用于表征存在于液體中的固體物質的設備和方法
【專利摘要】本發明涉及用于用管線上或管線內傳感器測量諸如紙漿的實體的粘著性的設備、系統和方法，所述管線上或管線內傳感器具有透明板，所述透明板具有粘性顆粒可以附著的表面。附著的顆粒被板后面的攝像頭識別。攝像頭被聚焦以檢測附著在表面上的靜止的顆粒。測量直接從工序流中或者從旁流中被執行，并且不需要為了測量將板從工序中移除。板的材料可以是塑料，諸如聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。另外，流速在測量位置可以被保持為低速，例如<0.1m/s，并且/或者在測量處或其附近可以存在流的停滯點，在所述停滯點流速接近零。
【專利說明】用于表征存在于液體中的固體物質的設備和方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及用于測量存在于液體中的固體物質的沉積性能(例如在表面上沉積的趨勢)的方法和設備。所述方法和設備特別適合用于測量含有諸如紙漿纖維的固體物質的水性流體中的顆粒污染物的沉積性能。舉例來說，方法和設備可以例如從實體饋給的旁流中按照管線上(on-line)安置方式被實現，或者從主實體流中作為管線內(in-line)測量被實現。

【背景技術】
[0002]通常，了解存在于含有固體物質的液體中的固體物質在表面上形成沉積的趨勢是重要的。這也可以被認為是實體的沉積性能，例如實體中的固體物質在表面上形成沉積的相對趨勢。另外，這有時候被討論為實體的粘著性、或者粘性、或者沉積性能。這在造紙工業中以及在某些其他含有具有固體物質的液體例如冷卻水的化學制造工序或系統中是特別重要的。特別地，了解或者估計存在于液體中尤其是在水性實體中的固體物質或固體污染物的沉積性能通常很重要。在紙張或紙板制造工序中就是這樣的。固體物質的沉積性能可以例如通過在測量期間在表面上沉積的顆粒數、沉積顆粒的尺寸、在某些尺寸分組中的沉積顆粒的數量、被沉積顆粒覆蓋的測量表面的面積、或者它們的任何組合被表征。沉積顆粒通常是疏水性質的。
[0003]膠粘物是不同的粘合劑，所述粘合劑與再生纖維一起進入紙張制造工序。舉例來說，這些粘合劑可以是熱熔膠、壓敏粘合劑、信封膠、萬能膠、紙張涂料粘合劑、和/或打印墨水粘結劑。膠粘物形成或源自于再生紙張或紙板。膠粘物的典型成分是或包括例如:丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯、和/或乳膠、或者再生纖維中的任何聚合材料。另外，源自于機械紙漿或化學紙漿的木浙青可以引起粘著性。膠粘物在造紙機織物、箔、圓網和壓延輥上是粘性的。它們可以是以清洗停工和紙網斷裂(web break)的形式造成重大生產損耗的原因。在其他工業水中，含有可沉積的、通常是疏水性的固體物質的流也可以在工序中引起問題。
[0004]實體中的很大一部分膠粘物可以在脫墨車間中或者在0CC(舊瓦楞紙箱)車間中的再生纖維處理中被機械地移除。任何剩余的膠粘物可以被化學手段控制。舉例來說，粘性顆粒的表面可以用使它們粘性更小的化學制品被鈍化。粘性顆粒也可以用分散的化學制品保持小尺寸，或者它們可以用固定劑或固位劑化學制品被固定于纖維表面。因此，為了手動地和/或自動地控制工序和用于降低或減輕膠粘物的化學制品添加物，包括化學制品的選擇，了解紙漿的粘性如何是很重要的。
[0005]通常通過描述這樣的實體的粘著性來估計膠粘物的沉積趨勢。現存的用于測定這樣的實體或顆粒材料的粘著性的方法要求從生產工序中提取樣本，所述方法包括板測試和曝氣測試。
