Paperin syvyyskosteusjakauman mittaaminen lähi-infrapunaspektroskopian ja kiiltomittauksen avulla: Diplomityö

Translated title of the contribution: Paper moisture depth profiling by using near infrared spectroscopy and gloss measurement: Master's thesis

Petri Lehtonen

Research output: ThesisMaster's thesisTheses

Abstract

Tässä työssä kehitettiin infrapuna-absorptioon perustuva mittausmenetelmä, jolla pystytään mittaamaan paperin syvyyskosteusjakauma. Paperin syvyyskosteusjakauman tunteminen on oleellista tutkittaessa veden liikkumista paperissa päällystysprosessin aikana. Syvyyskosteusjakauman ohella tavoitteena oli kyetä selvittämään paperin päällysteen jähmettymisen vaiheet ensimmäisen ja toisen kriittisen pisteen mittauksen avulla. Kriittiset pisteet määritellään siten, että ensimmäisessä kriittisessä pisteessä päällysteen kiilto alkaa laskea ja toisessa kriittisessä pisteessä kiillon lasku pysähtyy. Kehitetty menetelmä perustuu ylä- ja alapuolisten heijastus- ja transmissiospektrien mittaamiseen ja niistä laskettuihin veden 1450 nm absorptioihin. Spektrien lisäksi paperin päällystetyltä puolelta mitataan kiiltoa. Spektrien mittauksessa käytettiin kuituvalaisua ja -keräystä. Spektrometreinä käytettiin InGaAs-tekniikkaan perustuvaa rivispektrometriä sekä HgCdTe-tekniikkaan perustuvaa spektrikameraa. Spektrien mittausalue rivispektrometrillä on 1200-2300 nm ja spektrikameralla 1000-2400 nm. Heijastusmittausten avulla pystytään määrittämään paperin ylä- ja alapintoihin painottunut kosteus ja transmission avulla paperin keskimääräinen kosteus. Kiiltomittauksella pystytään määrittämään päällysteen jähmettymisen toisen kriittisen pisteen ajankohta. Ensimmäisen kriittisen pisteen ajankohtaa ei menetelmän avulla pystytty kiistattomasti määrittämään. Menetelmän etuja ovat mittauksen suuri nopeus, mahdollisuus käyttää menetelmää online-ympäristössä sekä mahdollisuus tutkia ohuempia paperilaatuja kuin muilla vastaavilla menetelmillä. Tutkittujen paperien neliömassa vaihteli 40,7 - 146,5 g/m2 välillä ja papereista koottiin neliömassaltaan 40,7 - 773,3 g/m2 pinoja. Heijastusmittauksen tunkeutumissyvyydeksi mitattiin käytetyillä paperilaaduilla 300 µm. Heijastusmittauksen kalibrointi tasaisesti kostealle paperille tehtiin punnitukseen perustuvan kosteusmittauksen avulla. Eri mittausgeometrioiden signaalikohinasuhteet paperia mitattaessa laskettiin ja ne vaihtelivat kiiltomittauksen 82:sta heijastusmittauksen 275:een.
Original languageFinnish
QualificationMaster Degree
Awarding Institution
  • University of Oulu
Place of PublicationOulu
Publisher
Publication statusPublished - 2005
MoE publication typeG2 Master's thesis, polytechnic Master's thesis

Fingerprint

Near-Infrared Spectroscopy
xylometazoline

Keywords

  • NIR
  • paperin kosteusmittaus
  • paperin päällystys
  • Z-suuntainen kosteus
  • spektrimittaus
  • tunkeutumissyvyys

