CN104144752A

CN104144752A - 用于容器的内部清洁的系统的监视

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Publication number: CN104144752A
Application number: CN201380009054.8A
Authority: CN
Inventors: D.霍西布罗伊
Original assignee: Alfa Laval AB
Current assignee: Alfa Laval AB
Priority date: 2012-02-13
Filing date: 2013-02-12
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2033-02-12
Also published as: US10086414B2; WO2013120841A1; EP2626148B1; CN104144752B; EP2626148A1; US20160008859A1

Abstract

一种监视设备监视原地清洁（CIP）系统（2）的操作，该系统可操作为从容器（40）的内壁消除污染物、沉淀物和其他杂质。CIP系统（2）包括配置用于通过容器（40）的壁部分（41-43）延伸到容器（40）中的管道（101）、以及用于以预定样式将液体喷出到容器（40）中的喷嘴头（106）。监视布置包括具有感测表面（34）的传感器单元（33），感测表面（34）响应于液体冲击而使得传感器单元（33）能够发出指示液体冲击的传感器信号。传感器表面（34）是细长的并且被配置为当传感器单元（33）被安装在容器（40）的壁部分（41-43）时沿管道（101）的周界延伸。这实现了处理单元（30）的性能改善，处理单元（30）获得并处理传感器信号以监视CIP系统（2）的操作。

Description

用于容器的内部清洁的系统的监视

技术领域

本发明涉及用于容器的内容清洁的系统，并且具体地涉及用于监视这样的清洁系统的操作的技术。

背景技术

在例如用于化学品、食品和药物化合物的生产的许多处理应用中，使用容器或罐来存储或处理各种成分。这些容器需要随时清洁。根据工业和处理的类型，可以通过很多不同的因素来控制对清洁的需要，从而例如避免交叉污染、掺杂以及可避免的遗留，使容器准备好用于另一批量的处理，消除或至少避免污染层（诸如生物薄膜、干燥的泡沫、沉淀物或沉积物）的形成，符合法律要求，使容器准备好以供人类进入，消除有害或爆炸的环境，或保护处理设备免受腐蚀或其他劣化的影响。

对于容器的内部清洁的这种需要出现在所有类型的工业中，包括药物、食品处理、纺织品、纸浆和造纸、涂料、石化处理、塑料，挖矿等领域。期望尽可能快并且尽可能有效地清洁容器，优选地在不必手动地拆除和清洁容器的情况下。还存在减少水、化学品和能量消耗的普遍期望。为了实现这些目的中的一个或多个，已经开发了所谓的原地清洁（CIP）系统。CIP系统操作为在罐内供应用于清洁目的的流体，并且可以是静态或旋转的。

静态CIP系统可以在容器内使用静态喷洒球，以将化学洗涤剂喷洒到容器内部上，由此降膜的机械作用用于消除污染物。

旋转或动态CIP系统可以操作旋转喷嘴头在容器内缓慢旋转，以生成和偏移横跨容器的内表面的一个或多个流体喷射流或喷洒流，由此流体的影响至少部分地用于消除污染物。在一种类型的旋转CIP系统中，喷嘴头被配置为生成围绕容器中的垂直轴和关于喷嘴头的第二轴二者旋转的受限液体喷射流，例如在US5333630和US5715852中公开的。这样的喷嘴头被称为“旋转式喷射头”（RJH），并且操作为使喷射流在容器内部的彼此偏移的环路上移动，使得环路共同形成具有期望覆盖范围的完整样式。在另一类型的更简单设计的旋转CIP系统中，喷嘴头被配置为生成在容器中围绕垂直轴旋转的扇形扁平型的一个或多个喷洒流，例如在US2003/137895中公开的。这样的喷嘴头被称为“旋转喷洒头”（RSH）。

通常，CIP系统是高度自动化的，并且需要确保容器的适当清洁。为了验证该容器被适当清洁，容器的内部可以被物理地检查。然而，这是劳动密集并且昂贵的过程。

用于监视RJH CIP系统的商业上可获得的系统表示为“Rotacheck系统”，并且由阿尔法-拉瓦尔（Alfa Laval）提供。Rotacheck系统可以用于例如自动地估计是否容器内部是否已经被适当清洁。该系统包括传感器，该传感器被安装在容器顶部，并且具有小的圆形传感器膜片，该膜片在受到由旋转喷射头释放的喷射流的撞击时生成信号脉冲。通过评估信号脉冲的定时，该系统能够验证该旋转喷射头的适当旋转。因为RJH CIP系统使喷射流在彼此偏移的环路中缓慢移动，所以由传感器针对特定喷射流所生成的信号脉冲之间的时间间隔可能是显著的。例如在分钟数量级或甚至更长。除了在检测例如RJH CIP系统中的故障中导致不期望的延迟，信号脉冲之间的长时间间隔导致在检测故障中准确度和响应时间之间的不期望的折衷。快速响应时间可能要求基于针对特定喷射流的单个或几个信号脉冲来检测可能的故障，导致低准确度和错误的风险。长时间间隔还使得监视系统容易受到例如由液体飞溅物、测量噪声和信号脉冲电平的不稳定性等引起的干扰的影响。

现有技术还包括JP08-192125，其公开了一种旋转CIP系统，该系统操作为围绕罐内的垂直轴旋转喷射球，同时该球穿过一系列孔喷出液体，以在垂直平面中生成360°的喷洒流。喷洒流球的不良旋转是基于来自两个分开放置的圆形传感器的信号来检测的，该传感器布置在罐的顶部用于测量pH值、温度或导电率。该监视技术对传感器的湿润、飞溅物等是敏感的。

