FI97644B - Menetelmä refraktometrimittauksen yhteydessä - Google Patents

Description

97644

Menetelmä refraktometrimittauksen yhteydessä

Keksinnön kohteena on menetelmä refraktometrimittauksen yhteydessä, jossa menetelmässä valolähteestä tuleva 5 sädekimppu ohjataan refraktometrin optisen ikkunan ja mitattavan liuoksen rajapintaan, jolloin osa sädekimpusta heijastuu takaisin liuoksesta ja osa imeytyy osittain liuokseen ja saadaan aikaan kuva, jossa valoisan ja pimeän alueen rajan paikka riippuu kokonaisheijastuksen rajakul-10 masta, joka on nesteen konsentraation funktio ja jossa menetelmässä kuvan valoisan ja pimeän alueen rajan paikan määrittämisessä käytetään riviin sijoitettuja valoilmaisimia.

Refraktometrin toimintaperiaate on ollut tunnettu jo 15 yli sata vuotta. Nykyään refraktometrejä käytetään varsin paljon hyvin monilla eri aloilla. Esimerkkeinä refraktometrin käyttöaloista voidaan mainita elintarviketeollisuus, puunjalostusteollisuus, kemian teollisuus ja erilaiset tutkimukset yleensä.

20 Refraktometrimittauksen olennaisena seikkana on va lon heijastumisesta aiheutuvan kuvan analysointi. Em. kuva-analyysin tehtävänä on löytää kokonaisheijastuksen rajakulman paikka, siis toisin sanoen raja, jossa valoisa alue muuttuu pimeäksi alueeksi.

25 Aiemmin tunnetuissa sovellutuksissa on käytetty useita erilaisia periaatteita kokonaisheijastuksen rajakulman löytämiseksi. Esimerkkinä tällaisista periaatteista voidaan mainita periaate, joka lähtee ajatuksesta, että valoisan alueen kirkkaus on vakio eri rajakulmilla. Tällöin 30 koko kuva-alueelta saadun valon määrä vastaa valoisan alueen osuutta koko alueesta. Monet kaupalliset instrumentit käyttävät edellä mainittua periaatetta. Periaatteen epäkohtana on kuitenkin sen herkkyys valolähteen ja optisen tien vaihteluille.

3 5 Toisena tunnettuna periaatteena voidaan mainita rat- 2 97644 kaisu, jossa re£raktometrin optisesta ikkunasta heijastuvaa kuvaa katsotaan rivikameralla. Rivikamerassa on monta, esimerkiksi 256 valoilmaisinta integroituna riviin samalle mikropiirille. Kamerasta voidaan vuorotellen lukea ilmai-5 sinten mittaamat valon määrät. Laskemalla kynnysarvon ylittävien ilmaisinten lukumäärä saadaan kokonaiheijastuksen rajakulman paikka määrätyksi. Tällaista periaatetta käytetään esimerkiksi K-Patents Oy:n valmistamissa ja myymissä PR-01-B, PR-01-E ja PR-01-S refraktometreissä.

10 Edellä esitetty periaate toimii verraten hyvin, mut ta epäkohtana on se, että tunnetuilla laitteilla ei saada muuta informaatiota, joka jossain tilanteessa on tärkeätä.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, jonka avulla aiemmin tunnetun tekniikan hyvät puolet voi-15 daan säilyttää ja jonka avulla mittatiedosta voidaan aiemmin käytettyjen seikkojen lisäksi saada hyödyllistä lisäinformaatiota. Tähän on päästy keksinnön mukaisen menetelmän avulla, joka on tunnettu siitä, että pimeällä alueella olevia optisia epäjatkuvuuskohtia tutkitaan mittaamalla va-20 loilmaisimilta saatavan mittatiedon poikkeamia pimeällä alueella ja mittalaitteiston optista kuntoa tutkitaan mittaamalla valoilmaisimilta saatavan mittatiedon tasaisuuden poikkeamia valoisalla alueella.

Keksinnön etuna on ennen kaikkea se, että sen avul-25 la saadaan lisäinformaatiota, jolla on useissa tapauksissa olennaisen suuri merkitys. Esimerkkeinä lisäinformaatiosta voidaan mainita tieto prosessiliuoksessa olevista kiteistä, kuplista jne. sekä tieto, jonka perusteella voidaan arvioida mittalaitteiston optista kuntoa. Tällaista informaatiota 30 ei aiemmin ole ollut mahdollista saada refraktometrimit-tauksen yhteydessä.