Cite this

@phdthesis{be4198fd433846aba2eceb0a65c5f538,
title = "Paperin syvyyskosteusjakauman mittaaminen l{\"a}hi-infrapunaspektroskopian ja kiiltomittauksen avulla: Diplomity{\"o}",
abstract = "T{\"a}ss{\"a} ty{\"o}ss{\"a} kehitettiin infrapuna-absorptioon perustuva mittausmenetelm{\"a}, jolla pystyt{\"a}{\"a}n mittaamaan paperin syvyyskosteusjakauma. Paperin syvyyskosteusjakauman tunteminen on oleellista tutkittaessa veden liikkumista paperissa p{\"a}{\"a}llystysprosessin aikana. Syvyyskosteusjakauman ohella tavoitteena oli kyet{\"a} selvitt{\"a}m{\"a}{\"a}n paperin p{\"a}{\"a}llysteen j{\"a}hmettymisen vaiheet ensimm{\"a}isen ja toisen kriittisen pisteen mittauksen avulla. Kriittiset pisteet m{\"a}{\"a}ritell{\"a}{\"a}n siten, ett{\"a} ensimm{\"a}isess{\"a} kriittisess{\"a} pisteess{\"a} p{\"a}{\"a}llysteen kiilto alkaa laskea ja toisessa kriittisess{\"a} pisteess{\"a} kiillon lasku pys{\"a}htyy. Kehitetty menetelm{\"a} perustuu yl{\"a}- ja alapuolisten heijastus- ja transmissiospektrien mittaamiseen ja niist{\"a} laskettuihin veden 1450 nm absorptioihin. Spektrien lis{\"a}ksi paperin p{\"a}{\"a}llystetylt{\"a} puolelta mitataan kiiltoa. Spektrien mittauksessa k{\"a}ytettiin kuituvalaisua ja -ker{\"a}yst{\"a}. Spektrometrein{\"a} k{\"a}ytettiin InGaAs-tekniikkaan perustuvaa rivispektrometri{\"a} sek{\"a} HgCdTe-tekniikkaan perustuvaa spektrikameraa. Spektrien mittausalue rivispektrometrill{\"a} on 1200-2300 nm ja spektrikameralla 1000-2400 nm. Heijastusmittausten avulla pystyt{\"a}{\"a}n m{\"a}{\"a}ritt{\"a}m{\"a}{\"a}n paperin yl{\"a}- ja alapintoihin painottunut kosteus ja transmission avulla paperin keskim{\"a}{\"a}r{\"a}inen kosteus. Kiiltomittauksella pystyt{\"a}{\"a}n m{\"a}{\"a}ritt{\"a}m{\"a}{\"a}n p{\"a}{\"a}llysteen j{\"a}hmettymisen toisen kriittisen pisteen ajankohta. Ensimm{\"a}isen kriittisen pisteen ajankohtaa ei menetelm{\"a}n avulla pystytty kiistattomasti m{\"a}{\"a}ritt{\"a}m{\"a}{\"a}n. Menetelm{\"a}n etuja ovat mittauksen suuri nopeus, mahdollisuus k{\"a}ytt{\"a}{\"a} menetelm{\"a}{\"a} online-ymp{\"a}rist{\"o}ss{\"a} sek{\"a} mahdollisuus tutkia ohuempia paperilaatuja kuin muilla vastaavilla menetelmill{\"a}. Tutkittujen paperien neli{\"o}massa vaihteli 40,7 - 146,5 g/m2 v{\"a}lill{\"a} ja papereista koottiin neli{\"o}massaltaan 40,7 - 773,3 g/m2 pinoja. Heijastusmittauksen tunkeutumissyvyydeksi mitattiin k{\"a}ytetyill{\"a} paperilaaduilla 300 µm. Heijastusmittauksen kalibrointi tasaisesti kostealle paperille tehtiin punnitukseen perustuvan kosteusmittauksen avulla. Eri mittausgeometrioiden signaalikohinasuhteet paperia mitattaessa laskettiin ja ne vaihtelivat kiiltomittauksen 82:sta heijastusmittauksen 275:een.",
keywords = "NIR, paperin kosteusmittaus, paperin p{\"a}{\"a}llystys, Z-suuntainen kosteus, spektrimittaus, tunkeutumissyvyys",
author = "Petri Lehtonen",
note = "CA: ELE diplomity{\"o} Oulun yliopisto, s{\"a}hk{\"o}- ja tietotekniikan osasto: Diplomity{\"o}",
year = "2005",
language = "Finnish",
publisher = "University of Oulu",
address = "Finland",
school = "University of Oulu",

}

Paperin syvyyskosteusjakauman mittaaminen lähi-infrapunaspektroskopian ja kiiltomittauksen avulla : Diplomityö. / Lehtonen, Petri.

Oulu : University of Oulu, 2005. 79 p.

Research output: ThesisMaster's thesisTheses

TY - THES

T1 - Paperin syvyyskosteusjakauman mittaaminen lähi-infrapunaspektroskopian ja kiiltomittauksen avulla

T2 - Diplomityö

AU - Lehtonen, Petri

N1 - CA: ELE diplomityö Oulun yliopisto, sähkö- ja tietotekniikan osasto: Diplomityö

