Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit zumindest einem optischen Element und einem Gehäuse, in dem das zumindest eine optische Element aufgenommen ist, wobei das Gehäuse zumindest eine Durchbrechung aufweist, durch welche elektromagnetische Strahlung hindurchtreten kann.

Unter optischem Element wird dabei jegliche Art von optischem Sensor, wie z.B ein Photodetektor, oder jegliche Art von Lichtquelle, z.B. eine LED verstanden, also sowohl elektromagnetische Strahlung aussendende als auch elektromagnetische Strahlung empfangende optische Vorrichtungen. Hinsichtlich des zur Anwendung gelangenden Wellenlängenbereiches bestehen keine Einschränkungen.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Bestimmung des Wassergehalts eines Messobjekts mit zumindest einer Mess-Strahlungsquelle und zumindest einer Referenz-Strahlungsquelle, die auf die Messobjektoberfläche gerichtet sind, sowie zumindest einem Detektorelement zur Messung der Intensität der von der Messobjektoberfläche zurückreflektierten Strahlung.

Insbesondere betrifft die Erfindung Vorrichtungen zur berührungslosen Bestimmung des Wassergehalts der bei der Papierherstellung verwendeten Stoffmischung aus Wasser und Faserstoffen, aus der durch kontinuierlichen Wasserentzug Papier gebildet wird.

Die Wassergehaltsbestimmung kann auch bei der Verwertung von Altfasern oder im Zusammenhang mit dem Vorgang des Schlammpressens aus Abwasserresten Anwendung finden, wobei der Wassergehalt einer auf Trockensiebe aufgebrachten Faserstoffbahn überwacht wird.

In Bereichen von Papierherstellungsanlagen, in denen die Papierbahn einen sehr hohen Wasseranteil aufweist, erlauben die dort herrschenden Umgebungsbedingungen bisher keine funktionierende Messung, da hohe Temperaturen, in der Luft vorhandene Flüssigkeitströpfchen und sonstige Schwebeteilchen bei herkömmlichen Messvorrichtungen ein sofortiges Verlegen der Messoptik oder anderer Optikteile mit sich bringen und einen über einen längeren Zeitraum andauernden Betrieb verunmöglichen. Dieses Problem ergibt sich ebenso bei Anwendungen auf anderen Gebieten.

Bei anderen bekannten Vorrichtungen werden die Mess- und Referenzstrahlen bzw. die reflektierte Strahlung über Faseroptik-Bauteile von bzw. zu einer Messvorrichtung geleitet. Nachteilig ist auch hier der relative hohe apparative Aufwand, der eine erhöhte Ausfallwahrscheinlichkeit mit sich bringt und nur eine begrenzte Messempfindlichkeit ermöglicht.

Aus dem Stand der Technik sind Druckluftströme und sogenannte Druckluftspülvorhänge an der Außenseite von optischen Einrichtungen bekannt, welche aber nur einen schlechten Wirkungsgrad aufweisen, da die dabei entstehenden Verwirbelungen in vielen Fällen erst recht störende Anlagerungen entstehen lassen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der ein Schutz eines oder mehrerer optischer Elemente gegen äußere Einwirkungen bereitgestellt wird, insbesondere ein Schutz gegen Ablagerungen oder Kondensation aus der umgebenden Atmosphäre.

Aufgabe der Erfindung ist es weiters, eine Vorrichtung anzugeben, welche die Wassergehaltbestimmuhg mit einfachen technischen Mitteln und mit hoher Messgenauigkeit bei geringem Service- und Wartungsbedarf ermöglicht.

Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die berührungslose Wassergehaltsbestimmung auch bei hohen Wassergehalten des Messobjekts und in rauer Messumgebung ohne Beeinträchtigung der Messgenauigkeit und der Messsicherheit durchzuführen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erzielt, dass das Gehäuse gasdicht abgeschlossen ist und einen druckdichten Einlass zum Anschluss an eine Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung mit Luft oder Gas aufweist, mit der im Strahlengang des zumindest einen optischen Elements im Bereich der zumindest einen Durchbrechung eine zwangsbewegte Luft- oder Gasatmosphäre erzeugbar ist, oder dass an der Außenseite des Gehäuses im Bereich der zumindest einen Durchbrechung eine diese überdeckende Abdeckschale vorgesehen ist, die druckdicht mit der Außenseite des Gehäuses verbunden ist, die zusammen mit der Gehäuse-Außenwand einen Hohlraum ausbildet und die zumindest eine Öffnung aufweist, die fluchtend mit der zumindest einen Durchbrechung verläuft, wobei die Abdeckschale einen druckdichten Einlass zum Anschluss an die Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung mit Luft oder Gas aufweist.

Der durch Druckbeaufschlagung im Inneren des druck- und gasdichten Gehäuses entstehende Überdruck verhindert einerseits ein Eindringen von Verunreinigungen in das Gehäuse und zusätzlich erzeugt er eine Luft- oder Gasströmung aus dem Inneren des Gehäuses durch die Durchlässe oder Durchbrechungen hindurch, welche für das Austreten und/oder das Eintreten von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen sind, wodurch eine ständige Reinigung des zumindest einen optischen Elements erfolgt, sofern reine Luft oder ein reines Gas angewandt wird.

