SE516861C3 - Raffinörstryrning - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 s16ls61i 2 . . . . . . . . . ..

För att göra off-line förfarandet snabbare (upp till 5-10 gånger) har ett on-1ine- förfarande med automatiska provtagningssystem utvecklats, i vilket mätningar som baseras på t.ex. optiska mättekniker används. Typiska sådana system arbetar genom attiavleda en liten del av massan till ett speciellt rör eller volym. Ett exempel är PQM-systemet (Pulp Quality Monitor) från Sunds Defibrator, vilket mäter malningstillstånd, fiberlängd och spetinnehåll i en massasuspension.

Ett vanligt problem med alla off-line och vissa on-line och at-line-förfaranden är att endast en del av flödet mäts. Egenskaperna i ett sådant avlett flöde kan skilja sig från huvudflödet. TCA (Thermomechanical pulp Consistency Analyser) från ABB AB mäter massans konsistens. Systemet använder fiberoptiska tekniker. Andra liknande system är SPPT" (Smart Pulp Platform) tillgänglig från ABB AB och “Fibre Master” som har utvecklats av Skogsindustrins tekniska forskningsinstitut (STFI).

In-line-förfaranden som verkar direkt på hela massan utan att extrahera fluid till ett speciellt testutrymme, är allmänt snabbare än off-line- förfaranden och kan reducera vissa av problemen som gäller för dessa förfaranden. Mekaniska anordningar måste emellertid föras in i processlinjen för att extrahera flödesprover, vilket kan störa huvudflödet och vilket försvårar underhåll och utbyte av delar. Vidare kan sensorer kontamineras eller kan flödet kontamineras av sensorerna.

Ett alternativ till att använda optiska eller elektromagnetiska vågor är att använda mekaniska (akustiska) vågor. Detta har flera fördelar. Akustiska vågor är miljövänliga och till skillnad från elektromagnetiska vågor kan de utbreda sig i alla typer av fluider.

I artikeln "Ultrasonic propagation in paper fibre suspensions" av D. J.

Adams, 3rd International IFAC Conference on Instrumentation and Automation in the Paper, Rubber and Plastics Industries, sidorna 187-194, Noordnederlands Boekbedrijf, Antwerpen, Belgien, visas det hur 10 15 20 25 30 ultraljudsstrålar med frekvenser mellan 0,6 MHz och 15 MHz skickas genom en suspension av fibrer och såväl dämpningen som fashastigheten kan mätas som en funktion av frekvens. Det är genom detta möjligt att erhålla information om fiberkoncentration, -storlek och i viss grad fibertillståndet.

Ett omständligt kalibreringsförfarande är emellertid nödvändigt för att få förfarandet att fungera.

I "Pulp suspension flow measurement using ultrasonics and correlation" av M. Karras, E. Harkonen, J. Tornberg och O. Hirsimaki, 1982 Ultrasonics Symposium Proceedings, sidorna 915-918, vol. 2, Ed: B. R. McAvoy, IEEE, New York, NY, USA, visas ett system som mäter överföringstid. Systemet mäter i första hand medelflödeshastigheten och tester från olika massasuspensioner beskrivs. Doppler-skiftmätningar används för att bestämma hastighetsproñler. En frekvens på 2,5 MHz användes.

I den internationella patentansökan WO99/ 15890 visades ett förfarande och en anordning för massatillverkningsövervakning som använder akustiska mätningar. Inneboende akustiska fält i systemet (upp till 100 kHz) registreras indirekt via mätningar av väggvibrationer på ett transportrör, genom vilket en massasuspension flödar. Registreringarna graderas av ett databehandlingsprogram enligt förutbestämda egenskaper och en vibrationskarakteristik skapas. Lagrade vibrationskarakteristiker som avser tidigare registreringar jämförs vid varje registrering för korrelering med suspensionens egenskaper. De registrerade vibrationerna kan användas för att på ett lämpligt sätt styra processen, för att slå larm vid felsituationer eller för att visa ändrade tendenser.

Förfarandet i patent ovan resulterar i ett antal problem eftersom det baseras på ett förfarande som använder intemt uppkomna vibrationer. Ett problem är att inte bara ljud som genereras i fluiden plockas upp, utan även vibrationer från mekaniska källor, t.ex. pumpar, som är anslutna till fluiden.

Detta leder till en stor mängd störningar, vilket ökar mängden medelvårdesbildning eller överbestämning. Vidare är processförfaranden för 10 15 20 25 30 516 861 4 att undertrycka stömingar svåra att tillämpa eftersom det inte finns någon styrning av källan. Dessutom måste det föreslagna förfarandet kalibreras för varje enskild plats, eftersom de inneboende vibrationerna är platsberoende.

Denna sista aspekt är en väsentlig praktisk begränsning eftersom den kommer att orsaka mycket stora produktionsförluster vid installering.

SAMMANFATTNING Ett allmänt syfte med den föreliggande uppfinningen är att förbättra stymingen av en massaraffinörprocess för att uppnå önskade massaegenskaper. Ett syfte med den föreliggande uppfinningen är således att tillhandahålla ett analysförfarande för massa, vilket är tillräckligt snabbt och tillförlitligt för processtyrningssyften i realtid. Ett ytterligare syfte är att förbättra förhållandet "signal - brus” eller “signal - stömingar” i mätningar av massaegenskaper. Ytterligare ett annat syfte med den föreliggande uppfinningen är att göra databehandlingen av mätningar effektivare.

De ovan nämnda syftena åstadkoms genom förfaranden och apparater enligt de medföljande patentkraven. I allmänna ordalag anordnas en styrbar akustisk källa i kontakt med massaflödet i anslutning till en raffinör. Den styrbara akustiska källan sänder ut en signal in i massan. Den styrbara akustiska signalen tillåts växelverka med fibrerna och åtminstone en spektralkomponent av de akustiska signalerna (tryck, väggvibrationer) som uppkommer genom en sådan växelverkan mäts via en sensor. Åtminstone en spektralkomponent hos de akustiska signalerna mäts. Den (de) uppmätta spektralkomponenten (-komponenterna) korreleras till kemiska/ fysikaliska egenskaper, innehåll, fördelning och/ eller storlek av massafibrerna och används vidare för att styra en raffinörprocess. Den uppmätta spektralkomponenten har företrädesvis en våglängd som är stor jämfört med -den typiska storleken hos massafibrerna och avståndet mellan massafibrerna. Den använda akustiska signalen har således typiskt sett en frekvens under 20 kHz. 10 15 20 25 30 516 8615 Eftersom den utsända akustiska signalen är styrbar, företrädesvis avseende amplitud, frekvens, fas och/ eller tidsfördröjning, kan den styrbara akustiska signalen väljas för att framhäva akustiska beteenden hos fibrerna i massan, t.ex. genom att tona in frekvensen till karakteristiska frekvenser hos fibrerna. Dessutom kan signalen innefatta en eller flera enstaka frekvenser eller frekvensband som även kan variera med tiden. Den styrbara akustiska signalen kan även sändas ut under begränsade tidsintervall eller amplitudmoduleras, vilket möjliggör olika förfaranden för eliminering av brus och störningar på de uppmätta akustiska signalerna för att öka signal/ brus- förhållandet.

Genom att inte bara mäta frekvens och motsvarande amplitud hos den resulterande akustiska signalen utan även fas-, tids- och rumsberoenden kan statistisk modellering som baseras på t.ex. flervariabelanalys eller neurala nätverk utnyttjas för att göra analysen ännu robustare.

Rumsberoendet realiseras genom användning av speciella geometriska uppställningar av sensorer längs med och /eller vinkelrätt mot flödesriktningen.

Informationen från de uppmätta akustiska signalerna används vidare för att styra en raffinörprocess i ett massatillverkningssystem Mätningarna kan utföras uppströms om raffinören för att karakterisera det trä som förs in i raffinören, dvs. framkopplad information, och/ eller nedströms om raffinören för att tillhandahålla återkopplad information om resultatet från raffinörprocessen.

