FI70750C - Anordning foer maetning av koncentrationen foer ett foersta oc andra tillsatsaemne - Google Patents

Description

-TT—1 , KUULUTUSJULKAISU ^ Λ *11* utläggn,ngsskr,ft ' ^ ^ 5 ο C (45) Potcutti ::äyj;;nctty

Patent me-ttelat CG 10 10GG

V *” (51) Kv.lk.*/lnt.CI/ G 01 N 23/223 · kl n (21) Patenttihakemus — Patentansökning 773651 SUOMI —FINLAND 1 n. ,, 77 (22) Hakemispäivä — Ansöknlngsdag U I . I L . / / (F»> (23) Alkupäivä — Glltighetsdag 01.1 2.77 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentllg 18.06.78

Patentti· ja rekisterihallitus /44^ Nähtiväksipanon ja kuul.julkaisun pvm. — ng nt g£

Patent- och registerstyrelsen v ' Ansökan utlagd och utl.skriften publlcerad (86) Kv. hakemus —Int. ansökan (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd prioritet 17.12.76 USA(US) 751312 (71) Sentrol Systems Ltd., *»**01 Steeles Avenue West, Downsview, Ontario,

Kanada(CA) (72) Alexander Buchnea, Willowdale, Ontario, Kanada(CA) (7^) Leitzinger Oy (54) Laite ensimmäisen ja toisen lisäaineen pitoisuuden mittaamiseksi -Anordning för mätning av koneenirationen för ett första och andra tilisatsämne

Keksinnön kohteena on laite ensimmäisen ja toisen lisäaineen pitoisuuden mittaamiseksi arkkimateriaalissa, jolloin mainittu ensimmäinen lisäaine omaa suhteellisen pienienergisen röntgen-fluoresoinnin ja mainittu toinen lisäaine suhteellisen suurienergisen röntgenfluoresoinnin.

Usein käytetään eri lisäaineita, esimerkiksi titaanioksidia (T1O2), kalsiumkarbonaattia (CaCC>3) ja savea tai kaoliinia (Al2O3.2siO2.2H2O) esimerkiksi paperin valkoisuusasteen ja läpi-kuultamattomuuden parantamiseksi. Kustannusten ja laadun valvonnan johdosta on edullista tarkkailla jatkuvasti näiden kollektiivisesti "tuhkaksi" kutsuttujen lisäaineiden pitoisuuksia. Aikaisemmat yritykset kehittää on-line-tarkkailua ovat osoittautuneet puutteellisiksi monessakin mielessä. Tällöin gammasäteiden valikoivaa 2 70750 absorbtiota tai betahiukkasten takaisinhajontaa käyttävät laitteet kokonaistuhkapitoisuuden mittaamiseksi antavat epätarkkoja tuloksia johtuen tuhkan ainesosien keskinäisistä pitoisuuseroista. Eräs viime aikoina kehitetty, valikoivaa röntgensädeabsorptiota käyttävä laite pyrkii välttämään tämän ongelman valitsemalla sellaisen röntgensäde-energia, että saven ja Tiekin absorptiokertoimet ovat yhtä suuret. Myös tässä laitteessa on haittapuolia. Ensinäkin valittu röntgensäde-energia on hiukan titaanin K-absorptioradan alapuolella, jolloin vähäinen röntgensäde-energian muutos saa aikaan suuren ja harhaanjohtavan muutoksen mitatussa absorptiokertoimessa. Toiseksi, koska ei ole mahdollista saada yhtä suuria absorptioker-toimia TiC^tlle, CaCC>3:lle ja savelle samalla röntgen-energia-tasolla, CaC03:n läsnäoloa ei voida tällä järjestelmällä mitata, josta seikasta itse asiassa seuraisi virhe. Lopuksi tällä järjestelmällä kyetään mittaamaan ainoastaan kokonaistuhkapitoisuus, mutta ei erikseen savipitoisuutta ja TiC>2-pitoisuutta. Yksittäinen tarkkailu ja valvonta on kuitenkin tärkeätä, koska T1O2 on huomattavasti kalliimpaa kuin savi.

Keksinnön eräänä tarkoituksena on saada aikaan sellainen järjestelmä arkkimateriaalin lisäainepitoisuuksien tarkkailemiseksi, joka tarkkailee yksittäisesti eri lisäaineiden pitoisuuksia. Lisäksi keksinnön tarkoituksena on saada aikaan järjestelmä, joka voi tarkkailla tai havaita lisäaineen, jolla on suhteellisen pieni-energinen fluoresointi.

Lisäksi keksinnön tarkoituksena on saada aikaan järjestelmä, joka on suhteellisen reagoimaton säteilylähteen energian muutoksiin.

Edelleen keksinnön tarkoituksena on saada aikaan järjestelmä, jolla voidaan tarkkailla tai havaita kalsiumkarbonaattipitoisuus.

Lisäksi keksinnön tarkoituksena on saada aikaan järjestelmä, jolla voidaan havaita tai tarkkailla titaan idioksid in pitoisuutta.

3 70750

Edelleen keksinnön tarkoituksena on saada aikaan järjestelmä, johon arkin muiden ominaisuuksien kuin mitattavan ominaisuuden muutokset eivät suurestikaan vaikuta.

Keksinnön lisäkohteet ja tarkoitukset käyvät ilmi seuraavasta selityksestä.

