CN106461632B - 产品收率损失管理 - Google Patents

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Abstract

在诸如牛奶、汤以及果汁的可消费液体的生产期间，可消费液体可以从一个位置通过流体导管被传递到另一位置。例如，可消费液体可以从存储箱通过管道被传递到另一目的地。在该过程的结尾，该管道可以通过冲洗流体被清洗，以将留在管道中的可消费液体推到最终目的地，因此防止留在管道中的液体被浪费。为了控制冲洗处理，流过该管道的可以用荧光测定法分析流体，以确定该流体中的产品的浓度。该冲洗液体然后可以基于确定浓度被控制。例如，当产品的浓度降低到阈值之下(指示冲洗液体正稀释可消费液体)时，可以终止冲洗液体的供应。

Description

产品收率损失管理
技术领域
本公开涉及流体监测和控制，更具体地说，本发明涉及用于产品收率损失管理的流体监测和控制。
背景技术
在食品和饮料行业内，多种液体产品和中间液体可以在被包装和运送到最终消费者之前被传送过生产设施。在奶类行业中，例如，液体牛奶从动物获取，并且典型地由罐式卡车运输到当地乳品厂。在到达乳品厂时，牛奶从罐式卡车被卸载，并且被送去处理或存储。在处理期间，牛奶可以被分离成奶油和脱脂牛奶、被蒸发、巴氏消毒、均质化或者另外处理，以生产多种所需的奶类产品。在一些情况中，被处理的牛奶在生产过程的结尾被发送到填充站，在该填充站，牛奶被分配到适合于在杂货店或其它零售场所中销售的消费者尺寸的容器中。
贯穿生产过程，生牛奶及其衍生物(例如，奶油、脱脂牛奶)可以在不同的存储储罐和处理设备之间通过贯穿乳品厂延伸的管道被运输。在传递过程的结尾，当大多数液体从一个位置移动到另一个位置业已完成时，冲洗液体可以被驱动通过管道，以将管道中的任何残余产品推送到目的位置。例如，可以用水冲过管道，以通过管道将生牛奶推送到目的位置，通过在传递的结尾处回收牛奶(其否则被留在管道中)而增大收率。
乳品厂中的目前做法一般是：在设定的时间段内用水冲洗管道，并且当到达时间时，停止冲洗。该时间的长度通常设定为足以将大部分残余牛奶产品冲过管道，但不将过多量的水送到目的位置。在最终产品中存在一些量的水是被允许的，只要水不会过度地稀释该产品即可。在冲洗终止之后，留在管道中的任何牛奶产品通常被处置。
实际上，用于特定长度的管道的目标冲洗时间可能不能使从该管道的产品回收得以最大化的同时还防止产品被过度地稀释。例如，随着管道的长度改变、被冲洗的产品的成分改变和/或冲洗液体的成分改变，适当冲洗时间可能改变。此外，即使目标冲洗时间是适当的，倘若操作者心有旁骛，则也会使得目标冲洗时间不能被遵守。
发明内容
总体而言，本公开涉及流体监测和基于流体的被监测的特性而对冲洗液体加以控制。在各种液体产品的制造和处理期间，液体产品可以从处理设施处的一个位置通过流体导管并且也通过处理设备的各种零件被传送到另一位置。例如，在食物和饮料行业中，用于人类消费的液体产品在不同的时间可以被保持在存储箱中，通过流体导管而穿过蒸发器和/或反应器、被传送过装瓶或填充站，并且另外在处理设施周围移动。当在处理设施处的位置之间传递一批液体时，在传递过程的结尾，残余液体一般会留在流体传递管路中。当传递该批液体的泵用完源液体时，这可能发生，从而吸入该泵并且在压力下通过流体传递管路排出到下游目标位置。为了帮助防止留在流体传递管路中的残余液体被浪费，在产品液体被传送到下游目标位置之后，冲洗液体可以被推过流体传递管路。冲洗液体可以将在传递过程的结尾留在流体传递管路中的产品液体推向下游目标位置，以增进产品液体的回收。
为了帮助控制冲洗液体，可以用荧光测定法来分析穿过流体传递管路的流体，以确定该流体中的产品的浓度。例如，如果下游目标位置是存储箱或一件处理设备，则可以在下游目标位置附近从流体传递管路提取流体，并且使用荧光测定法对流体加以分析，以便在流体到达目标位置之前确定流体中的产品的浓度。在启动冲洗过程时，被推入下游目标位置的液体可以完全由留在流体传递管路中的产品液体组成。在冲洗液体继续将残余产品液体推过传递管路时，被推入下游目标位置的液体可以显示渐进递减的产品液体浓度和渐进增大的冲洗液体浓度，直到流入目标位置的液体完全由冲洗液体组成。
为了防止太多冲洗液体流入下游目标位置(或在另一些示例中，任何冲洗液体)，可以使用荧光测定法对流入下游目标位置的液体加以分析，以便确定流体流中的产品液体的浓度。例如，光可以被发射到流体中，以使得流体中的有机分子产生荧光放射。该荧光放射的幅值和/或波长可以对应于流体中的产品的浓度。在一些示例中，当流入下游目标位置的产品液体的用荧光测定法确定的浓度降低到阈值浓度以下时，终止冲洗液体的流动。这可以表明：如果允许冲洗液体继续流动，则会过度地稀释产品液体。
在一个示例中，描述一种方法，该方法包括通过流体导管用冲洗液体冲洗产品液体。该方法包括用荧光测定法分析流过流体导管的流体，以确定流体中的产品的浓度，并且基于流体中的产品的确定浓度而控制冲洗液体。
在另一示例中，描述一种系统，该系统包括流体储罐、产品液体源、冲洗液体源、光学传感器以及控制器。该流体储罐具有入口，该入口被构造用来连接到流体导管。产品液体源被构造用来被传送过流体导管并且通过入口进入流体储罐。冲洗液体源被构造用来在产品液体之后被传送过流体导管。光学传感器被构造用来用荧光测定法分析流过流体导管的流体。控制器被构造用来从所述光学传感器接收荧光测定法数据、并且从其确定流体中的产品的浓度，并且基于流体中的产品的确定浓度而控制冲洗液体。
在附图和下面的描述中阐述一个或更多个示例的细节。根据描述和附图，并且根据权利要求，其它特征、目标和优点将会显现。
