FI78561C - Foerfarande foer att maeta egenskaper av en blandning bestaoende av vaetska och fasta partiklar och en i foerfarandet anvaendbar anordning. - Google Patents

Description

1 78561

Menetelmä nesteen ja kiinteiden partikkeleiden muodostaman seoksen ominaisuuksien mittaamiseksi ja menetelmässä käytettävä laitteisto - Förfarande att mätä egenskaper av en blandning be-stäende av vätska och fasta partiklar och en i förfarandet an-vändbar anordning

Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdannossa määriteltyyn menetelmään nesteen ja kiinteiden partikkeleiden muodostaman seoksen ominaisuuksien mittaamiseksi ja menetelmässä käytettävään laitteistoon.

5

Erityisesti, mutta ei yksinomaan, keksintö kohdistuu selluloosamassan ominaisuuksien, erityisesti kuiva-ainepitoisuuden mittausmenetelmään. Paperikoneen märän pään tärkein mittaus on massan kuiva-ainepitoisuuden ja -määrän mittaus. Ainemäärät 10 saadaan kyllä mitattua valmiista tuotteesta, mutta märän pään optimaalinen säätö vaatii menetelmän ja laitteiston, jolla mas-sasuspension kuiva-ainepitoisuus voidaan mitata luotettavasti.

Nykyisin käytössä on mekaanisia (FI-33814 ja SE-343683) ja op-15 tisia (FI-hakemus 824185) menetelmiä ja laitteistoja, jotka perustuvat seoksen leikkausvoiman tai massasta sironneen valon mittaukseen. Kaikille näille laitteistoille on ominaista se, että ne ovat epälineaarisia ja että ne täytyy virittää laboratorionäytteiden perusteella. Lisäksi mekaanisten mittausmene-20 telmien epäkohtana on seoksen virtausnopeuden aiheuttamat häiriöt mittaustarkkuudessa. Optisten seoksen mittausmenetelmien epäkohtana on se, että seoksen ominaisuudet kuten vaaleus, kemikaalit, lisäaineet ja partikkelikokojakauman vaihtelut aiheuttavat epätarkkuuksia mittauksessa. Edellä esitetyt häiriö-25 tekijät vaikuttavat tulokseen silloin, kun joku niistä saa uuden arvon. Toisin sanoen nykyisin olemassa olevilla laitteistoilla saadaan aikaan säätöön sopiva, kuiva-ainepitoisuudesta riippuva signaali silloin, kun ainoastaan kuiva-ainepitoisuus 2 78561 muuttuu. Virtausnopeuden, seoksen vaaleuden, kemikaalien ja lisäaineiden muutokset ovat häiriötekijöitä ja aiheuttavat epätarkkuutta ja viritystarpeita nykyisissä mittausmenetelmissä.

5 Tämän keksinnön tarkoituksena on esittää menetelmä nesteen ja kiinteiden partikkeleiden muodostaman seoksen ominaisuuksien mittaamiseksi siten, että menetelmällä voidaan mitata seoksen ominaisuuksia, erityisesti seoksen kuiva-ainepitoisuus, suoraan seoksesta ilman, että seoksen muut ominaisuudet vaikuttavat 10 mittaustuloksiin.

Tämän tarkoituksen saavuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, että 15 - säteilytettävä alue muodostetaan yksiosaiseksi, että iintensiteettisignaalia käsitellään ainakin kerran matemaattisella operaattorilla tällöin ilmenevien hiukkasen ominaisuuksiin verrannollisten aikasuhtei-20 den selville saamiseksi ja että mainittuja aikasuhteita käsitellään matemaattisella operaattorilla seoksen ominaisuuksiin, erityisesti kuiva-ainepitoisuuteen verrannollsiten viestien ai-25 kaansaamiseksi.