Fördelarna med den föreliggande uppfinningen är att den tillhandahåller ett övervaknings- och/ eller styrfórfarande som är icke-destruktivt, miljövänligt samt tillhandahåller, beroende på nödvändigheten av medelvärdesbildning, data i “realtid”. Styrbarheten hos den akustiska källan och möjligheten att tona in frekvensen till ett specifikt område gör det möjligt att framhäva viktiga spektrala egenskaper hos massan och medger brus- och stömingsreducering.

Med en styrbar akustisk källa kan dessutom olika akustiska 10 15 20 25 30 516 861š.I=šII="-..=T 2": .s"z:ï" 6 : z : .:. ' " .. utbredningsvägar exciteras och användas för analyssyften. Den föreliggande uppfinningen tillhandahåller även möjligheten att använda flervariabelanalys.

Ingen provbehandling år inblandad och det nya förfarandet har potentialen att vara möjlig att använda inom ett stort koncentrationsområde och även vid höga temperaturer. Slutligen har laboratorietester visat genomförbarheten för förfarandet att utföra “realtidsmätningaf av storlek och styvhet av cellulosafibrer.

Ytterligare fördelar och särdrag inses från den följande detaljerade beskrivningen av ett antal utföringsforrner.

KÛRT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen, tillsammans med ytterligare syften och fördelar med denna, kan bäst förstås genom hänvisningar till följande beskrivning läst tillsammans med de medföljande ritningarna, i vilka: FIG. la är en schematisk ritning av en typisk tillverkningsutrustning för mekanisk massa; FIG. lb är en schematisk ritning av en annan tillverkningsutrustning för mekanisk massa, vilken innefattar flera raffinörsteg; FIG. 2 är en schematisk illustration av en utföringsform av en massaraffinörlinje enligt den föreliggande uppfinningen; FIG. 3 är en schematisk ritning av en analysanordning enligt den föreliggande uppfinningen; FIG. 4 är ett diagram som illustrerar en typisk korrelation mellan verkliga och korrelerade massaegenskaper i en testuppställning; FIG. 5 är en schematisk illustration av en annan utföringsform av en massaraffinörlinje enligt den föreliggande uppfinningen; FIG. 6 är ett flödesdiagram för ett styrförfarande för en rafñnör enligt den föreliggande uppfinningen; FIG. 7a-7i är diagram som illustrerar exempel på utsända akustiska signaler eller uppmätta akustiska signaler i olika förenklade situationer; samt 10 15 20 25 30 516 861 ¿¿::¿_-'j.=jj; s FIG. 8a-8c är schematiska ritningar som illustrerar konfigurationer för sensoruppställningar.

DETALJERAD BESKRIVNING Fig. la illustrerar schematiskt en typisk processlinje för mekanisk massatillverkning 200 som ett blockschema. Träflis 202 förs in i processlinjen 200 i en reníngsenhet 203, där träflisen renas från föroreningar, t.ex. smuts- eller sandpartiklar, genom att använda t.ex. centrifugalrenare eller roterande skärmar. Den renade träflisen matas vidare genom ett processrör 204 in i en avvattningsenhet 208. Alla rör som transporterar flis eller massa är ritade med tjocka linjer och några av dem betecknas med 204. I avvattningsenheten 208 avlägsnas överflödigt vatten.

En viss mängd vatten används emellertid för att ge flisen en lämplig fuktighet. En del av det avlägsnade vattnet matas tillbaka, genom ett vattenäteranvändningsrör 206, till reningsenheten för återanvändning. Alla vattenåteranvändningsrör är ritade med tunna linjer och flödesriktningen markeras av pilar.

Den avvattnade och fuktiga träflisen matas till en förbehandlingsenhet 210, där t.ex. en kemisk impregnering eller liknande processer kan utföras, tillsammans med en förvärmning med trycksatt ånga. Den förbehandlade träflisen matas därefter under tryck in i en raffmör 212 uppblandad med ytterligare vatten. I raffinören mals träflisen till massa. Fibrerna måste slås sönder mekaniskt innan fibrerna blir lämpliga för papperstillverkning. I tillverkningsprocesser för mekanisk massa sker detta under raffinörsteget.

Raffinörprocessen separerar fibrerna från varandra och luckrar även upp fiberstrukturen eftersom fibrerna annars kommer att vara för styva för ett papper av hög kvalitet. Fibrerna separeras och utmattas genom vibrationskrafter, orsakade av raffinören 212.

I en ideal tillverkningsprocess för mekanisk massa måste fibrerna naturligtvis separeras från träet, men fiberlängden bör så långt som möjligt 10 15 20 25 30 516 861 8 bibehållas. Fibrerna måste dessutom delamineras, t.ex. inre fibrillering av fiberväggen. Överflödiga finfraktioner måste avlägsnas från mittlamellen och ñberväggens primära och sekundära skikt. Även den återstående sekundära väggen bör ñbrilleras, så kallad yttre fibrillering.

Normalt skiljer man på olika typer av massa beroende på den aktuella processen. RMP (eng. ”Refiner Mechanical Pulp”) hänvisas tiH som en atmosfärisk raffinering av flis genom användning av en skivraffinör. PRMP (eng. ”Pressure Reñner Mechanical Pulp”) liknar RMP, men rafñnering utförs under tryck och vid en förhöjd temperatur. I TMP (eng. ”Therrnomechanical Pulp”) förvärms flisen med ånga och raffineras under tryck vid förhöjd temperatur. Raffinören 2 12 i fig. la skall föreställa en TMP-raffinör.

Trycket för den malda massan sänks och massan matas in i en siktningsenhet 214, där en ytterligare utspädning med vatten och ett avlägsnande av fina partiklar utförs. Massan förs därefter in i en virvelrenare 216 där ytterligare föroreningspartiklar avlägsnas. Massan som uppkommer därigenom avvattnas därefter i en avvattningsenhet 218. Det avlägsnade vattnet återanvänds, genom vattenåteranvändningsrör, i tidigare steg, t.ex. i reningsenheten 203, förbehandlingsenheten 210, raffinören 212 eller siktningsenheten 214. Massan bleks så småningom i en blekningsenhet 220 därefter till ytterligare och transporteras bearbetning i en papperstillverkningslinje eller till ett massalager.

Det bör noteras att utföringsformen i fig. la endast är ett exempel på en typisk TMP-process. Processtegen och -enhetema kan byta plats och många processer, t.ex. raffinörprocessen kan utföras mer än en gång. Därför illustreras en annan typisk massatillverkningslinje i fig. lb. Denna linje liknar den som illustreras i fig. la förutom förekomsten av dubbla raffinörsteg. Det förbehandlade träet förs här in i en första raffinör 212-1, där en grov malning äger rum. Massan förs därefter in i en enhet 213 för tillsats av kemikalier, t.ex. avvattningsmedel, innan den förs in i en andra raffinör 212-2. Massan som kommer ut från den andra raffinören 212-2 10 15 20 25 30 516 861 7 fortsätter därefter på ett liknande sätt såsom beskrevs i anslutning till ñg. la.

Raffinören är det viktigaste delprocessteget i en mekanisk massatillverkning och det finns, vilket diskuterades i bakgrunden, mycket klara ekonomiska fördelar för implementering av en mer avancerad styrning av raffinören baserad på ny information. I raffinörprocessen matas trä typiskt sett in i ett smalt mellanrum mellan raffinörskivor. Under sin väg mellan skivorna defibreras och fibrilleras flisen. Detta kan, som noterats ovan, ske i en raffinör eller det kan delas upp i på varandra följande raffinörer. I TMP- raffinören trycksätts flisen och utsätts för mättad ånga. När flisen förs in i raffinören bryts flisen först sönder i små bitar och raffineringen av dessa bitar äger rum när de slår i varandra eller någon av rafñnörskivorna.

Centrifugalkrafter driver den grova trä- och massablandningen utåt i radiell riktning, där mellanrummet mellan skivorna typiskt sett blir mindre.