[0006]存在幾種標準化的大膠粘物測量方法=TAPPI方法T277 (TAPPI1999)、INGEDE (國際脫墨工業協會)4號方法、以及依據國際標準化組織(ISO)基于篩選和或是視覺檢查(IS015360-1:2000)或是圖像分析(IS015360-2:2001)的方法。這些方法或者略微不同的方法在工業和研究中被廣泛使用。
[0007]大多數測量大膠粘物的數量的實驗室方法或是基于手抄紙制造(handsheetmaking)或是基于通過100或150 μ m的狹槽對紙漿的篩選。在這些預處理之后是將膠粘物、背景、或者這兩者一起染色以使背景和膠粘物之間具有更大的對比度。膠粘物進而被量化為面積(_2/kg)或者按每千克干紙漿的膠粘物數。雖然在由圖像分析所分析的大膠粘物和用DCM抽取所分析的篩選不良品與用FTIR對膠粘物的量化之間存在很好的相關性，但是大膠粘物測量并不總是與造紙機上的沉積問題相關。
[0008]用于測定存在于液體中的固體物質在表面上的沉積趨勢的現有方法存在實質局限。例如，隨著固體物質流過生產工序，沒有現存方法允許對其沉積性能的連續測定。因此，存在對于能夠以連續方式尤其是管線上方式測定固體物質的沉積性能的方法或設備的需求。
[0009]用于測定存在于液體中的顆粒固體物質的沉積性能的現有方法的進一步的局限是要被連續地或以管線上方式測量的工序流必須在測量之前被分離。也就是說，要被分析的顆粒污染物必須在測量之前從樣本中被分開。
[0010]用于評估實體的沉積性能的現有方法的另一個局限是對于從生產工序中移除樣本的必要性。移除樣本、或者在板測試的情況下移除已經被暴露于實體的板、以及將樣本傳送到遠程測試位置的工序既使用資源又使用時間來測定粘著性。這不僅通常是無效率的，而且可以意味著在取樣和測試之間所經過的時間期間，不想要的數量的有瑕疵的實體被允許通過樣本現場。
[0011]一個或更多的上面所提到的局限在當前可用的用于測量存在于紙漿和紙張制造系統中的顆粒污染物的沉積性能的測量設備和方法中被見到。
[0012]就測定實體的粘著性或沉積性能而言，不同的生產工序和實體需要不同程度的準確性和實效性。因此，存在對于能夠快速測定流體實體的沉積性能而無需為了遠程分析移除測量板的設備或傳感器的需求。


【發明內容】

[0013]本發明的目的是提供能夠測定存在于液體尤其是水性實體中的固體物質的沉積性能特征的方法和設備。
[0014]本發明的某些實施例的目的是提供用于對存在于液體中尤其是在水性實體中、尤其是在工序流或一部分工序流中的固體物質的管線上沉積性能測量的方法和設備。
[0015]本發明的某些實施例的目的是提供用于對含有固體物質的水性實體的管線內沉積性能測量的方法和設備。
[0016]對實體的沉積特征的測定是基于對來自至少一定量的部分實體的在表面上的沉積物的測量。舉例來說，諸如顆粒、纖維或膠粘物的沉積物提供了用于測定固體物質的沉積特征的基礎，所述沉積物存在于沉積表面上并且能夠在測量期間被成像設備捕獲。
[0017]通過如權利要求1所定義的用于測定固體物質的沉積性能的新設備的優點、如權利要求15所定義的用于測定固體物質的沉積性能的系統的優點、如權利要求24所定義的用于測量存在于流體實體中的固體物質的沉積性能的方法的優點、或者通過對根據權利要求I到14或23中的任何一個所述的設備的使用的優點、對根據權利要求15到23中的任何一個所述的系統的使用、或者對根據權利要求24到42中的任何一個所述的用于控制加入工序中的化學制品的劑量的方法的使用的優點，本發明的目的被完成。
