(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
喫煙製品の製造において、タバコ葉粒子ストリームの粒子を検出する方法であって、該方法は、
ａ）ビーム径（Ｄs）を有するファインビーム光バリヤによって、該タバコ葉粒子ストリームをスキャンすることと、
ｂ）該ビーム径は、該タバコ葉粒子の寸法よりも小さいことと、
ｃ）該タバコ葉粒子ストリームをスキャンする間の該ファインビーム光バリヤの暗化と、該ファインビーム光バリヤの断面を通って流動する粒子の数と、該タバコ葉粒子の移動速度とに基づいて、該タバコ葉粒子の寸法（ａｉ）の分布を決定することと、
ｄ）該タバコ葉粒子の寸法（ａｉ）の分布に基づいて、該タバコ葉粒子の平均寸法（ａ）および平均容積（Ｖ）の両方を表す値を統計的に推定することと
を特徴として含む、方法。
【請求項２】
前記タバコ葉粒子のサイズが、前記ファインビーム光バリヤの個々の信号の持続時間から計算されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記粒子の平均寸法（ａ[q]）を表す値が、暗時間
τ[q]＝（１／ＮΣτiq）1/q
のｑ次の積率を算出することにより計算され、Ｎは所定の検出時間内に検出される粒子の数、ｑは小さな全整数、ｖは粒子速度ａ[q]＝ｖτ[q]であることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記タバコ葉粒子ストリームのマスストリーム（μ）が、前記タバコ葉粒子の平均サイズ（ａ[q]）および速度（ｖ）を表す値から計算されることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記パラメータｑのさまざまな値について計算された、前記タバコ葉粒子の平均サイズ（ａ[q]）が、連続的に互いに比較されて、それらの比の急激な変化から、該粒子のサイズ分布の変化が確立されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記ファインビーム光バリヤのビーム径（Ｄs）が０．０１〜０．２ｍｍの範囲であること、または、スキャンするために使用される該ファインビーム光バリヤの検出器（Ｄ1，Ｄ2）が１００ｎｓより小さな時定数を有することのうちの少なくとも１つを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記光バリヤの応答に対するトリガ電圧は、光バリヤ信号に対してピーク型整流作用を実行し、該ピーク型整流作用が実行された該光バリヤ信号を電圧分割することによって得られる、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
光源と光検出器との間の光伝達が、前記ビームが粒子によって妨害されないときにモニタされることと、予め設定された値から下降すると警告通信が生成されることとを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
長期時間平均で、一定の所定の電圧値が得られるように、前記ファインビーム光バリヤの前記信号の利得が調節されることと、電圧調整信号が警告通信を生成するために使用されることとを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記タバコ葉粒子ストリームが、前記ファインビーム光バリヤによって貫通されたセンサチューブを介して輸送されることを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記センサチューブの半径（Ｒ）が、タバコ葉粒子の寸法よりも大きいことを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記タバコ葉粒子の速度（ｖ）を決定するために、第２のファインビーム光バリヤが、第１のファインビーム光バリヤから、規定された間隔（ｂ12）離れて配置され、該速度が、該第１のファインビーム光バリヤと第２のファインビーム光バリヤとの間の飛行時間（ｔ12）と間隔（ｂ12）とに基づいて計算される、請求項１から１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記タバコ葉粒子の前記マスストリーム（μ）を決定するために、前記ファインビーム光バリヤの前記出力信号が、予め設定された検出時間（Ｔ0）の間に該ファインビーム光バリヤをトリガする全てのタバコ葉粒子について算出されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記２つのファインビーム光バリヤが、該２つのファインビーム光バリヤの両方が、非常に良好な接近状態で、同じ種類の信号を供給するような間隔で、互いから離して配置されることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記タバコ葉粒子の平均サイズ（ａ）は、該タバコ葉粒子の形状スペクトルについての特徴を示す形状因子（ｆt）を考慮に入れて、前記ファインビーム光バリヤまたは各ファインビーム光バリヤの平均パルス持続時間（ｔ）から決定されることを特徴とする、請求項１から１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
検出された各粒子について「粒子時間ウィンドウ」が規定されることを特徴とする、請求項１から１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記マスストリーム（μ）の計算において、前記粒子時間ウィンドウの外側で検出された前記粒子は、前記粒子時間ウィンドウによって引き起こされる前記センサの休止時間（Ｔｐ）を補償するために、ｅｘｐ（Ｔp／Ｔm）倍（Ｔmは該粒子の平均時間間隔）に乗算されることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
較正の実行において、算出のために必要な形状／較正因子が決定され、該形状／較正因子が測定値結果の算出において使用されることを特徴とする、請求項１から１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記タバコ葉粒子がウィノーイングされることを特徴とする、請求項１から１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
各粒子の測定された速度（ｖi）を算出することにより、輸送媒体に対する該粒子のスリップ速度（ｖs）が決定されることと、これから、密度および形状を特徴付ける粒子階級への粒子の割り当てが、前記測定された粒子サイズ（ａi）について行われることとを特徴とする、請求項１２から１４のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記測定された値をサイズ／速度プロット内に分類することにより、タバコ葉粒子ストリーム内に存在する個々の粒子階級、特に薄片粒子およびリブ粒子、が区別されることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