JP2008-290003公开了一种旋转CIP系统，该系统包括旋转喷射流生成元件，该旋转喷射流生成元件从罐的顶部悬吊以生成液体的旋转喷射流。导电率传感器与喷射流生成元件平行地从顶部悬吊，以受到旋转喷射流的间歇性撞击。旋转故障可以通过使喷射流生成元件的旋转与导电率传感器的输出信号相关来检测。该监视技术对传感器的湿润、飞溅物等是敏感的。使用突出的传感器可能限制对特定类型的罐或应用的安装，并且还可能导致污染物在传感器本身上的不期望积累。

发明内容

本发明的目的在于至少部分地克服现有技术的一个或多个限制。

另一目的在于提供一种出于识别操作故障和/或验证适当清洁的目的来监视旋转CIP系统的改进技术。

进一步目的在于实现更快和/或更准确地检测旋转CIP系统中的操作故障。

又一目的在于提供一种监视技术，该技术易于安装在容器中和/或与旋转CIP系统组合。

再一目的在于提供一种能够提供有关容器内的清洁过程的增加的信息的监视技术。

这些目的以及可能从以下描述中出现的其他目的中的一个或多个至少部分地通过根据独立权利要求的监视设备、清洁系统、监视清洁系统的操作的方法以及计算机程序产品来实现，其实施例由从属权利要求来限定。

本发明的第一方面是一种用于安装在容器中的清洁系统的监视设备，该清洁系统包括被配置为通过容器的壁部分延伸到容器中的管道、被连接用于在所述容器内部的所述管道的端部处旋转以喷出液体的喷嘴头、以及可操作为把旋转传递给围绕第一轴的喷嘴头使得液体以预定的样式喷出到所述容器中的驱动构件。所述监视设备包括传感器单元，用于安装在容器的壁部分，传感器单元包括感测表面，其响应于液体冲击而使得所述传感器单元能够发出指示所述液体冲击的传感器信号；以及处理单元，配置为从传感器单元获得传感器信号，并且处理该传感器信号以监视清洁系统的操作。根据第一方面，感测表面是细长的，并且被配置为当传感器单元被安装在容器的壁部分时沿管道的周界延伸。通过“细长的”意指感测表面在横跨感测表面的一个方向上的尺寸（表面范围）大于横跨感测表面的另一方向上的另一尺寸（表面范围）。通过“感测表面”意指响应于液体冲击的传感器单元的表面，即传感器单元在液体冲击感测表面时发出信号。

传感器单元的发明性配置允许感测表面在预定样式中的射出液体的一个或多个移动轨迹一致的方向上选择性地延伸。例如，感测表面可以延伸为大致与围绕第一轴的喷嘴头的移动方向一致。由此，感测表面的细长程度可以使得喷出的液体（无论是受限喷射流还是扁平扇形喷洒流）在清洁过程期间在碰撞传感器单元时的较长时间段期间横跨感测表面移动。通常，较长的持续时间提供作为时间函数的跟踪喷出液体的能力。较长的液体冲击持续时间可以用于提高监视的准确度。例如，较长的持续时间可以被转换成传感器信号中的更恒定的信号脉冲和/或用于抑制诸如飞溅物的波动干扰的影响。如果使得传感器单元对细长的感测表面内的液体冲击的位置敏感，则第一方面还可以实现在喷出液体横跨感测表面移动时对喷出液体的时间分辨监视、以及横跨感测表面的液体冲击的分布的二维监视。这可以实现确定可以提供有关清洁过程的附加信息的新的监视参数，诸如喷出液体的宽度（覆盖区域）。

当喷出的液体是围绕第一轴和关于喷嘴头限定的第二轴二者旋转的受限喷射流时，例如以上针对所谓的RJH CIP系统所描述的，延伸的感测表面可以增加喷射流碰撞有效感测区域的频率。这将减小对传感器单元的液体冲击之间的时间间隔，并且因此实现更快和/或更准确地检测操作故障。减小的时间间隔还可能例如由于监视参数的增加的时间分辨率而产生有关清洁过程的增加的信息量。

传感器单元可以被配置用于安装在任何容器中，这是因为它不需要（但是可以）突出到容器中。因为传感器单元可以被布置在壁部分中的通孔或盲孔中，所以传感器单元易于安装。传感器单元还可以例如通过将传感器单元布置在附连到管道的安装凸缘中来与清洁系统组合，其中安装凸缘被配置为以密封接合的方式与容器的壁部分中的开口配合。

在特定清洁系统中，第一轴可以被布置为与管道的纵轴共同延伸，或者甚至与管道的纵向中心轴一致。在其他清洁系统中，第一轴可以相对于纵轴倾斜，例如在大约±20°或±10°的范围内。

根据第一方面，感测表面是细长的以沿着管道的周界延伸，这表示管道的外轮廓。这仅仅意在指示感测表面在具有或不具有与外轮廓的间隔的情况下沿着管道的外轮廓的至少部分跨越。

在一个实施例中，感测表面被配置为沿着管道的周界的至少25％、50％或75％延伸。这对应于管道的外轮廓的至少90°、180°或270°的跨度。目前认为，增加的跨度产生准确度方面的改善的性能，并且还可以改善提取新的监视参数的能力。

在一个实施例中，感测表面被配置为当传感器单元被安装在容器的壁部分处时围绕该管道。由此，感测表面跨越该管道的外轮廓的360°。可以根据清洁系统和/或要从传感器信号中提取的监视参数来优化围绕管道的感测表面的形状。因此，感测表面的形状可以但不必须符合管道的外轮廓。