Es wird der Strahlengang des optischen Elements, z.B. einer Lichtquelle oder eines Photodetektors, durch die bewegte Luft- oder Gasatmosphäre von Verunreinigungen freigehalten, sodass ein Betrieb ohne transparente Abdeckungen oder Schutzgläser möglich ist. Weiters bietet die Luft- oder Gasatmosphäre durch geeignete Temperaturregelung einen Schutz gegen Feuchtigkeitsniederschlag oder es kann eine Schutzgasatmosphäre erzeugt werden. Entscheidender Unterschied gegenüber bekannten Einrichtungen dieser Art ist die Spülung mit Luft oder Gas entlang dem Strahlengang des optischen Elements und die Druckaufbringung im Innenraum des Gehäuses oder eines vorgesetzten gehäuseartigen Elements.

Die Druckbeaufschlagung muss nicht innerhalb jenes Gehäuses erfolgen, in dem das zumindest eine optische Element untergebracht ist, sondern kann durchaus auch außerhalb desselben in einer weiteren gehäuseartigen Abdeckung geschehen. Die Erfindung sieht daher vor, dass an der Außenseite des Gehäuses im Bereich der Durchbrechungen oder Durchlässe eine diese überdeckende Abdeckschale vorgesehen ist, die druckdicht mit der Außenseite des Gehäuses verbunden ist. Die Abdeckschale überdeckt das z.B. in den Durchbrechungen oder Durchlässen der Gehäusewand angeordnete, zumindest eine optische Element und stellt zugleich Öffnungen für das hindurch tretende Licht bereit. Im Betrieb wird die unter Druck stehende Luft oder das Gas durch die Abdeckschale und die Öffnungen in der Abdeckschale hindurch nach außen gedrückt und erzeugt dabei die für das Freihalten des Strahlenganges der zumindest einen optischen Elements erforderliche zwangsbewegte Luft- oder Gasatmosphäre.

Das zumindest eine optische Element kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durch zumindest eine Mess-Strahlungsquelle und zumindest eine Referenz-Strahlungsquelle, die auf eine Messobjektoberfläche gerichtet sind, sowie zumindest ein Detektorelement zur Messung der Intensität der von der Messobjektoberfläche zurückreflektierten Strahlung gebildet sein. Diese Anordnung ermöglicht die Bestimmung von bestimmten physikalischen Eigenschaften, wie z.B des Wassergehalts der Messobjektoberfläche.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei Verwendung die zumindest eine Mess-Strahlungsquelle, die zumindest eine Referenz- Strahlungsquelle und das zumindest eine Detektorelement unmittelbar der Messobjektoberfläche eines Messobjekts gegenüberliegend angeordnet sind, und dass mit der Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung mit Luft- oder Gas im Bereich des Strahlenganges zwischen der Austrittsfläche der zumindest einen Mess- Strahlungsquelle bzw. der zumindest einen Referenz-Strahlungsquelle und der Messobjektoberfläche sowie zwischen der Messobjektoberfläche und der Eintrittsfläche des zumindest einen Detektorelements eine zwangsbewegte Luft- oder Gasatmosphäre erzeugbar ist.

Durch die zwangsbewegte Luft- oder Gasatmosphäre wird verhindert, dass sich Verunreinigungen, Feuchtigkeit, Keime od. dgl. auf den im Strahlengang befindlichen Strahlungsquellen und dem Detektorelement niederschlagen und diese mit der Zeit in ihrer Funktionsfähigkeit gestört sind. Gemäß der Lehre der Erfindung wird durch Erzeugen eines lokal wirkenden Überdruckes verhindert, dass Verunreinigungen oder Niederschläge den für die Messung erforderlichen Strahlengang stören, indem sie Durchbrüche oder Durchlässe bzw. Eintritts- oder Austrittsöffnungen von Strahlungsquellen oder Detektoren verlegen oder mit einer Schicht überziehen.

Damit entfällt die sonst bereits nach kurzer Zeit erforderliche Reinigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und es können die Strahlungsquellen und das

Detektorelement auch ohne Zwischenschaltung von optischen Hilfsmitteln wie

Linsen, Spiegeln, optischen Fasern, Filtern oder Schutzgläsern betrieben werden.

Dies ist sogar in sehr feuchten und/oder staubigen Umgebungen ohne

Beeinträchtigungen des Messergebnisses möglich. Durch die zwangsbewegte Luft- oder Gasatmosphäre kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch unmittelbar in nächster Nähe zu einer zu bestimmenden Meßobjektoberfläche positioniert werden, ohne dass eine schnelle Verschmutzung der Vorrichtung befürchtet werden muss. In explosionsgefährdeten Umgebungen kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ohne

Zuhilfenahme von optischen Fasern durch Einsatz von geeigneten Inertgasen sogar unmittelbar in der Gefahrenzone eingesetzt werden. Die dadurch erzielte

Vereinfachung im Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat eine hohe

Ausfallsicherheit und eine hohe Messempfindlichkeit und -genauigkeit zur Folge.

Ein robuster Aufbau mit geringen Abmessungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich erzielen, wenn die zumindest eine Mess-Strahlungsquelle und die zumindest eine Referenz-Strahlungsquelle jeweils durch eine Lumineszenzdiode gebildet sind. Es ist auch möglich, z.B. mit Hilfe eines Filters die Mess- Strahlungsquelle und die Referenz-Strahlungsquelle durch eine einzige Strahlungsquelle zu ersetzen, allerdings sind dann wieder zusätzliche konstruktive Maßnahmen erforderlich, die der Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung abträglich sein könnten. Um die Anzahl der Messöffnungen zu minimieren kann in Weiterbildung der Erfindung die zumindest eine Mess-Strahlungsquelle und die zumindest eine Referenz-Strahlungsquelle in einem gemeinsamen LED-Gehäuse integriert sein. Zu diesem Zweck können handelsübliche Mehrfach-LED verwendet werden, in denen mehrere pn-Übergänge mit unterschiedlichen Emissions-Wellenlängen vorhanden sind. Bei Anwendung solcher Mehrfach-LED kann auch eine Erhöhung der Strahlungsintensität erreicht werden.

