[发明专利]带有光纤布拉格传感器的造纸机滚筒

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于工业造纸机的滚筒，所述滚筒具有用于检测作用在滚筒上的压力的光纤布拉格传感器。

背景技术

为成形纤维毡幅，在工业造纸中首先将悬液施加在例如筛的载体上且将其脱水。脱水在成形之后在造纸机的随后的区中继续，直至最后产生出自支承的纤维毡幅。在脱水过程期间，通常将尚未自支承的纤维毡幅转移到另外的载体上，例如转移到毯或另外的筛上。在造纸机的成形区段以及湿部分内，纤维毡幅与分别支承它们的载体一起导引通过一系列压区。概念“压区”意味着两个共同作用的滚筒之间的区域或滚筒和压靠在滚筒上的所述靴之间的区域，在所述压区内通过压力压榨纤维毡。在纤维毡幅通过压区时所形成的压力分布对于纤维幅脱水效率和平整效率具有明显的影响。在压区内的压力分布不均匀时，纤维毡幅具有不均匀的湿度分布或仅具有差的平整度。因此，造纸商致力于监测压区区域内的压力分布。

所使用的滚筒通常具有承载的辊芯。根据在生产过程的阶段来加工纤维毡，滚筒与纤维毡接触的表面具有不同的特征。因此，在与纤维毡接触的滚筒周面的区域内，滚筒通常设有所谓辊包覆层，所述辊包覆层分别具有希望的特征。在此，辊包覆层可构造为多层。直接邻接辊芯且建立辊芯和辊包覆层之间的连接的层经常称为基层。

为在连续运行期间监测压区内的压力分布，可使用传感器。通常，传感器布置在辊芯的外周面上或辊包覆层内。参考滚筒几何形状径向上作用的力通常通过使用压电传感器或电机传感器检测。两种传感器类型产生电信号，所述电信号的变化代表了各压力关系。因为在现代造纸机中滚筒的转速很高，所以传感器信号值优选地通过无线电传输到外部处理装置。

代替以电方式工作的传感器，也可使用纤维光学传感器，其中光波导体(例如光纤)的光学特征通过传递到所述光波导体的变形应力而改变。在国际专利申请PCT/EP2008/08050中描述一种使用在造纸机的辊包覆层内的纤维光学传感器，所述纤维光学传感器使用引入到光纤内的光纤布拉格光栅作为传感器元件。光纤布拉格光栅是例如借助于激光引入到光波导体内的布置在光波导体内的光学干涉滤波器。处在λB周围的预先给定的滤波器带宽以内的波长被反射。在WO2010/034321的公开文本中，考虑到光纤布拉格光栅的作用原理，进行了整周包覆。

发明内容

本发明涉及一种使用在造纸机内的滚筒，所述滚筒允许以可靠的方式确定作用在滚筒上的压力和所述压力在滚筒几何形状上(例如在压区内)的变化曲线，且同时所述滚筒可以以简单的方式廉价地制造。此外，本发明涉及用于制造相应的滚筒的方法。

本发明根据实施形式通过独立权利要求的特征的组合解决。优选的扩展在从各属权利要求中给出。

根据本发明的第一方面建议一种使用在造纸机内的滚筒，所述滚筒具有辊芯、包围辊芯的辊包覆层和至少一个带有多个光纤布拉格光栅的光波导体。辊芯可例如由金属(尤其是钢)或塑料(尤其是碳纤维强化塑料CFK或纤维塑料复合物FKV)形成，且所述辊芯是实心的或空心的。此外，辊芯可选择地构造为单件或多件式辊芯。辊包覆层可例如包括塑料或由塑料形成。至少一个光波导体可布置在辊芯和辊包覆层之间或嵌入辊包覆层内。如果至少一个光波导体嵌入辊包覆层内，则所述光波导体可选择地嵌入辊包覆层的层内或嵌入辊包覆层的两个层之间。在本文献中，直接邻接辊芯且建立辊芯和辊包覆层之间的连接的经常被称为“基层”的层理解为辊包覆层的层，即使该层由与辊芯相同的材料形成。在光波导体的纵向方向上，分别含有光纤布拉格光栅的至少一个光波导体的区段(在下文中称为光纤布拉格光栅区段)与无光纤布拉格光栅的至少一个光波导体的区段交替。光纤布拉格光栅区段与滚筒的周向方向成小于80°的角度，且尤其成小于60°的角度，且进一步尤其成小于45°的角度。

根据一个实施形式，至少一个光波导体在光纤布拉格光栅区段内与相邻的辊芯和/或辊包覆层摩擦配合地连接。光纤布拉格光栅区段和相邻的辊芯和/或辊包覆层相互直接邻接且相互接触。

在此类光波导体的光纤布拉格光栅区段的定向中，在滚筒上的径向压力载荷导致光波导体在此区段内的拉力载荷。作为原因，在周向方向上出现由压力载荷所导致的、辊包覆层的临时的且可逆的挤压。取决于此拉力载荷，被光纤布拉格光栅反射的辐射的波长范围移动。原因是光波导体内的折射率过渡之间的距离的移动。因此，此波长范围的移动能够推断滚筒的压力载荷。