在一个实施例中，感测表面是环形的，具有任何期望的环形形状，包括圆形、椭圆形和多边形。

在一个实施例中，感测表面被配置为当传感器单元被安装在容器的壁部分处时沿着围绕管道的基本上圆形的路径延伸。使用圆形路径可以至少针对特定清洁系统优化对感测表面的液体冲击的持续时间，并且还可以促进对传感器信号的解释。

感测表面可以被配置为连贯的表面，这由此响应于跨其整个范围的液体冲击。

在变体中，感测表面可以被形成为独立地响应于液体冲击的个体传感段的聚合。因此，传感器信号可以包括指示对相应段的液体冲击的子信号。感测段可以被布置为形成连贯表面，或者其可以布置有沿表面部分的细长范围彼此间隔。这意味着，感测表面可以包括不对液体冲击进行响应的表面部分。应当理解，假定该非响应表面部分具有小于对传感器单元的碰撞液体的相关尺寸的范围，例如在其碰撞传感器单元时的受限喷射流的最小直径或扁平扇形喷洒流的宽度，则即使包括非响应的表面部分，感测表面仍然可以是连续的或相对于碰撞液体是连贯的。这使得传感器单元能够响应于来自横跨整个感测表面的喷出液体的冲击。

在一个实施例中，处理单元被配置为处理传感器信号，以识别出现对感测表面的液体冲击的发生并且使该发生与预定样式匹配。这使得监视设备能够验证清洁系统的适当功能，并且识别例如喷嘴头的旋转中或特定喷嘴的操作中的故障。

在一个实施例中，传感器单元被配置为响应于感测表面内的液体冲击的位置，并且处理单元被配置为处理传感器信号以确定在感测表面上的液体冲击的分布。这使得监视设备能够跟踪喷出液体的移动和/或确定新的监视参数，诸如喷出液体的宽度或压力。

在一个实施例中，清洁系统的喷嘴头被配置为围绕第一轴并围绕喷嘴头的第二轴旋转液体的至少两个喷射流，并且处理单元被配置为监视下述中的至少一个：每个喷射流的尺寸、喷射流的数目、每个喷射流的压力、围绕第一轴的喷射流的旋转、以及围绕第二轴的喷射流的旋转。

在另一实施例中，清洁系统的喷嘴头被配置为围绕第一轴旋转至少一个液体束，并且该处理单元被配置为监视下述中的至少一个：所述至少一个液体束的尺寸、所述至少一个液体束围绕第一轴的旋转、以及所述至少一个液体束的压力。清洁系统可以被配置为以准直喷射流或扩展束的形式生成液体束，也称为扇形束，其可以或可以不是扁平型。

在一个实施例中，处理单元被配置为处理传感器信号以确定指示喷出液体的至少一个监视参数的值，评估所述至少一个监视参数的值以检测清洁系统中的故障，并且发出指示故障的警告信号。

在一个实施例中，处理单元被配置为基于感测信号来记录表示预定样式的数据，并且基于所记录的数据来生成验证报告。

本发明的第二方面是一种用于安装在容器中的清洁系统，其中所述清洁系统包括通过所述容器的壁部分延伸到所述容器中的管道、被连接用于在所述容器内部的所述管道的端部处旋转以将液体喷出到所述容器中的喷嘴头、以及可操作为把旋转传递给围绕第一轴的喷嘴头使得液体以预定的样式喷出到所述容器中的至少一个驱动构件，所述清洁系统还包括第一方面的所述监视设备。

本发明的第三方面是一种监视清洁系统的操作的方法，所述清洁系统包括通过所述容器的壁部分延伸到所述容器中的管道、被连接用于在所述容器内部的所述管道的端部处旋转以将液体喷出的喷嘴头、以及可操作为把旋转传递给围绕第一轴的喷嘴头使得液体以预定的样式喷出到所述容器中的驱动构件。该第三方面的方法包括下述步骤：从包括细长感测表面的传感器单元获得传感器信号，所述细长感测表面响应于液体冲击，所述传感器单元被安装在所述容器的壁部分，使得所述细长感测表面沿着所述管道的周界延伸；以及处理所述传感器信号以监视所述清洁系统的操作。

本发明的第四方面是一种计算机程序产品，包括计算机代码，当在数据处理系统上执行时计算机代码被适配为执行第三方面的方法。

第一方面的实施例中的任何一个可以与第二至第四方面组合以实现相应的技术效果或优点。

根据下面的详细描述、所附权利要求以及附图，本发明的再其他目的、特征、方面和优点将显现。

附图说明

现在将参考所附的示意性附图来更详细地描述本发明的实施例。

图1是与发明的监视布置的实施例相关联的安装在容器中的RJH型的清洁系统的部分截面的侧视图。

图2A-2C图示由图1的清洁系统在三个连续时间点生成的喷出液体的预定样式。

图3是包括在图1的监视布置中的传感器单元的放大视图。

图4是图3中的传感器单元的感测表面的平面图，并且指示在喷出液体的预定样式的生成期间横跨感测表面的液体喷射流的冲击路径。

图5是图示从图3中的传感器单元获取的传感器信号中的信号脉冲的发生的定时图。

图6A是图1的系统中所执行的监视过程的流程图，并且图6B是实现图6A中的监视过程的设备的框图。

图7A-7E是根据各种实施例的感测表面的平面图。

图8是用于在RSH型清洁系统中使用的喷嘴头的截面视图。

图9是根据实施例的感测表面的平面图，并且指示针对由图8中的喷嘴头生成的液体喷洒流的感测表面上的冲击样式。

具体实施方式

本发明的实施例涉及用于远程监视由容器内的旋转CIP系统执行的清洁过程的技术。在下文中，给出关于RJH型（旋转喷射头）的旋转CIP系统以及RSH型（旋转喷洒头）的CIP系统的示例。相应的元件用相同的参考数字来指定。