Da die Mess-Strahlungsquelle und die Referenz-Strahlungsquelle der Messobjektoberfläche direkt gegenüberliegend angeordnet sind, gelangt die von der Messobjektoberfläche reflektierte Strahlung ohne besondere Hilfsmittel in das Detektorelement. In besonders bevorzugter Weise sind die von der Mess- Strahlungsquelle und der Referenz-Strahlungsquelle ausgesandten Strahlen unkollimiert, wodurch bei der Orientierung der Mess-Strahlungsquelle und der Referenz-Strahlungsquelle sowie des Detektorelements kleinere Abweichungen von der idealen Ausrichtung keine nennenswerten Auswirkungen auf das Messergebnis haben.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, dass das Messobjekt ein Bahngut ist, das gegenüber der Mess-Strahlungsquelle, der

Referenz-Strahlungsquelle und dem Detektorelement in einem konstanten Abstand vorbeibewegbar ist. Dies trifft insbesondere auf die Messbedingungen bei der

Papierherstellung zu, bei welcher die wasserhaltige Messobjektoberfläche mit hoher

Geschwindigkeit an der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorbeibewegt wird und die Messung des Wassergehalts während der Bewegung des Messobjekts erfolgt.

Um alle Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor Verschmutzung oder anderen äußeren, z.B. mechanischen Einflüssen zu schützen, kann vorgesehen sein, dass die Mess-Strahlungsquelle, die Referenz-Strahlungsquelle und das Detektorelement in einem Gehäuse angeordnet sind, für welche in einer Wand des Gehäuses entsprechende Durchbrechungen oder Durchlässe ausgebildet sind, durch welche die von der Mess-Strahlungsquelle und der Referenz-Strahlungsquelle ausgesandten Strahlen austreten und der von der Messobjektoberfläche reflektierte Strahl eintreten.

Die von den Mess- und Referenz-Strahlungsquellen erzeugte Strahlung wird somit durch die entsprechenden Durchbrechungen oder Durchlässe hindurch und bevorzugt ohne weitere Umlenkung oder Fokussierung direkt auf die Oberfläche des

Messobjekts auftreffen gelassen. Die von der Oberfläche rückreflektierte Strahlung gelangt ebenfalls durch eine geeignete Durchbrechung oder einen Durchlass im

Gehäuse in die Eintrittsoberfläche des Detektorelements, wo eine Umwandlung in elektrische Signale erfolgt.

Sowohl aus Gründen der Messsicherheit als auch aus Gründen der einfacheren Herstellung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Mess- und Referenzstrahlungsquellen sowie das Detektorelement im Gehäuse sehr nahe bei einander zu platzieren, wodurch die zurückgelegten Wege der ausgesandten und reflektierten Strahlen kurz und Störungen klein gehalten werden können.

Es können aber auch nur zwei Durchbrechungen oder Durchlässe ausgebildet sein, wobei die zumindest eine Mess-Strahlungsquelle und die zumindest eine Referenz- Strahlungsquelle in einem gemeinsamen LED-Gehäuse integriert sind, für welches nur eine der Durchbrechungen oder Durchlässe vorgesehen ist.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung kann daher darin bestehen, dass die Durchlässe in der Wand des Gehäuses durch Durchgangsbohrungen in einem in der Wand eingelassenen Halterungselement ausgebildet sind, an deren innerhalb des Gehäuses gelegenen Enden die Mess-Strahlungsquelle, die Referenz- Strahlungsquelle und das Detektorelement angeordnet sind, und dessen entgegengesetzte Enden bei Verwendung auf die Messobjektoberfläche gerichtet sind.

Die von der Mess-Strahlungsquelle und der Referenz-Strahlungsquelle ausgesandten Strahlen können somit durch die jeweiligen Durchgangsbohrungen austreten und der reflektierte Strahl durch die dafür vorgesehenen Durchgangsbohrungen wieder eintreten.

Es können dabei die Mittelachsen der Durchgangsbohrungen in einer Ebene 5 fluchtend angeordnet sein.

Eine mögliche Variante der Erfindung kann darin bestehen, dass die Mittelachsen der Durchgangsbohrungen parallel ausgerichtet sind. Da die Mess-Strahlungsquelle und die Referenz-Strahlungsquelle in unmittelbarer Nähe des Detektorelements 0 angeordnet sind, gelangt trotz der parallelen Strahlausrichtung noch immer ausreichende Intensität reflektierter Strahlung in das Detektorelement.

Um die Intensität der auf dem Detektorelement eintreffenden, reflektierten Strahlung der Mess- und der Referenz-Strahlungsquelle zu erhöhen, kann es gemäß einer

15 anderen Ausführungsvariante der Erfindung vorteilhaft sein, wenn die optischen Achsen der Mess-Strahlungsquelle und der Referenz-Strahlungsquelle so geneigt sind, dass die auf die Messobjektoberfläche gerichteten Strahlen auf die Stelle der Messobjektoberfläche auftreffen, die entlang einer Oberflächennormalen genau dem Detektorelement gegenüberliegt.