喫煙製品の製造において、タバコ葉粒子ストリームの粒子を検出する装置であって、該装置は、
ａ）センサであって、該センサを通過して該タバコ葉粒子ストリームが空気輸送されるセンサと、
ｂ）該センサ内に設けられたファインビーム光バリヤであって、該ファインビーム光バリヤの直径が該タバコ葉粒子の寸法よりも小さい、ファインビーム光バリヤと、
ｃ）該タバコ葉粒子ストリームをスキャンする間の該ファインビーム光バリヤの暗化と、該ファインビーム光バリヤの断面を通って流動する粒子の数と、該タバコ葉粒子の移動速度とに基づいて、該タバコ葉粒子の寸法（ａｉ）の分布を決定する決定手段と、
ｄ）該タバコ葉粒子の寸法（ａｉ）の分布に基づいて、該タバコ葉粒子の平均寸法および平均容積の両方を表す値を統計的に推定する推定装置と
を含む、装置。
【請求項２３】
前記タバコ葉粒子の速度（ｖ）を決定するために、第１のファインビーム光バリヤから規定された間隔（ｂ12）で、第２のファインビーム光バリヤが配置されることを特徴とする、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記タバコ葉粒子ストリームの輸送媒体の速度を決定する手段が提供されることを特徴とする、請求項２２または２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記タバコ葉粒子ストリームの前記輸送速度を決定する手段が、風速計であることを特徴とする、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
最小のタバコ葉粒子に割り当てられた最大粒子速度が、前記タバコ葉粒子ストリームの前記輸送媒体の速度の値として使用されることを特徴とする、請求項２４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、喫煙製品の製造時に、タバコ葉粒子ストリーム、特にウィノーイング（ｗｉｎｎｏｗｉｎｇ）の粒子を検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タバコの製造において、タバコメーカー内に入ってくるタバコストリームが、スクリーニングされる。十分に微細な材料のみが、まとめて取りこまれて束にされる。より粗い材料である残りの部分、いわゆる「ウィノーイング」がこのスクリーニング処理により除去され、且つさらなる処理のために空気輸送（ｐｎｅｕｍａｔｉｃ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）により中心に集められる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
タバコメーカーの作動を最適化するために、ウィノーイングのサイズ分布と同様に、タバコメーカーの作動中にオンラインでウィノーイングのマスストリーム（ｍａｓｓ  ｓｔｒｅａｍ）を決定すること、およびそのウィノーイングの調整分離において、得られるパラメータを利用することが重要である。現在まで、ウィノーイングの検出はタバコメーカーでは実現されなかった。また、（実施されたとしても）除去されたウィノーイングのふるい分析により、オフラインで実行されていた。結果的に得られる測定結果は、ウィノーイングの除去のみを行うことにより、高い製造品質に関するオンラインでのスクリーニング条件の最適化（実質的に全てのウィノーイングの除去）に有効であり得る。しかしながら、もし、ウィノーイングマスストリームの分析が、タバコメーカーのウィノーイング出口で直接、オンラインで実施できるのであれば、最適化はより迅速、且つより柔軟になる。この方法でのマスストリームの測定が輸送空気流の可変速度で行われるようにすることで、タバコメーカーの作動パラメータが変化したとしても、適切に機能することが保証され、測定結果の精度は、ウィノーイングの粒子サイズの変動には依存しないようになる。
【０００４】
また、連続する処理のモニタリングにより、ウィノーイング粒子ストリームから、瞬間のサイズ分布に関する情報（例えば、平均の粒子サイズ、およびサイズ分布の広がりに関する）を獲得することにより、スクリーニング処理の不調を迅速、且つ選択的に認知することができることが利点である。
【０００５】
これは、現在まで用いられてきたオフラインでのふるい分析では、定義上可能ではなかった。
【０００６】
タバコの製造以外の他の技術分野において、各種の光学スクリーニング法が開発されてきた。独国特許第４１  １９  ２４０  Ｃ２号は、個々の粒子が球形である粒子混合物の粒子サイズ分布を決定する方法を開示している。この粒子混合物は、平行な光ビームと垂直なオプトエレクトロニクス測定長を超えて移動し、且つオプトエレクトロニクス的に線状にスキャンされる。粒子の弦長が測定され、且つ分級機により特定の長さの階級が割り当てられる。この分級機により、粒子サイズの分布が、対応する長さの階級の粒子の直径に基づいて規定される粒子サイズ階級に従って計算される。
【０００７】
ウィノーイングの形状は、球形とは大きく異なるので、この方法はタバコ粒子のスクリーニングでは実現され得ない。
【０００８】
独国特許第３２  ３６  ２６１号は、マスクの２つのスロットを飛行して通過する、ストリーム媒体内で輸送される粒子の平均半径および／または平均の長さを決定する方法を記載している。これらのスロットを通過する際に、粒子により放射、分散、または吸収されたビームは、両方のスロットを完全に通過した、確認される所定の粒子をイネーブルするためにモニタリングされる。この方法はまた、タバコ葉の形状が不規則なために、タバコ葉ウィノーイングのスクリーニングには適さない。
【０００９】
同様の方法が、独国特許１９７  ０６  ８９０  Ａ号に開示されており、ここでは、放射、分散、または吸収されたビームと事前に定義された関係を有する粒子が確認される。この確認された粒子がスロットを通過するときに、確認された粒子のサイズが、放射、分散、または吸収されたビームの量から決定される。
【００１０】
独国特許３７  ０６  ５０２号は、レーザビームの光路に、交互に導入されることにより、一方の測定セルが作動用に用いられる一方で、同時に他方の測定セルがクリーニングされるような２つの測定セルを用いる、粉状の製造物の粒子分布を決定するための装置を開示している。
【００１１】
独国特許第４２  １５  ９０８  Ａ号は、クリーンルームのモニタリングをし、且つ高純度の液体のチェックを維持するための光学粒子測定法を開示している。ここでは、その測定された体積中を通過する粒子が光を放射し、検出器を含む画像装置が、結果的に拡散された光を検出する。その測定された体積に対する放射は、時間に変調された測定信号が、信号とノイズの比率の実現可能な向上を実体化し、且つ表現する。
【００１２】
