JP6526777B2 - 媒体としての流体と媒体中に非溶解の粒子を持つ流動性材料を光学的に測定する装置および方法 - Google Patents

媒体としての流体と媒体中に非溶解の粒子を持つ流動性材料を光学的に測定する装置および方法 Download PDF

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Description

本発明は、媒体としての流体と媒体中に溶解の粒子を持つ流動性材料を光学的に測定する装置および方法に関する。
例えばκ価（カッパー価）測定では、光電源ケーブルが検出器ケーブルの近くにあるため、サスペンション（懸濁液）の繊維は別個にする必要がある。形成されやすいフロック（凝集物）は、光信号にノイズ状の変動を生じ、測定結果の信頼性を低下させる。
この問題は、測定期間を延長し、測定期間にわたって結果を平均することによって軽減される。時間の経過にわたりこのような統合が行われると、測定が非常に遅くなる。従って、測定を改善する必要がある。
本発明は、測定の改善を提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、請求項1に記載の装置が提供される。
本発明の別の態様によれば、請求項11に記載の方法が提供される。
本発明には利点がある。流体の噴流は、検出器の前にある流体中の凝集物の少なくとも一部を破壊し、測定される流動性材料の一部を均質化する。
本発明の例示的な実施形態は、添付の図面を参照して、単なる例として以下に記載される。
流動性材料を光学的に測定するための装置、噴流及び同じ方向を有する光放射の受光の例を示す。 流動性材料を光学的に測定するための装置、噴流及び反対方向を有する光学放射の受光の例を示す。 流動性材料を光学的に測定するための検出器と対向する複数のノズルを有する装置の一例を示す図である。 流動性材料を光学的に測定するための検出器と同じ側に複数のノズルを有する装置の一例を示す図である。 流動性材料を光学的に測定するための検出器と同じ側及び反対側に複数のノズルを有する装置の一例を示す図である。 検出器の光学軸に対して斜めの角度でジェットを方向付けるように構成されている、流動性材料を光学的に測定するための装置の一例を示す図である。 測定チャンバはフロースルーチャンバである、流動性材料を光学的に測定するための装置の一例を示す図である。 少なくとも1つのプロセッサと少なくとも1つのメモリとを有する信号処理ユニットの一例を示す図である。 媒体としての流体と媒体中に非溶解の粒子を持つ流動性材料を光学的に測定する方法のフローチャートを示す図である。
以下の実施形態は単なる例である。明細書はいくつかの位置において「ある一つの」実施形態を指すことがあるが、必ずしもそのような各参照が同じ実施形態にあることを意味するものではなく、単一の実施形態にのみ適用されることもあり得る。異なる実施形態の単一の特徴を組み合わせて、他の実施形態を提供することもできる。さらに、「有する（comprising）」および「含む（including）」という用語は、記載された実施形態を記載された特徴のみから成る実施例に限定するものではなく、そのような実施形態が具体的に言及されていない特徴/構造を含み得る。
図面は様々な実施形態を示しているが、それらはいくつかの構造および/または機能的実体のみを示す簡略図であることに留意されたい。図面に示されている接続は、論理接続または物理接続を意味する場合がある。記載された装置は、図およびテキストに記載されたもの以外の他の機能および構造をも含み得ることは、当業者には明らかである。いくつかの機能、構造の詳細、および動作に使用される信号伝達の詳細は、実際の発明とは無関係であることを理解されたい。したがって、それらについては、ここでは、より詳しく説明する必要はない。
図1Aおよび図1Bは、流動性材料100を光学的に測定するための装置の例を示す。流動性材料100は、媒体102として流体と媒体102中に溶解しない粒子104を有する。流体は、液体または気体であってもよい。一実施形態では、粒子104は不溶性とすることができる。一実施形態では、粒子104は、測定の時点では媒体102に溶解してなく、より長い時間内にでは溶解するようにしてもよい。流動性材料は、密度を変えることなく容易に再成形することができる流動物質であり得る。一実施形態では、流体物質100は懸濁液とすることができる。懸濁液の媒体102は水であってもよい。懸濁液は、湿式パルプスラリー、下水、または鉱物処理における鉱物粒子を有する水/液体であってもよい。パルプスラリー中の粒子は、木材繊維、微粉および/または製紙産業の他の固体粒子であってもよい。一実施形態では、媒体102は気体であってもよく、粒子104は煙の燃焼粒子であってもよい。