附图说明
图1是一种示例系统的图示，其中，可以用荧光测定法分析流体以控制冲洗操作。
图2是方块图，示出一种示例光学传感器，其可以用于图1的系统。
图3是方块流程图，示出用来执行冲洗操作的示例技术。
图4示出了不同示例产品液体的示例光响应。
图5示出了具有不同牛奶浓度的数种牛奶溶液的示例光响应。
图6示出了以递增方式稀释的牛奶溶液的示例光响应。
具体实施方式
总体而言，本公开涉及包括被冲洗液体推动的残余产品液体的流体流的荧光测定法监测，该荧光测定法监测允许残余产品液体被拘限以便随后使用或销售而不是处置。最初，产品液体穿过流体导管到达下游目的位置。泵或其它流体加压装置可以用于加压该产品液体并且将该液体从最初位置传送到目的位置。当合适体积的产品液体已经被传送到目的位置时，流体加压装置可以停止将另外的产品液体输送到目的位置。这可以让在最初位置和目的位置之间延伸的流体导管填充有残余产品液体。
为了清空流体导管的残余产品液体，冲洗液体穿过流体导管。冲洗液体可以是与停留在流体导管中的产品液体相比具有不同成分的液体。冲洗液体可以在最初位置或其附近进入流体导管并且被引向目的位置。进来的冲洗液体的力可以将流体导管中的残余产品液体推向目的位置，以清空导管的产品液体。
在一些示例中，使用荧光测定法，对于在加压冲洗液体的力作用下流过流体导管的液体加以分析，以便确定总的液体流中的产品液体的浓度。产品液体可以响应于接收适当波长的光而发出荧光放射，而冲洗液体可以在这些波长下不发出荧光放射。作为替代方式，产品液体可以不发出荧光放射、而冲洗液体发出荧光放射。在任一情况中，在含有产品液体和冲洗液体的混合样品中的产品液体的浓度，可以基于从样品发出的荧光放射的幅值和/或波长而被确定。例如，自然地存在于产品液体中的分子可以响应于发出的光而发荧光，这使得产品液体的浓度可以被量化，而无需将人造荧光示踪剂分子添加到流体中。在已知穿过导管的流体中的产品液体的浓度的情况下，流体导管可以被冲洗，直到浓度降低到阈值水平之下。这个阈值水平可以表示：已经从流体导管回收了合适量的产品液体，并且如果冲洗液体不被停止或转向，则继续的冲洗会将产品液体稀释到希望的浓度之下。
图1是一种示例系统10的图示，其中，产品液体被传送过处理设备，此后用冲洗液体从该设备冲洗残余产品液体。系统10包括流体加压装置12(在这里为了说明目的，也称为“泵12”)，该流体加压装置流体地连接到产品液体源14。泵12在该泵的吸入侧吸入产品液体14，在该泵内部加压该流体，并且以升高的压力将该流体排出到流体导管16中。流体导管16连接到流体储罐20的入口18并且将加压流体从泵传送到该储罐。流体储罐20可以接纳产品液体14并且保持该液体，例如，以便被用于后续处理步骤、被包装、被销售，等等。光学传感器22接收流过导管16的流体并且采用光学方式分析该流体，例如，用来确定该流体流中的产品液体的浓度。光学传感器22被示出为布置在流体储罐20的入口18前面，使得光学传感器可以在该流体进入储罐之前确定流过导管16的流体中的产品液体的浓度。
图1中的系统10也包括冲洗液体源24，该冲洗液体源通过泵12和流体导管16流体地连接到流体储罐20。在系统10的操作期间，产品液体可以从产品液体源14通过导管16被传送到流体储罐20。泵12可以用于将产品液体从源14传递到流体储罐20，直到例如该源是基本上空的且/或储罐填充有所需量的产品液体。在操作期间的这个点，泵12可以停止操作，让流体导管16填充有残余产品液体。为了帮助防止留在流体导管16中的残余产品液体被浪费，泵12可以开始从冲洗液体源24抽吸冲洗液体，并且通过流体导管16向着流体储罐20泵送冲洗液体。穿过流体导管16的加压的冲洗液体的力可以将流体导管16中的残余产品液体推向且进入流体储罐20。以这种方式，流体液体24可以帮助增大从源14传递到储罐20的产品的回收或收率。
系统10被示出为包括控制通过该系统的流体运动的各种各样的阀(26、28、30)和流体导管。控制器32管理系统10的总操作。控制器32可以例如通过有线或无线连接，而可通信地(communicatively)连接到系统10内的各种部件，以便在控制器32和可通信地连接的部件之间发送和接收电子控制信号和信息。例如，控制器32可以以电子方式致动阀(26、28、30)以打开/关闭该阀并且控制泵12以控制通过该系统的流体运动。控制器32也可以控制光学传感器22，以便采用光学方式分析穿过该系统的流体并且确定其中的产品的浓度。
虽然图1示出了使用荧光测定法对流体加以分析以便控制冲洗液体的系统的一种特定布置，但应当理解，这仅仅是一个示例。本公开不限于具有任何特定构造(更不用说图1的特定构造)的系统。在不同的示例中，系统10可以不包括泵12，而是可以替代地从加压的流体源传送流体，诸如当产品液体源14是加压的罐式卡车并且冲洗液体源24是来自加压的给水总管的水时。作为另一示例，系统10中的流体导管16可以不连接到流体储罐20，而是可以替代地连接到处理设备的不同零件，诸如蒸发器、冷凝器、包装站或者其它类型的处理设备。如本领域技术人员将理解的那样，系统10可以包括另外的或不同的特征。