Interaktionen defibrerar och fibrillerar fibermaterialet till den önskade malningstillståndsnivån.

Eftersom interaktionen mellan skivorna och ñbrema är väsentlig för den slutliga massans egenskaper spelar parametrar såsom skivavstånd, skivomas rotationshastighet samt kraft som appliceras på skivorna en viktig roll. Beroende på raffinörens faktiska konfiguration är sådana parametrar direkt relaterade till den resulterande massans egenskaper. Genom mätning av den resulterande massans egenskaper kan parametrarna finjusteras för att ta hand om avvikelser från specificerade massaegenskaper.

Vidare förbrukar kollisionerna och friktionen mellan fiber och skivor och mellan fiber och fiber en väsentlig mängd energi. Denna energi är också en parameter som är av betydelse för den slutliga massan. Energin omvandlas till värme, vilket Ökar massablandningens temperatur och något av vattnet kommer att avdunsta till ånga. Ångan har en stark påverkan på fiberílödet inuti rafñnören. Värmen i rafñnörprocessen ändrar träets och fibrernas reologiska egenskaper. Värmeproduktionen och vatteninnehållet har således 10 15 20 25 30 516 861 f; -f -' " 10 . .:. '..i*..*'.:I. II* E också en viktig påverkan på den slutliga massans kvalitet och är också parametrar som det finns intresse av att styra.

Ytterligare aspekter av processtyrning i raffmören hos mekanisk massatillverkning kan hittas t.ex. i "Paper Making Science and Technology" Book No. 5: "Mechanical Pulping" by Kauko Leiviskä, ISBN 952-5216-05-5, sidorna 129-138.

Det är välkänt inom skrået att ett antal massaegenskaper påverkas av olika parameterinställningar för raffinören. Ett antal bekräftade korrelationer har hittats. I fallet med fiberlängd är skivhastigheten allmänt den viktigaste raffinörparametern. En ökad skivhastighet resulterar allmänt i längre fibrer.

På ett liknande sätt har malningstillståndet enligt metoden för Canadian Standard Freness (CSF) en korrelation till skivhastigheten i det att en högre skivhastighet resulterar i ett högre CSF-malningstillstånd. En negativ korrelation föreligger för den totala raffinöreffekten, dvs. en högre effekt resulterar allmänt i ett lägre CSF-malningstillstånd.

Fig. 2 illustrerar ett typiskt exempel av en raffinördel av ett processystem för mekanisk massatillverkning såsom beskrevs i fig. 1. En tryckenhet 100 förses med förbehandlat träflis genom en tillförselledning 102. Den trycksatta flisen tillhandahålls till en behållarenhet 104, där flisen blandas med ytterligare vatten 105. En skruvanordning 106 för blandningen med en viss bestämd hastighet in i en raffinörenhet 108. Raffinören 108 som illustreras schematiskt i fig. 7 innefattar i denna utföringsform dubbla skivor 110, 112 mellan vilka flisblandningen matas in. Varje skiva 110, 1 12 har en respektive motor 114, 116, vilken anbringar den nödvändiga rotationsrörelsen till raffinörens skivor 110, 112. En styranordning 118 för kraften på raffinören reglerar den kraft med vilken raffinörskivorna 110, 112 trycks samman samt avståndet mellan skivorna. Den totala energin som matas in i raffinören är också styrbar. 10 15 20 25 30 516 861 ~ u» o u o' v o u u -n n. n u H' .H1 0- ,o o n 1: o» nu u .se c u n - v: a s n o - n - v n 4 11 p 1 . n u .n n. .. o I ø - .q Efter rafñneringen lämnar de malda massañbrerna suspenderade i vattenblandningen raffinören vid högt tryck via ett utgångsrör 120. Det höga trycket reduceras, vilket får en viss del av det (av raffinörprocessen) uppvärmda vattnet att avdunsta till ånga. Ångan 124 separeras från fiberblandningen i en cyklon 122 innan fibrerna förs in till de följande massatillverkningsstegen.

Fig. 3 illustrerar en analysanordning 13 för användning i en raffinör enligt den föreliggande uppfinningen. En massablandning 10 innefattar suspenderade fibrer 12. En analysanordning 13 används för att utvärdera egenskaperna för massan 10 och fibrerna däri. Analysanordningen innefattar en sändare 14 som utgör en akustisk signalkälla, samt en styrenhet 16 för att driva sändaren 14. Sändaren 14 är anordnad för att sända ut akustiska signaler in i massan 10. Akustiska signaler 18 utbreder sig som vågor genom massan 10 och kommer då att påverkas av närvaron av de suspenderade fibrerna 12.

Denna påverkan kommer huvudsakligen att yttra sig som en förändrad fluidkompressibilitet för vågor med en våglängd mycket större än storleken av fibrerna och avståndet mellan dem. Detta kommer att leda till en förändring i fashastigheten samt till absorption av de akustiska signalerna 18, vilken kommer att vara frekvensberoende. Speciellt stora förändringar kan förväntas i frekvensområden där de suspenderade fibrerna 12 uppvisar resonansvibrationsbeteende. Resonansfrekvenserna beror t.ex. på densitet, dimensioner, styvhet, bindningar inom fibern och bindningar mellan fibrerna samt många andra egenskaper. Detta frekvensområde återfinns för nästan alla praktiska tillämpningar i det hörbara området under ultraljud, dvs. under 20 kHz. Eftersom påverkan av till och med låga partikelkoncentrationer, t.ex. luftbubblor i vatten, på fluidkompressibiliteten kan vara mycket stor är ett förfarande som baseras på långvågiga akustiska signaler potentiellt mycket känsligt för att detektera blandningsvariationer i fluiden. Denna höga känslighet innebär naturligtvis även att speciella mätningar kan behövas för att styra eventuell oönskad påverkan på 10 15 20 25 30 516 861 u o p f» u. o u I o 'i . , o n ou u. o. n .fn o o q »n o n c o .o n u n o 12 q u n v v. nu v. -. oooo nu fluidegenskaperna. Detta kan uppnås genom att tillämpa speciella signalprocesstekniker, vilket diskuteras vidare nedan.

Genom att dessutom använda frekvenser väl under ultraljudsområdet kan koherenta signaler tillhandahållas, vilket möjliggör mätningar av både amplitud och fas. Detta beskrivs i mer detalj nedan.

Fibrerna 12 kommer således att påverka processfluidens akustiska överföringsegenskaper (fashastighet) och absorbera vibrationsenergi och därmed förändra de ursprungligen utsända akustiska signalerna. De vibrerande fibrerna 12 kommer även själva att sända ut energi i form av akustiska signaler 20. Dessa signaler kommer typiskt sett att vara i samma frekvensområde som flbervibrationerna, dvs. i frekvensområdet under ultraljudsområdet. De modifierade utsända akustiska signalerna 18 från sändaren 14 och de akustiska signaler som sänds ut från fibrerna 20 kommer tillsammans att bilda en resulterande akustisk signal 22.

En akustisk signalsensor 24 anordnas vid systemet för mätning av akustiska signaler i massan 10. Åtminstone en komponent ur det akustiska spektrumet av akustiska signaler mäts. Dessa akustiska signaler är de resulterande signalerna 22 från växelverkan mellan de utsända akustiska signalerna 18 och fibrerna 12. Eftersom växelverkan mellan akustiska signaler och fibrerna 12 är indikativ för fibrernas 12 natur innefattar de uppmätta akustiska signalerna information som är relaterad till de i massafluiden 10 suspenderade fibrerna 12. Analysanordningen innefattar vidare en processor 28 som kopplas till sensorn 24 genom en sensoranslutning 26. Processorn 28 är en utvärderingsenhet anordnad för att korrelera de uppmätta akustiska signalerna till egenskaper, innehåll eller fördelning av fibrerna 12 i massafluiden 10. Styrenheten 16 för sändaren är företrädesvis styrbar från processorn 28 genom en sändaranslutning 30 för att tona in eller styra de utsända akustiska signalerna beroende på eller samordnat med mätoperationen. 10 15 20 25 30 516 861 .fIHIIg /3 .... .. .