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Dabei kann die Mittelachse der Durchgangsbohrung für das Detektorelement normal zur Messobjektoberfläche orientiert sein und die Mittelachsen der Durchgangsbohrungen für die Mess-Strahlungsquelle und die Referenz- Strahlungsquelle können einen Winkel mit der Mittelachse der Durchgangsbohrung

25 für das Detektorelement einschließen.

Als vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn die Durchbrechungen oder Durchlässe, durch die hindurch die Strahlung aus dem Gehäuse austritt bzw. in dieses wieder eintritt, so gestaltet sind, dass die Druckbeaufschlagung mit Luft oder 0 Gas gegen von außen eindringende Verunreinigungen unmittelbar im Bereich der Durchbrechungen oder Durchlässe erfolgt. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung können daher die Durchgangsbohrungen des Halterungselements jeweils zumindest einen seitlichen Einlass für die Druckbeaufschlagung mit Luft oder Gas aufweisen. Damit verhindert ein während des Betriebs ständig strömender Spülmedienstrom das Eindringen von Verunreinigungen oder von Feuchtigkeit und schafft zugleich die Möglichkeit einer Kühlung oder Erwärmung der Mess- und Referenzstrahlungsquellen und des Detektorelements.

Eine einfache Realisierung der seitlichen Einlasse kann dadurch geschaffen werden, dass diese durch, vorzugsweise im rechten Winkel zur Mittelachse der Durchgangsbohrungen verlaufende, Sackbohrungen gebildet sind.

Eine weitere Variante der Erfindung kann darin bestehen, dass die zumindest eine Mess-Strahlungsquelle und die zumindest eine Referenz-Strahlungsquelle auf einem gedachten Kreis um das zumindest eine Detektorelement angeordnet sind, wodurch eine günstige Anordnung mehrerer Strahlungsquellen erzielbar ist, wobei die Messung mit der Intensität mehrerer Strahlungsquellen durchgeführt werden kann.

Das zumindest eine optische Element kann durch ein zwischengeschaltetes, strahlungsdurchlässiges Element vor Verunreinigungen geschützt sein.

Dies kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung dadurch verwirklicht sein, dass im Strahlengang des zumindest einen optischen Elements, z.B. der zumindest einen Mess-Strahlungsquelle und/oder der zumindest einen Referenz-Strahlungsquelle und/oder des zumindest einen Detektorelements jeweils eine strahlungsdurchlässige Schutzplatte angeordnet ist.

Um Fremdlichteinwirkungen zu verringern kann die strahlungsdurchlässige Schutzplatte eine Filterplatte sein, die nur in einem festgelegten Spektralbereich strahlungsdurchlässig ist.

Eine Luft- oder Gasspülung kann dabei die Schutzplatte vor Ablagerungen durch in der Umgebungsatmosphäre vorhandenen Partikeln oder Tröpfchen bewahren, indem ein oder mehrere mit der Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung verbundene Gas- oder Lufteinlässe vorgesehen sind, die jeweils an der der zumindest einen Mess-Strahlungsquelle, der zumindest einen Referenz-Strahlungsquelle und des Detektorelements gegenüberliegenden Seite der Schutzplatte angeordnet sind.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann zumindest eine Wandöffnung in einer Gehäusewand vorgesehen sein, die mit einem nach außen vorstehenden Rohrstück in Verbindung steht, in welchem die zumindest eine Mess- Strahlungsquelle und/oder die zumindest eine Referenzstrahlungsquelle und/oder das zumindest eine Detektorelement angeordnet ist oder sind, und dass die zumindest eine Wandöffnung mit der Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung mit Luftoder Gas in Verbindung steht, sodass Luft oder Gas durch die zumindest eine Wandöffnung und das Rohrstück hindurch nach außen strömt und dabei die zumindest eine Mess-Strahlungsquelle und/oder die zumindest eine Referenzstrahlungsquelle und/oder das zumindest eine Detektorelement umspült.

Auf diese Weise wird die Luft- oder Gasströmung aus dem Gehäuse nach außen geführt und umströmt dabei die im Rohrstück angeordnete Strahlungsquelle oder den darin angeordneten Detektor.

Es können die Strahlungsquellen und der Detektor auch so angeordnet sein, dass die Spülströmung nicht über die ganze Länge eines rohrförmigen Querschnitts geführt wird, sondern seitlich in ein Rohrstück einmünden gelassen wird.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann daher darin bestehen, dass die zumindest eine Mess-Strahlungsquelle und/oder die zumindest eine Referenzstrahlungsquelle und/oder das zumindest eine Detektorelement in einem röhrenförmigen Durchlass in einem Abstand zu einer nach außen führenden Öffnung des Durchlasses angeordnet sind, und dass der röhrenförmige Durchlass mit der Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung mit Luft- oder Gas in Verbindung steht, sodass Luft oder Gas im Bereich des Strahlenganges der zumindest einen Mess- Strahlungsquelle und/oder der zumindest einen Referenzstrahlungsquelle und/oder des zumindest einen Detektorelements strömt.

Um zumindest einen Teil der in der Luft vorhandenen Schwebeteilchen am direkten Auftreffen an der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu hindern, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine Prallplatte vorgesehen sein, welche den Bereich der Strahlungsquellen und des Detektors so abdeckt, dass aus einer bestimmten Richtung kommende Teilchen am Aufprallen im Bereich des

Strahlengangs gehindert werden, wodurch ein Absinken der Strahlintensität aufgrund von Teilchen-Ablagerungen an der erfindungsgemäßen Vorrichtung vermieden wird.