图1图示了RJH型的示例性清洁系统2。清洁系统2被配置为出于清洁其内部的目的（例如圆周侧壁41、底壁42和顶壁43）来在容器40内喷出液体L的喷射流。系统2通常但非必须在容器40是空的或者至少空得足以有效进行清洁过程时进行操作。系统2包括分配器100、用于分配器100的至少一个驱动构件21、109以及处理单元30，该处理单元30被配置为控制驱动构件21、109以及由此控制如何以预定样式使液体L的喷射流从分配器100喷出到容器40的壁41-43上。

在图示的示例中，分配器100具有管道101，管道101经由容器40的顶壁43中的开口延伸到容器40中。分配器100具有安装凸缘102，其提供对容器40的牢固连接以及严密密封。容器40外部的管道101的上部具有用于接纳液体L的入口103。延伸到容器40中的管道101的下部在其端部具有连接凸缘105，旋转头106连接到连接凸缘105。旋转头106包括可围绕与管道101平行的第一轴A1旋转的外壳107。第一轴承108被布置在连接凸缘105和面对连接凸缘105的外壳107的入口端之间，使得外壳107可相对于连接凸缘105旋转。旋转头106还包括旋转毂或喷嘴头110，其上布置有多个液体喷出喷嘴112。在图示的实施例中，4个喷嘴对称地被布置在旋转毂110上，但是能够在旋转毂110上具有任何数目的喷嘴，例如仅一个喷嘴。第二轴承111被布置在旋转毂110和面对旋转毂110的外壳107的出口端之间，使得旋转毂110可相对于外壳107旋转。第二轴承111允许旋转毂110关于第二轴A2旋转，第二轴A2通常与第一轴A1偏离80-100°的角度（在所示示例中为90°）。因此，旋转毂110和喷嘴112能够在第一方向R1上关于第一轴A1并且在第二方向R2上关于第二轴A2旋转。在未示出的特定实施例中，第一轴A1可以相对于管道101的轴倾斜。

入口103和管道101均具有常规管道的基本形状，并且能够传输要喷出到容器40中的液体L。液L进入入口103，被输送到管道101中并且朝着旋转头106。然后，液体L在其与连接凸缘105的连接处进入旋转头106的外壳107，并且在其与旋转毂110的连接处离开外壳107。旋转毂110接纳来自外壳107的液体，并且将液体进一步分配到喷嘴112，喷嘴112将液体L喷出到容器40中，使得液体L撞击容器40的内壁41-43。

在第一方向R1上关于第一轴A1的旋转经由传动杆104来实现，该传动杆104从管道101的上端延伸并且到达与外壳107连接的旋转头106。杆104的直径小于管道的内径、连接凸缘105的内径以及外壳107的入口端处的开口的直径。这允许液体L流过杆104。当杆104旋转时，外壳107并且因此旋转头106在第一方向R1上旋转。管道101连接到连接件23，并且齿轮箱22连接到该连接件23。杆104连接到齿轮箱22，齿轮箱22进而连接到驱动构件21。这里，驱动构件21是常规的电马达21，但是还可以使用其他类型的马达，诸如气动马达。当马达21被启动时，其使杆104的产生旋转，并且因此使旋转头106在第一方向R1上产生旋转。

为了实现在第二方向R2上的旋转，叶轮109形式的驱动构件109被布置在外壳107内部。叶轮109的旋转由液体L的流动而引起，该液体L从外壳107的入口端到出口端穿过外壳107。当叶轮109旋转时，其旋转移动用于产生旋转头106的旋转，或者更具体地，用于使旋转毂110在第二方向R2上产生旋转。

因此，在图1的示例中，马达21和叶轮109形成驱动构件或驱动装置21、109，其提供在第一方向R1上和在第二方向R2上的旋转。应当强调的是，图1仅是作为示例给出。在替代设计中，旋转头106在第一方向R1上的旋转可以替代地通过液体L例如经由专用叶轮的流动来提供，和/或专用马达可以经由传动耦合到旋转毂110，以实现旋转毂110在第二方向R2上的旋转。

在图1中，清洁系统2连接到供应系统，该系统包括清洁液体62的供应部60、以及泵61，该泵61用于通过从泵61延伸到入口103的连接线63来泵送来自供应部60的清洁液体。泵61可以是例如齿轮泵、润滑油泵、离心泵或另一适当类型的泵。清洁液体可以是任何类型的液体，可以或可以不包括洗涤剂。在清理过程期间，清洁液体可以以常规方式经由在容器40的底部和入口103之间连接的返回线（未示出）而再流通。

在图1中，处理单元30电连接到清洁系统2以通过相应的控制信号Sm和Sp的来控制驱动构件21、109。处理单元30由此可以控制清洁系统2以横跨容器40的内部以预定样式引导液体的喷射流。在图2A-2C中图示了预定样式的生成。在所图示的示例中，旋转毂110围绕轴A2的旋转速度被适配于旋转头106围绕轴A1的旋转速度，以便控制喷射流在容器40的内壁上生成许多彼此偏移的环路。在旋转头106的给定数目的转动之后，形成所谓的完整样式，因此清洁系统2可以被控制为继续进行另一完全样式或中断清洁过程。完整样式的生成通常是缓慢的过程，因为旋转头106和旋转毂110缓慢地旋转以实现适当的清洁。例如，图2A中的粗样式可以在1分钟之后实现，图2B中的更密集的样式可以在2.5分钟之后实现，并且图2C中的完整样式可以在7分钟之后实现。