Keksintöä ryhdytään selvittämään seuraavassa tarkemmin oheisessa piirustuksessa esitetyn erään edullisen sovellutusesimerkin avulla, jolloin 35 kuvio 1 esittää periaatteellisena kuvantona refrak-

II

3 97644 tometrin toimintaperiaatetta ja, kuvio 2 esittää periaatteellisesti refraktometrissä syntyneen kuvan kirkkausjakautumaa paikan funktiona.

Refraktometriä, jota käytetään prosessissa, esimer-5 kiksi puunjalostusprosessissa mittaamaan prosessiliuoksen konsentraatiota nimitetään prosessirefraktometriksi. Pro-sessirefraktometri sijoitetaan prosessiin niin, että ref-raktometrin mittapään optinen ikkuna, joka on muodostettu esimerkiksi prismasta, on kosketuksissa prosessiliuokseen.

10 Prosessirefraktometri mittaa prosessiliuoksen taitekerroin-ta mittapään prisman ja prosessiliuoksen rajapinnassa syntyvän kokonaisheijastuksen avulla. Kuviossa 1 on esitetty periaatteellisesti edellä esitetty mittausperiaate.

Valolähteestä 1 tuleva sädekimppu ohjataan prisman 15 2 ja prosessiliuoksen 3 rajapintaan. Osa sädekimpusta hei jastuu kokonaan takaisin liuoksesta, osa imeytyy osittain liuokseen. Sädekimpun heijastumisesta syntyy kuva 4, jossa valoisan alueen 5 ja pimeän alueen 6 rajan 7 sijainti kuvassa 4 riippuu kokonaisheijastuksen rajakulmasta ja näin 20 ollen siis taitekertoimesta. Määrittämällä valoisan alueen 5 ja pimeän alueen 6 rajan 7 sijainti kuvassa 4 saadaan selville prosessiliuoksen konsentraatio. Rajan 7 sijainti voidaan määrittää riviin sijoitettujen valoilmaisinten avulla. Mittauksessa käytettyjen valoilmaisinten lukumäärä 25 on suuri, esimerkiksi K-Patents Oy:n valmistamassa ja myymässä prosessirefraktometrissä PR-01-S on 256 valoilmaisinta integroituna samalle mikropiirille. Valoilmaisinten muodostama detektori muuttaa kuvan 7 piste pisteeltä sähköiseksi signaaliksi. Valoisalla alueella olevilta valoilmai-30 similta saadaan tietty signaali ja pimeällä alueella olevilta valoilmaisimilta tietty signaali.

Viitenumeron 8 avulla kuvioon 1 on merkitty proses-siliuoksessa olevia optisia epäjatkuvuuskohtia. Optiset epäjatkuvuuskohdat 8 voivat olla esimerkiksi kiteitä, par-35 tikkeleita, kuplia, väriä jne. Valolähteestä 1 prisman 2 4 97644 kautta prosessinesteeseen 3 tuleva valo voi heijastua optisesta epäjatkuvuuskohdasta 8 niin, että heijastunut säde 9 synnyttää ylimääräisen valopisteen 10 pimeälle alueelle 6. Kuviossa 1 on esitetty periaatteellisesti yhdestä optisesta 5 epäjatkuvuuskohdasta heijastuneen säteen 9 kulku ja pimeäl le alueelle 6 ko. säteestä syntynyt valopiste 10.

Edellä esitetty mittausperiaate ja refraktometrin toiminta yleensä on alan ammattimiehelle täysin tunnettua tekniikkaa, joten ko. seikkoja ei esitetä tarkemmin tässä 10 yhteydessä.

Valoisan alueen 5 ja pimeän alueen 6 rajan 7 paikka voidaan määritellä valoilmaisimilta saatujen signaalien avulla. Käytännössä määrittely on tapahtunut mikroprosessorin avulla, ts. valoilmaisimilta saadut signaalit syötetään 15 mikroprosessorille, joka määrittää rajan 7 paikan, muuttaa sen konsentraatioyksiköiksi ja ohjaa tuloksen näyttöön.

Kuviossa 2 on esitetty kuvan 4 kirkkausjakautuma paikan funktiona, ts. kuvan 4 kirkkaus muuttuu kuvion 2 mukaisella tavalla siirryttäessä valoisalta alueelta 5 pi-20 meälle alueelle 6. Kuvion 2 kuvaaja muodostuu valoilmaisin-detektorilta saatujen mittapisteiden avulla. Olennainen kohta kuviossa 2 on kohta R, joka kuvaa kokonaisheijastuksen rajakulmaa eli rajaa 7.