Eine besonders gute Wirkung lässt sich erzielen, wenn die Ebene der Prallplatte im wesentlichen parallel zum Strahlengang der zumindest einen Mess-Strahlungsquelle und/oder der zumindest einen Referenzstrahlungsquelle und/oder des zumindest einen Detektorelements verläuft.

Weiters kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Mess-Strahlungsquelle und die zumindest eine Referenzstrahlungsquelle und das zumindest eine Detektorelement in einem Gehäuse angeordnet sind, das mit einer Seite an der Prallplatte angebracht ist. Auf diese Weise kann die Ausrichtung des Gehäuses durch die Anbringung an der Prallplatte geschehen, welche zugleich Schutz gegen einen Teil der sich in Richtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bewegenden Partikel bietet.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung stellt die Detektion eines Papierbahnabrisses während der Produktion dar, um Standzeiten und Beschädigungen an der Anlage zu verhindern. Bei den auftretenden hohen Fördergeschwindigkeiten und unterschiedlichen Papierqualitäten und -beschaffenheiten stellt dies ein nichttriviales Problem dar.

Weiters betrifft die Erfindung daher die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Papierabrissdetektion bei der Papierherstellung. Der Wegfall einer bestimmten Intensität des reflektierten Strahlungssignals kann dabei als Ein- oder Abriss der durchlaufenden Papierbahn gemeldet werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellten

Ausführungsbeispiele eingehend erläutert. Es zeigt dabei

Fig.1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig.2 einen Schnitt AA durch die Ausführungsform gemäß Fig.1 ;

Fig.3 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig.4 einen Schnitt AA durch ein Halterungselement der in Fig.3 gezeigten

Vorrichtung;

Fig.5 eine Vorderansicht des in Fig.4 gezeigten Halterungselements;

Fig.6 einen Schnitt BB durch das in Fig.4 gezeigte Halterungselement; Fig.7 eine schematische teilweise Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig.8 einen teilweisen Schnitt BB durch die Vorrichtung gemäß Fig.9; ^'

Fig.9 eine teilweise Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig.10 ein teilweiser Schnitt CC durch die Vorrichtung gemäß Fig. 9;

Fig.11 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Vorrichtung;

Fig.12 einen Schnitt AA durch die Ausführungsform gemäß Fig.11 ;

Fig.13 einen Schnitt BB durch ein Detail der Ausführungsform gemäß Fig.11 ; Fig.14 ein Detail der Fig.12;

Fig.15 einen Schnitt durch ein Detail einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig.16 einen Schnitt durch ein Detail einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig.17 einen Schrägriss einer Befestigungsanordnung einer Ausführungsform der

Erfindung. Fig.1 und Fig.2 zeigen - ohne Beschränkung der Allgemeinheit - eine Vorrichtung zur Bestimmung des Wassergehalts eines Messobjekts 1 , die in einem zweiteiligen kastenförmigen Gehäuse 15 aufgenommen ist. Die Signal- und Steuerungseinrichtungen sind dabei der Einfachheit halber nicht dargestellt. Über einen Kabelanschluss 90 erfolgen die elektrische Energieversorgung und die Signal- und/oder Datenübertragung zu einer nicht dargestellten zentralen Einheit.

In einer Durchbrechung einer Wand 18 der unteren Hälfte des Gehäuses 15 ist ein Halterungselement 31 gasdicht eingelassen, das mit Schrauben 39 fixiert ist. Im

Halterungselement 31 sind als optische Elemente eine Mess-Strahlungsquelle 2 und eine Referenz-Strahlungsquelle 4 so gehalten, dass sie auf eine

Messobjektoberfläche 10 des Messobjekts 1 gerichtet sind. Weiters ist vom

Halterungselement 31 ein Detektorelement 3 zur Messung der Intensität der von der Messobjektoberfläche zurückreflektierten Strahlung gehalten.

In Abweichung von den gezeigten Ausführungsbeispielen kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine beliebige Anzahl von optischen Elementen, insbesondere auch nur eines enthalten, für die entsprechende Durchlässe vorgesehen sind, durch die elektromagnetische Strahlung ein- und/oder austreten kann. Die Bauart der optischen Elemente unterliegt ebenso keinerlei Einschränkung.

Die Mess-Strahlungsquelle 2, die Referenz-Strahlungsquelle 4 und das Detektorelement 3 sind während des Messvorgangs unmittelbar der Messobjektoberfläche 10 gegenüberliegend angeordnet. Weiters ist eine nicht dargestellte Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung mit Luft oder Gas vorgesehen, die im Bereich des Strahlenganges zwischen der Austrittsfläche der Mess- Strahlungsquelle 2 bzw. der Referenz-Strahlungsquelle 4 und der Messobjektoberfläche 10 sowie zwischen der Messobjektoberfläche 10 und der Eintrittsfläche des Detektorelements 3 eine zwangsbewegte Luft- oder Gasatmosphäre (Pfeile 55) erzeugt, die das Verlegen oder Beeinträchtigen der Mess-Strahlungsquelle 2, der Referenz-Strahlungsquelle 4 und des Detektorelements 3 durch Verunreinigungen, Feuchtigkeit od. dgl. verhindert.