独国特許第２８  ５５  ５８３  Ｃ２号は、ＴＶカメラを用いて静的に記録された粒子混合物の粒子分布を決定する方法を記載しており、データが落下する粒子の静的に投射されたイメージの関数として処理される。較正測定は、粒子混合物からふるいにかけられた粒子の階級にもとづいて行われ、且つ粒子が回転楕円体の形態を有する仮定の下で、平均形態係数（ａｖｅｒａｇｅ  ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）が、粒子の長軸と短軸の関係の平均値として決定される。この回転楕円体の形状の仮定は、タバコ葉粒子には同様に適用できない。
【００１３】
特許第３２  １６  ４８６号は、タバコの製造時に、切り取られた余分なタバコ葉に対する検出器を記載している。この切り取られた余分なタバコ葉のすべてが、空気の作用により検出器を通過し、検出器からの光ビームがスクリーンと同様の方式でタバコストリームにより弱められる。検出器の光電池によって発生される電流の強さが、タバコストリームの密度と反比例するので、タバコ葉の流量とも反比例する。個々のタバコ葉の検出はできない。
【００１４】
最後に、独国特許４３  ０７  ４０７  Ｃ２号は、タバコを製造するための装置を開示しており、軽量のタバコ葉粒子がより重いタバコ葉粒子を含む廃材から分離される。適切なセンサを用いて選別の質をモニタリングすることは、述べられていない。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の方法は、喫煙製品の製造において、タバコ葉粒子ストリームの粒子を検出する方法であって、該方法は、ビーム径（Ｄs）を有するファインビーム光バリヤによって、該タバコ葉粒子ストリームをスキャンすることと、ｂ）該ビーム径は、タバコ葉粒子の寸法よりも小さいことと、ｃ）該ファインビーム光バリヤの暗化によって判定される該タバコ葉粒子の寸法（ａi）の分布から、該タバコ葉粒子の平均寸法（ａ）および平均容積（Ｖ）を算出することと、を特徴とする。
【００１６】
本発明の方法は、前記タバコ葉粒子のサイズが、前記ファインビーム光バリヤの個々の信号の持続時間から計算されることを特徴としてもよい。
【００１７】
本発明の方法は、前記粒子の平均寸法（ａ[q]）が、暗時間（ｄａｒｋ  ｔｉｍｅ）τ[q]＝（Ｎ−１Στqi）1/q（Ｎは所定の検出時間内に検出される粒子の数、ｑは小さな整数、ｖは粒子速度：ａ[q]＝ｖτ[q]）のｑ次の積率を算出することにより計算されることを特徴としてもよい。
【００１８】
本発明の方法は、前記タバコ葉粒子ストリームのマスストリーム（μ）が、前記タバコ葉粒子の平均サイズ（ａ[q]）および速度（ｖ）から計算されることを特徴としてもよい。
【００１９】
本発明の方法は、パラメータｑのさまざまな値について計算された、前記タバコ葉粒子の平均サイズ（ａ[q]）が、連続的に互いに比較されて、それらの比の急激な変化からの、該粒子のサイズ分布の変化が確立されることを特徴としてもよい。
【００２０】
本発明の方法は、前記ファインビーム光バリヤのビーム径（Ｄs）が０．０１〜０．２ｍｍの範囲、特に、０．０５〜０．１５ｍｍの範囲であり、かつ／または、該ファインビーム光バリヤの検出器（Ｄ1，Ｄ2）が十分に速い応答を有する、つまり、１００ｎｓより小さな時定数を有することを特徴としてもよい。
【００２１】
本発明の方法は、前記光バリヤの応答に対するトリガ電圧は、ピーク型整流作用および光バリヤ信号自体からの電圧分割によって得られてもよい。
【００２２】
本発明の方法は、光源と光検出器との間の光伝達が、前記ビームが粒子によって妨害されない時にモニタされ、予め設定された値から下降すると警告通信が生成されることを特徴としてもよい。
【００２３】
本発明の方法は、長期時間平均で、一定の予め規定された電圧値が得られ、且つ、電圧調節信号を使用して前記警告通信を生成するように、前記ファインビーム光バリヤの前記信号の利得が調節されることを特徴としてもよい。
【００２４】
本発明の方法は、前記タバコ葉粒子ストリームが、前記ファインビーム光バリヤによって貫通されたセンサチューブを介して輸送されることを特徴としてもよい。
【００２５】
本発明の方法は、前記センサチューブの半径（Ｒ）が、タバコ葉粒子の寸法よりもかなり大きいことを特徴としてもよい。
【００２６】
本発明の方法は、前記タバコ葉粒子の速度（ｖ）を判定するために、第２のファインビーム光バリヤが、第１のファインビーム光バリヤから、規定された間隔（ｂ12）離れて配置され、該速度が、一方では、該２つのファインビーム光バリヤの間の飛行時間（ｔ12）から計算され、他方では、既知の間隔（ｂ12）から計算されることを特徴としてもよい。
【００２７】
本発明の方法は、前記ファインビーム光バリヤの前記出力信号が、予め設定された検出時間（Ｔ0）の間に該ファインビーム光バリヤをトリガする全てのタバコ葉粒子について算出されて、前記タバコ葉粒子の前記マスストリーム（μ）を判定することを特徴としてもよい。
【００２８】
本発明の方法は、前記２つのファインビーム光バリヤが、該２つのファインビーム光バリヤの両方が、非常に良好な接近状態で、同じ種類の信号を供給するような間隔で、互いから離して配置されることを特徴としてもよい。
【００２９】
本発明の方法は、前記タバコ葉粒子の平均サイズ（ａ）は、該タバコ葉粒子の形状スペクトルについての特徴を示す形状因子（ｆt）を考慮に入れた前記ファインビーム光バリヤまたは各ファインビーム光バリヤの平均パルス幅（τ）から判定されることを特徴としてもよい。
【００３０】
本発明の方法は、検出された各粒子について「粒子時間ウィンドウ」が規定され、このウィンドウにさらなる粒子が登録されないことを特徴としてもよい。
【００３１】
本発明の方法は、前記粒子時間ウィンドウによって発生されるセンサの休止時間（Ｔp）は、前記マスストリーム（μ）の計算において、補正的に考慮され、該粒子時間ウィンドウの外側で検出された該粒子から計算された該マスストリームが、ｅｘｐ（Ｔp／Ｔm）倍（Ｔmは該粒子の平均時間間隔）に乗算されることを特徴としてもよい。
【００３２】
本発明の方法は、較正の実行において、算出のために必要な形状／較正係数が決定され、該形状／較正係数が測定値結果の算出において使用されることを特徴としてもよい。
【００３３】
本発明の方法は、前記タバコ葉粒子がウィノーイングされることを特徴としてもよい。
【００３４】
本発明の方法は、各粒子の測定された速度（ｖi）を算出することにより、該粒子のスリップ速度（ｖs）が輸送媒体に関連して判定され、これに基づいて、密度および形状を特徴付ける粒子階級への粒子の割り当てが、前記測定された粒子サイズ（ａi）について行われることを特徴としてもよい。
【００３５】
本発明の方法は、前記測定された値をサイズ／速度プロット内に分類することにより、タバコ葉粒子ストリーム内に存在する個々の粒子階級、特に薄片粒子およびリブ粒子、が区別されることを特徴としてもよい。
【００３６】