PY - 2005

Y1 - 2005

N2 - Tässä työssä kehitettiin infrapuna-absorptioon perustuva mittausmenetelmä, jolla pystytään mittaamaan paperin syvyyskosteusjakauma. Paperin syvyyskosteusjakauman tunteminen on oleellista tutkittaessa veden liikkumista paperissa päällystysprosessin aikana. Syvyyskosteusjakauman ohella tavoitteena oli kyetä selvittämään paperin päällysteen jähmettymisen vaiheet ensimmäisen ja toisen kriittisen pisteen mittauksen avulla. Kriittiset pisteet määritellään siten, että ensimmäisessä kriittisessä pisteessä päällysteen kiilto alkaa laskea ja toisessa kriittisessä pisteessä kiillon lasku pysähtyy. Kehitetty menetelmä perustuu ylä- ja alapuolisten heijastus- ja transmissiospektrien mittaamiseen ja niistä laskettuihin veden 1450 nm absorptioihin. Spektrien lisäksi paperin päällystetyltä puolelta mitataan kiiltoa. Spektrien mittauksessa käytettiin kuituvalaisua ja -keräystä. Spektrometreinä käytettiin InGaAs-tekniikkaan perustuvaa rivispektrometriä sekä HgCdTe-tekniikkaan perustuvaa spektrikameraa. Spektrien mittausalue rivispektrometrillä on 1200-2300 nm ja spektrikameralla 1000-2400 nm. Heijastusmittausten avulla pystytään määrittämään paperin ylä- ja alapintoihin painottunut kosteus ja transmission avulla paperin keskimääräinen kosteus. Kiiltomittauksella pystytään määrittämään päällysteen jähmettymisen toisen kriittisen pisteen ajankohta. Ensimmäisen kriittisen pisteen ajankohtaa ei menetelmän avulla pystytty kiistattomasti määrittämään. Menetelmän etuja ovat mittauksen suuri nopeus, mahdollisuus käyttää menetelmää online-ympäristössä sekä mahdollisuus tutkia ohuempia paperilaatuja kuin muilla vastaavilla menetelmillä. Tutkittujen paperien neliömassa vaihteli 40,7 - 146,5 g/m2 välillä ja papereista koottiin neliömassaltaan 40,7 - 773,3 g/m2 pinoja. Heijastusmittauksen tunkeutumissyvyydeksi mitattiin käytetyillä paperilaaduilla 300 µm. Heijastusmittauksen kalibrointi tasaisesti kostealle paperille tehtiin punnitukseen perustuvan kosteusmittauksen avulla. Eri mittausgeometrioiden signaalikohinasuhteet paperia mitattaessa laskettiin ja ne vaihtelivat kiiltomittauksen 82:sta heijastusmittauksen 275:een.

AB - Tässä työssä kehitettiin infrapuna-absorptioon perustuva mittausmenetelmä, jolla pystytään mittaamaan paperin syvyyskosteusjakauma. Paperin syvyyskosteusjakauman tunteminen on oleellista tutkittaessa veden liikkumista paperissa päällystysprosessin aikana. Syvyyskosteusjakauman ohella tavoitteena oli kyetä selvittämään paperin päällysteen jähmettymisen vaiheet ensimmäisen ja toisen kriittisen pisteen mittauksen avulla. Kriittiset pisteet määritellään siten, että ensimmäisessä kriittisessä pisteessä päällysteen kiilto alkaa laskea ja toisessa kriittisessä pisteessä kiillon lasku pysähtyy. Kehitetty menetelmä perustuu ylä- ja alapuolisten heijastus- ja transmissiospektrien mittaamiseen ja niistä laskettuihin veden 1450 nm absorptioihin. Spektrien lisäksi paperin päällystetyltä puolelta mitataan kiiltoa. Spektrien mittauksessa käytettiin kuituvalaisua ja -keräystä. Spektrometreinä käytettiin InGaAs-tekniikkaan perustuvaa rivispektrometriä sekä HgCdTe-tekniikkaan perustuvaa spektrikameraa. Spektrien mittausalue rivispektrometrillä on 1200-2300 nm ja spektrikameralla 1000-2400 nm. Heijastusmittausten avulla pystytään määrittämään paperin ylä- ja alapintoihin painottunut kosteus ja transmission avulla paperin keskimääräinen kosteus. Kiiltomittauksella pystytään määrittämään päällysteen jähmettymisen toisen kriittisen pisteen ajankohta. Ensimmäisen kriittisen pisteen ajankohtaa ei menetelmän avulla pystytty kiistattomasti määrittämään. Menetelmän etuja ovat mittauksen suuri nopeus, mahdollisuus käyttää menetelmää online-ympäristössä sekä mahdollisuus tutkia ohuempia paperilaatuja kuin muilla vastaavilla menetelmillä. Tutkittujen paperien neliömassa vaihteli 40,7 - 146,5 g/m2 välillä ja papereista koottiin neliömassaltaan 40,7 - 773,3 g/m2 pinoja. Heijastusmittauksen tunkeutumissyvyydeksi mitattiin käytetyillä paperilaaduilla 300 µm. Heijastusmittauksen kalibrointi tasaisesti kostealle paperille tehtiin punnitukseen perustuvan kosteusmittauksen avulla. Eri mittausgeometrioiden signaalikohinasuhteet paperia mitattaessa laskettiin ja ne vaihtelivat kiiltomittauksen 82:sta heijastusmittauksen 275:een.

KW - NIR

KW - paperin kosteusmittaus

KW - paperin päällystys

KW - Z-suuntainen kosteus

KW - spektrimittaus

KW - tunkeutumissyvyys

M3 - Master's thesis

PB - University of Oulu

CY - Oulu

ER -