Vorzugsweise sind die Mess-Strahlungsquelle 2 und die Referenz-Strahlungsquelle 4 jeweils durch eine Lumineszenzdiode gebildet und die von der Mess- Strahlungsquelle 2 und der Referenz-Strahlungsquelle 4 ausgesandten Strahlen sind unkollimiert. Die von der Mess-Strahlungsquelle 2 und der Referenz- Strahlungsquelle 4 ausgestrahlten Wellenlängen liegen in einem Bereich von ca. 1000 nm bis 2000 nm. Vorzugsweise liegt die Wellenlänge der Mess- Strahlungsquelle 2 bei 1450 nm oder 1940 nm, bei der die Strahlung von Wasser gut absorbiert wird, und die Wellenlänge der Referenz-Strahlungsquelle 4 bei einem von der IR-Absorptionslinie von Wasser deutlichen unterschiedlichen Wert von z.B. 1300 nm. Das Detektionselement 3 misst die Intensität der von der Messobjektoberfläche 10 reflektierten elektromagnetischen Strahlung. Aus dem Verhältnis der Intensitäten bei der Referenzwellenlänge und bei der Messwellenlänge wird unter Zugrundlegung von Kalibrierdurchläufen der Wassergehalt des zu bestimmenden Messobjekts berechnet. Die Mess- Strahlungsquelle 2 und die Referenz-Strahlungsquelle 4 können ihre Strahlung kontinuierlich abgeben oder in Form von Pulsen, die entsprechend verarbeitet werden können. Strahlungspulse haben den Vorteil der geringeren Störbeeinflussung durch andere Strahlungsquellen.

Das Detektionselement 3 ist eine Fotodiode oder ein Fototransistor, kann aber auch durch ein anderes gleichwertiges Element gebildet sein.

Das Messobjekt 1 ist in dem in Fig.2 gezeigten Ausführungsbeispiel ein Bahngut, z.B. eine Papierbahn, die gegenüber der Mess-Strahlungsquelle 2, der Referenz- Strahlungsquelle 4 und dem Detektorelement 3 in einem konstanten Abstand vorbeibewegt wird.

Im Halterungselement 31 sind parallele, durch die Wand 18 hindurchführende Durchgangsbohrungen 41 , 42 und 43 ausgenommen, an deren innerhalb des Gehäuses 15 gelegenen Enden die Mess-Strahlungsquelle 2, das Detektorelement 3 und die Referenz-Strahlungsquelle 4 mit ihren optischen Achsen entlang der Mittelachsen 21 , 22 und 23 verlaufend eingesetzt sind, und deren entgegengesetzte Enden bei Verwendung auf die Messobjektoberfläche 10 gerichtet sind. Zur geeigneten Aufnahme der Mess-Strahlungsquelle 2, des Detektorelements 3 und der Referenz-Strahlungsquelle 4 sind entsprechende Aufnahmebohrungen 81 , 82, 83 am inneren Ende der Durchgangsbohrungen 41 , 42 und 43 vorgesehen, wie sie für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3 in Fig.4 im Detail gezeigt sind.

Wie aus Fig.2 ersichtlich sind dadurch die von der Mess-Strahlungsquelle 2 und der Referenz-Strahlungsquelle 4 entlang der Mittelachsen 21 , 22 ausgesandten Strahlen, die durch die Durchgangsbohrungen 41 , 43 austreten sowohl zueinander als auch zu dem von der Messobjektoberfläche 10 entlang der Mittelachse 23 reflektierten Strahl, der durch die Durchgangsbohrung 42 eintritt und vom Detektorelement 3 empfangen wird, parallel.

Weiters sind gemäß Fig.1 die Mittelachsen 21 , 23, 22 der Durchgangsbohrungen 41 , 42, 43 in einer Ebene fluchtend angeordnet. Die Art der Anordnung und die Anzahl der verwendeten Mess-Strahlungsquellen, Referenz-Strahlungsquellen und der Detektorelemente sind im Rahmen der Erfindung jedoch keineswegs eingeschränkt.

Die Länge der Durchgangsbohrungen 41 , 42, 43 beträgt vorzugsweise ungefähr das Dreifache des Innendurchmessers, wodurch sich ein guter Schutz gegen Streulichtquellen erzielen lässt.

Die Halterung der Mess- und Referenz-Strahlungsquelle 2, 4 und des Detektorelements 3 können auch auf andere Weise erfolgen, so könnte etwa nur ein einziger Durchlass für alle drei Elemente vorgesehen sein.

Im Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 3 bis 6 sind die Mess-Strahlungsquelle 2, die Referenz-Strahlungsquelle 4 und das Detektorelement 3 so orientiert, dass die auf die Messobjektoberfläche 10 entlang der Mittelachsen 21 , 22 auftreffenden

Strahlen sich ungefähr in einem Punkt treffen, der genau im Verlauf einer Normalen zum Detektorelement 3 liegt und somit an jener Stelle, von wo aus der senkrecht von der Messobjektoberfläche 10 entlang der Mittelachse 23 zurückreflektierte Strahl in das Detektorelement 3 eintritt.

Um dies zu erreichen ist die Mittelachse der Durchgangsbohrung 42 für das Detektorelement 3 normal zur Messobjektoberfläche 10 orientiert und die Mittelachsen 21, 22 der Durchgangsbohrungen 41, 43 für die Mess-Strahlungsquelle 2 und die Referenz-Strahlungsquelle 4 schließen einen Winkel α von 7° mit der Mittelachse 23 der Durchgangsbohrung 42 für das Detektorelement 3 ein.

Wie in Fig.4 und Fig.6 gezeigt weisen die Durchgangsbohrungen 41 , 42, 43 des Halterungselements 31' jeweils zumindest einen seitlichen Einlass 71 , 72, 73 für die Druckbeaufschlagung mit Luft oder Gas auf, die durch, vorzugsweise im rechten Winkel zur Mittelachse der Durchgangsbohrungen 41 , 42, 43 verlaufende, Sackbohrungen gebildet sind. Diese seitlichen Einlasse sind im Ausführungsbeispiel gemäß Fig.1 und 2 nicht detailliert gezeigt dort aber auch vorhanden.