[0018]本發明的某些實施例特別適合用于測量紙漿和紙張制造系統中的實體的沉積特征。舉例來說，這樣的實體包括:紙漿、紙漿漿料、纖維和/或顆粒的水懸液、工序水、白水等。作為示例，某些實施例在測定基于混合型辦公廢物、舊新聞紙和/或舊雜志的脫墨紙漿的特征值時被使用。諸如舊瓦楞紙箱或混合廢物型紙漿的其他再生纖維級別也適合用于這樣的測定。某些實施例還適合用于測定源自于機械的或化學的紙漿、或者其他類型的紙漿的浙青的沉積性能。
[0019]當測定所需的實體的沉積性能時，原始的實體可以首先舉例來說通過添加適當數量的流體或第二實體被稀釋，并且改變的實體進而通過測量設備。測量或基于對改變的實體的測量的特征可以被直接用于測定原始實體的沉積性能，或者其可以與稀釋實體的公知特性結合使用以形成原始實體的沉積性能值。相似地。原始實體或者一部分原始實體可以在測量之前被濃縮。原始的或稀釋的實體也可以部分地包含諸如天然氣的空氣。
[0020]所測量的工序流的水含量通常超過90 %。
[0021]幾個實施例在此被描述為包括槽室的設備，所述槽室被安置以便要被測定沉積性能的實體可以通過。實體通常意指進入測量槽室的樣本，樣本通常包括液體尤其是水溶液和固體物質。從以下的詳細描述中，技術人員將理解不同的適當的實體類型。固體物質可以包括被認為是污染物(例如膠粘物)特別是顆粒污染物的固體物質、以及其他固體物質(例如纖維、礦物顏料)。污染物固體物質可以是部分可溶解的。然而，被測量的污染物固體在測量期間形成。槽室還包括透明部分，至少一些實體在通過槽室的時候接觸所述透明部分。隨著實體接觸透明部分，來自固體物質的顆粒可以至少暫時地沉積于透明部分。沉積可以是化學的或機械的。在大多數情況下，沉積更多的是化學性質的。成像設備進而被安置以查看在透明部分上的沉積顆粒以便實體或樣本的沉積性能可以被測定。
[0022]根據本發明所述的設備、系統和方法特別適合于含有除了可沉積的固體物質以外的其他固體物質的流體實體。其他固體物質優選地包含纖維。
[0023]在某些實施例中，傳感器對于實體的工序流被安置為管線內類型的傳感器，例如來自工序流的實體的整個流流過管線內傳感器。
[0024]在某些實施例中，傳感器對于工序流被安置為管線內類型的傳感器，所述傳感器對于來自工序流的旁流也可以被認為是管線上類型的安置方式。舉例來說，樣本或者連續地或者周期性地從主工序流中被提取，并且被路由通過旁流。根據本發明所述的設備被安置在旁流中。所述傳感器對于旁流以管線內方式被安置。旁流穿過測量槽室。旁流將流直接送至傳感器，所述傳感器允許具有對粘著性連續的管線上方式的測量。在一些實施例中，通過傳感器的流在測量位置被控制為低的。在某些實施例中，流被安置從而存在流的停滯點以便流速在測量點或測量點附近接近零。在某些示例中，流速可以是或者被安置以進入受制于成像的位置〈0.lm/s，或更具體地是〈0.03m/so
[0025]在成像周期期間，沉積的顆粒的一張或更多的圖像被捕獲。通常成像周期的圖像數據用圖像分析被分析。
[0026]在某些實施例中，表面可以用間歇性淋浴被清洗。淋浴流可以是壓縮空氣、水、清洗液體或它們的混合。另外，成像周期進而可以是在清洗間隔之間從Is到10小時之間，更特別地是從10分鐘到5小時。在某些實施例中，成像周期進而可以是在清洗間隔之間從Is到2小時之間，更特別地是從1s到2小時，或者更特別地是在I分鐘到30分鐘之間。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1A示出了管線上設備，所述設備可以被連接到主流或者被連接到旁流。
[0028]圖1B示出了圖1A的管線上設備的剖面圖。
[0029]圖2A示出了 T形溢流道(flow-through)設備。
[0030]圖2B示出了圖2A的設備的剖面圖。