Edellä esitetyn menetelmän teoreettinen perusta, erityisesti mitattavan seoksen ollessa selluloosamassa, voidaan johtaa seuraavasti : 30 78561

Kuidut massasuspensiossa muodostavat kolmiulotteisen verkoston pienehköillä sakeuksilla. Verkosto kasautuu ns. flokeiksi silloin, kun sakeus ylittää yhden prosentin arvon. On luonnollista, että massa halutaan mahdollisimman flokittomana paperiko-^ neen viiralle. On olemassa tutkimuksia siitä, että tällaisia flokkeja muodostuu yli yhden prosentin sakeuksilla muutamassa millisekunnissa silloin, kun massa ei pyörteile. Toisin sanoen selluloosamassan on oltava jatkuvasti liikkeessä. Kuvassa 1 on kaaviollisesti esitetty kuva selluloosamassasta, jossa sellu-10 loosakuidut ovat satunnaisessa järjestyksessä. Selluloosamassa koostuu siis sekaisin olevista kuitukimpuista, joissa kuitujen pituudet ovat tavallisimmin luokkaa 100...1000 mikronia, joskus enemmänkin. Lisäksi massassa on lyhyttä nollakuitua, jonka pituus on alle 100 mikronia sekä lisäaineita (savea yms.), jonka 15 partikkelikoko on alle 10 mikronia. Teoreettisesti voidaan ajatella, että kuidut ovat kuvan 2 mukaisesti tasan jakautuneena massan koko tilavuudelle. Kuvan 2 mukainen malli voidaan perustella siten, että kuidut massassa ovat Poisson-jakautuneet tietyllä, keskinäistä etäisyyttä h kuvaavalla parametrilla. Edel-20 leen olettaen, että kuitujen pituus on hyvin suuri ja kuitujen halkaisijalla d on tietty keskiarvo, voidaan johtaa massan sakeuden C ja parametrin h välinen riippuvuus. Kuvasta 2 on havaittavissa, että tilavuus voidaan jakaa myös esim. kuusikulmaisiin elementteihin, joiden pituusakseli yhtyy tasanjakautu-25 neiden kuitujen pituusakseleihin.

Massan sakeus voidaan esittää yhtälöllä C = mF/V (1) missä C = sakeus g/jt mp = kuitujen massa ^ V = tilavuus, jossa kuidut ovat toisaalta mp = PpVp, (2) roissä pp = kuidun tiheys (lähellä yhtä)

Vp = kuidun tilavuus 78561

Yhtälöistä (1) ja (2) saadaan edellä esitetyin merkinnöin C = °fVf/V (3)

Kuvasta 2 voidaan laskea, että π 2

Vp = —-- a * o- (4) r 4 5 V = /Th2· l/2 (5)

Sijoittamalla (4) ja (5) yhtälöön (3) saadaan C - p_—5— d2· s,/ ( yTh2· i/2) t 4 ja sievennettynä C = πppd2/(2/Th2) (6) eli C = Vakiotermi · (d/h)2,

10 jossa vakiotermi = πρρ/2/X

Yhtälöstä 6 nähdään, että absoluuttinen sakeuden mittaus on mahdollinen, jos voidaan mitata keskimääräisen kuidun halkaisija d ja kuitujen välinen etäisyys h t.s. C=f(d,h).

Seuraavaksi esitetään teoreettinen peruste sille, että kyseiset '15 suureet d j a h on mahdollista mitata kuitususpensiosta.

Ajatellaan, että massaan johdetaan esim. sähkömagneettinen säteily D-halkaisijäisen ympyrän alueelle. Kyseisellä alueella sijaitsee d-halkaisijainen kuitu kuvan 3 mukaisesti. Kun kuitu liikkuu säteilytetyn alueen poikki positiivisen x-akselin suun-20 taan, on siitä näkyvissä varjostettu alue. Kyseisen alueen pinta-ala I paikan x funktiona kuidun ollessa säteilytetyllä alueella on 2 IQ=r ·(i2-sin Y2cos y2~ ^Ύι“ sin Ύι cosy^)) (7) missä Y^ ja Y 2 ovat kuvassa määritellyt keskuskulmat 5 78561

Iq = O, kun x < O tai x > D+d x =0, kun kuidun etureuna sivuaa sä- teilytettyä aluetta r = D/2 5 cos = 1-x/r, kun G<x<D, cos = 1' kun x< 0# cos = -1, kun x>D, cos = cosY2+d/r, kun d<x<D+d, cos = 1, kun x<d, 10 cos ^ = -1, kun x>D+d

Jos massaa säteilytetään D-halkaisijaiselta alueelta, niin I kuvaa takaisinheijastuneen valon intensiteettiä kuidun paikan x funktiona.