Die Druckbeaufschlagung mit Luft oder Gas erfolgt, indem das Gehäuse 15 erfindungsgemäß gas- und druckdicht ausgebildet ist und einen druckdichten Einlass 91 zum Anschluss an eine Druckluft- oder Druckgasleitung aufweist, welche die Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung darstellt. Bei Einspeisen von Druckjuft entsteht im Inneren des Gehäuses 15 gegenüber der Umgebung ein Überdruck, der ein Entweichen der Luft oder des Gases aus dem Inneren des Gehäuses 15 über die für den Durchtritt der Strahlen und für die Ausbildung des Strahlengangs erforderlichen Öffnungen, und zwar über die seitlichen Einlasse 71 , 72, 73 und die drei Durchgangsbohrungen 41 , 42, 43 in die Umgebung zur Folge hat. Die Luft oder das Gas, die bzw. das auf diese Weise nach außen gelangt weist vorzugsweise eine hohe Reinheit auf, wodurch die Durchgangsbohrungen 41 , 42, 43 aufgrund des ständigen Spülstroms von Verunreinigungen oder Feuchtigkeit freigehalten werden können. Über die Temperaturregelung der einströmenden Luft bzw. eines solchen Gases kann Kühlung oder Erwärmung erzielt werden, wenn Abwärme abgeführt oder Kondensation bzw. Keimbildung vermieden werden soll. In explosionsgefährdeten Umgebungen kann als Spülgas ein Inertgas, wie z.B. Stickstoff oder Kohlendioxid verwendet werden.

Fig.7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem anstelle einer linearen Anordnung zwei Mess-Strahlungsquellen 2 und zwei Referenz-Strahlungsquellen 4 auf einem gedachten Kreis um das Detektorelement 3 angeordnet sind. Diese Anordnung kann hinsichtlich der Anzahl und der Reihenfolge der Mess- Strahlungsquellen 2 und der Referenz-Strahlungsquellen 4 beliebig variiert werden und ermöglicht eine Erhöhung der auf das Messobjekt 1 einwirkenden Strahlung.

Um die Anzahl der Durchbrechungen oder Durchlässe im Gehäuse 15 zu minimieren können die Mess-Strahlungsquelle 2 und die Referenz-Strahlungsquelle 4 in einem gemeinsamen LED-Gehäuse integriert sein. Sehr vorteilhaft haben sich dabei Zweifach- oder Dreifach-LED erwiesen, die ein LED-Gehäuse mit einer entsprechenden Anzahl von pn-Übergängen mit unterschiedlichen Wellenlängen aufweisen. Eine Dreifach-LED kann z.B. LED mit den Wellenlängen 1300 nm, 1450 nm und 1500 nm in einem gemeinsamen LED-Gehäuse beinhalten. Es ist daher z.B. möglich, mit nur zwei Durchbrechungen im Gehäuse 15 für die Mess- Strahlungsquelle 2, die Referenz-Strahlungsquelle 4 und das Detektorelement 3 die erfindungsgemäße Vorrichtung zu realisieren. Bei nur zwei Durchbrechungen wird auch eine geringe Luft- oder Gasmenge im Zusammenhang mit der Druckbeaufschlagung benötigt. Mit den Mehrfach-LED ist eine Erhöhung der abgestrahlten Intensität bei gleich bleibender Anzahl von Durchbrechungen möglich, weil z.B. bei drei Durchbrechungen zwei davon mit Mehrfach-LED und eine mit einem Detektorelement bestückt sein können, sodass die beiden Mehrfach-LED einerseits jeweils gleichzeitig die Messstrahlung und andererseits jeweils gleichzeitig die Referenzstrahlung aussenden können, wodurch sich eine Verdopplung der ausgesandten Intensität gegenüber der Anordnung mit Einfach-LED erzielen lässt.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8, 9 und 10 ist an der Außenseite des Gehäuses 15 im Bereich der Durchbrechungen für die Mess- und Referenz-Strahlungsquelle 2, 4 sowie dem Detektorelement 3 eine diese überdeckende Abdeckschale 80 vorgesehen, die druckdicht mit der Außenseite des Gehäuses 15 verbunden ist.

Die Abdeckschale 80 bildet dabei zusammen mit der Gehäuse-Außenwand einen Hohlraum aus und weist Öffnungen 86, 87, 88 auf, die fluchtend mit den Durchbrechungen verlaufen, in welche die Mess-Strahlungsquelle 2, die Referenz- Strahlungsquelle 4 und das Detektorelement 3 so eingesetzt sind, dass deren Mittelachsen 21 , 22 und 23 bzw. optische Achsen fluchtend mit den Öffnungen 86, 87, 88 ausgerichtet sind und die austretende bzw. zurückreflektierte Strahlung durch diese Öffnungen 86, 87, 88 in der Abdeckschale 80 hindurchtreten können. Die Öffnungen 86, 87, 88 sind in der gezeigten Ausführungsform kreisförmig, können aber jede andere Form aufweisen, sie können z.B. auch durch einen einzigen Schlitz entsprechender Größe ersetzt werden.

Die Mess-Strahlungsquelle 2, die Referenz-Strahlungsquelle 4 sind als LED und das Detektorelement 3 als Photodiode vorgesehen, die anschlussseitig auf einer Leiterplatte 97 im Inneren des Gehäuses angeordnet sind.