[0031]圖3示出了在工序流內設備的實施例。
[0032]圖4示出了直接位于導管內的管線內實施例。
[0033]圖5示出了帶有具有不規則幾何結構的槽室的設備的實施例。
[0034]圖6示出了來自實施例的圖像分析數據。當含有65 %脫墨紙漿的紙漿被使用時，對于兩種顆粒尺寸分類，沉積顆粒數作為時間的函數被示出。
[0035]圖7示出了來自實施例的圖像分析數據。當含有65%脫墨紙漿的紙漿被使用時，對于兩種顆粒尺寸分類，沉積顆粒對于總沉積面積的相對面積作為時間的函數被示出。
[0036]圖8示出了來自實施例的圖像分析數據。當含有65%脫墨紙漿的紙漿首先被使用并且被改變為100%牛皮紙漿時，對于兩種顆粒尺寸分類，沉積顆粒數作為時間的函數被示出。
[0037]圖9示出了來自實施例的圖像分析數據。當含有65%脫墨紙漿的紙漿首先被使用并且被改變為100%牛皮紙漿時，對于兩種顆粒尺寸分類，沉積顆粒數作為時間的函數被示出。

【具體實施方式】
[0038]本發明的實施例10在圖1A和IB中被示出。實體流18通過管道17被饋給到槽室12中。在圖1A中槽室12以管線內配置被示出。管道17在生產工序中可以是主管道，或者它可以是用于另一個主流的旁流的第二管道。槽室12包括空腔13，流通過所述空腔
13。在圖中空腔被示為矩形，并且對比于進水口管道和出水口管道17在截面積上更大。槽室12和空腔13的幾何結構可以類似于液槽的幾何結構，可以變化很大并且不局限于矩形。另外，槽室12和/或空腔13的截面可以是相同尺寸的、大致上相同尺寸的、或者大于進水口和出水口管道的。不同的幾何結構可以基于所需的操作條件被使用。在一些實施例中包圍空腔的槽室壁可以只部分地包圍空腔，由此，空腔可以例如是明渠。
[0039]在圖1A和IB的實施例中，當實體流17從進水口管道18進入槽室的空腔13時，流的截面積增加。因此，管18到截面更大的槽室12的變寬提供了用于至少在成像區域的附近降低流體實體的流速的手段。
[0040]槽室12的上部14的至少一部分是透明的/半透明的和/或實質上無遮擋的，以便流經傳感器的材料的至少一部分可以被成像設備16捕獲。槽室12的透明部分可以是丙烯酸、聚碳酸酯、塑料、玻璃、或者任何如上面所述的其他適當的透明材料。透明在這里表示光可以進入穿過透明材料。暴露于空腔的透明材料的表面，即沉積表面，應該能夠至少在暫時長度的時間內從實體流收集顆粒。雖然示圖示出了只有槽室12的上部14是透明的，但是槽室的任何其他部分都可以是透明的，例如其側面和底面、和/或槽室的一個或更多的額外部分可以由相同的或相似的透明材料制成。另外，在成像設備和上部14之間存在一個或更多的額外的層/材料，其應該至少是部分地透明/半透明的，或者要不然在成像期間不完全遮擋成像設備。
[0041]在圖1A和IB中槽室12被示為矩形，所述槽室12具有矩形的空腔13和透明的上部14，所述透明上部14覆蓋了空腔的整個上部。成像設備16被安置位于透明上部14之上。成像設備16被安置以便它能夠透過透明部分連續的或不連續的聚焦到槽室里面的表面上或表面附近，也就是說，聚焦到表面內或者聚焦到表面附近趨向空腔的一段距離。攝像頭的聚焦區域被調節到達到離透明表面0-300 μ m的距離，優選地是0-150 μ m,或更優選地是0-30 μ m。成像設備16被安置以便其能夠連續的或不連續的聚焦到透明上部14的內部，也就是說，聚焦到透明部分面向空腔的表面上或該表面附近。為了使諸如攝像頭的許多成像設備透過透明材料聚焦，例如聚焦到透明材料的內表面上，材料必須具有實質厚度。透明材料14的必要的厚度基于成像設備、附接于成像設備的適用的鏡頭的規格以及層14的材料被確定。然而，成像設備應該能夠連續地和/或不連續地監視任何變得沉積于沉積表面即透明上部14的內表面的顆粒。