本発明の装置は、喫煙製品の製造において、タバコ葉粒子ストリームの粒子を検出する装置であって、該装置は、ａ）センサであって、該センサを通過するように該タバコ葉粒子ストリームが空気輸送されるセンサと、ｂ）該センサ内に設けられたファインビーム光バリヤであって、該ファインビーム光バリヤの直径が該タバコ葉粒子の寸法よりも小さい、ファインビーム光バリヤと、ｃ）該タバコ葉粒子の平均寸法および平均体積を、該ファインビーム光バリヤの暗化によって判定されたその寸法（ａi）から判定する算出装置とを含む装置。
【００３７】
本発明の装置は、前記タバコ葉粒子の速度（ｖ）を判定するために、前記第１のファインビーム光バリヤから規定された間隔（ｂ12）で、第２のファインビーム光バリヤが配置されることを特徴としてもよい。
【００３８】
本発明の装置は、前記タバコ葉粒子ストリームについての輸送媒体の速度を判定する手段が提供されることを特徴としてもよい。
【００３９】
本発明の装置は、前記タバコ葉粒子ストリームの前記輸送速度を判定する手段が、風速計であることを特徴としてもよい。
【００４０】
本発明の装置は、最小のタバコ葉粒子に割り当てられた最大粒子速度が、前記タバコ葉粒子ストリームについての前記輸送媒体の速度についての値として使用されることを特徴としてもよい。
【００４１】
本発明は、喫煙製品の製造において、ファインビーム光バリヤ（ファインビーム光バリヤの直径はタバコ葉粒子の寸法よりも小さい）によってスキャンすることにより、および、ファインビーム光バリヤの暗化によって判定されるタバコ葉粒子の寸法の分布から、タバコ葉粒子ストリームの粒子を検出する方法に関する。
【００４２】
本発明の１つの目的は、喫煙製品の製造時に、ウィノーイングストリームの粒子のマスストリームを検出する方法を提供することであり、これにより、その後のふるい分析の欠点を克服することができる。特に、オンラインで作用する方法を提案しており、これにより、製造品質、およびウィノーイングのみの除去に関するスクリーニングの条件を最適化するために用いることが可能である。
【００４３】
この目的は、請求項１に記載の特性により達成される。
【００４４】
好適な実施形態が、従属クレームの特性により規定されている。
【００４５】
本発明により達成される利点は、光学的方法に基づき、この光学的方法は、ファインビーム光バリアを用いることにより機能し、且つこのファインビーム光バリアの光ビームが暗くなることから、統計的考察に基づいてウィノーウィング粒子の平均寸法および平均体積を検出する。
【００４６】
この測定は、粒子サイズの分布に関する情報を主に提供し、個々の粒子が別々に測定されるために、平均寸法、平均体積、平均粒子マスストリーム、および粒子マスストリームが続けて決定される。
【００４７】
このようにして得られたマスストリームに対する測定値は、例えば、２番目のファインビーム光バリアを用いることによって、粒子速度が装置内で、前述のパラメータを計算する際に直接測定されるので、ウィノーイングストリームの輸送速度には依存しない。このように、ストリーム内での粒子のすべりも考慮されており、測定装置はそれ自体で完全であり、他のセンサーから独立している。
【００４８】
測定は、ウィノーイングストリームの入力および出力のための複雑な設計なしで、タバコメーカーから抽出されたウィノーウィングストリームを、ファインビーム光バリアが配置された輸送／センサチューブを通してただ輸送するだけで達成可能である。必要とされる全長は１００ｍｍよりも短いので、このセンサを設置するためのスペースは十分にあるはずである。
【００４９】
この光学測定方法は、センサが接触せずに作用し、衝撃を与えずに、且つ断面に変化を与えることなく直接挿入することが可能であるので、ウィノーウィングストリームの余分な劣化を結果的にもたらさない。
【００５０】
センサの機械的／物理的部分が比較的簡単な構成なので、確実性が高く、また、特にまとめて購入するときには、比較的に低価格でもある。
【００５１】
【発明の実施の形態】
本発明は、添付の概略図を参照し、実施例を用いることによりさらに詳細に説明される。
【００５２】
図１は、コピー機のスキャニング面上に広げて、直接映し出したウィノーイングの試料を示す。個々のウィノーイング粒子は、横方向の寸法が主に０．５〜２ｍｍの範囲で、縦方向の寸法が５〜２０ｍｍの範囲である、大部分が拡大されたウィノーイングである。
【００５３】
よって、以下の計算のために、ａ＝２ｍｍのウィノーイング粒子の寸法が、縦および横方向の寸法に対する平均値として計算する。後の手順におけるこの簡略化の理由を下記において詳細に説明する。
【００５４】
すでに上述したとおり、タバコメーカーでのタバコ製造の際に、中に入ってくるタバコストリームはスクリーニングされるので、十分に微細なタバコ材料のみがタバコの束にまとめられる一方で、粗い材料である残りの部分、つまりウィノーイングがタバコメーカーの出口で排出され、更なる処理のために空気輸送により中心に集められる。
【００５５】
図２ａは、この工程の間に、同時にセンサチューブとしても機能する、輸送チューブを通って、ウィノーウィングがどのように運ばれるかを示す。センサチューブの一方の側に光源を含み、そのセンサチューブの反対側に検出器を含むファインビーム光バリアが、このセンサチューブに配置されている。検出ビームが、チューブの断面の中心を通過し、その方向は、下記において、デカルト座標のｙ方向として用いられる。
【００５６】
このチューブの半径Ｒは、ウィノーイング粒子の寸法と比較すると、非常に大きい。
【００５７】
センサチューブの中央線は、座標のｚ軸として用いられる。座標のｘ軸は、図２ａに示される方向である。
【００５８】
ウィノーイング粒子は、形状、サイズ、方位角、およびそれぞれの軌動（重心はセンサの｛ｘi，ｙi｝と対応する）において異なる。定常ストリーム条件下では、ウィノーイング粒子の軌動は、チューブの断面にわたって統計学的に平均して均等に分布されることが推測され得る。
【００５９】
光ビームの横方向の寸法は、技術的にできるだけ小さくなるように選択され、ウィノーイング粒子の全ての寸法と比較して、無視できるほど小さいと考えられ得るので、本内容において、用語「ファインビーム光バリア」が用いられ得る。
【００６０】
実際には、検出光ビームは、例えば、０．１ｍｍの直径Ｄsを有する。対応する検出器は、応答が十分に早く（例えば、１００ｎｓの範囲内である。）、粒子速度（典型的には、２５ｍ／ｓ）から粒子の寸法を正確に決定するように設計される。
【００６１】
ファインビーム光バリアを用いてウィノーイング粒子を検出するプロセスにおいて、輸送されたウィノーイング粒子の大部分が、光バリアを通過し、実際に検出されるのは少しの部分のみである。ウィノーイング粒子の寸法が、ビームの直径Ｄsよりも極めて大きいので、光ビームによる短時間の割りこみが、ファインビーム光バリアを通過する各粒子の既知の輸送速度ｖに対して得られる。粒子の所与の速度では、割りこみの継続時間τiは、その軌動上の粒子の「予測された」直径ｓiに比例する。このパルス幅は、粒子の測定速度ｖiと共にその直径ｓiを計算するために用いられ、そこから体積および質量を計算する。質量ｍiから、検出時間Ｔoの間に十分な数の粒子が検出され、全体の質量ストリームが最後に検出される。