Digitaalisessa kuvankäsittelyssä hahmoja tunnistetaan etsimällä 15 kuvan intensiteetin muutoksesta jyrkimmin muuttuvat kohdat.

Signaalin 1^ muutosten tarkastelua varten se täytyy derivoida ja tulokseksi saadaan ensimmäiselle (1^) ja toiselle derivaatalle (i^) x:n funktiona yhtälön (7) merkinnöin ja ehdoin: dI0 = 2r · ( siny 2 - sinY;L) (8) dii • 20 I2 = — dx = 2 . (cot y 2 - cot (9)

Kuvassa 4 on esitetty funktion I , 1^ ja I2 kuvaajat silloin, kun säteilytettävän alueen halkaisija on 180 mikronia sekä kuidun halkaisija d keskimäärin 30 mikronia.

Kuvasta näkyy funktion 1^ toisen derivaatan mielenkiintoinen 25 ominaisuus: I2:11a on singulariteetit kohdissa x = O, d, D ja D+d.

Kyseiset singulariteetit saadaan johdettua yhtälöstä (9) sijoittamalla muuttujat x:n funktiona.

Edelleen ajan funktiona massa liikkuu tarkasteltavan alueen poikki nopeudella v. Koska kuidut ovat massassa mielivaltaises sa asennossa, saa x-suuntainen nopeus keskimääräisen arvon v 6 7S561 v^ = 2v/n (10) 5 joka on kuidun x-suuntaisen nopeuden keskiarvo kuitujen asennon vaihdellessa mielivaltaisesti x-akselin suhteen.

Intensiteetti Iq saa vastaavan tilastollisen kertoimen 2/ir , koska kuitujen ja z-akselin välinen kulma vaihtelee satunnaisesti kuvan 3 tason suhteen.

10 Kun suspensio liikkuu nopeudella v, saavat yhtälöt (7), (8) ja (9) uuden muodon, sillä elektroniikka antaa mahdollisuuden derivoida aikafunktioita ajan suhteen.

Tulokseksi saadaan jännitefunktiot uQ, u^ ja U2 = uQ = K ·IQ ·(t) (11) dln .

0 dx 15 u, = T.K —- --— (12) 1 1 dx dt

d J0 dx dI0 d X

u2 = TiT2K —r (-)J + TiT2K “h;--r (13) dx2 dt ax dt^

missä K = 0_ · P- · NA_ · NA_ · · G

U U Cj o ψ - : = valonlähteen lähettämä teho

Pq = kuidun tehollinen heijastuskerroin 20 NA = lähettimen apertuuri NA = vastaanottimen apertuuri u = vastaanottimen herkkyys G = elektroniikan vahvistus

Tj ja T2 = derivointiaikavakiot 25 Kun todetaan, että ^ = v, huomataan seuraavaa: Jos otetaan dt jännitteistä uQ ja U2 näyte, kun u^ = 0, saadaan yhtälön (13) viimeinen termi eliminoitua ja näytteiden suhde u2/uq on verrannollinen virtausnopeuden neliöön.

7 78561

Kyseisellä kohdulla IQ = ( "-2atan ( y/z^-1' + 2z ^ s/l-z ^) ) (14) I2 = -4/ /.z2 - 1 (15) missä r = D/2 5 z = D/d

Nopeussignaalille tulee derivointiaikavakioiden ja T2 lisäksi skaalauskertoimeksi säteilytettävän alueen säde r sekä häi-riötermiksi yhtälöiden (14) ja (15) mukaisesti kuitujen halkaisijan vaihteluista johtuva termi.

10 Kuiva-ainepitoisuuden määritystä varten tarvitaan alussa esitettyjen kaavojen (kaava 6) mukaisesti tieto d:n ja h:n suuruudesta. Kuvasta 4 nähdään, että u2:n peräkkäisten erimerkkisten singulariteettien (o, d) väliaika on = d/v ja signaalien toistoväli on T2 = h/v. Tilanne on hahmoteltu kuvaan 5. Jos oh-15 jataan laitteiston elektroniikkaosaan kuuluvaa kiikkupiiriä siten, että se on päällä ajan (singulariteettien o t d välisen ajan) ja poissa aja T2 - (sisältää singulariteetit D ja D+d), saadaan kuvan 6 pulssijono. Kun pulssijono ja sen komplementti suodatetaan, saadaan jännitteet T1 ' 20 ua = -Tj- -us (16) T2 ~ T1

Uh = ---Us <17) yhtälö (16) voidaan esittää myös muodossa d/v ud = h7v us (16a) missä us = kiikun käyttöjännite.