[0042]替選地，透明部分14可以在不是設備的上部區域中的其他地方被提供，例如槽室的下部。顆粒在透明部分的表面上的沉積是由于其他力，重力，任何。
[0043]成像設備16應該具有能夠檢測要被計數的所需的粘附顆粒尺寸的分辨率。在許多應用中，例如在紙張生產工業中，具有大約0.7ym/pix到20 μ m/pix、優選地是I...10 μ m/pix、優選地是1.5...5 μ m/pix的圖像分辨率的攝像頭允許對具有超過2 μ m尺寸的顆粒的檢測，這在許多應用中是足夠的。然而，成像設備的分辨率和選擇可以根據需要變化。
[0044]具有一致厚度并且沒有曲率的透明上部14有助于對沉積于透明部分14的內表面的顆粒的成像。透明部分的內表面面向空腔。出于這個原因，具有恒定厚度并且被安置實質垂直于成像設備的一塊平的、矩形的透明材料在許多情況下效果很好。相似地，令透明部分14的沉積表面到成像設備16是恒定距離在某些情況下可以是有好處的。另外，雖然透明部分14被示為覆蓋空腔13的整個上部，但是只需要有足夠的透明部分14以便足夠的成像可以被獲得。因此，只有面向成像設備的槽室的一部分表面需要是透明的，例如以窗口安置方式。在不脫離本發明的范圍的情況下，其他幾何結構和安置方式可以被實施。
[0045]一個或更多的照明設備可以被安置在槽室內、槽室上、和或槽室周圍來幫助成像。在圖1B中被安置在透明層14內的兩個發光二極管(LED) 15被示出。一個或更多的被安置在透明材料內的LED對于照亮整塊材料以便內表面的圖像可以容易地被獲得效果很好。LED也可以被安置在透明材料14的外表面或內表面上。其他照明源可以被用作適用于為成像設備獲得所希望的照明，所述其他照明源諸如傳統的白熾燈泡、鹵素燈、有機LED、激光以及其他公知的照明源。照明可以是連續的或者間歇性的。
[0046]此外，槽室的一個或更多的額外表面可以部分地或整體地由透明的或半透明的材料制造。這樣的表面可以包含照明元件并且/或者可以允許光透過以便為照明設備提供光。舉例來說，與成像設備和透明表面14相對的表面可以是透明的并且允許光透過以有效地從背后照明粘附于透明表面14的顆粒。
[0047]圖2A和2B示出了本發明的“T”形實施例20。實體饋給27途徑導管26到槽室21中，并且通過在槽室的任意一側上的導管28作為饋給29退出槽室21。相似于實施例10，槽室21包括具有透明部分23的空腔22。成像設備25被安置在透明上部23之外，所述成像設備25能夠捕獲沉積于沉積表面上的顆粒的圖像，所述沉積表面例如暴露于空腔22的透明部分23的內表面。
[0048]在實施例20中，透明部分23被安置成與實體饋給進水口 26相對。基于這種安置方式，當實體饋給27進入空腔22并且通過左邊和右邊的導管28被排出時形成了區34，在所述區34處流是或者幾乎接近于停滯區，所述停滯區至少暫時具有處于或接近Om/s的流速。成像設備25被安置以查看在停滯區34周圍的透明部分23的至少一部分并且通常是更大的一部分表面或全部表面。相似于實施例10，可以存在一個或更多的照明元件24。
[0049]在圖2A和2B的實施例中，通過進水口管道26進入空腔22的流27被分為兩個出水口流29。將流分為兩個出水口流可以允許在槽室的空腔內至少在成像區域附近降低流體實體的流速。
[0050]在圖2A和2B的實施例中，當實體流27從進水口管道26進入槽室21的空腔22時，流的截面積增加。因此管26到截面更大的空腔22的變寬提供了用于在空腔中至少在成像區域附近降低流體實體的流速的手段。