【００６２】
粒子が大きければ大きいほど、ファインビーム光バリアにより検出される確率が増える。それゆえ、ウィノーイング粒子の検出確率が、光バリア信号からのマスストリームを計算するときに考慮される必要がある。これに関しては、次に図２ｂおよび２ｃを参照して説明する。
【００６３】
図２ｂは、センサを通過してｚ方向に沿って移動し、且つファインビーム光バリアをトリガするウィノーイング粒子を示す。発生した割りこみの時間は、軌動の位置ｘに依存し、すなわち、τi＝τ（ｘ）であり、且つウィノーイング粒子の方位角に依存する。
【００６４】
図２ｂに示す関数τ（ｘ）のプロットは、示される方位のみに適合する。τ≠０である幅の範囲ａ1が、所与の方位でのウィノーイング粒子の検出範囲である。
【００６５】
次に同じウィノーイング粒子が、任意の方位で観察されるときに、検出範囲の代わりに、図２に示す光バリアの局所依存応答確率ｗA（ｘ）を表わす。これは、全方位を平均することにより得られる。
【００６６】
｜ｘ｜の極小さな値においては、軌跡がｙ軸の非常に近くを通過し、よって、光ビームの非常に近くを通過するときに、光バリアは確実に応答し、ここで、
ｗA（ｘ）＝１
となる。
【００６７】
より長い距離｜ｘ｜においては、応答確率は連続して０に近づき、これにより、平均応答幅ａmが、等式に従って、
ａm＝∫ｗA（ｘ）ｄｘ
と定義される。
【００６８】
図２ｃに示す表示において、矩形の幅が曲線ｗA（ｘ）の下の面積とその矩形の面積が等しいことが示されている。この幅の正確な値は、粒子の形状およびサイズに依存するが、この値は平均化されているので、その方位角には依存しない。
【００６９】
この値ａmは、軌動がセンサチューブの断面のある点を通過するときに、ウィノーイング粒子が光バリアによりカウントされる確率を示す。このカウント確率ｗzは、
ｗz＝Ａpi／ＡQ＝ａm・２Ｒ／πＲ2＝（２／π）・ａm／Ｒ
となり、ここでＡpiは、幅ａmおよび長さ２Ｒを有し、ウィノーイング粒子が検出される断片の面積であり、ＡQ＝πＲ2がチューブの断面を示す。
【００７０】
単一の粒子においては、応答幅ａmが粒子サイズに比例する。次に、粒子の形状スペクトルが常に同じであると仮定すると、同じ比率が平均値に対して適用され、且つ平均応答幅ａmが以下の等式により与えられる。
ａm＝ｆα・α
ここで、平均粒子サイズα、および（センサの較正により）経験的に決定され得る形状因子ｆαである。従って、カウント確率ｗzを用いて、平均カウント速度（ａｖｅｒａｇｅ  ｃｏｕｎｔ  ｒａｔｅ）Ｚが、
Ｚ＝Ｎｗz＝（２ｆα／π）Ｎα／Ｒ
と表わされ、ここで、Ｎは、単位時間当たりのチューブの断面を通って流動する粒子数である。
【００７１】
この等式を用いて、製造物Ｎαが測定カウント速度Ｚから決定され、且つマスストリームμの計算に用いられる。ここで、
μ＝Ｎｍp
となり、ｍ＝ｆmα3が粒子の平均質量を表わす。粒子サイズαの３乗に比例する。ここで重要な比例因子ｆmが、経験的に決定される必要がある。上記の等式を組み合わせることによって、下記の式のマスストリームが得られる。
【００７２】
【数１】
0004363769.tif 000002
この式をさらに算出するために、値α2も求められる必要がある。これは、光バリア信号の平均継続時間から求められ、下記に示すとおりである。
【００７３】
すでに説明したとおり、単一の光バリア信号の時間τiは、粒子のサイズおよび方位角に依存することと同様に、検出された粒子の軌動が、センサ面を飛行して通過する正確な位置ｘiに依存する。
【００７４】
光バリア信号の厚さは、ウィノーイング粒子寸法と比較して無視できるほど薄く、且つ形状スぺクトルが一定であると仮定されるので、位置ｘiおよび方位角に対するパルス継続時間τiの依存性は、全ての粒子に対して平均して同じになる。パルス継続時間対粒子のサイズの同じ比率が、全ての粒子に対して維持される。結果的に、平均パルス継続時間τも、平均粒子サイズαに比例し、且つ粒子の移動速度ｖに反比例しなければならない：
τ＝ｆtα／ｖ
ここで、形状因子ｆtは、現在の形状スぺクトルの特性である。よって、結論として、上記から導出されるとおり、部分的な結果を組み合わせることによって得られるマスストリームμを算出する式は、
μ1＝Γ1Ｚｖ2τ2
であり、ここで、全ての形状因子およびセンサの他の係数が、共に単一の因子Γ1にグループ化される。しかしながら、これらの形状因子には多数の仮定が含まれるので、この因子Γ1を計算することは得策ではないように思われる。その代わり、センサを較正することにより確認される。
【００７５】
平均パルス継続時間τは、検出時間Ｔ0中の全てのパルスの時間τiを単に加えることにより技術的に決定され得、続いてその合計をＴ0と照会する。この目的のために、最も簡単な場合においては、光バリアが割りこまれる時間（τi）の間、速いクォーツ時計の各パルスを加算カウンタに入れれば十分である。
【００７６】
粒子サイズ分布に関する情報を得るために、各パルスの時間τiを個々に記憶する必要がある。検出時間Ｔoが経過したときに、１０3．．．１０4個の粒子に対してこれらの値を得て、コンピュータはτiの値の測定分布をモニタ上に図示する。また、コンピュータは、平均値τおよび分布の分散幅Δτを表示するか、またはデータバスを用いてこれをより高次の処理制御に伝達することが可能である。
【００７７】
既述の評価の代替案として、特定の検出時間Ｔo中に、全体としてセンサの断面を飛んで通過する全ての粒子の質量ｍiまたは体積Ｖiからマスストリームμを計算することによってそれを算出する別の方法がある：
μ＝（１／ＴO）Σｍi＝（ρ／ＴO）ΣＶi＝（ρｆv／ＴO）Σａi3
ここで、形状因子ｆv＝Ｖi／ａi3であり、ρは、ウィノーイング材料の質量密度である。すべての粒子が検出される訳ではないので、この合計は、光バリアにより検出された粒子のみを扱う。各粒子に対するサイズに依存する検出確率は、重量因子ｇiにより個々に考慮される。その結果として、
μ＝（ρｆv／Ｔo）Σｇiａi3
となる。
【００７８】
上述のとおり、検出確率は粒子のサイズに比例する。このため、サイズに反比例する重量を扱うことが好ましい。すなわち、
ｇi＝１／ａi＝ｖ／τi
となる。
【００７９】
２、３の中間工程を経た後、下記の算出式を導く。
μ2＝Γ2Ｚｖ2τeff2
ここで、τeff2は、光バリアパルス継続時間の二乗平均であり、Γ2は、経験的に決定されるべき別の較正因子である。
【００８０】
μ1に対する等式が単純平均を用い、且つμ2に対する等式が二乗平均を用いるが、これらの等式は互いに相反しない。すなわち、固定された一定の形状スぺクトルを前提とするので、結果として対応する異なる較正因子Γ1／Γ2を生じる２つの引用した平均値間にも、一定の相互関係が存在する。前述の仮定を適用すると、２つの等式のどちらがマスストリームを計算するために用いられるかは、重要ではない。
【００８１】