Keksinön mukaiselle laitteelle on tunnusomaista, että mainittuun laitteeseen kuuluu: elimet arkkimateriaalin säteilyttämiseksi riittävän suurienergisellä röntgensäteilyllä aikaansaamaan sen, että mainittu toinen lisäaine purkaa fluoresointisäteilyä; mainittuun fluoresointisäteilyyn reagoivat elimet ensimmäisen signaalin muodostamiseksi; arkin läpi tunkeutuvaan säteilyyn reagoivat elimet toisen signaalin muodostamiseks i; ensimmäiseen signaaliin reagoivat elimet toisen lisäaineen pitoisuuden laskemiseksi; mainittuun laskettuun pitoisuuteen reagoivat elimet arkkimateriaalin suorittaman läpitunkeutuvan säteilyn absorption arvioimiseksi; mainittuun toiseen signaaliin reagoivat elimet materiaalin suorittaman läpi tunkeutuvan säteilyn varsinaisen absorption laskemiseksi; elimet varsinaisen absorption vertaamiseksi arvioituun absorptioon erosignaalin muodostamiseksi; erosignaaliin reagoivat elimet ensimmäisen lisäaineen pitoisuuden laskemiseksi; ja laskettuun ensimmäisen lisäaineen pitoisuuteen reagoivat elimet mainitun toisen lisäaineen pitoisuuden korjaamiseksi.

Järjestelmä siis mahdollistaa arkkimateriaalin lisäaineiden yksittäisen on-line-tarkkailun, jolloin yhden lisäaineen atomien määrä on liian alhainen mahdollistamaan fluoresoinnilla suoritettavan suoran mittauksen. Lisäksi järjestelmä voidaan laajentaa mahdollistamaan minkä tahansa määrän suurienergia (>2KeV) fluore- 4 70750 sointilisäaineiden havaitseminen tai tarkkailu, joita lisäaineita ovat esimerkiksi kalsiumkarbonaatti ja titaanidioksidi, jolloin kyseinen tarkkailu suoritetaan yksinkertaisesti mittaamalla yksittäisistä lisäaineista tuleva fluoresointi tai viistovalo-säteily ja ottamalla kaikki lisäaineet huomioon määritettäessä arkkimateriaalin odotettua absorptiota. Päinvastoin kuin aikaisemmissa järjestelmissä ei tässä järjestelmässä tarvitse mitata absorptiota lähelläkään jonkin ainesosan absorptiospektrin kriittistä pistettä, jolloin järjestelmä ei reagoi säteilylähteen energiatason pieniin eroihin.

Edullisessa muodossaan järjestelmä käyttää toista tekniikka tai iteratiivista tekniikkaa kunkin suurienergisen fluoresointilisä-aineen pitoisuuden määrityksen korjaamiseen muiden lisäaineiden läsnäolon varalta. Tällöin paperirainen kysymyksessä ollen suoritetaan kalsium- ja titaanipitoisuuden ensimmäiset määritykset saatujen muiden lisäainepitoisuusmääritysten perusteella, jotka on saatu edellisessä laskussa. Näitä ensimmäisiä kalsiumtitaani-pitoisuuden määrityksiä käytetään sitten ensimmäisen savipitoi-suusmäärityksen aiksaansaamiseksi. Tämän jälkeen suoritetaan korjatut kalisum- ja titaanipitoisuuden määritykset ensimmäisten pitoisuusmääritysten perusteella, ja prosessi toistetaan niin kauan, että saavutetaan toivottu tarkkuun. Tällöin kukin lopullinen pitoisuusmääritys on suhteellisen reagoimaton muiden ainesosien pitoisuuden eroihin. Järjestelmä vastaanottaa myös edullisesti tulosignaasleja ominaispainomittarista ja kosteus-mittarista korjausten tekemiseksi siltä varalta, että nämä arkkimateriaalin ominaisuudet muuttuvat.

Seuraavassa keksintöä selvitetään tarkemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, jotka muodostavat osan tätä keksinnön selvitystä ja joissa samat viitenumerot tarkoittavat samoja osia. Piirustuksissa on esitetty seuraavaa:

Kuvio 1 on osittain kaaviomainen ja osittain leikattu sivupysty- kuva järjestelmän tunto- ja pulssinkäsittelyosista.

5 70750

Kuvio 2 on osittain kaaviomainen sivupystykuva kuviossa 1 esitetyn järjestelmän vaihtoehtoisesta tunto-osasta.

Kuvio 3 on kaaviokuva järjestelmän signaaliprosessoriosasta.

Kuviossa 1 selluloosapohjainen paperirain 10 on järjestetty liikkuman fluoresoivan röntgensädeanturin 12 ja primäärisen röntgensädeanturin 26 välistä, jolloin edellinen havaitsee rainasta 10 heijastuvan viistovalosäteilyn tai fluoresointisäteilyn ja jälkimmäinen havaitsee rainan 10 läpi siirtyneen primäärisen säteilyn. Kumpikin anturi 12 ja 26 voi olla alalla tunnettua tyyppiä, esimerkiksi Reuter-Stokes Model RSG-61 kryptonitäytetty verrannollisuuslaskuri. Anturissa 12 lyijysuojauksen 14 ympäröimä kaasulla täytetty verrannollisuuskammio 20 on yhteydessä rainaan 10 perylliumikkunan 22 välityksellä, joka ikkuna muodostaa osan kammion 20 seinästä ja on kohdakkain kappaleessa 14 olevan aukon 24 kanssa. Anturin 12 vastaanottokulma on 130° ja se on edullisesti sijoitettu 6-12 muun päähän rainasta 10, koska tällä alueella tai matkalla on se suhteellisen tunteeton rainan värähtelyyn.