Kuvioon 2 on viitenumeron 11 avulla merkitty peri-25 aatteellisesti kohta, jossa kirkkaudessa on poikkeamia pimeällä alueella 6. Em. poikkeamat johtuvat optisten epäjatkuvuuskohtien 8 aiheuttamista ylimääräisistä valopisteistä pimeällä alueella 6.

Keksinnön olennaisena ajatuksena on se, että samas-30 ta mittatiedosta saadaan enemmän tietoa kuin aiemmin, ts. mittaamalla valoilmaisimilta saatavaa tietoa tietyllä tavalla, saadaan lisätietoa aiemmin mainitun konsentraatio-tiedon lisäksi. Näin ollen keksinnölle on olennaista siis se, että pimeällä alueella olevia optisia epäjatkuvuuskoh-35 tia 8 tutkitaan mittaamalla valoilmaisimilta saatavan mit-

II

5 97644 tatiedon poikkeamia pimeällä alueella 6. On myös mahdollista että joko samalla tai erikseen tutkitaan mittalaitteis-ton optista kuntoa mittaamalla valoilmaisimilta saatavan mittatiedon tasaisuuden poikkeamia valoisalla alueella 5.

5 Keksinnön mukaisesti tutkitaan siis pimeällä alueel la 6 olevia epäjatkuvuuskohtia tarkastelemalla mittatiedon vaihteluita pimeässä alueessa 6. Vastaavalla tavalla voidaan tutkia valoisan alueen 5 tasaisuutta. Optisten epäjatkuvuuskohtien 8 tarkastelu antaa tietoa esimerkiksi proses-10 sinesteessä olevien liukenemattomien kohteiden, kuten kuplien, partikkeleiden ja vastaavien määrästä ja koko jakautumasta. Valoisan alueen 5 tasaisuuden tarkastelu antaa tietoa optisen laitteiston kunnosta. Edellä esitetty mittatiedon tarkastelu voidaan toteuttaa esimerkiksi jäännösva-15 rianssin avulla.

On huomattava, että edellä esitetty esimerkki on täysin keinotekoinen ja sen tarkoituksena on ainoastaan selventää keksinnön perusperiaatetta.

Edellä esitettyä sovellutusesimerkkiä ei ole miten-20 kään tarkoitettu rajoittamaan keksintöä, vaan keksintöä voidaan muunnella patenttivaatimusten puitteissa täysin vapaasti. Näin ollen on selvää, että keksintöä ei ole rajoitettu mihinkään tiettyyn taitekertoimen määrittämis tapaan, vaan keksintöä voidaan soveltaa eri tavoin. Keksintöä ei 25 ole myöskään rajoitettu jäännösvarianssin käyttöön, vaan mittatietoa voidaan tarkastella muullakin sopivalla tavalla.

Claims (2)

97644

1. Menetelmä refraktometrimittauksen yhteydessä, jossa menetelmässä valolähteestä (1) tuleva sädekimppu ohjataan refraktometrin optisen ikkunan (2) ja mitattavan 5 liuoksen (3) rajapintaan, jolloin osa sädekimpusta heijastuu takaisin liuoksesta ja osa imeytyy osittain liuokseen ja saadaan aikaan kuva (4), jossa valoisan (5) ja pimeän alueen (6) rajan (7) paikka riippuu kokonaisheijastuksen rajakulmasta, joka on nesteen konsentraation funktio ja 10 jossa menetelmässä kuvan valoisan (5) ja pimeän alueen (6) rajan (7) paikan määrittämisessä käytetään riviin sijoitettuja valoilmaisimia, tunnettu siitä, että pimeällä alueella (6) olevia optisia epäjatkuvuuskohtia (8) tutkitaan mittaamalla valoilmaisimilta saatavan mitta-15 tiedon poikkeamia pimeällä alueella (6) ja mittalaitteis-ton optista kuntoa tutkitaan mittaamalla valoilmaisimilta saatavan mittatiedon tasaisuuden poikkeamia valoisalla alueella (5) .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että valoilmaisimilta saatavan mittatiedon vaihteluita valoisalla alueella (5) ja pimeällä alueella (6) mitataan jäännösvarianssin avulla. 97644