実際には、しかしながら、固定の形状スぺクトルを仮定することは、十分ではない。次に、上記において引用された２つの等式により決定されるマスストリームの値を比較することにより、オンラインで生じるいずれの相違も検出することが可能である。時間のある点において、計算されたマスストリームの値μ1とμ2間の相違が、にわかに観測され、次に、パルス継続時間統計τiを評価することにより、ズレが生じる場所、および２つのマスストリームの値のどちらがより大きいかが示され得る。
【００８２】
上記の考察から、ウィノーイング粒子分布の平均ウィノーイング粒子寸法α、および他の必須パラメータを、ファインビーム光バリアの検出信号のパルス継続時間から、または平均パルス継続時間τから確立することが可能である。
【００８３】
上記の計算においては、ウィノーイング粒子の移動速度ｖを知ることが必要である。これを測定するために各種方法が利用可能であり、最も簡単な場合には、センサチューブ内の空気輸送速度を測定すれば十分で有るはずである。
【００８４】
好適な実施形態に従って、ウィノーイング製造ストリームは、センサチューブ内で互いに短い距離ｂ12離れて連続して位置する２つのファインビーム光バリアを用いてスキャンされる（図３参照）。第１および第２のファインビーム光バリアの信号の時間差ｔ12＝ｖ．ｂ12を評価することにより、センサ内で直接粒子速度ｖを決定することが可能である。この結果、粒子センサは、他の測定デバイスに依存せずに、それ自体で完全なものとなる。
【００８５】
２つのファインビーム光バリアを組み合わせるこのような検出方法は、図３から明らかなように、マスストリームμに加えて、ウィノーイング粒子の粒子サイズ、サイズ変化、および輸送速度を提供することができる。
【００８６】
２つのファインビーム光バリアは、検出器Ｄ1およびＤ2と同様に、センサチューブ内、またはその外部に配置された光源Ｌ1およびＬ2をそれぞれ含む。センサチューブの外部に配置されるときに、透明の窓が、微細な光ビームの通過を可能にするために、光源の下流、または検出器の上流で、センサチューブの壁に組み込まれる必要がある。
【００８７】
マスストリームμを決定するために、あらかじめ設定された検出時間ＴOの間に観測された全てのウィノーイング粒子の光バリア信号が評価される。実際には、この検出時間ＴOの典型的な値は、ＴO＝１００ｓである。ファインビーム光バリアによりこの時間ＴO内に検出された粒子の数は、１，０００から１０，０００の間で、全体として３％以下の大きさの誤差を有するセンサの全断面を通過して輸送されるウィノーイング粒子数に関する表示を得るためには十分である。より長い検出時間を選択することにより、または平行に配置されたいくつかのファインビーム光バリアを用いることにより、この精度はさらに向上される。
【００８８】
検出器電子回路機構の概略図を図５に示す。
【００８９】
センサの概念は、光ビームが、粒子により全体的に遮られることを意図する。しかしながら、迷光および外部光により、短い信号が暗時間でさえも、なお存在し得る。光バリアの適切な構成（検出器の上流に位置し、長くて、薄く、且つ黒いチューブ）により、この残留信号が短くなることにより、少なくとも１００：１のオン／オフのコントラストが達成され得る。この結果が、図４に描かれている信号プロフィルである。
【００９０】
検出器からの入来パルスは、「暗パルス」である。これから評価されるデータは、（飛行方向で見られるような）第１の光バリアに対する時間ｔ1およびｔ2と、第２の光バリアに対する時間ｔ3およびｔ4での、図４に示されるような点である。時間上のこれらの点で、電圧Ｕ1（ｔ）またはＵ2（ｔ）が、パルス間の比較的長い中断の間に存在する「通常」の値ＵDの５０％のレベルを通過する。回路の実際の設計において、２つの光バリアでの「通常」の電圧ＵD1およびＵD2は、一般にわずかにレベルが異なることに留意されたい。
【００９１】
それゆえ、電圧Ｕ1（ｔ）またはＵ2（ｔ）の短期の「侵入」（暗パルス）を橋絡するが、例えば、１ｓの時間定数を有するレーザ出力の遅い変化に適応する「ピーク型の整流」による、対応する検出器信号から、電圧レベルＵD1およびＵD2を得ることが得策である。
【００９２】
ＵD1およびＵD2から、電圧１／２ＵD1および１／２ＵD2が、２つのトリガＩＣの基準として機能する２つの分圧機で得られる。入力電圧ｕ1（ｔ）およびｕ2（ｔ）が、各基準電圧を上から下（ＴＲ１およびＴＲ３）に、または下から上（ＴＲ２およびＴＲ４）に通過するときに、正規化出力信号ＴＲ１．．．ＴＲ４が出力されるように設計される。
【００９３】
トリガ信号は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ＤＳＰの中央クロック（例えば、１０ＭＨｚクロッキング）の各プロンプト読み出し、および瞬間の時間ｔ1の記憶装置のデジタル入力へ供給される。最後の読み出し（ｔ4）が実行されると、データセット［ｔ1，ｔ2，ｔ3，ｔ4］が、平均パルス継続時間τPおよび飛行時間τFを決定するためにＤＳＰ内で直に評価される：
τP＝（ｔ2＋ｔ4−ｔ1−ｔ3）／２      τF＝（ｔ3＋ｔ4−ｔ1−ｔ2）／２
ＤＳＰ内で、２での除算が行われる必要はない。これは、ＰＣの算出プロセスで後に実行することが可能である。ここで表示されるものは、しかしながら、より理解が容易な値を用いて作用するためである。よって、ＤＳＰ内でτPおよびτFの計算に必要とされるのは、全体の数の加算および減算のみであり、且つ非常に迅速に、すなわち、オンラインで実行することが可能である。
【００９４】
データの対（τP，τF）は、プロセッサからＰＣへとすぐに転送される。しかしながら、例えば１秒毎に１回、またはＤＳＰ内部の記憶装置が満杯になるたびにという具合に、転送される前にある程度の数のデータの対が収集されるほうがより効率的である。これらのデータ対が実現する確率は、測定されるマスストリームに依存する。実際には、最大１０，０００対／秒の値が限度として達成され得るが、３，０００データ対／秒を超えてはいけない。
【００９５】
データ｛τP，τFｆ｝を用いてトリガをプロンプトするあらゆる粒子を検出すること、およびそのデータを算出のためにＰＣに送ることは、必須条件ではない。信号プロセッサをＰＣへのデータ転送中にさらなる粒子を記録することからロックし、且つ転送が終了した後のみに再度その信号をイネーブルすることが認められる。これらの割りこみ時間は、総時間のわずか（１％未満）でしかないときに、制限なしで適用される。それぞれの場合に、統計的に算出される粒子数が多いので、得られる検出精度は、このような一時的で短い割りこみによっては実質的には減少されない。しかしながら、センサの「休止時間」が、転送により、全検出時間の約１％よりも大きな値を得るときに、これらの休止時間の長さを列挙し、且つマスストリームの最大の算出数値の補正因子として考慮することが必要である。
【００９６】