返回图1中的示例，处理单元30具有连中央处理单元31（CPU），其连接到并且控制电子输入/输出接口36（I/O）。I/O接口36进而电连接到马达21和泵61，以提供控制信号Sm和Sp。CPU 31是常规类型的中央处理单元或微处理器，并且表示能够执行存储在单元30的存储器32中的计算机程序的指令的处理单元30的部分。CPU 31是执行单元30的功能的主要元件。单元30进一步包括用户接口38，其允许操作员输入操作参数，和/或允许单元30向操作员输出有关清洁过程的进展的信息。该信息可以至少部分地由单元30通过处理经由I/O接口36从容器40中的专用传感器单元33获取的传感器信号Ss来计算。

如图3中更详细所示，传感器单元33被安装并且附连到清洁系统2的凸缘102中的凹部113。当清洁系统2被安装到容器40时，传感器单元33限定面对容器40内部的环形感测表面34，并且被布置成在旋转头106和旋转毂110的旋转期间受到由喷嘴112发出的喷射流的间歇性撞击。

图4是从容器40中的传感器单元33正下方的位置处看到的感测表面34的平面图，同时为了清楚呈现而省略了清洁系统2的所有部分。如看到的，感测表面34被配置为环形的连续表面，其围绕垂直管道101（由虚线指示）和第一轴A1的外周，并且以下被表示为“环形传感器”。为了解释环形传感器34的技术优点，图4还图示了在旋转毂110在旋转头106上围绕轴A1旋转的单次转动期间横跨容器40的顶部43并且由此横跨环形传感器34跟踪的4个喷射路径N1-N4。喷射路径N1-N4中的每一个起源于旋转毂110上的不同喷嘴112。如所示的，环形传感器34被布置为具有与管道外周的间隔，使得由路径N1-N4例示的碰撞喷射流的轨迹落在环形传感器34上。为了比较，图4还指示了单个常规压力传感器P的放置和范围，如背景技术部分中讨论的。应当理解，在喷出液体的完整样式的生成期间，常规传感器P将受到来自每个喷嘴的喷射流的少得多次数、或多或少未定的撞击。

在许多实现方式中，仅准确撞击将产生足够可靠并且一致的信号脉冲，这意味着使用常规传感器P，喷嘴的适当操作可能在每个完整样式期间仅被验证一次，例如每7分钟一次。另一方面，如图4中所示，每当喷嘴112指向顶部43时，这通常在旋转毂110的每次转动期间发生一次，环形传感器34就受到来自每个喷嘴112喷射流的撞击。在典型示例中，感测环34在完整样式期间将受到喷射流152次撞击，这意味着，传感器信号Ss将包含来自每个喷嘴的38个脉冲信号，对应于信号脉冲之间的11秒的时间差。这在图5中被进一步图示，其示出了在清洁系统2的操作期间在传感器信号Ss中生成脉冲的时序，其中ΔT指示完整样式之间的时间间隔，并且Δt指示环形传感器34上的个体撞击之间的时间间隔。明显地，环形传感器34实现了更早并且更可靠地检测清洁系统2的操作中的故障。环形传感器34还提供有关清洁过程的进展的更详细信息。应当注意，图5图示了脉冲序列的基本示例。在实践中，根据例如传感器类型以及是否应用信号处理，每个脉冲的信号值和信号外形可能稍有不同。

如图4中所示，环形传感器34提供附加优点，即与常规传感器P相比，喷射流将碰撞环形传感器34达更长的时间。该事实可以用于提高处理器单元30识别传感器信号Ss中的信号脉冲的能力。即使撞击将导致相对弱的传感器信号中的信号脉冲，该信号脉冲通常将具有比从常规传感器P所获取的信号脉冲更长的持续时间，并且因此可以进行专用信号增强，诸如时间平均、滤波等。

图6A是用于基于来自环形传感器34的传感器信号Ss来监视图1的清洁系统的操作的过程的实施例的流程图。该过程通常是自动化的，并且通过重复执行步骤S1-S3的序列来操作。在图1的示例中，监视过程可以由处理单元30来实现。在步骤S1中，从环形传感器34获得传感器信号Ss。在步骤S2中，处理传感器信号Ss以计算一个或多个监视参数的值，如下面例示。在步骤S3中，出于特定的监视目的来处理（一个或多个）监视参数的值，也如下面例示。要认识到，步骤S1-S3可以按照对技术人员来说全都可以容易获得的许多不同的方式来实现。例如，步骤S1-S3可以操作为在传感器信号Ss的连贯时间窗口内获取和处理信号值，该时间窗口可以或可以不在时间上重叠。步骤S2中的处理可以是纯模拟的、纯数字的或模拟和数字处理的组合。

传感器单元33可以基于能够感测液体冲击的任何适当的传感器技术。这样的传感器技术包括用于直接冲击检测的传感器（诸如各种类型的压力传感器）、以及用于间接冲击检测的传感器（包括导电率传感器、液体检测传感器、pH传感器和温度传感器）。压力传感器可以基于任何可用的技术，如压阻式应变计、压电材料、电容性检测、电磁检测、光学检测等。还可以想到，感测表面34由商业上可获得的压敏膜来形成，例如由在计算机的触摸板中使用的类型的塑料材料来形成。