系统10可以被实施以用来帮助控制任何希望产品液体的处理。可以使用系统10的示例性行业包括食品行业、饮料行业、制药行业、化学行业以及水净化行业。在食物和饮料行业的情况中，在系统10中被处理并且通过流体导管16被传送的产品液体14可以包括但不限于：奶类产品，诸如生牛奶、全脂及脱脂牛奶、浓缩牛奶、奶油、乳清和乳清衍生物、酪奶、乳糖溶液以及乳酸；蛋白质溶液，诸如大豆分离蛋白、大豆乳清、营养酵母和饲料酵母以及全蛋；水果汁，诸如橘子和其它柑橘汁、苹果汁和其它苹果类汁、红莓汁、椰子汁(例如，浓缩的椰子汁)以及热带水果汁；蔬菜汁，诸如番茄汁、甜菜根汁、胡萝卜汁以及草汁；淀粉产品，诸如葡萄糖、右旋糖、果糖、异构糖、麦芽糖、淀粉糖浆以及糊精；糖，诸如液体糖、精炼白砂糖、甜水以及胰岛素；提取物，诸如咖啡和茶提取物、啤酒花提取物、麦芽提取物、酵母提取物、果胶以及肉和骨提取物；水解产物，诸如乳清水解产物、汤调味品、牛奶水解产物以及蛋白质水解产物；发酵饮料，诸如含酒精的啤酒和烈酒、脱醇啤酒以及麦芽汁；婴儿食品(例如，婴儿配方)，蛋清，液体蛋，用于动物饲料的lycene，多元醇，豆油，和浓缩的肉条和粉末。
在一些示例中，产品液体14包括多环化合物和/或苯分子，该多环化合物和/或苯分子具有可以展示荧光特性的一个或更多个取代供电子基团，诸如，例如-OH、-NH2以及-OCH3。这些分子可以天然地存在于产品液体14内并且可以响应于接收适当波长的光而发出荧光放射。例如，产品液体14可以包含发荧光分子，该发荧光分子在产品液体或其前体的培养和/或生长期间形成，并且不被人工地添加用于提供荧光示踪剂的目的。
总体而言，冲洗液体24可以是用于冲洗系统10内的设备(例如，流体导管16)并且置换留在该设备中的产品液体14的流体。这可以通过将残余产品液体推到下游位置(例如，流体储罐20)帮助回收被拘限在处理设备内的残余产品液体并且也将该设备准备用于处理后一批流体。冲洗液体24可以是与产品液体14的成分相比具有不同成分的任何液体。在一个示例中，冲洗流体24是水(例如，可以由或基本上由水组成)。当冲洗流体24是水时，该水可以作为淡水从加压的给水总管或其它合适的源被供应。在另一些示例中，冲洗液体24可以与产品液体24包含相同的化合物，但与存在于产品液体中相比具有不同的浓度。例如，在产品液体14是奶类产品(例如，奶油、全脂牛奶)的情况中，冲洗液体24可以是另一奶类产品(例如，脱脂牛奶、1％牛奶)，该另一奶类产品与该产品液体相比具有不同浓度的脂肪和/或蛋白质。
在系统10的操作期间，控制器32可以接收请求，该请求要求产品液体从源14传递到流体储罐20。响应于该请求，控制器32可以控制系统10，以将产品液体源14设置成与流体储罐20流体连通。例如，控制器32可以打开阀28和30并且致动泵12以从该源抽吸产品液体并且通过流体导管16将加压的产品液体推到流体储罐20中。泵12可以从该源14连续地泵送产品液体到流体储罐20，直到合适的量的产品液体已经传递过流体导管16。当产品液体源14基本上或完全空的时，这可以发生。当所需量的产品液体已经被添加到流体储罐20时，这也可以发生。在任一情况中，控制器32可以在从源14传递合适的量的产品液体到储罐20之后关闭阀28和/或30并且停止泵12。在这时，流体导管16可以部分地或全部地填充有残余产品液体。该残余产品液体可以是静止的(例如，不移动的)且被拘限/保持在源14和储罐20之间的流体导管16内。
在产品液体的传递完成的情况下，控制器32可以通过打开阀26和/或30并且另外致动泵12而启动冲洗过程以从该源抽吸冲洗液体并且将加压的冲洗液体推过流体导管16。加压的冲洗流体可以在冲洗液体向着储罐20前进时将流体导管16内的残余产品流体推到流体储罐20中。当目标量的冲洗已经发生时，例如如下面更详细地所述，控制器32可以关闭阀26和/或28并且停止泵12。这可以防止过多量的冲洗液体被引入流体储罐20。作为替代方式，在除了图1中所示构造的系统10的其它构造中，控制器32可以关闭阀30且/或打开另一阀以使冲洗液体转向而离开流体储罐20，诸如去往排出管。以这种方式，控制器32可以控制通过系统10中的流体导管16的产品液体和冲洗液体的传递。
虽然从源14的产品液体的传递以及从源24到流体储罐20的冲洗液体的传递已经被描述为在控制器32的控制下被执行，但应当理解，传递步骤的一些或全部可以由操作者手动地执行。例如，除了控制器32之外、或作为控制器32的替代方式，可以由人类操作者执行系统10内的泵12的操作和阀(26、28、30)的打开和关闭。
系统10包括光学传感器22。光学传感器22被构造用来采用光学方式分析穿过流体导管16且进入流体储罐20的流体。如参考图2更详细地所述，光学传感器22可以接收流过流体导管16的流体的样品，将光引入该流体以产生来自该流体中的产品液体(如果有的话)的荧光放射，并且检测由该流体发出的荧光放射。荧光放射可以与该流体中的产品液体的浓度成正比。因此，控制器32可以基于由光学传感器22产生的数据而确定该流体中的产品(例如，产品液体)的浓度。控制器32还可以基于流入流体储罐20的流体中的产品液体的确定浓度而控制冲洗过程。
光学传感器22可以以许多种不同方式在系统10中实现。在图1中示出的示例中，光学传感器22与流体导管16串联地布置在流体储罐20的入口18附近。当如此布置时，光学传感器22可以确定例如在该流体排出到流体储罐20中之前不久流过流体导管16的流体的浓度。在另一些示例中，样品管路可以连接到主导管，该主导管连接到流体储罐20。在这种示例中，样品管路可以将光学传感器22流体地连接到主流体导管。在流体穿过主流体导管时，流体的一部分可以进入样品管路、并且在传感器的光学传感器头部附近经过，因此允许光学传感器22确定流过主流体导管的流体中的发荧光产品的浓度。当被实施用来连续地接收流体时，光学传感器22可以被表征为在线光学传感器。在另一些示例中，光学传感器22可以被实施为离线光学传感器，该离线光学传感器在间歇的基础上接收流体，例如，通过以流体手动地填充该光学传感器。