25 Kun suodatettu ud korotetaan neliöön ja skaalataan se jakamalla jännitteellä Vrc, saadaan yhtälön (6) sakeuteen C verrannollinen signaali u : 8 78561 ,2 2 , - ud us . , d ^ 2 , λ a\ u = —r,- = —r-T- (t-) (18) es V V h rc rc missä Vrc = kuvan 12 elektroniikkapiirin skaalausjännite.

Voidaan todeta, että yhtälö (18) antaa sakeuden tai ainakin siihen verrannollisen jännitteen, joka periaatteessa ei riipu 5 virtausnopeudesta, väristä eikä lisäaineista.

Edellä esitetty väittämä perustuu seuraaviin oletuksiin: 1. elektroniikan vahvistuskertoimen automaattisella säädöllä Uq voidaan vakioida 2. elektroniikan kohinan amplitudi saadaan pysymään sello laisena, että U2=n huiput erottuvat riittävän suurel la todennäköisyydellä 3. massan virtausnopeus on sopivissa rajoissa, liian pienellä nopeudella u^ menee nollaksi ja liian suurella nopeudella elektroniikan päästökaista loppuu 15 kesken; päästökaistaa pitää rajoittaa kohinan rajoit tamiseksi riittävän pieneksi (kohta 2) 4. lisäaineet eivät heijasta samoin valoa kuin kuidut t.s. kuitujen tulee erottua taustasta.

Edellä on siis esitetty miten seoksen kuiva-ainepitoisuus voi-20 daan mitata patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkin mukaisesti.

Menetelmän mukaisesti on siis mahdollista mitata seoksen kuiva-ainepitoisuus suoraan seoksesta, jolloin mittauksen häiriötekijät ovat helpommin hallittavissa. Toiminnan ehtona on, että mitattavat partikkelit erottuvat taustasta niin paljon, että nii-25 den aiheuttamasta signaalista johdetussa signaalissa detektorista ja elektroniikasta johtuva kohina ei peitä sanottua hyö-tysignaalia. Muut menetelmälle samoin kuin laitteistolle tunnusomaiset piirteet on esitetty oheisissa muissa vaatimuksissa.

9 78561 Näiden osalta saavutettavien etujen suhteen viitataan edeltävään, keksinnön teoreettista perustaa selvittävään osuuteen.

Keksinnön mukaisen laitteiston vaihtoehtoisia toteutustapoja on kaaviollisesti esitetty kuvissa 7-11 ja laitteiston eräs edul-5 linen elektroniikkaosan kaavio on esitetty kuvissa 12 ja 13.

Seuraavassa on lähemmin havainnollistettu laitteistoa em. kuviin viitaten.

Kuvan 7 mukaisessa ratkaisussa laitteiston optiikkaosa on sijoitettu suojaputken 1 sisään ja suojaputken päässä on ikkuna 10 2, jonka kautta suojaputkessa oleva optiikkaosa on yhteydessä mitattavan seoksen kanssa seoksessa olevien partikkeleiden P kuiva-ainepitoisuuden mittaamiseksi. Suojaputken sisään on sovitettu säteilylähde E, jonka lähettämä säteily ohjataan kolli-mointilinssin 3 kautta optiseen kuituun 4, jonka päässä on kui-15 tuoptinen linssi 5, jolla säteily ohjataan ikkunan 2 kautta mi tattavaan seokseen säteilytettävän alueen aikaansaamiseksi. Ikkunan 2 kautta säteilytettävältä alueelta takaisin heijastuva säteily kootaan kokoojalinssillä 6 ilmaisimelle D, jonka jälkeen suoritetaan detektorille tulevan säteilyn esivahvistus ; 20 kohdassa 7 ja vahvistettu viesti johdetaan suojaputkesta 1 liittimen 8 kautta kaapelia 9 pitkin laitteen elektroniikkaosaan 10, josta saadaan edelleen sakeusviesti 11.