Kappaleeseen 14 muodostettuun poraukseen 18 sijoitettu lähde 16 ohjaa röntgensäteilyn rainaan 10 samalta puolelta kuin kammio 20. Lyijysuojus 14 suojaa verranollisuuskammion 20 lähteestä 16 tulevalta suoralta säteilyltä. Röntgensäteilyn lähteenä käytetään edullisesti 55Fe. on ymmärrettävä, että termiä "röntgensäteily" käytetään yleisessä merkityksessä, jolloin se sisältää gammasäteilyn. Elektronin valmistumista seuraavaa lähteen 16 5,9 KeV fotoniemissio stimuloi hyvinkin tehokkaasti fluoresointiemission rainassa 10 olevasta kalsiu- 70750 mistä ja titaanista, koska lähde-emission energiataso on juuri molempien näiden alkuaineiden K-absorptiorajojen yläpuolella. 5,9 KeV-säteily sopii myös hyvin valinnaiseen absorptiomittaukseen, koska paperirainan 10 ainesosien absorptiokertoimet eroavat toisistaan huomattavasti tällä energiatasolla.

Osan yhdistettä CaCO^ rainan 10 sisältämä kalsium heijastaa sille ominaisen 3,7 KeV:n fluoresointisäteilyn 5,9 KeV lähteen 16 stimuloimana. Samalla tavoin osan yhdistettä T1O2 rainassa 10 oleva titaani saa aikaan sille tyypillisen 4,5 KeV:n fluoresointisäteilyn reaktiona 5,9 KeV herätykseen. Tämän fluoresointi- tai viistovalosäteilyn muodostavat fotonit törmäävät verrannollisuuskammioon 20 muodostaen sähköpulsseja, joiden korkeus on suoraan verrannollinen ulosheijastuneiden fotonien energiaan.

Kammiosta 20 syötetään tulostus (output) vahvistimeen 36, joka käyttää tavanomaista pulssinkorkeusanalysaattoria 38, jonka energiaikkuna (energy window) vastaa kalsiumfluoresointisäteilyn tyypillistä energiatasoa eli 3,7 KeV. Analysaattorin 38 kulkukaista on edullisesti välillä 3,5 KeV ja 3,9 KeV optimisignaali-kohinasuhteen varmistamiseksi. Analysaattori 38 käyttää digitaalilaskuria 40, joka laskee ne pulssit, jotka vastaavat kalsiumfluoresointisäteilyä laskuvaiheen aikana. Laskuri 40 käyttää puolestaan rekisteriä 42, jonka tulostus näkyy viivalla 44. Viiva 44 antaa I -signaalin, joka esittää kalsium-

Cd fluoresointisäteilyn tai kalsiumviistovalosäteilyn mitattua voimakkuutta.

Vahvistin 36 käyttää myös toista pulssinkorkeusanalysaattoria 46, jonka energiaikkuna vastaa titaanifluoresointisäteilyn energiatasoa eli 4,5 KeV. Analysaattorin 46 kulkukaista ulottuu edullisesti 4,3 KeV:stä 4,7 KeV:en. Analysaattori 46 käyttää laskuria 48, joka on puolestaan kytketty rekisteriin 50. Rekisterin 50 tulostus näkyy viivalla 52. Viiva 52 antaa IT^-signaalin, joka esittää titaanifluo-resointisäteilyn mitattua voimakkuutta.

Primäärisessä röntgenanturissa 26 on toinen verrannollisuuskammio 30 järjestetty lyijysuojukseen 28. Verrannollisuuskammio 30 on yhteydessä rainaan 10 berylliumikkunan 32 kautta, joka on kohdakkain kappaleessa 28 olevan aukon 34 kanssa. Primäärinen röntgenanturi 26 on edullisesti järjestetty suoraan vastapäätä säitelylähdettä 16. Kollimaattori 35 varmistaa sen, että vain normaalisti rainasta 10 7 70750 poistuvat fotonit törmäävät verrannollisuus- tai suhdekammioon 30.

Anturin 26 tulostukseen kytketty vahvistin 54 käyttää pulssinkorkeus-analysaattoria 56, jonka energiaikkuna vastaa tulosäteilyn energiatasoa eli 5,9 KeV. Energiaikkunan kulkukaista ulottuu edullisesti 5,4 KeV:stä 6,4 KeV:en. Analysaattorin 56 pulssitulostus käyttää laskuria 58. Laskuri 58 käyttää ensimmäistä rekisteriä, jossa on tulostusviiva 62, ja toista rekisteriä 64, jossa on tulostusviiva 66. Viiva 62 antaa It~signaalin, joka esittää rainan 10 läpi siirtyneen säteilyn mitattua voimakkuutta.

Laskureiden 40, 48 ja 50 sisällöt siirretään jaksottaisesti vastaaviin rekistereihin 42, 50 ja 60, jonka jälkeen laskurit asetetaan uudelleen. Aika, jona peräkkäin lasku suoritetaan riippuu säteily-lähteen 16 voimakkuudesta ja halutusta tilastotarkkuudesta. Lähteen 16 voimakkuuden ollessa esimerkiksi 10 mCi, on tilastovirhe 10 sekunnin laskuaikaa kohti alle 1 %.

55

Johtuen Fe-säteilylähteen 16 suhteellisen lyhyestä puoliintumis-iästä (2,6 vuotta) on välttämätöntä suorittaa jaksottain ajan tasalla oleva lähteen voimakkuuden mittaus, jonka avulla normalisoidaan viivojen 44, 52 ja 62 hieman epätarkat mittaukset. Kuviossa 1 esitetyssä järjestelmässä tämä saadaan aikaan ottamalla lasku laskurista 58 kalibrointikierroksen aikana, jolloin raina poistetaan lähteen 16 ja anturin 26 erottavasta raosta. Kalibrointilaskun lopussa laskurin 58 sisältö siirretään rekisteriin 64, joka antaa ^-signaalin linjalle 66, joka signaali osoittaa mitatun lähdevoimakkuuden.