如上文中简要地述及的那样，光学传感器22被示出为布置在流体储罐20的入口18前面。这种位置可能可用于采用光学方式确定在该流体被排出到流体储罐20中之前不久流过流体导管16的液体中的产品的浓度。如果该流体中的产品的浓度落在希望的浓度窗口外部，则流体流可以被停止或转向而不是将该流体排出到流体储罐20中。在各种示例中，光学传感器22可以布置成离开流体储罐10的入口18小于20英尺，诸如小于10英尺、小于5英尺或者小于2英尺。在光学传感器22通过样品管路流体地连接到流体导管16的应用中，该样品管路可以在这些前述各个距离中的任一距离内的位置从主流体导管提取液体。
在一个示例中，在加压的冲洗流体向着流体储罐20穿过流体导管16时，光学传感器22接收流过该导管的流体。通过将光引入流体，以使得流体中的发荧光分子激发且发出荧光能量，光学传感器22采用光学方式分析流体。发荧光分子可以是存在于产品流体中但不存在于冲洗流体中或以低于产品流体中的浓度存在于冲洗流体中的分子。光学传感器22检测荧光能量，并且从其产生与检测到的荧光能量的量和/或波长成正比的光学传感器输出。控制器32可以接收光学传感器输出，并且基于该输出而确定该流体中的产品的浓度。例如，控制器32可以确定流体中的产品液体的浓度(例如，其中流体包含产品液体和冲洗液体的混合物)和/或与产品液体关联的流体中的特定分子(例如，蛋白质)的浓度。根据这个信息，控制器32可以控制冲洗流体，例如，通过增大或减小泵12将流体泵送过流体导管16的速率，将泵12停止、并且/或者将阀26和/或30关闭，以防止过多的冲洗流体被引入流体储罐20。
在通过从冲洗液体源24抽吸液体并且向着流体储罐20泵送该液体而启动冲洗过程时，被推过该储罐的入口18的液体可以基本上完全由产品液体组成。这可以是在启动冲洗过程之前被保持在流体导管16中的残余产品液体。在冲洗液体继续将残余产品液体推过流体储罐20的入口18时，被推入该储罐的液体可以具有递减浓度的产品液体和递增浓度的冲洗液体。当产品液体和冲洗液体之间的界面到达流体储罐20的入口18时，这可能发生。产品液体和冲洗液体之间的界面可以是产品液体和冲洗液体混合的区域，该区域也可以称为产品液体和冲洗液体之间相分离的区域。如果冲洗液体要继续流过流体导管16并且进入流体储罐20，则被推过储罐20的入口18的液体可以在产品液体的浓度上继续递减，直到该流体基本上完全由冲洗液体组成。通过确定被推入流体储罐20的流体的流中的产品液体的浓度，控制器32可以停止将冲洗液体引向该储罐，例如当产品液体的浓度降低到可接受的阈值之下时。
图1中的流体导管16被示出为将产品液体源14和冲洗液体源24连接到流体储罐20。产品液体源14可以使用适合于供应产品液体到下游目的位置的任何设备而实现。在不同的示例中，产品液体源14可以是固定的箱，可移动的罐式卡车、瓶子、手提包、反应堆容器、蒸发器、冷凝器或者能够供应产品液体的其它类型的设备。类似地，流体储罐20可以是被设计用来接纳和保持液体的任何类型的容器，诸如固定的箱、可移动罐式卡车、瓶子、手提包。在一些示例中，流体储罐20被构造用来接纳产品液体且进一步处理产品液体。例如，流体储罐20可以是具有一个或更多个填充头部的填充站(例如，瓶子填充装置)的一部分。作为另一示例，流体储罐20可以是反应容器、蒸馏柱或者被设计用来接纳且处理产品液体的处理设备的其它零件。在这些示例中，在产品液体被进一步处理时，流体储罐20可以接纳且保持产品液体比较短的时间段。
因此，虽然图1示出使用荧光测定法对流体加以分析以便控制冲洗液体的系统的一个特定布置，但应当理解本公开的硬件和技术可以被有利地实施在除了图1的系统外的系统中。例如，该硬件和技术可以被实施在以下任何系统中，其中一种液体包括自然地发荧光的分子并且推送另一液体或被另一液体推送，该另一液体不发荧光或者以不同的程度发荧光。
系统10中的泵12可以是任何合适的流体加压装置，诸如直接提升泵、正排量泵、速度泵、浮力泵和/或重力泵或其任何组合。在另一些示例中，系统10不包括泵。总体而言，被描述为阀(26、28、30)的部件可以是通过打开或关闭通过流体导管的流体连通而调节流体的流的任何装置。在各种示例中，该阀可以是隔膜阀、球阀、止回阀、闸门阀、滑动阀、活塞阀、旋转阀、梭阀和/或其组合。每一个阀可以包括致动器，诸如气动致动器、电力致动器、液压致动器，等等。例如，每一个阀可以包括螺线管、压电元件或者类似特征，以将从控制器32接纳的电能转化为机械能以机械地打开和关闭该阀。每一个阀可以包括极限开关、近距离传感器或者其它电机械装置以提供该阀处于打开或关闭位置的确认，其信号被传输回到控制器32。
系统10中的流体导管和流体管路可以是允许流体从该系统中的一个位置被传送到该系统中的另一位置的管道或管段。用于制造该导管的材料应当与要被传送的液体化学地相容，并且在各种示例中可以是钢、不锈钢或者聚合物(例如，聚丙烯、聚乙烯)。
在图1的示例中，光学传感器22采用光学方式分析通过入口18流入流体储罐20的流体，例如，用来确定包含产品液体和冲洗液体的混合的流体流中的产品液体的浓度。图2是方块图，该方块图示出可以用于采用光学方式分析来自系统100的流体的光学传感器200的示例。传感器200可以用作系统10中的光学传感器22。