装置は、流動性材料100を含む測定チャンバ106を含む。一実施形態では、流体物質100のサンプルは、主プロセスパイプから測定チャンバ100に採取されることができる。一実施形態では、サンプルは採取されず、主プロセスパイプは測定チャンバ100となる。この装置はまた、少なくとも1つのノズル108,108'を含む。
少なくとも1つのノズル108,108'は流体110を受け取る。一実施形態では、流体は気体とすることができる。一実施形態では、流体110は、密度を変えることなく容易に再成形することができる流動物質であってもよい。一実施形態において、流体110は、水または他の何らかの液体であってもよい。一実施形態では、流体110は固体粒子を含まなくてもよい。少なくとも1つのノズル108,108'は、流体110の噴流114,114'を光検出器112に向かってまたは光検出器112から放出する。
図1Aの例では、噴流114は光検出器112に向かって流れる。噴流114,114'は、ノズル108,108'からの距離が大きくなるにつれて開き角（立体角）を有する円錐のようにより広くなることがある。噴流114,114'のいずれかの部分が光検出器112に衝突すると、噴流は光検出器112に向けられる。すなわち、光検出器112は、噴流114,114'の開口（立体）角度内にあることになる。
図1Bは、ノズル108'が光検出器112から離れて噴流114'を放出する実施形態の例を示している。この実施形態では、ノズル108,108'は、（コーン状の）噴流114,114'の開口角の頂点にあってもよいし、頂点に隣接していてもよい。
一実施形態では、噴流114は光検出器112に導かれる。一実施形態では、噴流114'は光検出器112から外側に向けられる。光検出器112から噴流114'を放出するノズル108'は、光検出器112に隣接することができ、より詳細には、光検出器112から噴流114'を放出するノズル108'は、光検出器112に直接に隣接するようにしてもよい。すなわち、ノズル108'は、光検出器112と物理的に接触していてもよい。光検出器112とノズル108'との間が隣接するために、噴流の114の乱流は、検出器112の前にある流動性材料100を混合し、粒子104を乱し、それらを別々に移動させ続ける。
光検出器112は、測定チャンバ106に関連付けられており、これは、光検出器112が測定チャンバ106と物理的に接触していることを意味する。光検出器112の端部は、壁面にあってもよいし、測定チャンバ106の内側にあってもよい。光検出器112は、測定チャンバ106内の流体物質100から光放射を受け取る。光検出器112は、検出された光放射に応答して電気信号を出力する。
一実施形態では、装置は光検出器112を備えることができ、または光検出器112は処理装置116と動作可能に接続することができる。処理ユニット116は、少なくとも1つのプロセッサおよび少なくとも1つのメモリを含むことができる。メモリは、光検出器112からの電気信号を処理するための適切なコンピュータプログラムコードを含むことができる。
一実施形態では、光検出器112は光センサを含むことができる。一実施形態では、光検出器112はピグテール光センサを含むことができる。一実施形態では、光検出器112はカメラを含むことができる。一実施形態では、光検出器112は、検出された光放射の2つ以上の帯域を別々に処理するための分光計を備えることができる。
一実施形態では、装置は、測定チャンバ106内の流動性材料を照射するための光放射線源118を備えることができる。光放射源118は、例えば、LED(光放出ダイオード)、白熱灯、ハロゲンランプ、ガス放電ランプ、それらの任意の組み合わせなどを含むことができる。
一実施形態では、少なくとも1つのノズル108,108'の噴流114は、測定のために少なくとも一時的に粒子104の凝集体120を破壊し得る。凝集物120は、繊維の凝集物または凝集体を含むことができる。