Yleisesti ottaen viitenumeron 68 esittämä ominaispainomittari on sijoitettu rainan 10 viereen, edullisesti lähelle antureita 12 ja 26. Ominaispainomittari 68 voi olla jotakin alalla tunnettua tyyppiä, esimerkiksi beta-absorptiomittari, jossa on betasädelähde 70 ja betasädeanturi 72, jotka sijaitsevat arkin 10 vastakkaisilla puolilla. Sopivia mittareita on esitetty USA-patentissa 3,027,459 Alcock et ai sekä USA-patentissa 2,675,843 Leighton et ai. Ominaispainomittari 68 antaa ominaispainosignaalin linjalle 74 osoittaen rainan 10 ominais- tai neliöpainon eli kokonaismatkan per pinta-alayksikkö. Rainan 10 viereen, edullisesti lähelle neliöpainomittaria 68 ja antureita 12 ja 26 sijoitettu kosteusmittari 76 antaa tulostuksen, joka osoittaa rainan LO absoluuttisen kosteuspitoisuuden. Sopiva 8 70750 kosteusmittari on USA-patentissa 3,150,264 Ehlert esitetty infrapuna-mittari. Mittari 76 tulostussyötetään jakopiirin 78 osoittajasyöttöön, jolloin jakopiirin niinittä jäsyöttö saadaan ominaispainolinjalta 74. Tällöin jakaja 78 antaa linjalle 80 tulostuksen, joka esittää rainan 10 suhteellista tai osittaista kosteuspitoisuutta ^ Q.

Kuviossa 1 esitetyn tyyppiset suhdelaskinröntgenanturit johtavat fluoresointikaistojen sotkeutumiseen silloin, kun sekä kalsiumia että titaania on läsnä rainassa 10. Tällöin vahvistimesta 66 tulevat tulostuspulssit, jotka vastaavat kalsiumfluoresointisäteilyä ja titaanifluoresointisäteilyä menevät osittain korkeutensa suhteen päällekkäin aiheuttaen pienen virheen. Tätä virhettä Voidaan jonkin verran pienentää keksittämällä pulssinkorkeusanalysaattoreiden 38 ja 46 energiaikkunan ulko-olakkeille eikä vastaavien emissiokäyrien huippuihin. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää esimerkiksi kuviossa 2 esitetyn kaltaisia erillisiä jähmeitä tai kiinteitä antureita.

55

Kuviossa 2 esitetyssä suoritusmuodossa Fe:n käsittävä säteilylähde 82 suuntaa 5,9 KeV säteilyn kohti paperirainan 10 toista puolta.

Pari samalle puolelle rainaa 10 kuin säteilylähde 82 järjestettyjä jähmeitä antureita 82 ja 88 havaitsevat rainasta 10 tulevan fluore-sointisäteilyn. Anturi 84 reagoi rainassa olevan titaanin esiintyön-tämään 4,5 KdV fluoresointisäteilyyn, kun taas anturi 88 reagoi rainassa 10 olevasta kalsiumista tulevaan 3,7 KeV fluoresointisä-teilyyn.

Anturit 84 ja 88 on kytketty vastaaviin vahvistimiin 86 ja 90, jotka käyttävät sopivia laskureita, esimerkiksi kuviossa 1 esitettyjen laskureiden 40 ja 48 kaltaisia. Kolmas jähmeä anturi 92, joka sijaitsee rainan 10 toisella puolella, reagoi rainan 10 läpi siirtyneeseen 5,9 KeV säteilyyn. Anturi 92 on kytketty vahvistimeen 94, joka puolestaan käyttää sopivaa laskuria, esimerkiksi sellaista kuin kuviossa 1 esitetty laskuri 58. Anturit 84, 88 ja 92 voivat olla esimerkiksi Si(Li) antureita, joiden teho on 0,1 - 0,2 KeV. Koska nämä anturit vaativat nestemäisellä typellä jäähdytystä, voi edullinen valinta esimerkiksi paperitehtaita varten olla kadmiumtelluridi tai CdTe anturit, jotka voivat toimia huoneen lämpötilassa. Vaikka tässä on esitetty selvyyden vuoksi yksittäiset anturit 84 ja 88, on selvää, että käytännössä käytetään yhtä instrumenttia antamaan samat mitat.

70750

Kuvion 1 mukainen järjestely on edullisesti muodostettu digitaali-komponentteista, joissa on rinnakkaiset multibit sisääntulot ja tulostukset. Selvyyden vuoksi tässä on esitetty yksi-linja-sisääntulot ja tulostukset.

Järjestelmässä käytetään poisto- tai iteratiivista tekniikkaa lisä-ainepitoisuuksien määrittämiseksi kuviossa 1 esitetyllä laitteella aikaansaaduista eri raakamittauksista. Selvyyden vuoksi seuraavassa on esitetty tähän tekniikkaan liittyvät pääasialliset ainesosasuh-teet. Ensinnäkin rainan 10 absorptiokerroin m määritellään tietylle röntgenenergialle E suhteella: (1) m = (-1/Wb) In Ut/I0) jossa on rainan 10 ominais- tai neliöpaino eli kokonaismassa per pinta-alayksikkö, I on energian E normaalisti tulevan, monokromaattisen säteilyn voimakkuus ja I on rainan 10 läpi siirtyneen tulo-säteilyn voimakkuus. Kuviossa 1 esitetyssä suoritusmuodossa Iq ja vastaavat vastaavassa järjestyksessä laskurin 58 laskua rainan 10 ollessa poissa ja vastaavasti paikallaan säteilylähteen 16 ja anturin 26 välissä.