参考图2，传感器200包括控制器220，一个或更多个光发射器222(在这里称为“光发射器222”)，和一个或更多个光检测器224(在这里称为“光检测器224”)。控制器220(该控制器可以与图1中的控制器32相同)包括处理器226和存储器228。在操作中，光发射器222将光引入流过流体导管230的流体(例如，包含产品液体、冲洗液体和/或产品液体和冲洗液体的组合的流体)并且光检测器224检测由该流体产生的荧光放射。被光发射器222引入该流体的光通过激发该流体内的发荧光分子的电子，使得该分子发出可以被光检测器224检测的能量(即，荧光)，可以产生荧光放射。例如，当光被引入流过流体导管16(图1)的流体时，该流体内的产品液体的分子中的电子可以激发，使得该分子发荧光。在一些示例中，光发射器222以一个频率(例如，紫外频率)将光引入流过流体导管230的流体并且使得发荧光分子以不同的频率(例如，可见光频率、不同的紫外频率)发出光能量。
存储器228存储由控制器220使用或产生的软件和数据。例如，存储器228可以存储数据，该数据由控制器220使用，以确定被传感器200监测的该流体内的一种或更多种产品的浓度，诸如被该传感器监测的流体内的产品液体或其成分的浓度。在一些示例中，存储器228存储以方程的形式的数据，该方程将由光检测器224检测的荧光放射关联到一种或更多种产品的浓度。
在本公开中，处理器226运行存储在存储器228中的软件以执行归因于传感器200和控制器220的功能。本公开中描述的控制器220、控制器30或任何其它装置内的被描述为处理器的部件可以各包括一个或更多个处理器，诸如单独的或以任何合适组合的一个或更多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑电路等等。
光发射器222包括至少一个光发射器，该至少一个光发射器将光能量发射到存在于流体导管230内的流体中。在一些示例中，光发射器222在一定范围的波长上发射光能量。在另一些示例中，光发射器222以一个或更多个离散的波长发出光能量。例如，光发射器222可以以两个、三个、四个或更多个离散的波长发射。
在一个示例中，光发射器222在紫外(UV)光谱内发射光。UV光谱内的光可以包括从近似10nm到近似400纳米的范围中的波长。由光发射器222发出的光被引入流体导管230内的流体。响应于接收光能量，该流体内的发荧光分子(例如，存在于产品液体内但不存在于冲洗液体内的分子)可以激发，使得该分子产生荧光放射。在发荧光分子内的激发电子改变能量状态时，可以产生荧光放射，该荧光放射可以在或不在不同于光发射器222发射的能量的频率。由发荧光分子发射的能量可以被光检测器224检测。
光发射器222以其发射光的特定波长可以变化，例如，取决于预期存在于产品液体14中的发荧光分子的类型。在一些示例中，光发射器222以小于350纳米(nm)，诸如小于330nm或小于300nm的频率发射光。例如，光发射器222可以发射近似275nm到近似335nm的频率范围中的光。然而，前述波长仅仅是示例，并且可以使用光的其它波长。
光发射器222可以以多种不同方式被实施在传感器200内。光发射器222可以包括一个或更多个光源以激发该流体内的分子。示例光源包括发光二极管(LEDS)、激光以及灯。在一些示例中，光发射器222包括滤光器以过滤光源发出的光。滤光器可以布置在光源和流体之间并且被选择用来通过一定波长范围内的光。在一些另外的示例中，光发射器包括布置在光源附近以准直从光源发出的光的准直仪，例如，准直透镜、罩或反射器。该准直仪可以减小从光源发出的光的发散，减小光噪音。
传感器200也包括光检测器224。光检测器224包括至少一个光检测器，该至少一个光检测器检测流体导管230内的激发的分子发出的荧光放射。在一些示例中，与光发射器222相比，光检测器224设置在流体导管230的不同的侧部上。例如，光检测器224可以布置在相对于光发射器222偏移近似90度的流体导管230的侧部上。这种布置可以减小由光发射器222发出、传输通过流体导管230内的流体，并且被光检测器224检测的光的量。这种传输的光可以潜在地引起与被光检测器检测的荧光放射的干涉。
在操作中，由光检测器224检测的光能量的量可以取决于流体导管230内的流体的含量。如果流体导管包含具有一定性质(例如，产品液体的一定浓度)的流体溶液，则光检测器224可以检测由该流体发出的一定水平的荧光能量。然而，如果该流体溶液具有不同的性质(例如，产品液体的不同浓度)，则光检测器224可以检测由该流体发出的不同水平的荧光能量。例如，如果流体导管230填充有被冲洗液体稀释到第一浓度的产品液体，则光检测器224可以检测第一幅值的荧光放射。然而，如果流体导管填充有通过大于第一浓度的第二浓度的冲洗液体被稀释(例如，使得产品液体更淡)的产品液体，则光检测器224可以检测小于第一幅值的第二幅值的荧光放射。
光检测器224也可以以多种不同方式被实施在传感器200内。光检测器224可以包括一个或更多个光电探测器，诸如，例如，光电二极管或光电倍增器，以便将光信号转化为电信号。在一些示例中，光检测器224包括透镜，该透镜布置在该流体和光电检测器之间以便聚焦且/或成形从该流体接收的光能量。
应当理解，虽然图2示出光学传感器的一种特定构造，但可以使用其它光学传感器构造而不偏移本公开的范围。例如，替代将光发射器222布置在离开光检测器224的流体导管230的不同侧部上，光发射器222和光检测器224可以被布置用来通过布置在传感器200的外壳的面上的单个共享透镜(例如，球透镜)引入和接收光。当如此构造时，光发射器222可以通过该透镜将光引入流经该透镜的流体，使得该流体发出荧光放射。这些荧光放射可以通过该透镜被引回以便被光检测器224检测。这种示例光学传感器在题为“MULTI-CHANNELFLUOROMETRIC SENSOR AND METHOD OF USING SAME”的美国专利申请No.14/039683中被描述，该美国专利申请与本申请被共同转让并且其全部内容通过引用并入这里。