図2Aは、光検出器112に向かって複合噴流114を放出する少なくとも2つのノズル108がある実施形態の例を示す。少なくとも2つのノズル108の組み合わされた噴流114の長手方向軸122は、図2Bの例の光軸124と平行である。
図2Bは、光検出器112の周囲に少なくとも2つのノズル108'がある実施形態の例を示す。少なくとも2つのノズル108'の複合噴流114'の長手方向軸122'は、図2Bの例の光軸124と平行である。図2Bは、光検出器112と光放射源118とを組み合わせることができる例を示す。この組み合わせは、光検出器112と光放射源118とが構造的に一体化されていることを意味してもよい。一実施形態では、少なくとも2つのノズル108'、光学検出器112および光学放射線源118は、構造的に一体化されていてもよい。
図3は、図1Aおよび図1Bの装置の組み合わせと同様の方法で、測定チャンバ106の両側にノズル108,108'を有する実施形態の例を示す。
その一例が図2A、図2Bおよび図3に示されているが、装置は少なくとも2つのノズル108,108'を備えていてもよい。噴流114,114'を放出するノズル108,108'は、測定チャンバ106内の異なる位置に存在することができる。一実施形態では、ノズル108,108'は、それらの噴流114,114'の流れが反対方向になるように、測定チャンバ106の反対側にある。
すべての実施形態における１つまたは複数の噴流114,114'は、流動性材料100を通って流れる間にその周囲に乱流を生じさせることができる。乱流は、噴流114または114'に隣接する粒子104および凝集物120を乱し、それらに力を生じさせる。結果として、噴流114,114'に直接当たる凝集物120だけでなく、噴流114,114'の近くの凝集物120も、少なくとも部分的に別個の粒子に分解される。この光学的測定は、凝集体120を有する流動性材料100から得られる測定より、分離して粒子104を有する流動性材料100から測定した場合により信頼性の高い結果をもたらす。
一実施形態では、ノズル108は、噴流114のそれぞれの長手方向軸122および光検出器112の光軸124が同軸であるように、流体110のその噴流114を放出することができる。一実施形態において、光検出器112に隣接するノズル108'が光学検出器112の周りに円形の口金を有する場合、それはまた長手方向軸122ジェット114'および光検出器112の光軸124のそれぞれの中心軸は同軸となるように、流体110の噴流114'を放出するであろう。一実施形態において、ノズル108'が光検出器112の周りに隣接して複数のサブノズルから構成される場合、サブノズルは、それぞれの長手方向軸122が、噴流114'の光軸と光検出器112の光軸124とは同軸となるように、流体110の組み合わされた噴流114’を放出するであろう。
一実施形態では、噴流108の縦軸122に沿ったノズル108からの噴流114の流れの方向は、光放射の受信方向と同方向である。図1Aに示す実施形態では、ジェット108の長手軸122に沿ったノズル108からの噴流114の流れの方向は、光検出器112の光軸124と同方向である。
一実施形態では、噴流114'の長手方向軸122に沿ったノズル108'からの噴流114'の流れの方向は、光軸124に沿って検出器112によって受け取られる光放射の受信方向とは反対方向とすることもできる。1つの物理的ノズル108'の代わりに、図2Aおよび図2Bに示すような複数の類似のノズルおよび/またはサブノズルが存在してもよい。
一実施形態では、噴流114,114'は、測定チャンバ106内で流動性材料100を循環させることができる。すなわち、噴流114,114'は、流動性材料100を測定チャンバ106内で移動させることができる。このようにして、循環される流動性材料100を均質化することもできる。
一実施形態では、噴流14,114'は、測定チャンバ106内の流体110で流動性材料100を希釈することができる。粒子104を有さない噴流114,114'が流動性材料100内に放出され混合されるとき、流動性材料100の粘稠度は減少し得る。
図1Aおよび図3に示されている一例において、この装置は、流動性材料110を少なくとも1つのノズル108,108'に圧送するポンプ装置150を備えていてもよい。ポンプ装置150は、すべての図および実施形態において装置の一部であってもよい。