传感器环34可以限定统一检测表面，使得不论对感测表面34的冲击的位置如何，环形传感器34都生成信号脉冲（零维度检测）。这样的环形传感器34可以例如生成信号脉冲串，如图5中所示。在变体中，传感器环34可以被提供有在一个或两个维度上的空间分辨率，即传感器信号Ss不仅指示喷射流已撞击环形传感器34，而且指示其发生的位置。一维（1D）空间分辨率可以沿着环形传感器34（在图4中的方向上）提供，使得能够识别喷射流的位置和/或范围。环形传感器34的二维（2D）空间分辨率将实现对在喷射流穿越环形传感器34时每个喷射流的范围和路径的全面评估。使用空间分辨率不仅可以使得能够确定更高级的监视参数，而且还提高了识别/抑制由于液体飞溅物等导致的干扰的能力。

要认识到，根据环形传感器34的实现方式，多个不同的监视参数可以在步骤S2中确定，包括：

?对感测表面的个体冲击的定时（t_i）

?对感测表面的个体冲击的空间宽度（Δs_i）

?对感测表面的个体冲击的持续时间（δt_i）

?对感测表面的个体冲击的位置（s_i）

?在给定时间段期间的个体冲击的数目（Δn）

?个体冲击之间的时间差（Δt_i）

?对感测表面的个体冲击的压力量（p_i）。

在一个实现方式中，例如通过将在步骤S2中生成的监视参数的当前值与表示预定样式的相应参考值相比较，步骤S3处理该当前值以检测清洁系统2中的故障。该参考值可以通过针对特定容器的清洁系统的数学建模来获得，或者其可以在专用校准过程中（见下文）获得。为了减少当前值的影响，步骤S3可以替代地操作为基于监视参数的最近值的时间平均（可选地，被加权的时间平均）来检测故障。故障可以包括旋转头106或旋转毂110的减弱旋转（或旋转不足），一个或多个喷嘴112的完全或部分堵塞、以及泵61无法对清洁系统2供应提供足够量的液体。在一个示例中，减弱旋转可以基于下述监视参数中的一个或其组合来检测：t_i、Δs_i、δt_i、s_i、Δn和Δt_i。在另一示例中，喷嘴的完全或部分堵塞可以基于下述监视参数中的一个或其组合来检测：t_i、Δs_i、δt_i、s_i、Δn、Δt_i和p_i。泵61的故障可以通过聚合（例如加总）来自不同喷嘴112的连贯喷射流的p_i并且监视作为时间函数的聚合值来监视。在步骤S3检测到故障的情况下，其可以发出声音报警和/或视觉信号，以例如经由用户接口38（图1）来提醒清洁系统的操作员。

在另一实现方式中，步骤S3处理（一个或多个）监视参数的当前值，以验证该容器已经被适当清洁。该实现方式完全等效于上述故障检测。

在另一实现中，步骤S3中处理（一个或多个）监视参数以分析容器内喷射流的移动样式。在一个示例中，出于验证用于特定容器的清洁过程的目的来分析（一个或多个）监视参数。在另一示例中，出于验证或改善容器中的清洁过程的数学模型的目的来分析该（一个或多个）监视参数。在又一示例中，例如出于优化清洁过程的目的，分析（一个或多个）监视参数以确定对于各种控制或设计参数（诸如液压、液体的类型、喷嘴的数目、喷嘴的类型、旋转头106和/或旋转毂110的旋转速度、容器的大小和配置、清洁系统的放置等）的功能依赖性。

在另一实现方式中，步骤S3将（一个或多个）监视参数存储在电子存储器中（例如，图1中的32），例如用于提供清洁过程的验证记录。验证记录可以包含（一个或多个）监视参数的值的时序和/或传感器信号Ss中的信号值的时序。例如在食品和药物行业中，验证记录对满足监管要求是必要的。

在又一实现方式中，步骤S3被操作为在校准过程期间生成上述参考值，并且将该参考值存储在电子存储器中以供处理单元的后续访问。该参考值可以通过监视在容器中良好控制的条件下的清洁过程期间计算的参数值来给出，或者他们可以通过监视在没有任何故障情况下完成的先前清洁过程中计算的参数值来给出。

传感器单元33的感测表面34可以以许多不同的方式来配置，同时保留图4中的环形传感器的至少一些优点。在图7A-7E中示出了几个替代实施例。

图7A中的实施例限定了具有围绕管道101基本上圆形范围的环形多边形表面34。表面34由段34'形成，段34'的形状为梯形并且被并排形成为围绕管道101。段34可以是统一结构的部分，或者其可以是被单独安装以形成图7A中所示的环形形状的个体元件。使用个体元件34'可以促进把传感器单元33按照围绕管道101关系安装。每个段34'可以或可以不在其范围内提供空间分辨率。即使段34'被配置为本身不提供空间分辨率，如果每个段34'被配置为生成指示段34'上的液体冲击的子信号Ss'，得到的感测表面34也可以提供空间分辨率。图7B是图7A中的实施例的变化，其中段34'沿着表面34的范围彼此间隔。

图7C中的实施例限定了圆弧形感测表面34，其根据实现方式，其可以具有如所示的基本上圆形的范围或更椭圆的范围。在图示的示例中，弧形沿着管道101周界的约50%延伸。要认识到，感测表面34在完整样式期间将受到大量喷射流的撞击，使得能够早期地并且可靠地检测故障。感测表面34的形状还实现在感测表面34上的许多喷射流的显著持续时间。