このような操作において、また、通常の操作においても、ある粒子に対する４つの時間読み取り値［ｔ1，ｔ2，ｔ3，ｔ4］の完全なセットが検出されないことがあり得る。さらに、２つの粒子が同時に光バリアの領域に位置し、且つそのトリガ信号が発生順に「混合」することもあり得る。これは、プロセッサにより継続的にチェックされる必要があり、不完全なデータセット［ｔ1，ｔ2，ｔ3，ｔ4］は、さらに処理されることが禁じられる必要がある。この目的のために、「粒子時間ウインドウ」が各粒子に対して定義される。トリガ信号ＴＲ１が発生するとすぐに、この粒子時間ウインドウが定義され、固定の事前定義された（プログラム可能な）継続時間ＴPを含む。この時間は、センサを通って転送される際に、最小の転送速度で可能な限り最大の粒子により必要とされる最大の発生時間（ｔ4−ｔ1）より多少長くなるように選択される。この「粒子時間ウインドウ」の継続時間は、典型的にはＴP＝１５０−５００μｓの範囲である。この時間の間、さらなるトリガ信号ＴＲ１は、プロセッサにより承諾されない。必要とされる４つの時間読み取り値の完全性をチェックするために、ｔ2，ｔ3，ｔ4に対する３つの記録は、各時間ウインドウの開始時にゼロにセットされる。トリガパルスＴＲ２、ＴＲ３、およびＴＲ４が到達すると、これらのゼロの値は、読み取り時間ｔ2、ｔ3、またはｔ4により上書きされる。３つの記録のそれぞれへの書き込みは、後に続く第２の粒子の到達時に、このような条件下で起こり得る混乱を避けるために１度発生するだけであることが確認される必要がある。時間ウインドウＴPの中断時に、３つの記録ｔ2、ｔ3、ｔ4が０と実際に等しくないかどうかを確認するためのチェックがなされる。もし等しくなければ、そのテータはさらに処理される。もし、等しければ、データセットは拒絶され、同時に、これらの操作を記録するカウンタが１だけ増える。ＴPが途切れるとすぐに、全ての記録が再度イネーブルされ、新たな時間ウインドウが、新たなパルスＴＲ１が発生するとすぐに開始する。
【００９７】
この「粒子時間ウィンドウ」を導入した結果、上記システムは、時間Ｔｐの間「休止状態」にあり、第１の粒子の直後に出現し得る新たな粒子を登録することができない。この結果、粒子の所定の分画の測定が失敗する。この状況の分析は、互いに連続する粒子の時間的な距離の確率分布が、次の指数関数によって与えられることを示す。
Ｗ（ｔ）＝ｅｘｐ（−ｔ／Ｔm）
ここで、Ｔmは２粒子間の平均時間である。休止時間の間に発生する粒子の信号の損失により、システムの検出確率が、１００％から次の式によって表される値へと減少する。
Ｄw＝ｅｘｐ（−Ｔp／Ｔm）
システムは、粒子間の平均時間Ｔmを認識しているので、この減少した検出確率を計算し、この検出確率を、マスストリームを検出する際に補正因子として考慮することができる。しかし実際には、システム全体は、この補正が概して小さなもの（＜１０％）にとどまるように設計されている。
【００９８】
にもかかわらず、可能であれば、時間ウィンドウの外部でτpおよびτfを計算して、失われる検出時間を可能な限り小さくしようと試みるのが好ましい。このことは、現実の実施において達成可能である。なぜなら、（３つの時間を格納することを除くと）時間ウィンドウの間にＤＳＰが処理すべき作業は比較的少なく、そのために、データセットのτpおよびτfの計算を、次のデータセットが開始する毎に実行し得るからである。
【００９９】
同じ理由から、時間ウィンドウの長さを「動的に」規定する、つまり、ある任意の時間における輸送速度に適応させるのが好ましい。同じ指示における別のステップはまた、時間ウィンドウを、２つのそのようなウィンドウに分割すること（つまり、それぞれが２つの光バリヤの各々に割り当てられる）、および、飛行時間τfによってこれらのウィンドウを一時的にスタガすることである。このようにして、全体として発生する休止時間は、上で説明した、時間ｔ1−ｔ4内の全ての点をカバーする１つの固定された時間ウィンドウでの状況と比較して、大まかに２分割される。
【０１００】
粒子が光バリヤのビームを単に「かすめる」場合、生成された暗パルスは十分に形成されず、部分的に形成されるのみである。最小のパルスにおいて、信号ｕ1（ｔ）は、全体的にトリガ閾値１／２ＵD1よりも高いままである場合、対応する粒子は単に無視される。同じことが、他の光バリヤについても言える。このことは、上記信号が、トリガ閾値１／２ＵD1よりも低くなり、トリガ信号ＴＲ１を生成するにも関わらず、閾値をわずかに下回るだけの場合については、それほど単純ではない。その後、対応する粒子は短すぎるパルス幅を有するものとして登録され、これは、その真のサイズに一致しない。
【０１０１】
この結果発生する誤差を低減するために、データセット［ｔ1、ｔ2、ｔ3、ｔ4］の算出および移動を、ｕ1（ｔ）が第２のトリガ閾値未満に下落する（例えば、０．１ＵD1にセットされる）という要件に依存して行い得る。したがって、第２の光バリヤの信号ｕ2（ｔ）は、また、全体的な暗化(ｄａｒｋｅｎｉｎｇ）をチェックする必要がある。現実の実施において、部分的にしか暗化されないことが原因で発生するこの誤差は、粒子サイズスペクトルが一定である限り、マスストリームを測定する際には重要でない。このスペクトルの性質に基づくと、すなわち、粒子の所定の固定された分画は、部分的にしかマークされていないこれらの光バリヤ信号が原因で、常に検出を逃れる。このシステムが正確なオフライン方法（例えば、重み付け）との比較によって較正される場合、この分画は、常に較正定数に考慮されている。上記スペクトル、つまり取り上げられた分画が変化する場合のみ、この較正が適用できなくなり、且つマスストリームディスプレイ内に誤差が実体化される。
【０１０２】
クリーンなトリガ信号を得るために、電圧ＵDの値がほぼ一定となるように前置増幅器の利得を調節するのが好ましい。例えば、ウィンドウを曇らせる製品ストリームからの塵が原因で、ウィンドウの透過率が動作の途中に減少する場合、この調節はいっそう「要求」される。ウィンドウ透過率が低くなるに従って利得は高くなるが、通常の値（ウィンドウがクリーンな状態）の約７０％（−３ｄＢ）に閾値を設ける必要がある。この閾値を超えた場合、ＤＳＰはＰＣに「ウィンドウを清掃せよ！」と警告を送信する。このようにして、ウィンドウの伝送状態の自己監視が達成される。
【０１０３】
上記センサの動作原理は、粒子サイズをかなりの精度でセンスし得るように、２つの光バリヤのレーザビームを飛行の方向にできる限り絞ることを要求する。このことは、慎重に焦点を合わせられたガウスビームを用いることにより可能である。
【０１０４】
粒子に対して垂直の方向に、つまり、粒子の飛行の方向に対して横方向において、当初、レーザビームの幅２ｗo,qに対してそのような制限は無い。しかし、ここにおいても、ビームをできる限り「絞る」ことが好ましい。すなわち、幅の広いビームは、ビームの幅よりも直径の小さな粒子は完全にビームを遮蔽することができず、部分的にビームを遮断するに過ぎないという欠点を有する。前章において既に説明した第２のトリガ閾値により、検出プロセスにおいては、これらのことは完全に無視される。
【０１０５】