ポンプ装置150は、流体110を全てのノズル108,108'に圧送する1つのポンプを備えていてもよいし、各ノズル108,108'がそれ自身のポンプを有する、すなわち、ポンプが固有のノズルを備えてていてもよい。ポンプ装置150の1つのポンプは、流体を2つ以上のノズル108,108'に送ることができる。データ処理ユニット116は、ポンプ装置150の動作を制御することができる。
ノズル108,108'内の流体110の圧力は、流体110がノズル1108,108'から流れ出るように、ノズル1108,108'よりも高い位置にある流体110のプールにより生成されてもよい。しかしながら、プールは、ポンプ装置150を使用して流体110で満たされる必要がある。
図4は、噴流114が光軸124に対して斜めの角度αで光検出器112に向けられている実施形態の例を示す。傾斜角αは、0°、180°の限界値を含まない、0°〜180°の範囲内で変化してもよい。
一実施形態では、ポンプ装置150は、少なくとも1つのノズル108,108'から流体110の噴流114,114'を脈動させることができる。データ処理ユニット116は、脈動を引き起こすためにポンプ装置150の動作を制御することができる。脈動は、噴流114,114'の圧力の強度を決定されたまたはランダムな方法で変化させることができる。すなわち、ノズル108,108'内の圧力は、ポンプ装置150によって、または何らかの他の手段によって周期的に増減されてもよい。ノズル108,108'内の圧力および噴流114,114'の速度は、例えば方形波、三角波または正弦波に従って変化させることができる。
一実施形態では、ポンプ装置150は、測定チャンバ106から流動性材料100を吸引し、少なくとも1つのノズル108,108'に流体110をポンピングし、その後、流動性材料100のジェット114,114を測定チャンバ106内に送出するようにしてもよい。この実施形態では、流動性材料100を流体110として使用することができる。このような流動体100をこのように循環させると、流動性材料の粘稠度は変化しない。一実施形態では、粒子104の少なくとも一部は、流動性材料100を測定チャンバ106に戻す前に濾過することによって除去される。媒体の相対的な量が増加するであろうから、測定チャンバ106内の流動性材料100の粘稠度が低下するであろう。
一実施形態では、この装置は、測定チャンバ106内のペーパーストックとすることができる流動性材料100のカッパー価及び明度の特性のうちの少なくとも1つを光学的に測定することができる。他の測定は、例えば、パルププロセスに加えて下水処理および鉱物処理に適した粒径測定およびスペクトル測定であってもよい。
図5は、流動性材料100が測定チャンバ106を流れることができる実施形態の一例を示す。測定チャンバ106は、メインプロセスパイプであってもよいし、測定チャンバ106は、メインプロセスパイプから流体サンプル100を採取するサンプルパイプの一部であってもよい。流動性材料100は、測定チャンバ106の上部で測定チャンバ106に入ることができる（下部にも入ることができる）。次に、流動性材料100は、下部の測定チャンバ106から流出することができる。流動性材料100の出口のための可能性のある位置は、光検出器112にあるか、またはそれに隣接している。流動性材料100は、図5の実施形態とは異なる他の実施形態においても、測定チャンバ106を通って流れることができる。
その一例が図6に示されている実施形態では、信号処理ユニット116は、1つまたは複数のプロセッサ600と、コンピュータプログラムコードを含む1つまたは複数のメモリ602とを備えることができる。1つ以上のメモリ602およびコンピュータプログラムコードは、1つまたは複数のプロセッサ600と共に、信号処理ユニット152が装置の動作を制御することを可能にする。
図7は、媒体102として流体と媒体102中に溶解しない粒子104を有する流動性材料100を光学的に測定する方法のフローチャートである。ステップ700において、流体が受け入れられ、流体100の噴流114,114'が、少なくとも1つのノズル108,108'によって、流動性材料100を有し、測定チャンバ106内の流動性材料100から光学的放射を受け取る測定チャンバ106に関連する光学検出器112の方へまたはその方向から放出される。