图7D中的实施例限定了线性感测表面34，其沿着管道101的周界的大约45°，即25％延伸，如由双端箭头所指示的。与常规传感器（图4中的P）相比，碰撞喷射流的数量以及冲击的持续时间增加。

图7E的实施例具有环形多边形表面34，具有围绕管道101的矩形范围。

要认识到，图7C-7E中的任意实施例可以包括与图7A-7B中的段34'类似的段。这些段可以具有任何适当形状。

图8图示了用于在RSH型清洁系统中使用的旋转头206的实施例。旋转头206被布置在类似于图1的管道101的管道201的下端。旋转头206包括经由轴承208连接到管道201的球形主体207，轴承208允许旋转头206在第一方向R1上关于轴A1旋转，轴A1可以平行于（如所示）管道201的纵轴或朝着管道201的纵轴倾斜。液体从管道210进入旋转头206，并且从旋转头206经由主体207中的多个狭缝271-274喷出。狭缝271-274以常规方式在实现旋转头206旋转移动的方向上喷出流体，并且如本领域已知的，预定的液体流实现旋转头206的预定旋转速度。由此，狭缝271-274形成驱动构件，其提供旋转头206关于轴A1旋转，使得液体以预定样式被喷出到容器中。在图8中图示的特定设计生成所谓的扇形扁平型喷洒流，即从相应狭缝217-274朝着容器的壁发散开的基本上平面的喷洒流。虽然本文中未进一步详细示出或讨论，但还存在生成圆锥扇形束（即三维分散的束）的旋转喷洒头。还存在具有图8中所示的类型的旋转头206的清洁系统，替代或者附加于扇形束，该系统生成一个或多个准直喷射流。

图9是对应于图4的视图，并且图示了在旋转头206的旋转期间的4个不同时间点的感测表面34上的扁平型扇形喷洒的近似位置F0-F3。实现了可以经由得到的传感器信号来跟踪喷洒流对感测表面34的冲击。根据感测表面34的实现方式，如果感测表面34没有空间分辨率，则旋转头206的适当旋转可以通过对感测表面34的冲击的一致性存在来验证，或者如果感测表面34具有空间分辨率，则通过跟踪沿着感测表面34的冲击位置来验证。此外，喷洒扇形压力可以经由感测表面上的压力量来监视。还可以能够经由对感测表面34的冲击的横向宽度来监视扇形喷洒的厚度。

通常，根据本文公开的各种实施例的监视过程可以通过诸如处理单元30的数据处理设备来实现，数据处理设备被连接到样本或以其他方式从传感器单元33获取测量值。参考图1，数据处理设备可以与控制清洁系统操作的处理单元30分离。图6B示出了配置为实现图6A中的监视过程的数据处理装置30'的示例。设备30'包括用于接收传感器信号Ss的输入36A，传感器信号Ss可以或可以不包含子信号Ss’。设备30'还包括用于获得传感器信号Ss中的信号值的数据收集元件（或装置）M1、用于重复生成一个或多个监视参数的当前值的参数生成元件（或装置）M2、出于特定监视目的来处理当前值的处理元件（或装置）M3、以及用于输出表示监视的结果的数据的输出36B。如图6B中所示的，设备30'可以电连接到电子存储器单元32'，例如用于检索参考值或存储监视参数的当前值。

设备30'可以由在一个或多个通用或专用计算设备上运行的专用软件（或固件）来实现。在该背景下，应当理解，这样的计算设备的每个“元件”或“装置”指代方法步骤的概念等同物；在元件/装置与硬件或软件例程的特定部分之间不总是存在一对一的对应关系。硬件的一个部分有时包括不同的装置/元件。例如，处理单元在执行一个指令时可以用作一个元件/装置，但是在执行另一指令时用作另一元件/装置。此外，一个元件/装置在一些情况下可以通过一个指令来实现，但是在其他一些情况下由多个指令来实现。自然地，可以想到，一个或多个元件（装置）完全由模拟硬件组件来实现。

软件控制的设备30'可以包括一个或多个处理单元（参见，图1中的31），例如CPU（“中央处理单元”）、DSP（“数字信号处理器”）、ASIC（“专用集成电路”）、离散模拟和/或数字组件或一些其他可编程逻辑设备，诸如FPGA（“现场可编程门阵列”）。设备30'还可以包括系统存储器以及将包括系统存储器的各种系统组件耦合到处理单元的系统总线。系统总线可以是若干类型的总线结构中的任何一个，总线结构包括存储器总线或存储器控制器、外围总线以及使用各种总线架构中的任何一个的本地总线。系统存储器可以包括易失性和/或非易失性存储器形式的计算机存储介质，诸如只读存储器（ROM）、随机访问存储器（RAM）和闪存。专用软件、参考值以及在执行期间所需要的任何其他数据可以被存储在系统存储器中、或者存储在其他可移除/不可移除的易失性/非易失性计算机存储介质上，该计算机存储介质包括在计算机设备中或可接入计算机设备，诸如磁介质、光学介质、闪存卡、数字带、固态RAM、固态ROM等。数据处理设备可以包括一个或多个通信接口，诸如串行接口、并行接口、USB接口、无线接口、网络适配器等以及一个或多个数据获取设备，诸如A/D转换器。专用软件可以在任何适当的计算机可读介质上被提供给设备30'，包括记录介质和只读存储器。

虽然已经结合目前被认为是最实际和优选的实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，意在涵盖所附权利要求的精神和范围内包括的各种修改和等效布置。