Kuva 8 on muuten kuvan 7 mukainen, mutta säteilylähde E ja kol-limointilinssi 3 sekä ilmaisin D on sijoitettu laitteen elek-25 troniikkaosan yhteyteen, jolloin elektroniikkaosaa ja suojaput kea 1 yhdistää ainoastaan kaksinapainen kuitukaapeli kuvan 7 mukaisen useampijohtimisen kaapelin asemasta. Kokoojalinssiltä 6 tuleva säteily ohjataan siis optista kuitua 12 pitkin laitteen elektroniikkaosaan 10. Tällä ratkaisulla voidaan vähentää 50 kaapeleiden tarvetta verrattuna kuvan 7 mukaiseen ratkaisuun.

Kuvassa 9 on esitetty laitteistoratkaisu, jossa käytetään pintaa 16, joka heijastaa 14 ja läpäisee 13 säteilyä.

10 78561 Säteilylähteestä E tuleva säteily ohjataan linssin 15 kautta läpäisevään pintaan 13, jonka jälkeen säteilylähteen valo kerätään edelleen linssin 17 avulla optiseen kuituun 18, jonka päässä säteily edelleen ohjataan linssin 19 avulla mitattavaan 5 seokseen säteilytettävän alueen aikaansaamiseksi. Säteilytettä- vältä alueelta takaisin heijastuva säteily ohjautuu päinvastaisessa järjestyksessä heijastavalle pinnalle 14, jolta se ohjautuu linssin 20 kautta ilmaisimelle D.

Kuvan 9 mukaista järjestelyä vastaava järjestely voidaan to-10 teuttaa myös suoraan kuituoptisesti, kuten kuvan 10 mukaisesti on kaaviollisesti esitetty. Tällöin siis heijastavaa ja läpäisevää pintaa 13 käytetään suoraan optisten kuitujen välittämän säteilyn ohjaamisessa ilman linssijärjestelyjä. Säteilylähteestä E optiseen kuituun 21 johdettu säteily heijastetaan pinnan 15 14 kautta optiselle kuidulle 18, jonka päässä on kuituoptinen linssi, jonka kautta säteily pääsee mitattavaan seokseen säteilytettävän alueen muodostamiseksi. Säteilytettävältä alueelta takaisin heijastuva säteily ohjautuu optisen kuidun 18 kautta heijastavan pinnan läpi ilmaisimelle D optista kuitua 22 pit-20 kin.

Kuvassa 11 on esitetty laitteiston optiikkajärjestely, joka on toteutettu lasertekniikkaa käyttäen. Suojaputken 1 sisään on sijoitettu He-Ne-laserlaite 23, josta lasersäde ohjataan foku-sointilinssin 24 ja ikkunan 2 kautta seokseen. Ikkunan 2 kehäl-25 le suojaputken 1 sisään on sijoitettu yksi tai useampia ilmai simia D, jotka on yhdistetty laitteiston elektroniikkaosaan 10. Kuvassa 11 on suojaputken 1 sisään sovitettu elektroniikkaosan etuvahvistimet osaan 25. Muu elektroniikka on sijoitettu optiikka j ärjestelyn ulkopuolelle.

30 Menetelmässä käytettävän laitteiston elektroniikkaosan 10 kek sinnön kannalta oleellisin osa on esitelty lohkokaavioissa kuvissa 12 ja 13. Sen toiminta on seuraava: 11 78561

Ohjausjännitteellä Vrg vakioidaan säteilylähteen E säteily käyttäen hyväksi takaisinkytkentää valodiodilta S ja vastukselta R . Säteilylähde voi olla myös vakioimaton. Säteilytehon tu-

O

lee olla yli 2 mW.

5 Säteilylähteeltä säteily johdetaan kuvissa 7-11 esitettyjen op tisten järjestelyjen kautta tutkittavaan seokseen. Säteilytet-tävä alue toteuttaa keksinnön teoreettisessa perustassa esitetyn mittakaavaehdon tutkitun seoksen partikkeleiden koon suhteen .

10 Kuvaan 12 viitaten ilmaisimelle D tullut säteily muuttuu virraksi ja kuormavastuksessa jännitteeksi. Kyseinen jännite- signaali vahvistetaan etuvahvistimella AQ ja siitä poistetaan tasakomponentti suodattimena F^. Etuasteen herkkyyden tulee olla yli 5 kV/W. Suodattimen FQ alarajataajuus on noin 100 Hz.