Rainan 10 absoprtiokerroin on yhtä suuri kuin rainan ainesosien absorptiokertoimien painotettu keskiarvo. Tällöin, kun raina sisältää CaCO-j, savea, vettä, Ti02 ja selluloosaa: (2) m = xcamCa+Xsaviinsavi+XH20niH20+XTimTi+Xsell.msell.

jossa XCa, Xsav., XH 0, XTi ja Xselluloosa ovat osittaisia painopitoi-suuksia ja mCa, m^., 1¾ , mT. ja mselluloosa ovat vastaavien raina-ainesosien massa-absorptiokertoimia energian ollessa E.

Kun raina sisältää vain näitä ainesosia: XCa + Xsavi + XH20 + XTi + Xsell. = 1' voidaan xsenuloosa eliminoida variaabelina eli muuttujana ja yhtälö (2) voidaan kirjoittaa uudelleen muotoon: 10 70750 (4) m = msejj< + xCa(raCa ” rasell.) + xsavi “ msavi^ + XH20 (raH20 " msellJ + xTi<mTi “ msell.)· Määrä m voidaan laskea suoraan Io:n ja It;n mittauksesta käyttämällä yhtälöä (1), kun taas Xh20 saadaan linjalta 80. Tällöin jos XCa Ja XTj niin ikään tunnetaan, voidaan savipitoisuus XSavi ilmaista yhtälöllä: (5) XSavi = fm - msell> - XCa (mCa - msellJ - xH2o(mH20 “ msell.> “ xTi ("'Ti ~ msell.)) (msavi ~ "»sell.*·

Samalla tavoin voidaan ilmaista kalsiumpitoisuus Χς3 ja titaanipitoi-suus Χ·ρϊ sopivalla yhtälösarjalla. Tällöin havaitun kalsiumfluore-sointisäteilyn voimakkuus Ica määräytyy seuraavan yhtälön mukaisesti.

(6) ICa = cjlgXca(1 “ exP (-wb(kOmO + klmj))] k0m0 + kim! “ ' jossa Iq ja X(ja ovat samoja kuin edellä, m0 on rainan absorptio-kerroin tulevan energian ollessa 5,9 KeV, mj on absorptiokerroin kalsiumfluoresointienergiän ollessa 3,7 KeV ja cj, kQ ja Kj ovat järjestelmän geometrian määräämiä vakioita. Määrä mj saadaan yhtälön (4) mukaisesti laskettuna energialle 3,7 KeV, kun taas m0 määritellään suoraan valinnaisesta absorptiomittauksesta käyttämällä yhtälöä (1) kuten edellä. Yhtälö (6) voidaan kirjoittaa uudelleen seuraavasti: (7) Xca = ICa(kOmO + klrol)_

Cji0[l-exp(-Wb(k0m0 + kjmj))]

Analogisella tavalla saadaan rainan 10 titaanipitoisuus ilmaista seuraavasti: (8) XCa = Ica^OTCQ + k2m2>___ C2I0(l-exp(-Wb(k0m0 + K2m2))], 11 70750 jossa Χτϊ» *0' ko, Wjj ja mg ovat samat kuin edellä, m2 on rainan 10 absorptiokerroin titaanitluoresointienergiän ollessa 4,5 KeV ja c2 ja k2 ovat järjestelmän geometrian määräämiä vakioita. Määrä m2 saadaan yhtälön (4) mukaisesti laskettuna energialle 4,5 KeV.

Yhtälöt (5), (7) ja (8) muodostavat tehokkaasti kolmen samanaikaisen yhtälöin järjestelmän kolmella tuntemattomalla Xga, xsavi 3a xTi' jolloin määrät m^ ja m2 yhtälöissä (7) ja (8) riippuvat kumpikin näistä tuntemattomista määristä. Alun perin yhtälöiden (5), (7) ja (8) ratkaisemisessa käytetään nolla tai jotakin ennalta määrättyä asetuspistetta Xga, XSavi ja xTi varten. Tästä eteenpäin määrätään m;pn ja m2:n koearvot käyttämällä Xga:n, xsaven 3a xTi:n niitä arvoja, jotka saatiin edellisessä laskussa. Seuraavaksi Xga:n Ja Xj^sn koearvot määritetään käyttämällä yhtälöitä (7) ja (8). Tämän jälkeen saadaan Xsaven koearvo käyttämällä yhtälöä (5). Tämä kolmi-vaiheprosessi toistetaan sitten riittävän monta kertaa halutun tarkkuuden aikaansaamiseksi.

Yllä mainitut iteratiiviset vaiheet suoritetaan kuviossa 3 esitetyllä signaalin prosessointipiirillä, joka muodostuu edullisesti digitaalikomponenteista, joilla on rinnakkaisen multipit sisääntulot ja tulostukset. Samoin kuin kuviossa 1 on kuviossa 3 esitetty yksinkertaiset viivat tai linjat selvyyden vuoksi. Signaalin prosessointi-piiriin kuuluu valinnaisen absorption määrityspiiri, jota esittää yleisesti ottaen viitenumero 96. Piiri 96 määrittää valinnaisen absorptiokertoimen mO linjoilla 62, 66 ja 74 olevista signaaleista yhtälön 1 mukaisesti. Tarkemmin sanoen linjalla 62 oleva siirretty voimakkuussignaali käyttää jakopiirin 98 osoittajasisääntuloa, jonka piirin nimittäjäsisääntulo reagoi linjalla 66 olevaan lähteen voimak-kuussignaaliin. Jakaja 98 käyttää logaritmipiiriä 100, jonka tulostus on sisäänsyötön luontoislogartimin negatiivi. Piiri 100 käyttää toisen jakopiirin 102 osoittajasisääntuloa, jonka piirin nimittäjä-sisääntuloa käyttää linjalla 74 oleva ominaispainosignaali. Jakaja 102 antaa valinnaisen absorptiokertoimen mo linjalle 103.