例如，清洁系统可以被安装在要清洁的容器的任何壁部分中的开口中，并且管道由此可以在任何期望方向上延伸到容器中。此外，传感器单元不必被安装在清洁系统上（例如，安装凸缘102中），但是替代地可以被直接安装在容器的壁部分中。还能够使用除了这里例示的那些之外的其他类型的RSH和RJH喷嘴头。

Claims

1.一种用于安装在容器（40）中的清洁系统（2）的监视设备，所述清洁系统（2）包括被配置为通过所述容器（40）的壁部分（41-43）延伸到所述容器（40）中的管道（101）、被连接用于在所述容器（40）内部的所述管道（101）的端部处旋转以喷出液体的喷嘴头（106）、以及能操作为把旋转传递给围绕第一轴（A1）的喷嘴头（106）使得液体以预定的样式喷出到所述容器（40）中的驱动构件（21；109），所述监视设备包括：

传感器单元（33），用于安装在所述容器（40）的壁部分（41-43），所述传感器单元（33）包括感测表面（34），感测表面（34）响应于液体冲击而使得所述传感器单元（33）能够发出指示所述液体冲击的传感器信号，以及

处理单元（30），配置为从所述传感器单元（33）获得所述传感器信号，并且处理所述传感器信号以监视所述清洁系统（2）的操作，

所述监视设备的特征在于，所述感测表面（34）是细长的，并且被配置为当所述传感器单元（33）被安装在所述容器（40）的壁部分（41-43）时沿管道（101）的周界延伸。

2.根据权利要求1所述的监视设备，其中，所述感测表面（34）被配置为沿着所述管道（101）的周界的至少25%、至少50%或至少75%延伸。

3.根据权利要求1或2所述的监视设备，所述感测表面（34）被配置为当所述传感器单元（33）被安装在所述容器（40）的所述壁部分（41-43）时围绕所述管道（101）。

4.根据任一前述权利要求所述的监视设备，其中，所述感测表面（34）被配置为当所述传感器单元（33）被安装在所述容器（40）的所述壁部分（41-43）时，沿着围绕所述管道（101）的基本上圆形的路径延伸。

5.根据任一前述权利要求所述的监视设备，其中，所述感测表面（34）包括个体段（34’），并且其中，所述传感器信号包括指示对相应的段（34’）的所述液体冲击的子信号。

6.根据任一前述权利要求所述的监视设备，其中，所述处理单元（30）被配置为：处理所述传感器信号，以识别对所述感测表面（34）的液体冲击的发生，并且使所述发生与预定样式匹配。

7.根据任一前述权利要求所述的监视设备，其中，所述传感器单元（33）被配置为响应于液体冲击在所述感测表面（34）内的位置，并且其中，所述处理单元（30）被配置为处理所述传感器信号以确定所述感测表面（34）上的液体冲击的分布。

8.根据任一前述权利要求所述的监视设备，其中，所述清洁系统（2）的喷嘴头（106）被配置为围绕第一轴（A1）并且围绕所述喷嘴头（106）的第二轴（A2）旋转液体的至少两个喷射流，其中，所述处理单元（30）被配置为监视下述中的至少一个：每个喷射流的尺寸、喷射流的数目、每个喷射流的压力、喷射流围绕第一轴（A1）的旋转、以及喷射流围绕第二轴（A2）的旋转。

9.根据权利要求1-7中的任何一项所述的监视设备，其中，所述清洁系统（2）的喷嘴头（106）被配置为围绕所述第一轴（A1）旋转至少一个液体束，并且其中，所述处理单元（30）被配置为监视下述中的至少一个：所述至少一个液体束的尺寸、所述至少一个液体束围绕第一轴的旋转、以及所述至少一个液体束的压力。

10.根据任一前述权利要求所述的监视设备，其中，所述处理单元（30）被配置为处理传感器信号以确定指示喷出液体的至少一个监视参数的值，评估所述至少一个监视参数的值以检测所述清洁系统（2）中的故障，并且发出指示故障的警告信号。

11.根据任一前述权利要求所述的监视设备，其中，所述处理单元（30）被配置为基于感测的信号来记录表示所述预定样式的数据，并且基于所记录的数据来生成验证报告。

12.一种用于安装在容器中的清洁系统，其中，所述清洁系统包括被配置为通过所述容器（40）的壁部分（43）延伸到所述容器（40）中的管道（101）、被连接用于在所述容器（40）内部的所述管道（101）的端部处旋转以将液体喷出到所述容器（40）中的喷嘴头（106）、以及能操作为把旋转传递给围绕第一轴（A1）的喷嘴头（106）使得液体以预定的样式喷出到所述容器（40）中的至少一个驱动构件（21；109），所述清洁系统还包括根据任一前述权利要求的所述监视设备。

13.一种监视清洁系统（2）的操作的方法，所述清洁系统（2）包括通过所述容器（40）的壁部分（43）延伸到所述容器（40）中的管道（101）、被连接用于在所述容器（40）内部的所述管道（101）的端部处旋转以将液体喷出的喷嘴头（106）、以及能操作为把旋转传递给围绕第一轴（A1）的喷嘴头（106）使得液体以预定的样式喷出到所述容器（40）中的驱动构件（21；109），所述方法的特征在于下述步骤：

从包括细长感测表面（34）的传感器单元（33）获得传感器信号，所述细长感测表面（34）响应于液体冲击，所述传感器单元（33）被安装在所述容器（40）的壁部分（41-43），使得所述细长感测表面（34）沿着所述管道（101）的周界延伸；以及

处理所述传感器信号以监视所述清洁系统（2）的操作。

14.一种计算机程序产品，包括计算机代码，当在数据处理系统上执行时，计算机代码被适配为执行权利要求13所述的方法。