15 Vahvistinten A^ ja A^2 maksimivahvistuksen tulle olla yli 50 k, jotta signaalin uQ taso olisi riittävä. Vahvistimen vah vistusta säädetään noin 1 s aikavakion omaavan integroivan ta-sonsäätövahvistimen aqAGC avulla siten, että pulssien uQ tai u2 huippuarvon keskiarvo ei ylitä vertailujännitettä VrQ (n. 7 V).

'20 Huippuarvot mitataan huippuarvonilmaisijoilla υ^0 ja up2-

Ilmaisija u^q mittaa u^:n positiivista huippuarvoa ja u^2 u2:n huipusta huippuun arvoa, ilmaisija u ^ mittaa u^:n arvoja kuten Up2 u^:n arvoja. Seuranta-aikavakion arvo on noin 400 με ja pi-toaikavakio noin 80 ms. Koska signaalia joudutaan derivoimaan, 25 on sen kohinakaista optimoitava riittävän hyvän signaali-kohi nasuhteen säilyttämiseksi. Signaali-kohinasuhde säilyy riittävänä, kun elektroniikan kaistaa säädetään massan virtausnopeuden funktiona. Virtausnopeudesta saadaan likimääräinen tieto suodatimen F^ kaistan ohjaukseen jännitteestä uy.

- '30 Jännite uv muodostetaan kuvan 13 funktiolaskimilla A2Q ja A21 sekä summaimella A»» (piiri F . kuvassa 12) jännitteiden u _,

2 2 c cl J pO

12 78561 u . ja u 0 suhteiden painotettuna summana. Suhteen u ,/u ^ pai-pl J p2 r pl pO ^ nokerroin K.- on noin 0.53 ja suhteen u„ /u. painokerroin K_.

1U 2p lp *· 21 on noin 0.72. Tällöin käytettäessä jännitteelle V arvoa 10 V on jännitteen u^ skaala IV nopeutta 1 m/s kohden.

5 Sopiva kaista valitaan jännitteen uy ohjaamien komparaattorei- den &23' A24' A25 A26 sek® releiden RQ, , R^ ja R^ avulla kytkemällä kyseiselle nopeusalueelle sopivin suodatin suodatti- mista B„, B. , B_, B, tai B. vahvistinten A., ja A. _ väliin.

012 3 4 11 J 12

Vastusten R n, R . , R , R _ ja R . muodostama jännitejako mää-vO vl v2 v3 J v4 J J

rää nopeudet, joiden kohdalla kaistan vaihto tapahtuu.

Sopivat suodattimet ovat Bessel-tyyppisiä, kymmenettä kertalukua. Viiveet ovat noin 21, 10, 6.8, 4.7 ja 3.5 mikrosekuntia, kun vaihtonopeudet ovat noin 0.6, 1.4, 2.75 ja 4.25 m/s. Va laistun alueen halkaisija on tällöin 50 mikronia ja derivointiin aikavakiot ja 10-20 mikrosekuntia.

Derivointiyksiköt ja D2 muodostavat edellämainituilla aikavakioilla jännitteestä u^ jännitteet u^ ja u^. Vertailijan C2+ tarvitsema positiivinen kynnysjännite saadaan jännitteiden u^2 ja u painotettuna summana summaimelta A._, missä painokertoi- V ±y -20 met ovat likimain seuraavat: K_ noin 0.37 ja K noin 0.25. Va-kio Vg on noin 0.41 V. Negatiivinen kynnysjännite muodostetaan invertterillä I. Vertailija C^+ asettaa kiikun FF^, kun u2 ylittää positiivisen kynnysjännitteen, mikä tapahtuu kuvan 4 loppureunalla. Seuraava kynnysjännitteen ylitys vertailijalla 25 c2+ asettaa kiikun FF2· Tämän jälkeen tapahtuva negatiivisen kynnysjännitteen alitus havaitaan vertailijalla C2_, joka nollaa kiikut FF^ ja FF2.