脈動の方法は、論理回路の解決策として、またはコンピュータプログラムとして実現されてもよい。コンピュータプログラムは、その配布のためにコンピュータプログラム配布手段に置かれてもよい。コンピュータプログラム配布手段は、データ処理装置によって読み取り可能であり、コンピュータプログラムコマンドを符号化し、測定を実行し、オプションとして、測定に基づいてプロセスを制御する。
コンピュータプログラムは、コントローラによって読み取り可能な任意の媒体とすることができる配布媒体を使用して配布することができる。この媒体は、プログラム記憶媒体、メモリ、ソフトウェア配布パッケージ、または圧縮されたソフトウェアパッケージであってもよい。場合によっては、この配布は、近距離通信信号、近距離信号、および電気通信信号のうちの少なくとも1つを使用して実行されてもよい。
技術が進歩するにつれて、本発明の概念は様々な方法で実施できることは、当業者には明らかであろう。本発明およびその実施形態は、上記の例示的な実施形態に限定されず、特許請求の範囲内で変更することができる。
100 流動性材料
102 媒体
104 粒子
106 測定チャンバ
108,108’ ノズル
110 流体
112 光検出器
114,114’ 噴流
116 信号処理ユニット
120 凝集物
150 ポンプ
152 プロセスユニット

Claims (10)

  1. 媒体としての流体と、前記媒体中に溶解していない粒子とを有する流動性材料を光学的に測定するための装置であって、
    当該装置は、前記流動性材料を収容するように構成された測定チャンバと、少なくとも1つのノズルとを備え、
    前記少なくとも１つのノズルは、流体を受け入れ、前記測定チャンバに連結して設けられ前記測定チャンバ内の前記流動性材料からの光放射を受けるように構成された光検出器に向けて、或いは該光検出器から遠ざかるように、前記流体の噴流を放出するように構成され、前記流動性材料の粒子の凝集物を破壊するように構成され、
    前記少なくとも1つのノズルの少なくとも1つは、前記噴流のそれぞれの長手方向軸と前記光検出器の光軸とが同軸となるように、前記流体の噴流を放出するように構成される、装置。
  2. 前記噴流の長手軸に沿った前記少なくとも1つのノズルからの噴流の流れの方向は、前記光検出器の前記光放射の受光方向と同方向である、請求項1に記載の装置。
  3. 前記噴流の長手方向軸に沿った前記少なくとも1つのノズルからの噴流の流れの方向は、前記光検出器によって前記光検出器の光軸に沿って受け取られる前記光放射の受光方向とは反対方向である、請求項1に記載の装置。
  4. 前記噴流は、前記測定チャンバ内で前記流動性材料を循環させるように構成される、請求項1に記載の装置。
  5. 前記噴流は、前記測定チャンバ内において前記流体で前記流動性材料を希釈するように構成される、請求項1に記載の装置。
  6. 当該装置は、前記流体を前記少なくとも1つのノズルに圧送するように構成されたポンプ装置を備える、請求項1に記載の装置。
  7. 前記ポンプ装置は、前記少なくとも1つのノズルから前記流体の噴流を脈動させるように構成されている、請求項6に記載の装置。
  8. 前記ポンプ装置は、前記測定チャンバからの前記流動性材料を吸引し、前記流動性材料の前記噴流を前記測定チャンバに放出するように構成される、請求項7に記載の装置。
  9. 当該装置は、前記測定チャンバ内のペーパーストックである前記流動性材料のカッパー値及び明度の少なくとも１つの特性を光学的に測定するように構成されている、請求項1に記載の装置。
  10. 媒体としての流体と、前記媒体に不溶性の粒子とを有する流動性材料を光学的に測定する方法であって、当該方法は、
    流体を受け入れ、少なくとも一つのノズルにより、測定チャンバに連結され、前記流動性材料を有し、前記測定チャンバ内の前記流動性材料からの光放射を受ける光検出器に向けて、或いは該光検出器から遠ざかるように、前記流体の噴流を放射し、前記流動性材料の粒子の凝集物を破壊するステップ
    を有し、
    前記少なくとも1つのノズルの少なくとも1つは、前記噴流のそれぞれの長手方向軸と前記光検出器の光軸とが同軸となるように、前記流体の噴流を放出する、方法。
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