I ett typiskt fall arbetar processorn 28 enligt en viss modell för det inblandade systemet. Modellen baseras företrädesvis på teorier om den fysikaliska växelverkan mellan fibrerna och de akustiska vågorna. Modellen eller parametrarna i modellen kalibreras genom att använda en uppsättning av akustiska signalmätningar och motsvarande laboratoriemätningar .av fiberegenskaperna av intresse. Modellen är därefter möjlig att använda för att prediktera fibrernas egenskaper från akustiska spektra av okända prover. Återvändande nu till fig. 2; en sändare 14 med en styrenhet 16 är anordnad vid utgångsröret 120. En sensor 24 är också anordnad vid utgångsröret på ett avstånd från sändaren 14. Sändaren 14 och sensorn 24 kopplas till en utvärderande enhet 28 som innefattar en processor. Sändaren 14 styrs för att sända ut akustiska signaler in i massablandningen inuti utgångsröret 120. Sensorn 24 registrerar de resulterande akustiska signalerna och processorn 28 utvärderar resultaten.

Frågor rörande pappersstyrka är ett omfattande område med många olika förfaranden för laboratoriemätningar och utvärderingsmöjligheter. Icke desto mindre är pappersstyrkan troligen den vanligaste och viktigaste kvalitetsparametern som kunderna kräver. Den slutliga pappersstyrkan (S) kan i grund och botten beskrivas av tre parametrar; enstaka fibrers inre styrka (z), ytan av fiber-fiberbindningar per längdenhet fiber (n) samt styrkan hos varje fiberbindning (p). Ett samband: S = flw(2, 11,11) kan bestämmas. Längre fibrer kommer att tillhandahålla möjligheter för fler fiber-fiberbindningar och därför blir fibernätverket starkare och följaktligen även pappret. Detta är naturligtvis en förenkling av verkligheten där även andra parametrar spelar en viktig roll. Om fibrerna exciteras, vibrerar de med olika frekvenser beroende på deras längd. Punkten för självsvängning 10 15 20 25 30 516 861 nu o a nu n n no o o o en u u o o o n ..- .nu øn_ ; n n nn n. un n .nu a n n q »u n u o n no u n n 0 14 c o o v u; en u. o. o c o | nu kommer att uppträda vid en lägre frekvens för längre fibrer jämfört med kortare. I verkligheten kommer fibrerna i massan att erhålla en fiberlängdsfördelning och deras naturliga vibration kommer att existera inom ett frekvensband med den högsta amplituden för den frekvens som motsvarar medianfiberlängden. Akustiska mätningar är således lämpliga för detektering av fiberlängdsfördelning.

En av de viktigaste parametrarna vid papperstillverkning avseende pappersmaskinens körbarhet är dräneringsegenskapema hos massan på viran. Papperstillverkaren kör allmänt pappersmaskinen så snabbt som möjligt. Om den torra linjen, dvs. läget på viran där det synliga vattnet på pappersbanan försvinner på grund av avvattning, kommer för nära pressektionen, t.ex. på grund av minskad avvattningsegenskaper hos massan, uppkommer troligen ett brott på banan, vilket stoppar produktionen och orsakar stora ekonomiska förluster. Dålig avvattning tvingar papperstillverkaren att köra pappersmaskinen långsammare, vilket orsakar lägre produktion. Massans avvattningskapacitet (d) kan i grund och botten förklaras med två parametrar; fiberflexibiliteten (f) samt fördelningen av fiberstorleken uttryckt som det numeriska förhållandet mellan mängden långa fibrer delat med mängden korta fibrer (q). Ett approximativt samband d = my, , q) är möjligt att upprätta. Avvattningsegenskaperna är även korrelerade med den slutliga pappersstyrkan. Om fördelningen av fiberstorlek är den samma kommer flexibla fibrer att erhålla större bindningsytor mellan varandra. En högre pappersstyrka kan således erhållas. Samtidigt kommer ett nät av mer flexibla fibrer att vara svårare att avvattna. Ett fibernät som domineras av kortare fibrer eller flnfördelat material kommer allmänt även att vara svårare att avvattna jämfört med ett som består av längre fibrer. Från en akustisk synpunkt har de styva fibrerna en högre naturlig vibration än de flexibla.

Liknande exemplet ovan kommer det att finnas en fördelning av fibrer i massan med olika flexibilitet och akustiska mätningar kommer att registrera 10 15 20 25 30 516 861 15 . .. n u n o n av ett frekvensband med den högsta amplituden för den frekvens som motsvarar medianfiberflexibiliteten. Således är akustiska mätningar uppenbarligen lämpliga för detektering av fiberflexibilitet.

Vattenmängden kan dessutom övervakas eftersom den totala styrkan av karakteristiska särdrag i de akustiska signalerna beror på koncentrationen av massa i blandningen. Flera aspekter av massablandningen kan således övervakas av analysanordningen.

Den raffinerade massans egenskaper ovan bestäms av vissa inparametrar i raffineringsprocessen. Parametrar som bestämmer raffineringseffekten är t.ex. vatteninnehållet, tillsats av avvattningsmedel, den hastighet med vilken flisen förs in i raffinören, raffinöreffekten, skivhastigheten samt kraften och avståndet mellan raffinörskivorna 110, 112. Sambanden mellan dessa parametrar och massans egenskaper är normalt ganska välkända, eller kan erhållas empiriskt. Baserat på sådana samband kan analysanordningen 13 finna lämpliga ändringar i inställningarna av rafñnöreffekten, skivornas hastighet, skivornas kraft, avvattningsmedel eller den hastighet med vilken flisen matas in genom skivornas avstånd, vatteninnehållet, signalanslutningar 126 för att förbättra de resulterande fibrernas egenskaper. Analysanordningen utgör således ett återkopplingssystem som verkar på den slutliga processfluiden från raffinördelprocessen.

Experiment har utförts som undersöker korrelationen mellan akustiskt spektrum och massakvalitet. Akustiska spektra mättes från ett antal massafluider och prover av massafluiderna analyserades i ett laboratorium enligt ett standardförfarande avseende Canadian Standard Freeness (CSF) och medelñberlängden enligt Kajaani-instrumentet. De akustiska spektrumen registrerades och Fourier-transformerades till diskreta spektrumkanaler med intensitet som en funktion av frekvens. Spektrumet utvärderades genom att använda flervariabelanalys. I tolkningen av kvalitativ information som avser massakvalitetsparametrar antogs att de beräknade PLS-modellerna filtrerar bort brus som hör samman med 10 15 20 25 30 516 861 .§"2IfïI."f==ffE 16 n u o f u .n ..'°..° n' kalibreringsfel etc. Modellernas kvalitet kan därför utvärderas som deras förmåga att prediktera massakvalitet från spektraldata och uttrycks som ett kvadratiskt medelfel vid korsvalidering, RMSECV. Lågt RMSECV och ett stort antal klargjorda PLS-parametrar är önskvärt. En mer detaljerad beskrivning av sådan dataanalys kan hittas i "Multivariate Calibration" av H. Martens och T. Naes, John Wiley Sa Sons, Chicester, 1989, sidorna 116-163.

Fig. 4 illustrerar ett typiskt resultat från en modell för prediktering av fiberlängd. En modell kalibreras genom att använda massaprover med känd fiberlängd. När den kalibrerade modellen därefter används för att prediktera värden för fiberlängden ser resultatet ut som det som visas i diagram 4. På den horisontella axeln noteras de sanna (uppmätta med konventionella laboratorieförfaranden) värdena av den viktade medelfiberlängden, på den vertikala axeln ges fiberlängdspredikteringarna när akustiska mätningar används. Det finns ett uppenbart linjärt förhållande mellan de ”sanna” och de predikterade värdena med en relativt bra korrelation.