Vertailijat Cq ja estävät NOR-porttien N^, N2 ja kautta kiikun FF2 asettumisen kohinan ja häiriöiden johdosta. Vertaili lija C_ vertaa vahvistuksen säätöjännitettä u.„_ vertailuarvoon U AGC

Vrd (no;*-n 1° v) 3a estää kiikun FF2 toiminnan mikäli signaali on liian pieni. Vertailija estää kiikun FF2 nollautumisen kohinan vuoksi.

i3 78561

Kiikun FF2 ulostulon aaltomuoto on kuvan 6 mukainen ja siitä muodostetaan puskurivahvistimen omaavalla suodattimena F2J yhtälön 16 jännite u^. Suodattimen F2^ ylärajataajuus on alle 1 Hz .

5 Funktiolaskin A,, muodostaa jännitteen u neliöimällä jännit-

16 es J

teen u, skaalattuna jännitteellä V . Näin saatu jännite u d rc J es voidaan muokata tunnetuilla menetelmillä halutuksi sakeusvies-tiksi.

Mikroprosessorilla toteutettuna sakeuden laskenta voidaan suo-10 rittaa mittaamalla signaalien ja T^ päälläoloajat joko mikroprosessorien sisäisellä, oheispiiriin sisältyvällä tai ulkoisella aikapiirillä eli laskurilla. Saaduista ajoista ja T2 lasketaan ohjelmallisesti keskiarvot ja haluttu digitaalinen viesti.

15 Ajat ja T2 voidaan myös määrittää ohjelmallisesti, kun on rekisteröity mikroprosessorin muistiin riittävän pitkä näyte-jono signaalista Uq alle 10 ps resoluutiolla.

Saatu viesti voidaan muuntaa D/A-muuntimella analogiseksi stan-dardiviestiksi halutussa skaalassa tai tulostaa se mikroproses-.20 sorin digitaalisen liitynnän kautta säätöjärjestelmälle.

Menetelmä ja sen teoreettinen perusta on esitetty edellä siten, että säteilytettävän alueen läpimitta on suurempi kuin partikkelien pienin mitta. On vaihtoehtoisesti myös mahdollista toteuttaa mittakaavasuhde siten, että säteilytettävän alueen lä-25 pimitta on pienempi kuin partikkelien pienin mitta. Tällöin in-tensiteettifunktion muoto muuttuu jonkin verran, kuten alan ammattilainen pystyy havaitsemaan, mutta intensiteettifunktion toisen derivaatan ominaisuus (singulariteetit) ovat edelleen havaittavissa.

Claims (8)

1. Menetelmä nesteen ja kiinteiden partikkeleiden muodostaman seoksen ominaisuuksien, erityisesti kuiva-ainepitoisuuden mittaamiseksi, jolloin menetelmässä 5. seokseen johdetaan sähkömagneettinen säteily, joka muodostetaan aallonpituudeltaan pienemmäksi kuin mitattavan seoksen partikkeleiden pienin mitta, säteilytettävän alueen koko pidetään oleellisesti vakiona, 10. seos ja säteilytettävä alue saatetaan liikkeeseen toistensa suhteen, mittauselimellä mitataan sähkömagneettisesti säteily-tetyltä alueelta takaisinheijastuvan tai -sirottuvan säteilyn intensiteettiä, 15. mittauselimeltä saadaan intensiteettisignaali, joka on ajan funktio ja jonka vaihtelu aiheutuu yksittäisen kulloinkin säteilytettävälle alueelle tulevan ja sen ohittavan partikkelin liikkeestä ja intensiteettisignaalia käyttäen muodostetaan signaa- 20 lit seoksen ominaisuuksiin, erityisesti kuiva-ainepi toisuuteen verrannollisiksi viesteiksi, tunnettu siitä, että 25. säteilytettävä alue muodostetaan yksiosaiseksi, että intensiteettisignaalia käsitellään ainakin kerran matemaattisella operaattorilla tällöin ilmenevien hiukkasen ominaisuuksiin verrannollisten aikasuhteiden selville saamiseksi ja että 30. mainittuja aikasuhteita käsitellään matemaattisella operaattorilla seoksen ominaisuuksiin, erityisesti kuiva-ainepitoisuuteen verrannollisten viestien aikaansaamiseksi. Il 15 78561

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että säteilytettävänä alueena käytetään elliptistä tai ympyränmuotoista aluetta.

3. Patenttivaatimusten 1 ja 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että säteilytettävän alueen suurin läpi mitta valitaan seoksesta mitattavien partikkeleiden suurinta mittaa pienemmäksi, mutta suuremmaksi kuin seoksen mitattavien partikkeleiden pienin mitta. 10

4. Patenttivaatimusten 1-3 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että seos saatetaan liikkeeseen ja säteilytettä- vä alue pidetään paikallaan.