[0051]在至空腔的進水口或自槽室的出水口中，流速可以超過發生在成像區域的流速。在某些實施例中，在進水口和出水口處典型的流速小于0.5m/s。
[0052]由于停滯區34在T形實施例20中的形成，沖刷槽室以便不時地移除沉積的顆粒通常是必要的。本實施例中的槽室22因此被安裝有沖刷流體管線31和沖刷空氣管線32。當槽室或至少沉積表面將要被沖刷時，實體流被限制并且例如壓縮空氣的空氣和例如來自紙張生產工序用水的流體的組合從管線31和32被使用以沖刷槽室。沖刷的實體進而可以通過導管28或饋給27、或者通過專用沖刷導管(未示出)從槽室被移除。
[0053]盡管示出了用來沖刷系統的分離的流體和空氣管線31和32，替選的元件也可以被使用以沖刷槽室。舉例來說，單一管線可以同時饋給流體和氣體兩者，或者只饋給能夠沖刷槽室的單一實體。流體可以是水、用化學方法處理的水、化學實體、或者幾乎任何公知的能夠沖刷槽室的實體。清洗透明層23的內表面的其他方法可以連同或代替沖刷被使用，所述其他方法舉例來說是諸如橡膠清潔器的機械裝置。因此無論有或沒有實體流27的存在，清洗都可以被執行。
[0054]盡管實施例20被示為具有處于直角的進水口和出水口導管的“T”安置方式，饋給進水口 26的進入角度和/或饋給出水口 28的退出角度卻可以是不同于直角的。此外，可以存在一個或多于兩個饋給出水口。通過安置另一個槽室以收集出水口流，出水口可以被安置以連續360度地占據成像區域周圍。如上面關于實施例10所討論的，槽室和空腔的幾何結構和特征可以變化。
[0055]圖3示出了在管線上、旁流安置方式中系統利用設備的實施例40。主實體饋給管線41具有被調控裝置42所控制的旁流管線43，所述調控裝置42例如閥門。當饋給實體的粘著性被測定時，調控裝置42允許饋給實體的至少一部分在一段時間內被引導通過到管線43。來自管線43的實體饋給進而流到傳感器槽室44中，實體饋給的沉積性能在所述槽室44被測定。槽室44可以是如上面所描述的任何槽室，并且在圖3中被示為相似于圖2A和2B的實施例20的“T”安置方式。
[0056]來自饋給實體的顆粒粘附于或沉積于槽室44的透明部分，并且被成像設備46記錄。成像設備46被連接到CPU48。來自成像設備的圖像可以被連續地或選擇性地存儲在CPU48的存儲器中或者可被CPU48存取的存儲器中。CPU48包含存儲在諸如硬盤驅動器、或者可移除的暫時性或非暫時性媒介的計算機可讀媒介上的程序，所述程序能夠分析來自成像設備的圖像數據以測定實體饋給的沉積性能。CPU48可以是任何公知的計算媒介，諸如PC、MAC、服務器、云服務器、處理單元、PDA、成像設備自身的一部分等。成像設備可以具有能夠捕獲尺寸〈50 μ m、或更具體地〈5 μ m、或者在一些情況下<150μπι*〈100μπι的顆粒的分辨率。
[0057]對實體的沉積性能的測定是基于對來自至少一部分或者一定量的實體的沉積物的測量。特別地，本發明所述的設備和方法允許對沉積性能的測定而無需對實體或樣本的分離。舉例來說，諸如疏水性顆粒、膠粘物、浙青、源自于涂布損紙的粘合劑或其他顆粒的沉積物提供了用于測定實體的沉積特征的基礎，所述沉積物存在于沉積表面并且能夠在測量期間被成像設備捕獲。
[0058]測定程序能夠從被捕獲的圖像中測定代表值和/或特性。舉例來說，程序能夠引起處理器執行通過任何公知的圖像識別處理方法來計數存在于成像中的顆粒數的步驟。例如，程序可以從幾張圖像計算平均值或者可以比較幾張圖像以從結果中消除掉非附著的顆粒。通過忽略在特定測量開始之前就存在于圖像中的顆粒，累積于成像系統的塵土可以從結果數據中被移除。