Fig. 5 illustrerar en annan utföringsform av raffinörutrustningen enligt den föreliggande uppfinningen. Denna utföringsform motsvarar konfigurationen i fig. lb. Delar som är identiska med de som visas i fig. 2 har samma hänvisningsbeteckningar. Identiska delar kommer inte att diskuteras igen. I denna utföringsform innefattar raffinörsteget två på varandra följande rafñnörer, separerade av en enhet för tillsättning av avvattningsmedel 213. I fig. 5 är en sändare 14 anordnad med en styrenhet 16 vid utgångsröret 120 från den första raffinören 108. En sensor 24 är också anordnad vid utgångsröret på ett avstånd från sändaren 14. Sändaren 14 styrs för att sända ut akustiska signaler in i massablandningen inuti utgångsröret 120.

Sensorn 24 registrerar de resulterande akustiska signalerna och processorn 28 utvärderar resultaten. Utvärderingsenheten 28 är ansluten genom styranslutningar 126 till olika styrenheter hos den andra rafflnörutrustningen. 10 15 20 25 30 516 36l.§.:=§::='-..=' f; .;"=.II: “ 17 : : .:. - -- Denna konfiguration medger en övervakning av det grova massamaterialet som förs in i den andra raffinören, dvs. är anordnad uppströms om den andra raffinören. På detta sätt är det möjligt att detektera förändringar i det grova massamaterialet, t.ex. olika massakvalitet, vatteninnehåll, medelfiberlängder och malningstillstånd. Beroende på egenskaperna hos massan som förs in i den andra rafñnören kan de önskade egenskaperna för den massa som är ett resultat av den totala raffinörprocessen erhållas genom att driva den andra raffinören något annorlunda. Hårdare trä kräver normalt en högre skivhastighet medan flis med mycket fuktighet kräver mindre mängd tillsatt vatten för att uppnå optimala egenskaper hos den producerade massan. Den totala rafñnördriften kan enligt den föreliggande uppfinningen anpassas till egenskaperna hos det grova massamaterialet som matas in i den andra rafñnören. En framkopplad styrning åstadkoms således.

Självklart kan dessa två olika utföringsformer kombineras i vilken konfiguration som helst.

Ett motsvarande förfarande för raffinörstyrning illustreras i flödesdiagrammet i fig. 6. Förfarandet börjar i steg 320. I steg 322 sänds en akustisk signal med frekvenser under ultraljudsområdet ut in i en massafluid som innefattar suspenderade fibrer. De akustiska signalerna växelverkar med de suspenderade fibrerna och ger upphov till en resulterande akustisk signal. Denna resulterande akustiska signal mäts i steg 326 och i steg 328 utvärderas mätresultaten, företrädesvis i termer av egenskaper hos fibrerna i massan. De utvärderade egenskaperna är företrädesvis mekaniska eller kemiska data, koncentrationer, fördelningar och storlekar av fibrerna. Dessa egenskaper används i steg 330 för att styra en raffinörprocess. Förfarandet avslutas i steg 332.

Styrbarheten för den akustiska källan är mycket viktigt. Genom att välja amplitud, frekvens, fas och/ eller tidpunkt hos de akustiska signalerna kan man inrikta sig mot olika egenskaper hos fibrerna. Genom att styra 10 15 20 25 30 -:..: '.: E É 'i .šušiïÄ :Vi 18 : : .:. ' " ' frekvensen kan de akustiska» signalerna t.ex. tonas in till vissa resonansfrekvenser som är kopplade till fibrerna och därmed inrikta sig på specifika egenskaper. Genom modulering av signalkällans amplitud kan brusreducering genomföras eller så kan tidsberoende växelverkan framhävas eller undertryckas. Dynamiska mätningar underlättas genom att styra fasen.

Genom att styra tidpunkten för de akustiska signalerna kan processer som har tidsberoenden undersökas. Sådana undersökningar är inte möjliga att utföra genom användning av endast passiva källor av akustiska signaler. Ett par exempel på förenklade situationer kommer att visa möjligheterna med styrning av signalkällan.

I fig. 7a sänder signalkällan ut en akustisk signal som har en frekvens f med intensitet IE. Frekvensen är intonad till en viss frekvens som motsvarar en karakteristisk frekvens hos partiklarna, t.ex. absorptionsfrekvens hos partiklar i processfluiden. Ju större densitet av partiklar desto större absorption kommer att bli resultatet. Den akustiska signalen sänds ut med en konstant intensitet IE så länge som mätningen varar. Genom att mäta intensiteten 50 av samma frekvenskomponent från den resulterande akustiska signalen från processfluiden som en funktion av tiden kan en indikation på hur partikeldensiteten varierar med tiden erhållas. Detta illustreras schematiskt i fig. 7b. Genom att använda en sådan mätning utförs lätt en koncentrationsövervakning och genom att införa ett intervall av tillåtna variationer kan signalen lätt användas som en indikator på en för hög eller för låg koncentration.

Antag att en processfluid har fasta partiklar med något olika dimensioner.

Storleksfördelningen av partiklarna i fluiden kan undersökas genom att man använder kunskapen att en viss resonansvibration är relaterad till en viss partikeldimension. Fig. 7c illustrerar en tidsberoende utsänd akustisk signal. Signalens amplitud eller intensitet hålls konstant medan frekvensen varieras linjärt med tiden, såsom illustreras med linjen 52 i fig. 7c. Sensorn kan arbeta på ett samordnat sätt och mäta intensiteten hos samma frekvens som den akustiska källan sänder ut vid varje tillfälle. På det sättet kan en 10 15 20 25 30 516 861 19 o | a u o on resulterande kurva 54 såsom illustreras i fig. 7d erhållas. Ett intensitetsminimum 56 hos kurvan 54 indikerar att denna frekvens motsvarar medianvärdet av dimensionen i fråga. Information om storleksfördelningar kan också erhållas.

På detta sätt kan frekvensen användas för att avslöja olika aspekter som är relaterade till partiklarna. Frekvensen kan således innefatta t.ex. en enstaka konstant frekvens, en enstaka frekvens som varierar med tiden, ett antal enstaka konstanta frekvenser, ett antal enstaka frekvenser som varierar med tiden eller olika typer av begränsade frekvensband, såsom vitt eller färgat brus.

Tidsaspekten av de sända akustiska signalerna kan också användas, t.ex. genom att använda pulsade akustiska signaler som sänds ut under begränsade tidsintervall. Fig. 7e illustrerar en förenklad situation där en akustisk signal sänds ut under ett tidsintervall till tiden to, där utsändningen stängs av. Genom att mäta t.ex. en intensitet av vissa särdrag hos de akustiska signalerna kan en kurva som illustreras i ñg. 7f erhållas.

Denna kurva uppvisar en del med en konstant nivå 58 under den tid som pulsen sänds ut. När to nås börjar intensiteten att minska, vilket skapar en genljudsprocess, såsom visas i delen 60, tills intensiteten jämnas ut vid 62.

En tolkning av detta beteende kunde t.ex. vara att inneboende brus inom systemet ger upphov till en intensitet hos signalens särdrag som motsvarar nivån hos delen 62. Denna intensitet skulle därför motsvara bakgrundsbrus.

Bakgrundssignaler i de uppmätta akustiska signalerna kan reduceras helt enkelt genom att subtrahera akustiska signaler som mäts under tidsintervall, i vilka den styrbara akustiska källan är inaktiv.

Intensitetsskillnaden mellan delarna 58 och 62 skulle därför noggrannare motsvarar t.ex. några koncentrationsvärden av partiklar inuti fluiden. Den avtagande delens 60 detaljerade beteende kan även ge viss information om t.ex. förhållanden rörande mekanisk växelverkan inom eller runt partiklarna.