Seitlich weist die Abdeckschale 80 einen druckdichten Einlass 91 ' zum Anschluss an die Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung mit Luft oder Gas auf. Im Betrieb hält die aufgrund des in der Abdeckschale 80 erzeugten Überdrucks aus den Öffnungen 86, 87 und 88 austretende Luft bzw. Gas die Mess- und Referenz-Strahlungsquellen 2, 4 sowie das Detektorelement 3 frei von Ablagerungen oder Verschmutzungen.

Fig.11 , 12, 13 und 14 zeigen ein Ausführungsbeispiel bei dem im Strahlengang der Mess-Strahlungsquelle 2 und der Referenz-Strahlungsquelle 4 und des Detektorelements 3 jeweils eine strahlungsdurchlässige Schutzplatte 85, 86, 87 z.B. aus Quarzglas angeordnet ist, um einen Schutz gegen mechanische Einwirkungen von außen zu erzielen zugleich aber ungehindertes Hindurchlassen der ausgesandten Mess- und Referenzstrahlung sowie der zurückreflektierten Strahlung, die in das Detektorelement eintritt, zu gewährleisten. In Fig.12 ist eine Platine 120 für nicht dargestellte Steuereinheiten gezeigt.

Die strahlungsdurchlässigen Schutzplatten 85, 86, 87 können aber auch als Filterplatten ausgeführt sein, die nur in einem festgelegten Spektralbereich strahlungsdurchlässig sind, um Fremdlichtwirkung herabzusetzen.

Fig.13 zeigt im Detail einen Gas- oder Luftkanal 77, der an seinem einen Ende über denn Innenraum des Gehäuses 15 mit der Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung in Verbindung steht und an seinem anderen Ende einen Gas- oder Lufteinlass 78 ausbildet, der an der der Referenz-Strahlungsquelle 4 gegenüberliegenden Seite der Schutzplatte 87 angeordnet ist und seitlich in die nach außen führende Durchgangsbohrung mündet, die an ihrem gehäuseinnenseitigen Ende die Strahlungsquelle 4 aufnimmt. In gleicher Weise sind weitere, nicht dargestellte Gasoder Lufteinlässe für die Messtrahlungsquelle 2 und das Detektorelement 3 vorgesehen. Die Spülung mit Gas oder Luft geschieht somit vom Inneren des Gehäuses 15 aus auf der von den Strahlungsquellen 2, 4 bzw. dem Detektor 3 abgewandten Seite der Schutzplatten 85, 86, 87.

Fig.15 zeigt ein Detail eines weiteren Ausführungsbeispiels, bei dem eine Wandöffnung 190 in einer Gehäusewand 110 vorgesehen ist, die mit einem nach außen vorstehenden Rohrstück 130 in Verbindung steht.

Im Inneren des Rohrstücks 130 ist die Mess-Strahlungsquelle 2 angeordnet, die von einer Haltescheibe 180 mit Löchern 170 gehalten ist. Die Wandöffnung 190 steht mit der Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung z.B. über einen nicht dargestellten Gehäuse-Hohlraum in Verbindung, sodass Luft oder Gas durch die Wandöffnung 190, das Rohrstück 130 und die Löcher 170 hindurch nach außen strömt (durch Pfeile angedeutet) und dabei die Mess-Strahlungsquelle 2 umspült. Analog kann diese Anordnung für die Referenz-Strahlungsquelle und das Detektorelement verwendet werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig.16 im Detail gezeigt, bei dem die Mess-Strahlungsquelle 2 in einem röhrenförmigen Durchlass 160 in einem Abstand zu einer nach außen führenden Öffnung 161 des Durchlasses 160 angeordnet ist. Der röhrenförmige Durchlass 160 steht über seitliche Einlasse 72 mit der Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung mit Luft- oder Gas in Verbindung, sodass Luft oder Gas im Bereich des Strahlenganges der Mess-Strahlungsquelle 2 strömt. Anstelle der Mess-Strahlungsquelle 2 kann die Referenz-Strahlungsquelle oder das Detektorelement angeordnet sein.

Fig.17 zeigt eine Anordnung einer in einem Gehäuse 210 untergebrachten erfindungsgemäßen Vorrichtung im Bereich einer Papierherstellungsanlage, für welche die in Herstellung befindliche Papierbahn durch die strichlierte Linie 285 angedeutet ist und sich in Richtung des Pfeils 280 bewegt. Zum Schutz gegen die direkte Einwirkung von bei der Produktion auftretenden Schwebeteilchen 295, wie

Tröpfchen oder kleine Papierpartikel, die sich in Richtung der Pfeile 290 bewegen, ist eine die eine Gehäuseseite überdeckende Prallplatte 200 vorgesehen, die über ein

Gestänge 220 quer zur Ausbreitungsrichtung der Schwebeteilchen 295 in Position gehalten ist.

Die Ebene der Prallplatte 200 verläuft im wesentlichen parallel zum Strahlengang der Strahlen 21 , 22, 23, die aus der Mess- und Referenzstrahlungsquelle austreten und in das Detektorelement eintreten, die im Gehäuse 210 untergebracht sind. Das Gehäuse 210 ist mit einer Seite an der Prallplatte 200 angebracht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch für die Papierabrissdetektion bei der Papierherstellung Verwendung finden, indem die schlagartig ausbleibende Absorption der von der Mess-Strahlungsquelle ausgesandte und auf die Papierbahn auftreffende Strahlung im Detektorelement detektiert wird.