控制器220控制光发射器222的操作并且接收关于被光检测器224检测的光的量的信号。在一些示例中，控制器220还处理信号，例如，用来确定穿过流体导管230的流体内的产品液体的浓度。
在一个示例中，控制器220控制光发射器222，以将辐射引入包含产品液体的流体并且还控制光检测器224以检测该流体内的产品液体的分子发出的荧光放射。控制器220然后处理光检测信息，以确定该流体内的产品液体的浓度，并且如果希望，也确定该流体内的冲洗液体的浓度。通过将来自具有未知浓度的产品液体的流体的由光检测器224检测的荧光放射的幅值与来自具有已知浓度的产品液体的流体(例如，校准流体)的由光检测器224检测的荧光放射的幅值对比，控制器220可以确定该产品液体的浓度。在一些示例中，控制器220基于在不同波长下的由光检测器224检测的荧光放射的幅值确定流体中的多种产品的浓度。例如，控制器220可以确定存在于产品液体和/或冲洗液体内的不同的发荧光分子的浓度。这在产品液体和冲洗液体都包含发荧光分子的应用中可能是有用的，并且那些发荧光分子的一种或更多种的确定浓度可以用于解开来自冲洗液体的那些的与产品液体关联的荧光放射。
响应于确定该流体中的产品的浓度，处理器226可以将确定的产品浓度与存储在存储器228中的一个或更多个阈值(诸如一个或更多个浓度阈值)相比较。控制器220可以被告知阈值并且该阈值例如在使用者界面通过使用者输入而被存储在存储器228中。存储在存储器228中的阈值可以充当控制系统10(图1)的触发点。
另外参考图1，例如，控制器32可以控制系统10，直到流过流体导管16并且进入流体储罐20的流体中的产品的浓度等于且/或越过存储在存储器中的阈值。在一个示例中，控制器32控制泵12，以将诸如水的冲洗液体从源14泵送向流体储罐20。加压的冲洗流体可以将留在流体导管中的产品液体推入流体储罐20。在冲洗过程的开始，通过入口18进入流体储罐20的流体可以基本上或完全由产品液体组成。因此，在光学传感器22分析最初进入流体储罐20的这个流体时，该流体可以发出对应于近似100％的产品液体浓度的荧光放射。然而，在冲洗流体继续冲洗流体导管16时，冲洗液体可以开始稀释留在流体导管中的产品液体，使得通过入口18流入流体储罐20的流体包括产品液体和冲洗液体的混合物。当这种流体被光学传感器22采用光学方式分析时，该流体发出与存在于该流体中的产品液体和冲洗液体的浓度成正比的荧光放射。在一些示例中，存在于流入流体储罐20的流体中的发荧光分子的浓度可以在冲洗过程的开始比较高但可以随着时间推移而减小，例如，在产品液体被冲洗流体冲出流体导管16时，该冲洗流体基本上没有发荧光分子且/或与存在于产品液体中相比具有较小浓度的发荧光分子。在冲洗过程中的某一点，被推入流体储罐20的残余产品液体的量可以减小到不再有利于继续冲洗的程度。控制器32可以基于由光学传感器22确定的浓度信息和存储在存储器(例如，图2中的存储器228)中的阈值作出这个确定。
存储在存储器228中的特定阈值可以例如取决于产品液体、冲洗液体的特性和系统10的构造。例如，如果在系统10中被处理的产品液体具有一定浓度的发荧光分子，则存储器228可以存储一定幅值的浓度阈值。相比之下，如果在系统10中被处理的产品液体具有不同浓度的发荧光分子，则存储器228可以存储不同幅值的浓度阈值。在系统10的操作期间，控制器32可以控制该系统的部件，以通过冲洗液体冲洗流体导管16，例如，直到流过该导管的流体中的产品的浓度越过阈值(例如，等于或降低到浓度阈值之下)。在这时，控制器32可以控制系统10以阻止穿过流体导管16的冲洗液体的流被引入流体储罐20。例如，控制器32可以停止泵12且/或操纵系统10内的阀使得该流体不被引入流体储罐20而是替代地被引到不同的位置，诸如废物排出管。
存储在存储器中的特定的产品浓度阈值可以变化，例如，取决于产品冲洗流体的特性和/或被产生的产品流体的品质。例如，如果收率回收是重要的，则存储器228可以存储一定幅值的浓度阈值，而如果产品液体掺杂是重要的，则存储器228可以存储较高幅值的浓度阈值。
对于收率回收，存储在存储器中的阈值可以是以下范围内的值：从近似0vol％产品液体(例如，近似100vol％冲洗液体)到近似25vol％产品液体(例如，近似75vol％冲洗液体)的范围，诸如从0.1vol％产品液体到15vol％产品液体，或从0.5vol％产品液体到10vol％产品液体的范围。对于产品掺杂控制，存储在存储器中的阈值可以是以下范围内的值：从近似100vol％产品液体(例如，近似0vol％冲洗液体)到近似50vol％产品液体(例如，近似50vol％冲洗液体)的范围，诸如从99vol％产品液体到75vol％产品液体，或从95vol％产品液体到80vol％产品液体的范围。当控制器32确定该流体中的产品液体的浓度等于且/或降低到该阈值之下时，控制器可以停止泵12且/或关闭阀26和/或28以终止冲洗过程。应当理解，前述浓度阈值仅仅是示例，并且其它浓度阈值是可能的且被预期。
在系统10的操作期间，控制器32可以确定流入流体储罐20的流体中的产品的浓度并且将确定浓度与存储在存储器中的值相比较。基于该比较，控制器32可以调节流体的流(例如，产品液体14和/或冲洗液体24的流)，例如，直到确定浓度等于、大于或者小于目标值。在控制器32确定该浓度小于该值的情况中，控制器32可以以电子方式控制该系统，例如，通过停止泵12或通过减小该泵泵送流体(诸如冲洗流体)的速率。