5. Patenttivaatimusten 1-4 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että partikkelien hahmon pinta-alaa säteilytettävällä alueella vastaavan funktion (1^ = f (D, y^, y2)) 20 ajasta riippuvaa vastinfunktiota (u^) derivoidaan kaksi kertaa ajan suhteen vastinfunktion (u^) toisen derivaatan singulariteettien havaitsemiseksi, mitataan laitteiston elektroniikkapiirissä analogisesti ja/tai digitaalisesti yksittäisten partikkelien 25 liikkuessa säteilytettävän alueen ohi kahden peräk käisen, erimerkkisen singulariteetin välinen aika (T^), joka vastaa partikkelien läpimittaa ja em. sin-gulariteettiparien toistumisväli (T2), joka vastaa perättäisten partikkelien välimatkaa niiden kulkiessa 30 säteilytettävän alueen ohi, muodostetaan laitteiston elektroniikkapiirissä sähköinen, seoksen sakeuteen verrannollinen viesti u = cs2 f(Tl' T2^' 3on^a yleinen muoto on ucg = Vr (T^/T2) , jossa V on referenssijännite. 16 78561

6. Laitteisto patenttivaatimusten 1-5 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi laitteiston käsittäessä: säteilylähteen (E), 5. elimet (3, 4, 5, 2; 3, 9, 4, 5, 2; 15, 13, 17, 18, 19; 21, 14, 18; 24) säteilylähteen (E) säteilyn johtamiseksi mitattavaan seokseen säteilytettävän alueen aikaansaamiseksi, ilmaisimen (D), 10. elimet (2, 6; 2, 6, 12, 9; 19, 18, 17, 13, 20; 18, 13, 21) säteilytettävältä alueelta takaisinheijastuvan tai -sirottuvan säteilyn johtamiseksi ilmaisimelle (D) ja elektroniikkaosan (10), joka on yhteydessä ilmaisi-15 meen (D) tunnettu siitä, että elektroniikkaosa (10) käsittää elimet (D^, Χ>2» FF^,

20 FF2^ takaisinheijastuvan tai -sirottuvan säteilyn intensiteetin ajasta riippuvan sähköisen vastinfunk-tion käsittelemiseksi seoksen partikkelien hahmoa kuvaavien signaalien (T^, T2) aikaansaamiseksi ja elimet (A^g) seoksen ominaisuuksiin, erityisesti kuiva- 25 ainepitoisuuteen verrannollisen viestin (u ) aikaan- O s saamiseksi.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että elektroniikkaosa (10) käsittää: 30 vahvistus- ja suodatusyksikön (Aq, Fq, A^, F^, A-^K kaksi peräkkäistä derivointiyksikköä (D^, D2), kaksi kiikkua (FF^, FF2), kynnys jännitteen muodostusyksikön (A^), 35. vertailijat (^2+, c2_) kiikkujen (FF^, FF2) ohjaami seksi derivointiyksiköiden (D^, D2) kautta tulevien jännitteiden vaihteluiden mukaisesti ja n elimen (F21, Ä16^ kHkun (FF2) ulostulon perusteella muodostettavan kuiva-ainepitoisuutta kuvaavan viestin aikaansaamiseksi. i7 785 61

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että signaali-kohinasuhteen optimoimiseksi vahvistusyk-siköiden (A^ ja A^2) välissä olevan suodattimen (F^) suodatus-kaista on järjestetty valittavaksi valitsinpiirillä (Fcl), jonka sisääntulosuureina ovat ennen derivointiyksiköitä, derivoin-10 tiyksiköiden välissä ja/tai derivointiyksiköiden jälkeen vaikuttaviin jännitteisiin (Uq, u^, u2) verrannolliset jännitteet (UpQ, up^' up2) ja jonka ulostulona on jännite (uv), joka muodostetaan jännitteiden (UpQ, Up2^ perusteella sopivimmin niiden painotettuna summana ja jonka perusteella komparaattori-15 piirin (A22, A24' A25' A26^ avulla kytketään suodattimen () suodatuskaista (Bq, B^, B2, tai B^). is 78 5 61 Patentkrav;