Lutningen kunde t.ex. motsvara återstående vibrerande partiklar efter avstängningen av den akustiska källan. 10 15 20 25 30 516 861 I ll I I I I O I I ll II I Û Ü Ü Oil til OO 0 O I IQ ll OI I I!! I I I I Il O O O I OI I I I Û 20 . . . . .. .. .. .... .. - Mer sofistikerade förfaranden för bakgrundsreducering skulle kunna finnas tillgängliga genom amplitudmodulering av den utsända akustiska signalen. I flg. 7g varieras en utsänd akustisk signals intensitet med tiden enligt kurvan 64. En motsvarande uppmätt intensitet av något akustiskt spektrumsärdrag skulle då kunna variera t.ex. som kurvan 66 i ñg. 7h. lntensitetsvariationen är mindre tydlig, vilket innebär att ett bakgrundsbrus troligen finns närvarande. Genom att jämföra amplitudvariationerna hos de utsända och avkända signalerna hittas en bakgrundsnivå enligt den streckade linjen 68.

Det är således möjligt att utföra bakgrundreducering även med kontinuerligt utsända signaler.

Bakgrundsignalerna kan själva innefatta intressant information. Genom att följa utvärderingen av bakgrundssignalerna under en något längre tidsperiod kan förändringar upptäckas. Sådana förändringar eller trender hos de uppmätta akustiska signalerna kan t.ex. korreleras till åldrings- eller slitageförändringar i raffinörutrustningen, särskilt skivorna, och bakgrundsutvärderingsinformationen kan därför t.ex. användas för att indikera underhållsbehov etc.

Från exemplen ovan är det uppenbart att sensorerna bör kunna mäta olika egenskaper hos de resulterande akustiska signalerna. På ett motsvarande sätt som för de utsända signalerna, mäter sensorerna t.ex. amplitud, frekvens, fas och/eller tidpunkt hos de akustiska signalerna som uppkommer genom växelverkan med partiklarna i processfluiden. Det är att föredra om sensorerna kan mäta åtminstone tre av de ovan nämnda egenskaperna eftersom en robust flervariabelanalys då kan utföras.

Användningen av fler variabeldimensioner illustreras av ett förenklat exempel.

Antag en utsänd akustisk signal enligt fig. 7c. En sensor mäter ett akustiskt spektrum inom ett visst frekvensintervall vid ett antal på varandra följande tidpunkter under svepningen av den utsända frekvensen. Ett möjligt resultat 10 15 20 25 30 .z :-.: : :': :Ü-II' -"::": 21 z" 2": 7:' in: .É.'*..i*..i'.:É. II: i ' visas i fig. 7i. Två huvudkomponenter finns närvarande i det resulterande spektrumet. En första komponent 72 följer den sända frekvensen och en andra komponent 70 är konstant i frekvens. Resultatet tyder på att partiklarna har en resonansfrekvens som motsvarar en minimumintensitet (maximal absorption) för den första komponenten 72. När den utsända frekvensen emellertid motsvarar den andra komponenten 70 överlagras de två signalerna och en intensitetskurva som i fig. 7d skulle visa ett säreget beteende. Genom att emellertid följa utvärderingen av spektrumet särskiljs de olika särdragen lätt och en korrekt analys kan erhållas.

Exemplena ovan ges endas som överförenklade exempel för att öka förståelsen av möjligheterna hos ett system med styrbara aktiva akustiska källor. I verkliga fall är situationerna mycket mer komplicerade och statistisk flervariabelanalys eller neurala nätverk används till exempel för att utvärdera det uppmätta akustiska spektrumet.

Det registrerade akustiska spektrumet Fourier-transformeras företrädesvis för att erhålla intensitetsvariationer som en funktion av frekvens. Det akustiska spektrumet analyseras därefter företrädesvis genom användning av olika slags flervariabelanalys av data. Grunderna för en sådan analys kan t.ex. hittas i "Multivariate Calibration" av H. Martens och T. Naes, John Wiley än Sons, Chicester, 1989, sidorna 116463. Kommersiellt tillgängliga verktyg för flervariabelanalys är t.ex. "Simca-P 8.0" från Umetrics eller PLS- Toolbox 2.0 från Eigenvector Research, Inc. för användning med MATLABTM.

Partiella minsta-kvadrat-metoder (PLS-metoder, Partial Least Square) av första eller andra ordningen är särskilt användbara. Neurala nätverkslösningar, såsom Neural Network Toolbox för MATLABT", är också lämpliga att använda för analyssyften.

För att förbättra förmågan för modellprediktering är ibland en förbehandling av spektraldata fördelaktig. En sådan förbehandling kan innefatta ortogonal signalkorrektion eller våglängdskompression av data. Dessutom kan både 10 15 20 25 30 516 8613 f; fz-:z- -"=="= 22 : :: .:.': i* " ' ø u o o u. den reella och imaginära delen av den akustiska signalen användas i flervariabelberäkningar.

Den relativa geometriska placeringen och/ eller antalet sändare och/ eller sensorer kan också användas för att öka tillförlitligheten av de uppmätta signalerna och därmed partiklarnas egenskaper. I fig. 8a är ett flöde av massa riktat i pilens 36 riktning. En sändare 14 anordnas i uppströmsriktningen. Två sensorer 24:1, 24z2 placeras nedströms på olika avstånd från källan. Genom användning av mätningar från båda sensorerna kan ytterligare information erhållas. En uppenbar möjlighet är att mäta utbredningshastigheten av de akustiska signalerna inuti massan eller flödeshastigheten, genom mätning av fasskiftet eller tidsfördröjningen mellan de två mätningarna. Sådan information kan stödja tolkningen av andra resultat och kan till och med innehålla sin egen information, t.ex. koncentrationen av fibrer. Avståndet mellan sensorerna är företrädesvis i samma storleksordning som den akustiska våglängden för att tillåta fasmätningar. Det skulle även vara möjligt att detektera tidsberoende egenskaper hos fibrerna. Om fibrerna vibrationsexciteras eller påverkas på något annat sätt av en akustisk puls när de passerar sändaren och resultatet från denna excitation eller påverkan kommer att avta med tiden kommer de två sensorerna 24zl och 24z2 att detektera olika tidsbeteende för deras mätningar. Från skillnaderna kan information om avklingningstid etc. lätt erhållas genom datorstödd analys.

Placeringen av sensorer kan även användas på andra sätt. I ñg. 8b illustreras ett system som innehåller fyra sensorer, av vilka två visas i genomskärningsvyn längs med flödesriktningen. I fig. 8c illustreras en motsvarande tvärsnittsvy. De fyra sensorerna 24z3, 24:4, 24:5 och 24:6 placeras i ett plan vinkelrätt mot flödesvägen 36, asymmetriskt med avseende på sändaren 14 men symmetriskt runt röret som omsluter massans flödesväg 36. Genom addering och subtrahering av signaler från de fyra sensorerna som är placerade i ett plan är det möjligt att extrahera upp 10 15 20 25 30 516 861 23 .. .. .. .. till fyra olika akustiska vågtyper (moder). Dessutom är en kombination av anordningarna i fig. 8a och 8b möjlig.

Den akustiska signalsändaren kan vara av olika typer. För högre frekvenser, upp till den hörbara gränsen kan kristallgivare användas. För låga och intermediära frekvenser måste mer specifikt konstruerade ljudkällor användas. En möjlighet är t.ex. att använda en elektrodynamisk omskakare som driver ett membran eller en lätt kolv.

Sensorer som detekterar akustiska signaler finns lätt tillgängliga enligt känd teknik. Eftersom storheten av huvudintresse här är fluktuerande tryck är det bästa alternativet troligen att använda trycksensorer eller givare. För tillämpningar i gaser vid normala temperaturer (<70°C) används företrädesvis standardkondensorer eller elektriska mikrofoner. Några välkända tillverkare är BrueISsKjaer, LarsonösDavies, GRAS och Rion. Dessa mikrofontyper är känsliga och noggranna men för tillämpningar i heta eller smutsiga miljöer måste de kylas och skyddas. Även mycket höga nivåer (>l4O dB) kan vara ett problem. Ett alternativ för heta och svåra miljöer är piezoelektriska tryckgivare. Dessa är mycket dyrare än kondensormikrofoner men kan användas för temperaturer upp till flera hundra grader Celsius.

