We present a capacitive smart sensor based on printed circuit board (PCB) technology to measure the amount of water content in a paper pulp at the wet end of a paper machine. The developed sensor incorporates in the same PCB the signal processing circuits. It is a handheld portable device, and its output is sent to the reading equipment using a Bluetooth wireless connection, providing to the sensor’s operator ease of mobility around the wet end of a paper machine. The prototype was tested in a laboratory, using a wire mesh to emulate the end of a paper machine, and we were able to measure and easily detect when it reaches the water content in the range of 90% to 92%, as required in the paper fabrication process. Standard deviation of the capacitance measurements at various moisture levels is four orders of magnitude smaller than the mean. The smart sensor was tested in the 20°C to 40°C temperature range, in a paper pulp with a gravimetric water content of 91%. Since the variation of capacitance with temperature is practically linear, we propose a simple linear compensation equation to correct the observed sensitivity with the temperature. To keep the signal processing circuits small, low cost, simple, and robust, a novel direct interface sensor to microcontroller circuit technique was used to make the capacitive measurement, allowing for measuring small capacitance deviations without high-frequency oscillators. It was shown that it is possible to integrate the signal processing circuits in the top layer of the PCB interdigitated sensor without adding noise or degrading the performance of the capacitive sensor.

中文翻译：

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基于PCB技术的边缘电容智能纸浆水分测量传感器。

我们提出了一种基于印刷电路板（PCB）技术的电容式智能传感器，用于测量造纸机湿端纸浆中的水分含量。开发的传感器将信号处理电路集成在同一块PCB中。它是一种手持式便携式设备，其输出使用蓝牙无线连接发送到读取设备，从而为传感器的操作员提供了在造纸机湿端附近移动的便利。该原型在实验室中进行了测试，使用丝网模拟了造纸机的末端，我们能够测量并轻松地检测出何时达到了90％到92％范围内的水含量，如造纸工艺。在各种湿度水平下，电容测量的标准偏差比平均值小四个数量级。智能传感器在20到40°C的温度范围内，以重量比水含量为91％的纸浆进行了测试。由于电容随温度的变化实际上是线性的，因此我们提出了一个简单的线性补偿方程来校正随温度变化的观测灵敏度。为了使信号处理电路小巧，低成本，简单且坚固耐用，使用了一种新颖的直接接口传感器到微控制器电路技术来进行电容测量，从而无需高频振荡器即可测量较小的电容偏差。结果表明，可以将信号处理电路集成在PCB叉指式传感器的顶层，而不会增加噪声或降低电容式传感器的性能。重量水分含量为91％的纸浆中的淀粉。由于电容随温度的变化实际上是线性的，因此我们提出了一个简单的线性补偿方程来校正随温度变化的观测灵敏度。为了使信号处理电路小巧，低成本，简单且坚固耐用，使用了一种新颖的直接接口传感器到微控制器电路技术来进行电容测量，从而无需高频振荡器即可测量较小的电容偏差。结果表明，可以将信号处理电路集成在PCB叉指式传感器的顶层，而不会增加噪声或降低电容式传感器的性能。重量水分含量为91％的纸浆中的淀粉。由于电容随温度的变化实际上是线性的，因此我们提出了一个简单的线性补偿方程来校正随温度变化的灵敏度。为了使信号处理电路小巧，低成本，简单且坚固耐用，使用了一种新型的直接接口传感器到微控制器电路技术来进行电容测量，从而无需高频振荡器即可测量较小的电容偏差。结果表明，可以将信号处理电路集成在PCB叉指式传感器的顶层，而不会增加噪声或降低电容式传感器的性能。我们提出了一个简单的线性补偿方程来校正随温度变化的观测灵敏度。为了使信号处理电路小巧，低成本，简单且坚固耐用，使用了一种新颖的直接接口传感器到微控制器电路技术来进行电容测量，从而无需高频振荡器即可测量较小的电容偏差。结果表明，可以将信号处理电路集成在PCB叉指式传感器的顶层，而不会增加噪声或降低电容式传感器的性能。我们提出了一个简单的线性补偿方程来校正随温度变化的观测灵敏度。为了使信号处理电路小巧，低成本，简单且坚固耐用，使用了一种新颖的直接接口传感器到微控制器电路技术来进行电容测量，从而无需高频振荡器即可测量较小的电容偏差。结果表明，可以将信号处理电路集成在PCB叉指式传感器的顶层，而不会增加噪声或降低电容式传感器的性能。一种新颖的直接接口传感器到微控制器电路技术被用来进行电容测量，从而无需高频振荡器即可测量较小的电容偏差。结果表明，可以将信号处理电路集成在PCB叉指式传感器的顶层，而不会增加噪声或降低电容式传感器的性能。一种新颖的直接接口传感器到微控制器电路技术被用来进行电容测量，从而无需高频振荡器即可测量较小的电容偏差。结果表明，可以将信号处理电路集成在PCB叉指式传感器的顶层，而不会增加噪声或降低电容式传感器的性能。