形式的な数学的観点から、上で説明した、光バリヤのセンスされた遮蔽時間τiからマスストリームμを計算する２つの方法は、より一般的な、一連の考え得る計算方法の、特別なケースであると呼び得、ここでは、センスされた遮蔽時間τiのいわゆる「積率」が形成され、マスストリームを計算するために利用される。粒子サイズの、固定された所定の分布について、原理としては、各時間に１つのマッチング較正係数Гqのみが使用される限り、ｑ＝０，１，２，３．．で形成される時間平均値
【０１０６】
【数２】
0004363769.tif 000003
の各々を用いて、マスストリームを特徴付け得る。ここで、Ｎは、Ｚ＝Ｎ／Ｔ0＝１／Ｔmが平均時間速度となるような、検出時間Ｔ0の間に検出された粒子の数を示す。平均値τ[q]は、ｑ乗にまで増加した遮蔽時間の平均値を求めることにより形成される。したがって、休止時間Ｔpを考慮に入れると、各ｑについて、μq＝ΓqＺ2ｖ2τ[q]ｅｘｐ（ｚＴp）
となる。上で説明した方法から得られる式μ１および式μ２（ｑ＝１およびｑ＝２）が、このより一般的な表現の特別なケースであることは明らかである。これは、マスストリームを評価するために、３つのパラメータ値ｑ＝１，２，３で最後に定式化された計算方法のいくつかの変形例を用いることが、有益であるためである。
【０１０７】
粒子サイズａiのスペクトルに変化がある場合、ｑのさまざまな値について計算されたマスストリームの値μは異なる。最適な指数ｑを確立することは、センサの実施上の詳細な試験上の問題として残す。
【０１０８】
ここまでの説明において、全ての粒子が、同じ密度ｐ、同じ速度ｖ、および同じ形状のスペクトルを有すると仮定する。これらの仮定が無く、且つ速度ｖiが各粒子について個別に決定される場合、粒子は、それらの密度ｐiおよび形状によって区別され得る。本発明によるファインビーム光バリヤは、また、このようなソフィスティケート評価技術と共に使用され、シガレット製造器から入来する粒子ストリームを分類するために使用され得る。
【０１０９】
原則として、シガレットの製造へと至るウィノーイングストリーム（ｗｉｎｎｏｗｉｎｇｓ  ｓｔｒｅａｍ）は、２つの成分、つまりリブ粒子ならびに葉状粒子または薄片粒子から形成される。これら２つの成分は、密度および形状の点で異なる。薄片粒子の密度はリブの密度よりも幾分高く、薄片粒子が複雑な形状を有するのに対して、リブ粒子は単純で直線形状である。
【０１１０】
言及した物理的性質についてのこれらの差異が原因で、一方ではリブ粒子が、他方では薄片粒子が、空気式タバコ葉輸送の搬送ストリームと比べて異なる速度で移動する。
【０１１１】
２つのレーザビームを含むファインビーム光バリヤによって、個々の粒子サイズおよび粒子の速度の両方を判定することができるので、これら２つの測定値は、粒子の速度に対するそのサイズをプロットした、図６によるグラフ表示に示され得る。
【０１１２】
理解され得るように、このプロットにおいて、測定値は２つの範囲に集中しており、これら２つの範囲、つまり、粒子階級１としてのリブおよび粒子階級２としての薄片粒子に、２つの異なる階級の粒子が割り当てられ得る。
【０１１３】
ＤＳＰに保持された測定値は、得られた粒子階級に割り当てられた範囲に制限される。マスストリームが個々の粒子階級の範囲内でのみ選択される場合、マスストリームは、また、個々の粒子階級について、つまり薄片粒子およびリブ粒子について、別個に判定され得る。
【０１１４】
サイズ／速度プロットにおける個々の粒子階級の位置は、公知のストリーム力学式を用いた計算、もしくは、検出回路を介した利用可能な個々の粒子階級（特に、薄片粒子およびリブ）のスキャンを転送して測定値を得ることによる測定技術を用いた較正のいずれかによって確立され得る。個々の粒子階級について、ひとまとめにされた測定結果が実体化される範囲は、その後、対応する粒子階級に割り当てられる。
【０１１５】
このようにして、本発明によるファインビーム光バリヤは、また、シガレット製造プロセスにおいて、例えばウィノーイングマスストリーム内の薄片粒子の割合を低減するために、適切なフィードバックループを用いることによって、介入し得るように、「リブセンサ」または「薄片センサ」として使用され得る。
【０１１６】
サイズ／速度プロットを、実際の速度ではなく、タバコ葉粒子ストリームのための輸送媒体の速度に対する相対速度、つまり次に示す式による、いわゆるスリップ速度ｖsに、基づかせることが有用であるとわかった。
ｖs＝ｖf−ｖ
ここで、ｖfはタバコ葉粒子ストリームの流体輸送媒体の速度であり、ｖは２つのファインビーム光バリヤによって検出されるタバコ葉粒子の速度である。
【０１１７】
流体輸送媒体の速度ｖfは、別個の検出装置、例えば、風速計によって判定されるか、または、依然検出可能なタバコ葉粒子であり、そのスリップ速度が非常に低く、したがって、輸送媒体の速度ｖfについて、質量が良好な近似値で表現される最小の粒子の速度ｖに対応する、得られる最大速度ｖから判定されるかのいずれかである。
【０１１８】
【発明の効果】
ウィノーイングマスストリームの分析が、タバコメーカーのウィノーイング出口で直接、オンラインで実施することにより、最適化はより迅速、且つより柔軟になる。この方法でマスストリームの測定が輸送空気流の可変速度で行われるようにすることで、タバコメーカーの作動パラメータが変化したとしても、適切に機能することが保証され、測定結果の精度は、ウィノーイングの粒子サイズの変動には依存しないようになる。また、連続する処理のモニタリングにより、ウィノーイング粒子ストリームから、瞬間のサイズ分布に関する情報（例えば、平均の粒子サイズ、およびサイズ分布の広がりに関する）を獲得することにより、スクリーニング処理の不調を迅速、且つ選択的に認知することができることが利点である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ウィノーイングの試料を示す。
【図２ａ】図２ａは、ウィノーイング粒子を含むセンサの断面である。
【図２ｂ】図２ｂは、所与の方向を含むウィノーイング粒子の検出範囲のプロットである。
【図２ｃ】図２ｃは、任意の方向のウィノーイング粒子の応答確率のプロットである。
【図３】図３は、ウィノーイング粒子ストリーム内で２つのファインビーム光バリアを用いるマスストリーム測定を示す概略図である。
【図４】図４は、２つのファインビーム光バリアの出力信号の時間プロットである。
【図５】図５は、２つのファインビーム光バリアを用いるウィノーイングマスストリームセンサの詳細な構造を示す。
【図６】図６は、２つの粒子階級を含むサイズ／速度の関係を示す図である。
【図１】
0004363769.tif 000004
【図２ａ】
0004363769.tif 000005
【図２ｂ】
0004363769.tif 000006
【図２ｃ】
0004363769.tif 000007
【図３】
0004363769.tif 000008
【図４】
0004363769.tif 000009
【図５】
0004363769.tif 000010
【図６】
0004363769.tif 000011