Nackdelar är att tryckkänsligheten är mycket lägre än för kondensormikrofoner och att denna givartyp kan plocka upp vibrationer. En fördel är att många piezoelektriska givare kan användas både i vätskor och gaser. Det finns emellertid även speciella typer för vätskor som vanligtvis kallas hydrofoner. En ledande tillverkare av piezoelektriska givare är Kiestler.

Om trycket ska mätas måste sensorn vara i direkt kontakt med fluiden.

Detta har emellertid några uppenbara nackdelar eftersom det är nödvändigt att göra ett hål i ett rör eller en vägg för monteringssyften. Ett alternativt val av sensorer är vibrationssensorer, vilka kan monteras på en vägg och mäta vibrationerna som induceras av de akustiska signalerna. Här krävs ingen direkt kontakt med fluiden, varför monteringen kan göras flexiblare och mer 10 15 20 25 30 516 8 6 1 24 . . . . . . . . . . . . . .. skyddad. En Väggmonterad vibrationsgivare plockar emellertid även upp vibrationer som orsakas på andra sätt, t.ex. av maskiner som innefattas i systemet. I viss grad sänder även dessa väggvibrationer ut ljudvågor till omgivande fluid, vilka skulle kunna plockas upp av en tryckgivare, men vanligtvis, motsvarar denna effekt en mycket mindre störning.

I fall där både amplitud- och fasmätningar är av intresse sätts ytterligare dimensionsbegränsningar på sensorerna och frekvenserna. För att kunna detektera en akustisk signals fas måste sensorn ha en storlek som är liten jämfört med de akustiska signalemas våglängd. Detta sätter i praktiken en övre gräns för den frekvens som kan användas. Om som ett exempel fasen ska mätas av en sensor med en storlek på omkring 1 cm bör den akustiska signalens våglängd vara i storleksordningen av åtminstone 15 cm.

Ljudhastigheten i t.ex. vatten är i storleksordningen 1500 m/ s, vilket betyder att en maximal frekvens på 10 kHz kan användas. Mindre sensorstorlekar tillåter högre frekvenser.

Med avseende på vibrationsgivare är standardvalet för alla frekvenser som används i den föreliggande uppfinningen så kallade accelerometrar, vilka typiskt sett är piezoelektriska sensorer som ger en utsignal som är proportionell mot acceleration. Med avseende på tillverkare gäller de som redan har listats för kondensormikrofoner även i detta fall.

Förfarandet enligt den föreliggande uppfinningen kan implementeras som programvara, maskinvara eller en kombination därav. En datorprogramprodukt som implementerar förfarandet eller en del därav innefattar en programvara eller ett datorprogram som körs på en allmän eller en speciellt anpassad dator, processor eller mikroprocessor. Programvaran innefattar kodelement för datorprogram eller koddelar för programvara som får datorn att utföra förfarandet genom användning av åtminstone ett av stegen tidigare beskrivna i fig. 6. Programmet kan lagras helt eller delvis på eller i ett eller flera lämpliga datorläsbara medier eller dataminnesorgan såsom en magnetiskdisk, CM-ROM eller DVD-disk, hårddisk, magneto- lO l5 20 516 'z :É-If' :": _¿5- .:. II- - optiskt minnesorgan, i RAM eller obeständigt minne, i ROM eller flashminne, som fast programvara, eller på en dataserver.

Det kommer att inses av fackmannen att olika modifieringar och ändringar kan göras av den föreliggande uppfinningen utan att avvika från dess omfattning, vilken definieras av de bifogade patentkraven.

REFERENSER D. J. Adams: "Ultrasonic propagation in paper fibre suspensions", 3rd International IFAC Conference on Instrumentation and Automation in the Paper, Rubber and Plastics Industries, sidorna 187-194, Noordnederlands Boekbedrijf, Antwerpen, Belgien.

M. Karras, E. Harkonen, J. Tornberg och O. Hirsimaki: "Pulp suspension flow measurement using ultrasonics and corre1ation", 1982 Ultrasonics Symposium Proceedings, sidorna 915-918, vol. 2, Ed: B. R. McAvoy, IEEE, New York, NY, USA.

Internationell patentansökan WO99/ 15890.

H. Martens och T. Naes: "Multivariate Ca1ibration", John Wiley & Sons, Chicester, 1989, sidorna 116-163.

Claims (36)

10 15 20 25 30 516 861 26 PATENTKRAV

1. Styrningsförfarande för en raffinör, vilket innefattar steget: mätning av akustiska signaler (22) från en massafluid (10), kännetecknat av de ytterligare stegen: utsändning av styrbar akustisk signal in i massafluiden (10) för växelverkan mellan den styrbara akustiska signalen (18) och fibrer (12) i massan (10), vilka är påverkbara av akustiska signaler; varvid steget att mäta de akustiska signalerna (22) innefattar mätning av åtminstone en spektralkomponent som resulterar från växelverkan mellan den styrbara akustiska signalen (18) och fibrerna (1 2); bestämning av åtminstone en processtyrparameter, baserad på de uppmätta akustiska signalerna (22); samt styrning av en raffinörprocess som behandlar massafluiden (10).

2. Förfarande enligt patentkrav l, kännetecknat av att bestämningssteget i sin tur innefattar steget prediktering, från de uppmätta akustiska signalerna (22), av egenskapema hos fibrerna (12) i massafluiden (10), vilket ger processtyrparametrar för raffinörprocessen.

3. Förfarande enligt patentkrav 2, kännetecknat av att åtminstone en av egenskaperna väljs från listan: mekanisk egenskap, kemisk egenskap, koncentration, form, samt storlek.

4. Förfarande enligt något av patentkraven 1 till 3, kännetecknat av att mätning av akustiska signaler (22) från massafluiden (10) utfiirs nedströms relativt rafñnörprocessen, vilket tillhandahåller en återkoppling av resultatet av raffmörprocessen. 10 15 20 25 30 516 861 27 u u. sin leo e 0.0: øeø'::::'e. -.:n: I I c a a I e I c Q Q o I v n n en

5. Förfarande enligt något av patentkraven l till 4, kännetecknat av att mätning av akustiska signaler (22) från massafluiden (10) utförs uppströms relativt rafñnörprocessen, vilket tillhandahåller en framkoppling från processfluiden som kommer in i raffinörprocessen.

6. Förfarande enligt något av patentkraven 1 till 5, kännetecknat av att den utsända akustiska signalen (18) utgörs av akustiska vågor som har en stor våglängd jämfört med en typisk storlek hos fibrerna (12) och ett typiskt avstånd mellan fibrerna (12).

7. Förfarande enligt något av patentkraven 1 till 6, kännetecknat av att den uppmätta spektralkomponenten har en frekvens under 20 kHz.

8. Förfórande enligt något av patentkraven 1 till 7, kinnetecknat av att styrningssteget innefattar steget att styra åtminstone en av parametrarna i den följande listan: hastighet hos inkommande flis/ massa, avstånd mellan rafñnörskivor, vattentillskottsflöde, tryck på raffinörskivor, raffineringshastighet, tillsats av avvattningsmedel, samt raffinöreffekt.

9. Förfarande enligt något av patentkraven 1 till 8, känneteeknat av det ytterligare steget att utvärdera trender hos uppmätta akustiska signaler för att detektera åldringsinformation för raffinörskivorna.

10. Förfarande enligt något av patentkraven 1 till 9, kännetecknat av att steget att mäta spektralkomponent(er) innefattar mätning, för åtminstone en frekvens, av åtminstone en av egenskaperna i listan: amplitud, fas, samt 10 15 20 25 30 516 8.61 2.8 tidsfördröjning.

11. Förfarande enligt patentkrav 10, kännetecknat av att steget att mäta spektra1komponent(er) innefattar mätning, för åtminstone en frekvens, av åtrninstone två av egenskaperna i listan: amplitud, fas, samt tidsfördröjning.