虽然在图1或2中未示出，但系统10可以包括一个或更多个辅助传感器以监测流过流体导管16的流体的另外特性。所述一个或更多个辅助传感器可以监测流过该导管的流体的光学或非光学特性，并且在不同的示例中，可以集成或不集成在光学传感器(例如，光学传感器22、200)内。在各种示例中，所述一个或更多个辅助传感器可以包括或者是温度传感器、pH传感器以及混浊度传感器。在一个示例中，所述一个或更多个辅助传感器包括电导率传感器。电导率传感器可以用于检测存在于流过流体导管16的流体中的任何潜在污染物，这是由于任何污染物具有的电导率可以不同于被假定流过导管的流体的电导率。如果控制器32确定流过流体导管16的流体的电导率越过阈值，则控制器32可以停止泵12且/或操纵系统10内的阀，使得流体不被引入流体储罐20，而是替代地被引到不同的位置。这可以防止污染的流体被分配到流体储罐20中。控制器32也可以在这种情况中发出警报，以告知操作人员：流体的测得电导率已经越过阈值。
图3是示出用来控制冲洗操作的示例过程的流程图。如示出的，控制器32通过打开阀28和/或30且致动泵12(200)启动产品液体的传递。在一些示例中，产品液体包含发荧光分子，该发荧光分子自然地存在于该液体中并且不被添加作为示踪剂。在一些示例中，产品液体是人类可消费液体，诸如果汁、汤、奶类产品、发酵饮料等等。在启动该传递时，该产品液体从产品液体源14通过流体导管16移动到流体储罐20。当合适体积的产品液体已经被传递到流体储罐20时，控制器32可以关闭阀28和/或30且停用泵12。这可以让流体导管16部分地或完全地填充有从源14被接纳但没有被运送到储罐20的残余产品液体。
在传递产品流体到流体储罐20(200)之后，控制器32启动冲洗(202)。控制器32可以打开阀28和/或30且致动泵12，以将冲洗液体源24设置成与流体储罐20流体连通。流过流体导管16的加压的冲洗液体可以置换残余产品液体并且将该液体推入流体储罐20中。
在图3的技术中，光学传感器22接收流过流体导管16的流体并且确定该流体(204)中的产品的浓度。光学传感器22可以将光引入该流体并且该流体内的发荧光分子可以响应于该光发出荧光能量。光学传感器22可以检测荧光能量并且基于发荧光能量的特性确定该流体中的产品的浓度。例如，通过将发荧光能量的幅值和/或发荧光能量的波长与存储在存储器中的校准信息对比，光学传感器22可以确定该流体中的产品液体的浓度，该校准信息将不同的发荧光能量特性关联到不同的产品液体浓度。
在确定流入流体储罐20的该流体中的产品的浓度之后，控制器32可以将确定浓度与存储在存储器(206)中的一个或更多个浓度阈值对比。在不同的示例中，浓度阈值可以被编程到存储器中或者可以通过使用者界面从使用者接收，例如，在冲洗过程的开始。控制器32可以以电子方式控制系统10，直到该流体中的产品的浓度等于且/或低于存储在存储器(208)中的浓度阈值。
当控制器32确定该流体中的产品(例如，产品液体)的浓度等于且/或降低到浓度阈值之下时，控制器可以停止泵12并且关闭阀26和/或30以终止冲洗过程(210)。
本公开中描述的技术(包括由控制器，控制单元或控制系统执行的功能)可以在通用微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑装置(PLD)、或其它等同逻辑装置中的一种或更多种装置内实施。因此，如这里使用的术语“处理器”或“控制器”可以指的是前述结构的任何一个或更多个或适合于实现这里描述的技术的任何其它结构。
这里示出的各种部件可以由硬件、软件和/或固件的任何合适组合实现。在图中，各种部件被描绘为分离的单元或模块。然而，参考这些图描述的各种部件的所有或数个可以被集成到常见的硬件、固件和/或软件内的组合的单元或模块中。因此，作为部件、单元或模块的特征的描绘意图凸显特定的功能特征以便容易说明，并且不必需要通过分离的硬件、固件或者软件部件实现这种特征。在一些情况中，各种单元可以被实现为由一个或更多个处理器或控制器执行的可编程过程。
在这里被描述为模块、装置或者部件的任何特征可以一起被实施在集成逻辑装置中或者分离地作为离散的但可共同操作的逻辑装置。在各种方面中，这种部件可以至少部分地形成为一个或更多个集成电路装置，所述一个或更多个集成电路装置可以总体地称为集成电路装置，诸如集成电路芯片或芯片组。这种电路可以被设置在单个集成电路芯片装置中或在多个可共同操作的集成电路芯片装置中。
如果部分地由软件实现，则该技术可以至少部分地由包括具有指令的代码的计算机可读的数据存储介质(例如，永久的计算机可读的存储介质)实现，该指令当由一个或更多个处理器或控制器执行时，执行本公开中描述的各方法和功能中的一个或更多个。计算机可读的存储介质可以形成计算机程序产品的一部分，该计算机程序产品可以包括包装材料。计算机可读的介质可以包括随机存取存储器(RAM)(诸如同步动态随机存取存储器(SDRAM))、只读存储器(ROM)、非易失随机存取存储器(NVRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、嵌入动态随机存取存储器(eDRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、闪速存储器、磁性或光学数据存储介质。被使用的任何软件可以被一个或更多个处理器执行，所述一个或更多个处理器诸如一个或更多个DSP、通用微处理器、ASIC、FPGA或者其它等同的集成的或离散的逻辑电路。
以下示例可以提供关于根据本公开的系统和技术的另外细节。
示例1
多种基于水的产品液体被产生并且采用光学方式分析以评估使用光学传感器来监测且控制冲洗过程的功效。对于该示例，液体饮料被选择作为示例产品液体并且水被选择作为示例冲洗液体。被测试的每一个液体饮料通过水被稀释到百万分之500的浓度。随后，通过将光发射到流体样品中、并且产生和检测来自流体样品的荧光放射，使用荧光测定法对样品加以分析。