Yleisesti ottaen viitenumeron 104 osoittama savipitoisuuden määritys- piiri määrittää savipitoisuuden XSavi absorptiokertoimesta mg ja sig- 12 70750 naaleista, jotka esittävät kalsiumpitoisuutta, vesipitoisuutta ja titaanipitoisuutta vastaavassa järjestyksessä yhtälön 5 mukaisesti. Tarkemmin sanoen vastaavassa järjestyksessä linjoilla 155, 80 ja 191 olevat kalsium-, 'vesi- ja titaanipitoisuussignaalit käyttävät painotuspiirejä 106, 108 ja 110, joista kukin kertoo vastaavan pitoisuussignaalin vakiolla, joka vastaa tämän ainesosan absorptio-kertoimen ja selluloosan absorptiokertoimen välistä eroa. Yhteenlaskuni 112 summaa painotuspiirien 106, 108 ja 110 tulostukset. Piiri 114 yhdistää yhteenlaskurin 112 tulostuksen ja vakion, joka esittää selluloosan absorptiokerrointa. Piirin 114 tulostus, joka vastaa rainan 10 odotettua absorptiokerrointa tietyillä kalsium-, titaani- ja kosteuspitoisuuksilla, syötetään vähennyslaskijapiirin 16 subraktiiviseen sisääntuloon, jonka piirin lisäainesisääntulo reagoi signaalin m .

Piiri 118 jakaa piirin 116 tulostuksen vakiolla, joka vastaa saven absorptiokertoimen ja selluloosan absorptiokertoimen välistä eroa.

Piiri 118 antaa savipitoisuuden X . linjalle 119.

Yleisesti ottaen viitenumeron 121 esittämä kalsiumfluoresointiabsorptio-laskuri määrittää kalsiumfluoresointiabsorptiokertoimen m·^ ainesosa-pitoisuuksista yhtälön (4) mukaisesti energian ollessa 3,7 KeV. Tarkemmin sanoen vastaavat painotuspiirit 124, 126, 128 ja 130 reagoivat linjoilla 155, 119, 80 ja 191 oleviin pitoisuussignaaleihin.

Kukin painotuspiiri 124, 126, 128 ja 130 kertoo vastaavan pitoisuus-signaalin vakiolla, joka vastaa tämän ainesosan absorptiokertoimen ja selluloosan absorptiokertoimen välistä eroa. Piiri 132 summaa piirien 124, 126, 128 ja 130 tulostukset. Piirin 132 tulostus syötetään toiseen piiriin 134, joka yhdistää piirin 132 tulostuksen vakioon, joka vastaa selluloosan absorptiokerrointa. Piiri 134 antaa absorptiokertoimen m^ linjalle 135.

Yleisesti ottaen viitenumeron 122 esittämä kalsiumpitoisuuden määritys-piiri antaa kalsiumpitoisuuden signaalin X^a linjalle 155 yhtälön (7) mukaisesti. Tarkemmin sanoen ensimmäinen piiri kertoo piirin 134 tulostuksen vakiolla k^, kun taas toinen piiri, joka reagoi jakajan 102 tulostukseen, kertoo tämän piirin tulostuksen vakiolla kQ. Piirien 136 ja 138 tulostuksiin reagoiva yhteenlaskuri käyttää ensimmäisen kertojapiirin 142 toista sisäänsyöttöä yhdessä toisen kertojapiirin 146 toisen sisääntulon kanssa. Kertojapiiri, joka myös reagoi linjalla 44 olevaan kalsiumfluoresoinnin voimakkuussignaaliin, käyttää jakopii-rin 144 osoittajasisääntuloa. Kertojapiiri 146, joka reagoi myös 13 70750 linjalla 74 olevaan ominaispainosignaaliin, käyttää ekspcnenttipiiriä 148, joka johtaa eksponentin sisääntulonsa negatiivista. Jakopiiri 150 antaa tulostuksena 1 ja piirin 148 tulostuksen välisen eron.

Piiri 150 käyttää kertojapiirin toista sisääntuloa, jonka piirin toinen sisääntulo reagoi linjalla 160 olevaan lähteen voimakkuuden signaaliin. Kertoja 152 käyttää piiriä 154, joka kertoo sisääntulon vakiolla C-^. Piiri 15-4 käyttää jakajan 144 nimittäjäsisääntuloa.

Piiri 144 antaa kalsiumpitoisuussignaalin linjalle 155.

Yleisesti ottaen viitenumeron 157 esittämä titaanitluoresointiab-sorptiolaskuri määrittä titaani fluoresointiabsorptiokertoimen m2 ainesosapitoisuuksista yhtälön (4) mukaisesti energian ollessa 4,5 KeV. Linjojen 155, 119, 80 ja 191 pitoisuussignaaleihin reagoivat painotuspiirit 160, 162, 164 ja 166 kertovat pitoisuussignaalit vakioilla, jotka vastaavat tämän ainesosan absorptiokertoimen ja selluloosan absorptiokertoimen välistä eroa. Yhteenlaskupiiri 168, joka reagoi piirien 160, 162, 164 ja 166 tulostuksiin, antaa summasignaalin piiriin 170. Piiri 170 yhdistää tämän signaalin vakioon, joka vastaa selluloosan absorptiokerrointa, jolloin saadaan absorptiokerroin m2 linjalle 171.