12. Förfarande enligt något av patentkraven 1 till 1 1, kännetecknat av det ytterligare steget att tona in den styrbara akustiska signalens (18) frekvens/ frekvenser till karakteristiska frekvenser för fibrerna (12).

13. Förfarande enligt något av patentkraven 1 till 12, kinnetecknat av att den styrbara akustiska signalen (18) år pulsad och sänds ut under begränsade tidsintervall. i

14. Förfarande enligt något av patentkraven 1 till 13, kännetecknat av de ytterligare stegen: amplitudmodulering av den styrbara akustiska signalen (18); samt reducering av bakgrundssignaler i de uppmätta akustiska signalema (22) baserat på amplitudmoduleringen.

15. Förfarande enligt något av patentkraven 2 till 14, kännetecknat av att predikteringssteget vidare innefattar steget att prediktera, från de uppmätta akustiska signalema (22), egenskaper hos papper som tillverkas av massan (10).

16. Förfarande enligt något av patentkraven 2 till 15, kännetecknat av att predikteringssteget innefattar statistisk ilervariabelanalys av de uppmätta akustiska signalerna (22).

17. Apparat för analys av en massafluid (10) innefattande: 10 15 20 25 30 516 861 29* akustisk signalsensor (24) för mätning av akustiska signaler (22) från processfluiden (10); samt databearbetande organ (28), vilket år anslutet till den akustiska signalsensom (24) för prediktering, från de uppmätta akutiska signalema (22), av mekaniska/ kemiska egenskaper hos fibrerna (12) i massafluiden, kännetecknad av: akustisk signalkälla ( 14); styrorgan (16) för den akustiska signalkällan (14); vilken akustisk signalkâlla (14) är anordnad för att sända ut en styrbar akustisk signal (18) in i massafluiden (10) för växelverkan med fibrerna ( 12); varvid den akustiska signalsensom (24) âr anordnad för att mäta åtminstone en spektralkomponent som resulterar från växelverkan mellan den styrbara akustiska signalen (18) och fibrerna (12).

18. En raifmörapparat för hantering av en massafluid ( 10) innefattande: organ (212) för utförande av en raffinörprocess på massafluiden (10), akustisk signalsensor (24) för mätning av akustiska signaler (22) från massafluiden (10), kännetecknad av: akustisk signalkälla (14); styrorgan (16) för den akustiska signalkâllan (14); vilken akustisk signalkälla ( 14) år anordnad för att sända ut en styrbar akustisk signal ( 18) in i massafluiden (10) ßr växelverkan med fibrerna (12) i massafluiden (10); varvid den akustiska signalsensom (24) år anordnad för att mäta åtminstone en spektralkomponent som resulterar från växelverkan mellan den styrbara akustiska signalen (18) och fibrerna (12); databearbetande organ (28), vilket inbegriper en processor och år anslutet till den akustiska signalsensorn (24) för bestämning av åtminstone 10 15 20 25 30 516 861 30' oooo no en processtyrparameter baserad på de uppmätta akustiska signalerna (22) ; samt processtyrorgan (105, 114, 116, 118) för styrning av organet (212) för bestämda utförande av en raffinörprocess enligt den (de) processtyrparametern (processtyrparametrarna) .

19. Apparat enligt patentkrav 18, kännetecknar! av att det databearbetande organet (28) vidare år anordnat för prediktering, från de uppmätta akustiska signalema (22), av egenskaperna hos fibrerna (12) i massafluiden (10).

20. Apparat enligt patentkrav 18 eller 19, kännetecknad av att åtminstone en akustisk signalsensor (24) år placerad nedströms relativt organet (212) för utförande av raffinörprocessen, vilket tillhandahåller en återkoppling av resultatet av raffinörprocessen.

21. Apparat enligt patentkrav 18, 19 eller 20, kännetecknad av att åtminstone en akustisk signalsensor (24) är placerad uppströms relativt organet (212) för utförande av raffinörprocessen, vilket tillhandahåller en framkoppling från processfluiden (10) som kommer in i rafñnörprocessen.

22. Apparat enligt något av patentkraven 18 till 21, kännetecknat av att processtyrorganet (105, 114, 115, 116) innefattar organ för styrning av åtminstone en av parametrarna i den följande listan: hastighet hos inkommande flis / massa, avstånd mellan rafñnörskivor, vattentillskottsflöde, tryck på rafñnörskivor, raffineringshastighet, tillsats av avvattningsmedel, samt rafñnöreffekt. 10 15 20 25 30 516 861 3 o; o o oo o oo oo o o z o oo oo I I U I ooo ooo oo o o o o o oo o o o ouo I I o o o oo o o o o oo o o 0 I I 1 . . . . .. ... .. .. .... ..

23. Apparat enligt något av patentkraven 18 till 22, kännetocknat av organ för utvärdering av trender hos uppmätta akustiska signaler (22) för detektering av äldringsinformation för raffinörskivoma (1 10, 112).

24. Apparat enligt något av patentkraven 17 till 23, kännetecknad av att åtminstone en av egenskaperna väljs från listan: mekanisk egenskap, kemisk egenskap, koncentration, form, samt storlek.

25. Apparat enligt något av patentkraven 17 till 24, kännetocknad av att den akustiska signalsensorn (24) har en liten storlek jämfört med våglängden hos vågor som sänds ut av den akustiska signalkällan (14).

26. Apparat enligt något av patentkraven 17 till 25, kännetecknad av att den akustiska signalsensorn (24) fungerar för frekvenser under 20 kHz.

27. Apparat enligt något av patentkraven 17 till 26, kännotecknad av att den akustiska signalsensorn (24) är anordnad för mätning, för åtminstone en frekvens, av åtminstone en av egenskaperna i listan: amplitud, fas, samt tidsfördröjning.

28. Apparat enligt patentkrav 27, kännetecknar! av att den akustiska signalsensorn (24) är anordnad för mätning, för åtminstone en frekvens, av åtminstone två av egenskapema i listan: amplitud, fas, samt tidsfördröjning. -- 10 15 20 25 30 516 86 f; ;='; -' 32% 2 3 '.' .2. o nnnn no

29. Apparat enligt något av patentkraven 17 till 28, kännetecknad av att styrorganet (16) innefattar organ för intoning av den styrbara akustiska signalens (18) frekvens/ frekvenser till karakteristiska frekvenser för fibrerna (12).

30. Apparat enligt något av patentkraven 17 till 29, kännetecknad av att styrorganet ( 16) innefattar organ som får den akustiska signalkållan (14) att sända ut under begränsade tidsintervall.

31. Apparat enligt något av patentkraven 17 till 30, kiinnetecknad av att styrorganet (16) vidare innefattar amplitudmodulerande organ för den styrbara akustiska signalen (18) och att apparaten vidare innefattar organ för reducering av bakgrundssignaler i de uppmätta akustiska signalerna (22), anslutet till styrorganet (16), för mottagande av information om amplitudmoduleringen.

32. Apparat enligt något av patentkraven 17 och 19 till 31, kännetecknar! av att det databearbetande organet (28) vidare är anordnat för prediktering, från de uppmätta akustiska signalerna (22), av egenskaper hos papper som tillverkas av processfluiden (10).

33. Apparat enligt något av patentkraven 17 och 19 till 32, kännetecknad* av att det databearbetande organet (28) vidare innefattar organ för statistisk flervariabelanalys av de uppmätta akustiska signalerna (22).

34. Datorprogramsprodukt som innefattar datorkodsorgan och/ eller mjukvarukodsdelar för att få en processor att utföra stegen i något av patentkraven 1 till 16.

35. Datorprogramsprodukt enligt patentkrav 34 som tillhandahålls via ett nåt, såsom Internet. 516 361 2": .s"z:ïï:.°'I==II§ 33: : : .:. ..

36. Datorlâsbart medium som innefattar datorprograms produkt enligt patentkrav 34 eller 35.