图4是示出当从280纳米变动到335纳米的波长的光被发射到该流体中时该流体的光响应的图。该图的x轴线是响应于将光引入该流体由该流体发出的光的波长。该图的y轴线是在每一个相应的波长下检测的光的幅值。用于稀释该示例产品液体的水不响应于将光引入该流体而产生任何荧光放射，指示图4中示出的光响应仅来自产品液体而不是背景水。
示例2
包含不同浓度的作为产品液体的牛奶和作为冲洗液体的水的数种基于水的溶液被产生并且采用光学方式分析以评估使用光学传感器来监测冲洗过程的功效。随后，通过将光发射到流体样品中、并且产生和检测来自流体样品的荧光放射，使用荧光测定法对样品加以分析。图5是示出当280纳米的波长的光被发射到该溶液中时牛奶溶液的光响应的图。该图的x轴线是按重量百分比的该溶液中的牛奶的浓度。该图的y轴线是对于不同的溶液在340纳米下检测的光的幅值。对于这个示例，牛奶溶液的光响应从近似1.6％下至近似0％的浓度是线性的，这表示：该浓度范围可以提供良好的范围以便限定冲洗结束点。
示例3
包含作为产品液体的牛奶和作为冲洗液体的水的溶液被产生并且采用光学方式分析。该溶液开始于50体积百分比牛奶和50体积百分比水并且随后通过递增的量的水被稀释。该溶液在每一次稀释之后被采用光学方式分析以评估使用光学传感器来监测冲洗过程的功效。图6是示出递增地稀释的牛奶溶液的光响应的图。该图的y轴线是来自牛奶的检测的荧光测定信号，该荧光信号被测量为以毫伏为单位的来自光检测器的电信号。该图的x轴线是以分钟为单位的时间，该时间已经乘以5以调节该图的比例。

Claims (17)

1.一种冲洗控制方法，所述方法包括：
通过流体导管用冲洗液体冲洗产品液体；
用荧光测定法分析流过所述流体导管的流体，以确定所述流体中的产品的浓度；
将所述产品的确定浓度与阈值相比较；以及
基于所述流体中的产品的确定浓度而控制所述冲洗液体，
其中，基于所述流体中的产品的确定浓度而控制所述冲洗液体包括：当所述确定浓度越过所述阈值时停止所述冲洗液体的流动。
2.权利要求1所述的冲洗控制方法，其中，所述产品液体包括人类可消费的产品。
3.权利要求2所述的冲洗控制方法，其中，所述产品液体包括奶类产品、果汁以及发酵饮料中的至少一者，并且所述冲洗液体由水组成。
4.权利要求1所述的冲洗控制方法，其中，所述流体导管从排出储罐的出口延伸到接纳储罐的入口，并且其中，用荧光测定法分析流过所述流体导管的流体包括用荧光测定法分析在所述接纳储罐的入口附近流过所述流体导管的流体。
5.权利要求1所述冲洗控制的方法，其中，通过所述流体导管用所述冲洗液体冲洗所述产品液体包括：用所述冲洗液体冲洗所述产品液体，以使得所述产品的浓度随着时间推移而减小、并且所述冲洗液体的浓度随着时间推移而增大。
6.权利要求1所述冲洗控制的方法，其中，用荧光测定法分析流过所述流体导管的流体包括：将光引入流过所述流体导管的所述流体并且因此产生来自所述产品的荧光放射、并且检测由所述产品发出的所述荧光放射。
7.权利要求6所述冲洗控制的方法，其中，将光引入到所述流体中包括：发射小于350纳米(nm)的波长的光，并且检测所述荧光放射包括：检测大于300nm的波长的光。
8.权利要求1所述冲洗控制的方法，其中，所述阈值的范围是0.5体积百分比产品液体至10体积百分比产品液体。
9.权利要求1所述冲洗控制的方法，还包括：分析流过所述流体导管的流体的电导率并且也基于所述流体的确定电导率而控制所述冲洗液体。
10.一种冲洗控制系统，所述系统包括：
流体储罐，所述流体储罐具有入口，所述入口被构造用来连接到流体导管；
产品液体源，所述产品液体被构造用来被传送过所述流体导管并且通过所述入口进入所述流体储罐；
冲洗液体源，所述冲洗液体被构造用来在所述产品液体之后被传送过所述流体导管；
光学传感器，所述光学传感器被构造用来用荧光测定法分析流过所述流体导管的流体；以及
控制器，所述控制器被构造用来从所述光学传感器接收荧光测定法数据并且从其确定所述流体中的产品的浓度，并且基于所述流体中的产品的确定浓度而控制所述冲洗液体，
其中，所述控制器还被构造用来：将所述产品的确定浓度与阈值相比较，并且当确定浓度越过所述阈值时停止通过所述流体导管的所述冲洗液体的流动。
11.权利要求10所述的冲洗控制系统，其中，所述产品液体包括人类可消费的产品。
12.权利要求11所述的冲洗控制系统，其中，所述产品液体包括奶类产品、果汁以及发酵饮料中的至少一者，并且所述冲洗液体是水。
13.权利要求10所述的冲洗控制系统，其中，所述光学传感器设置在所述流体储罐的入口。
14.权利要求10所述的冲洗控制系统，还包括连接到冲洗液体源的泵，其中，所述控制器可通信地连接到所述泵、并且被构造用来控制所述泵。
15.权利要求10所述的冲洗控制系统，其中，所述冲洗液体被构造用来在所述产品液体已经停止流过所述流体导管之后被传送过所述流体导管，使得所述流体导管填充有残余产品液体。
16.权利要求10所述的冲洗控制系统，其中，所述光学传感器被构造用来：通过将光引入流过所述流体导管的流体而用荧光测定法分析流过所述流体导管的流体从而产生来自所述产品的荧光放射，并且检测由所述产品发出的荧光放射。
17.权利要求10所述的冲洗控制系统，其中，所述光学传感器还被构造用来分析流过所述流体导管的流体的电导率，并且所述控制器还被构造用来基于所述流体的确定电导率而控制所述冲洗液体。
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