[0059]除了計數顆粒數以外，測定程序還可以被安置以測定每一個顆粒和/或顆粒群的尺寸。此外，測定程序可以被安置以測定被沉積物、或者某一種類和/或尺寸的沉積物所覆蓋的測量區域的百分比。在一些時刻，例如在測定之前，工序可以被安置以測定預定義的或基于軟件的灰度和/或參考圖像，用于測量的被捕獲的圖像或多個圖像被與所述參考圖像比較。這些值中的任何一個或者它們的任何組合都可以被單獨使用，或者被用作采樣的實體、改變的實體或原始的實體的沉積性能的基礎。
[0060]舉例來說，表征實體的沉積性能的值可以是顆粒的總數、顆粒的平均數、被覆蓋的表面面積的百分比、圖像的平均灰度、色彩、或者將一個或更多的所述示例值納入考慮的算法的結果。算法也可以對顆粒做分類以識別例如膠粘物、墨水顆粒、無機沉積物、浙青、纖維、顏料、氣泡、以及微生物的粘液。分類可以是基于例如形狀、尺寸和顏色。用于以最佳方式表征沉積性能的值可以取決于例如樣本中的顆粒的尺寸或類型。本領域的普通技術人員應該認識到在不脫離本發明范圍的情況下使用在此所描述的設備可獲得的很多值和數量。
[0061]基于描述了從沉積表面分析出來的顆粒的測量所得到的值可以像這樣被使用，或者是與例如實體中的總固體含量有關。當測定所需的實體的特征值時，原始實體可以首先舉例來說通過添加適當數量的流體或第二實體被稀釋，并且改變的實體進而通過傳感設備。改變的實體的被測量的特性可以被直接被用于測定原始實體的相對特征值，或者它可以與稀釋的實體的公知特性結合使用以形成原始實體的特征值。相似地，原始實體或一部分原始實體可以在測量之前被濃縮。
[0062]設備可以在不連續的或連續的模式下被操作。
[0063]當設備在不連續的模式下被操作時，圖像的離散的顆粒計數可以被獲得并且被存儲，這允許了測定程序在給定的時間為圖像中的實體分配離散的沉積性能值。當傳感器在連續的或管線上的模式下被操作時，那么在給定的時間周期內圖像中顆粒的變化或者相對變化可以被用來測定實體與處于先前的時間點的基準或實體相比的相對沉積性能。這個值可以是指示性的或者被用來測定在一個或更多的時間段中饋給的實體流的粘稠度值。在一個實施例中，顆粒可以按照它們的面積、灰度和/或色彩被分類。此外，被沉積顆粒所覆蓋的總面積可以被用作測量值。另外，圖像的平均灰度可以被用作測量值。
[0064]在連續模式的實施例中，沉積顆粒的累積速率可以被跟蹤。在連續模式的實施例中，沉積顆粒可以被跟蹤而無需(停下來)沖刷或清洗傳感器或其表面。為了檢測沉積顆粒的累積數量，檢測靜止的顆粒是很重要的。通過從幾張照片中提取灰度或色度平均的照片，或者通過只檢測在后續照片中出現在相同位置的顆粒，移動的顆粒可以被忽略。沉積顆粒舉例來說通過閾值或者用更先進的圖像分析手段從沒有移動顆粒的照片中被檢測。閾值可以根據情況被選擇。其他顆粒檢測技術也可以替代地被使用。檢測的顆粒被分類并且例如被計數。沉積物的累積或累積速率可以在任何適合的時間周期被跟蹤，在一些實施例中是在更長的時間周期中被跟蹤，例如從I到24小時，優選地是2到8小時。在傳感器內的流被隨機地引導，這可以將顆粒更快地沉積到表面上或者甚至可以將顆粒從表面釋放。因此通常更長的時間周期的跟蹤被推薦。為了跟蹤沉積顆粒的累積或累積速率，例如顆粒數或沉積顆粒的總面積的斜率可以被計算。對于例如全體顆粒或者每個尺寸分類的顆粒，這些值可以被計算。
