestras que tienen valores respectivos de espesor (S); y asociando (41), a cada valor de espesor (S), un valor respectivo de dicha frecuencia de trabajo (F) identificado por la curva de respuesta en frecuencia correspondiente para uno y el mismo valor de amplitud (INT1) determinado.

15. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende la etapa de almacenar dichos datos de referencia (CD, X, Y, S).

16. El procedimiento según una cualquiera de las Reivindicaciones 10 a 15, en el que dichos parámetros de medición (F1_m, F2_m, Amin_n) comprenden: una segunda frecuencia de interceptación (F2_m) determinada procesando (73) un segundo intervalo de valores de la frecuencia de trabajo (F) por separado de dicho primer intervalo de valores de la frecuencia de trabajo (F) y que corresponden a dicho primer intervalo de valores de amplitud (A); y un valor de amplitud mínima (Amin_n) de la misma respuesta en frecuencia, obteniéndose dicho valor de amplitud mínima (Amin_n) procesando (73) un segundo intervalo de valores de amplitud (A) que corresponden a un tercer intervalo de valores de la frecuencia de trabajo (F) comprendido entre la primera (F1_m) y la segunda (F2_m) frecuencias de interceptación.

17. El procedimiento según la Reivindicación 16, en el que dicha etapa de procesar (34) los datos de referencia (S, CD, X, Y) con los parámetros de medición (F1_m, F2_m, Amin_m) prevé procesar dichas primera y segunda frecuencias de interceptación (F1_m, F2_m) junto con dicho valor de amplitud mínima (Amin_n) de la capa de primer material por medio de una red neural artificial de tal modo que se incremente la precisión sobre dicha medición de espesor (Sm).

18. Un dispositivo para medir el espesor de una capa de un primer material; comprendiendo el dispositivo (1) medios de control (2), y medios de lectura (3) conectados a los medios de control (2) y diseñados para ser puestos en contacto con la capa del primer material; comprendiendo los medios de control (2) una unidad de almacenamiento (18), una unidad de interfaz (20) para comunicación con los medios de lectura (3), y una unidad de procesamiento (21) conectada para comunicación con la unidad de almacenamiento (18) y la unidad de interfaz (20); comprendiendo los medios de lectura (3) un sensor de microondas (13) y un sensor de temperatura (14); siendo cargada la unidad de procesamiento (21) con un programa de control diseñado para implementar, cuando se ejecuta, el procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.