Yleisesti ottaen viitenumeron 122 esittämä titaanipitoisuuden määri-tyspiiri antaa titaanipitoisuuden signaalin linjalle 191 yhtälön (8) mukaisesti. Ensimmäinen piiri 172 kertoo piirin 170 tulostuksen vakiolla k2, kun taas toinen piiri 174 kertoo jakopiirin 102 tulostuksen vakiolla k^. Piirien 172 ja 174 tulostukseen reagoiva yhteen-laskuri 176 muodostaa toisen sisääntulon ensimmäiseen kertojapiiriin 107 ja 108 ja toiseen kertojapiiriin 182. Niinikään titaanifluore-sointiwoimakkuuden signaaliin linjalla 52 reagoiva ensimmäinen kerto-japiiri 178 käyttää jakopiirin 180 osoittajasisääntuloa. Niinikään linjalla 74 olevaan ominaispainosignaaliin reagoiva kertojapiiri 182 käyttää eksponenttipiiriä 184, joka johtaa negatiivisen eksponentin sisääntulostaan. Vähennyspiiri 186 vähentää piirin 184 tulostuksen yhdestä ja antaa erosignaalin kertojapiirin 188 toiseen sisääntuloon. Piiri 188 reagoi myös linjalla 66 olevaan lähteen voimakkuuden signaaliin ja käyttää piiriä 190, joka kertoo sen tulostuksen vakiolla C2. Piiri 190 käyttää jakajan 180 osoittajasisääntuloa. Piiri 180 antaa titaanipitoisuuden signaalin linjalle 191.

Piirit 96, 104, 121, 122, 157 ja 158 suorittavat automaattisesti iteratiiviset vaiheet antamalla jatkuvasti korjaussyöttöjä toisilleen.

14 70750 Näiden piirien tulostukset muuttuvat tällöin nopeasti lopullisiin arvoihin, jotka tyydyttävät yhtälöitä (5), (7) ja (8), jolloin täsmällinen konvergen&sinopeus riippuu syöttöjen käytettyjen komponenttien etenemisviiveistä. Tiettyyn pulssilaskuun perustuvat lisäaine-pitoisuudet ovat käytettävissä hyvissä ajoin ennen seuraavan laskun päättymistä, joten järjestelmä toimii on-line, sananmukaisesti jatkuvalla tavalla. Kuten yllä mainittiin ja kuten ilmenee yhtälöistä (1) - (8), kukin määrä linjoilla 119, 155 ja 191 normalisoituu rainan varsinaiseen ominais- tai neliöpainoon, joka on annettu linjalla 74. Sen jälkeen, kun pitoisuussignaalit ovat konvergoituneet lopullisiin arvoihinsa, ne voidaan syöttää sopivaan ohjaus- tai valvontajärjestelmään tai esimerkiksi kuviossa 3 esitettyjen tietorekis-teröijien 120, 156 ja 192 kaltaisiin tietorekisteröijiin.

Vaikka tässä on esitetty keksinnön eräs tietty suoritusmuoto, johon liittyy sekä kalsium- että titaanilisäaineiden mittaus, on selvää, että monissa laitoksissa on käytännöllisesti katsoen läsnä ainoastaan toinen lisäaineista CaCO^ ja T1O2 paperirainassa. Tällaisessa tapauksessa tarvitsee tehdä ainoastaan yksi fluoresointimittaus, ja absorptio-kertoimet pitää määrittää ainoastaan varsinaisesti läsnäolevien ainesosien perusteella. On myös mahdollista konstruoida järjestelmä, joka ei ratkaise yhtälöitä (7) ja (8) eksaktissa muodossaan, vaan ratkaisee asetuspisteeseen tai haluttuihin arvoihin linearisoitujen yhtälöiden (7) ja (8) modifioidun muodon. Lisäksi joissain yhteyksissä ei tarvitse nojautua jatkuviin on-line-mittauksiin, vaan on mahdollista unohtaa ominais- tai neliöpainon tai kosteuspitoisuuden eroavaisuudet, jolloin tämä tulee kysymykseen erityisesti paperirainan kuivassa päässä. Lopuksi on selvää, että vastaavat laskutehtävät voidaan suorittaa ohjelmoidulla tavanomaisella tietokoneella käyttämällä absoluutteja pitoisuuksia eikä osapitoisuuksia perusvariaabeleina tai järjestämällä iteratiiviset vaiheet eri järjestykseen.

Tällä tavoin keksinnön tarkoitukset on saatu suoritetuiksi. Järjestelmä tarkkailee yksittäisesti kalsiumkarbonaatin, titaanidioksidin ja saven muodostamia paperin ainesosia, joista viimeksi mainittu fluore-soituu liian alhaisella energialla mahdollistaakseen suoran fluore-sointimittauksen. Järjestelmä ei reagoi pieniin eroihin säteilylähteen energiatasossa. Järjestelmä takaa paperin muitakin ominaisuuksia kuin sitä, jota mitataan.

On selvää, että tiettyjä tunnusmerkkejä ja aliyhdistelmiä voidaan 15 70750 käyttää viittaamatta muihin tunnusmerkkeihin ja aliyhdistelmiin · Nämä jäävät kuitenkin esitettyjen patenttivaatimusten suojapiiriin. Lisäksi on selvää, että patenttivaatimusten suojapiirin puitteissa voidaan yksityiskohtiin tehdä muutoksia irtautumatta keksinnön hengestä.

Claims (15)

1. Laite ensimmäisen ja toisen lisäaineen pitoisuuden mittaamiseksi arkkimateriaalissa, jolloin mainittu ensimmäinen lisäaine omaa suhteellisen pienienergisen röntgenfluoresoinnin ja mainittu toinen lisäaine suhteellisen suurienergisen röntgenfluoresoinnin, tunnettu siitä, että mainittuun laitteeseen kuuluu: elimet (16) arkkimateriaalin säteilyttämiseksi riittävän suurienergisellä röntgensäteilyllä aikaansaamaan sen, että mainittu toinen lisäaine purkaa fluoresointisäteilyä; mainittuun fluoresointisäteilyyn reagoivat elimet (12, 36-42) ensimmäisen signaalin (Ι^3) muodostamiseksi; arkin läpi tunkeutuvaan säteilyyn reagoivat elimet (26) toisen signaalin muodostamiseksi; ensimmäiseen signaaliin reagoivat elimet (122, 132, 134) toisen lisäaineen pitoisuuden (Χς3) laskemiseksi; mainittuun laskettuun pitoisuuteen reagoivat elimet (106, 112, 114) arkkimateriaalin suorittaman läpitunkeutuvan säteilyn absorption arvioimiseksi; mainittuun toiseen signaaliin reagoivat elimet (98, 100) materiaalin suorittaman läpitunkeutuvan säteilyn varsinaisen absorption (m0) laskemiseksi; elimet (116) varsinaisen absorption vertaamiseksi arvioituun absorptioon erosignaalin muodostamiseksi; erosignaaliin reagoivat elimet (118) ensimmäisen lisäaineen pitoisuuden (XSavi) laskemiseksi; ja laskettuun ensimmäisen lisäaineen pitoisuuteen reagoivat elimet (124) mainitun toisen lisäaineen pitoisuuden korjaamiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittuihin toisen signaalin muodostuselimiin kuuluu elimet (26) sen säteilyn voimakkuuden mittaamiseksi, joka on lähetetty mainituista säteilytyselimistä arkkimateriaalin läpi.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että toisen lisäaineen pitoisuuden laskemiselimet reagoivat laskettuun ensimmäiseen lisäaineen pitoisuuteen. 17 70750

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että toisen lisäaineen pitoisuuden laskemiselimiin kuuluu laskettuun ensimmäisen lisäaineen pitoisuuden reagoivat elimet (132, 134) arkkimateriaalin suorittaman fluoresointisäteilyn absorption laskemiseksi, sekä laskettuun fluoresointisäteilyn absorptioon ja ensimmäiseen signaaliin reagoivat elimet (122) toisen lisäaineen pitoisuuden laskemiseksi.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että fluoresointisäteilyn absorption laskemiselimet reagoivat laskettuun toiseen lisäaineen pitoisuuteen.

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että siihen kuuluu lisäksi elimet (68) arkkimateraalin kokonaismassan per pinta-alayksikkö laskemiseksi kolmannen signaalin (W5) mudostamiseksi ja elimet (102, 146) ensimmäisen ja toisen signaali normalisoimiseksi kolmannen signaalin suhteen.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että säteilytyselimi in kuuluu 5,9 KeV säteilylähde (16).

7 0 7 5 0 16

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että säteilylähde käsittää 55Fe:n.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että korkeaenergisen fluoresoinnin omaava lisäaine on CaCC>3, jolloin ensimmäisen signaalin muodostuselimet reagoivat 3,7 KeV:n säteilyyn.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että suurienergisen fluoresoinnin omaava lisäaine on Ti02f jolloin ensimmäisen signaalin muodostuselimet (12, 36, 46-50) reagoivat 4,5 KeV:n säteilyenergiaan.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että ensimmäisen signaalin muodostuselimi in kuuluu suhdeanturi ja pulssikorkeuden analysaattori, joka on kytketty mainittuun suhde-anturiin. 18 707 5 0

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että arkkimateriaali sisältää titaanidioksidia ja kalsiumkarbo-naattia, jolloin ensimmäisen signaalin muodostuselimiin kuuluu ensimäinen jähmeätilainen anturi (84), joka reagoi 4,5 KeV:n säteilyenergiaan ja toinen jähmeätilainen anturi (88), joka reagoi 3,7 KeV:n säteilyenergiaan.

13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että ensimmäisen lisäainepitoisuuden laskemiselimet ja mainitut korjauselimet toimivat iteratiivisesti eli toistuvasti.

14. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, jossa arkkimateriaali sisältää myös kolmatta lisäainetta, joka omaa suurienergisen röntgenfluroesoinnin, tunnettu siitä, että mainittuun laitteeseen kuuluu lisäksi: kolmannesta lisäaineesta tulevan fluoresointisäteilyyn reagoivat elimet (46-50) kolmannen signaalin muodostamiseksi (Ij^); kolmanteen singaaliin reagoivat elimet (158) kolmannen lisäaineen pitoisuuden (Χχΐ) laskemiseksi; laskettuun kolmannen lisäaineen pitoisuuteen reagoiven elimet (110) arvioidun absorption korjaamiseksi; ja laskettuun ensimmäiseen lisäaineen pitoisuuteen reagoivat elimet (160) lasketun kolmannen lisäainepitoisuuden korjaamiseksi.

15. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että toisen signaalin muodostumiselimet reagoivat siihen säteilyyn, joka kulkee arkin läpi säteilyttämiselimistä käsin. 19 70750