[0065]來自槽室的實體饋給通過一個或更多的出水口導管45退出。在相似于實施例20和圖3中所示的槽室44的實施例中，存在沖刷裝置47，所述沖刷裝置47被用來沖刷槽室和/或清洗槽室的成像表面。當在不連續的模式下被操作時，沖刷一般將在實體饋給流停止時發生。在沖刷裝置是通過管線47饋給的流體和/或氣體的實施例中，則沖刷實體可以通過導管(多個導管)45退出槽室，并且可以通過控制閥門51被轉移到廢物管線52。通過旁環路從主流41中提取的實體饋給或者可以通過控制閥門49被再引入到主流中，或者它可以被返回到工序的任何其他部分，并且/或者它可以通過廢物管線52被丟棄。
[0066]如關于圖3所描述的旁環路可以包含額外的閥門、控制器、導管、一個或更多的水泵、和/或額外的傳感器。此外，主管線41可以具有根據本發明所述的額外的設備。舉例來說，在控制閥門42之前可以存在諸如由實施例10所描述的管線內設備或傳感器。如果管線內傳感器檢測到實體的粘著性的相對變化，那么為了更詳細的和更準確的管線上分析流的一部分可以立刻被轉移到旁環路。
[0067]如在此所描述的傳感器或設備以及系統和方法在紙漿和紙張以及紙板生產工業中可以是特別有用的。舉例來說，它們可以與測試混合型辦公室廢物紙漿(MOW)、混合型廢物(MXW)、脫墨紙漿(DIP)、舊新聞紙紙漿(ONP)、舊雜志紙漿(OMG)、舊瓦楞紙箱紙漿(OCC)、磨木紙漿(GW)、熱磨機械紙漿(TMP)、漂白的化學熱磨機械紙漿(BCTMP)、涂布損紙、以及其他紙漿類型或含有這些的混合物一起被使用。實體的典型的固體含量可以是0.3...12%，所述實體例如紙漿。這是在紙漿存儲塔和造紙機之間典型的粘稠度。有時候粘稠度可以甚至是0.1到12%，例如在紙巾造紙機中。這也可以是用于測量的適合的操作區域。對于旁流傳感器，固體含量〈4%是優選的。被分析的紙漿可以是處于其原始的、加工的、正在加工的或稀釋的形式。測量也可以從白水或者從備料、制漿、紙張制造或紙板制造工序的過濾水中被執行。在該情況下，固體含量通常〈I%。優選的測量點可以是造紙機短環路，在所述優選的測量點沉積容易成長為更大的尺寸。
[0068]測量設備還能夠評估藥劑、試劑以及其他化學制品對這樣的紙漿的沉積性能的作用，其他化學制品例如鈍化劑、分散劑、表面活性劑和固定劑。當根據本發明的設備在測量時，化學制品可以被用來修改或降低相同的沉積物的數量。測量信息可以被用來調節化學制品(多個化學制品)的劑量，從而用最低的或最優的化學制品消耗量達到足夠低的沉積趨勢。化學制品劑量調節也可以用基于設備的測量結果的控制系統被執行。控制可以是串聯的、前饋的或其他可用的控制邏輯。
[0069]在諸如圖3所描述的系統中，水管線(未示出)可以將水添加到在槽室44之前的或在槽室44的入口處的轉移流管線43中，以將實體饋給稀釋到所需的濃度。粘稠度測量設備可以在環路內的一個或更多的點被添加，以測定原始的和/或調節的實體饋給粘稠度。在這樣的實施例中，轉移的和稀釋的實體饋給將很可能不被返回到主管線中。因此，閥門49和將環路連接回到主管線41的相關的管線可以被移除。
[0070]舉例來說，主管線中具有粘稠度是5%、優選地是4.8%的紙漿的MOW DIP可以按原狀被測試或者它可以被稀釋。例如，在如關于圖3所描述的系統中，MOW DIP的沉積性能希望以常規的間隔被不連續地測試。在1.5小時的周期期間，紙漿的沉積性能被測試8次。在確定的或預先確定的時間，控制閥門42被打開以允許來自主管線的紙漿沿著管線43行進到旁環路中。管線43中的紙漿可以首先經過測量其粘稠度的傳感器。
[0071]紙漿進而流向槽室44，并且在某一時刻可以向它添加水以將饋給稀釋到2%的粘稠度，所述水例如50攝氏度的自來水。被稀釋的饋給的粘稠度進而可以在進入槽室44之前被再次測量。實體進而被允許流一段時間以允許粘性材料沉積于槽室44的丙烯酸板，所述一段時間例如預先確定的5分鐘。在所述一段時間之后，成像對于第二段時間被執行，例如預先確定的2分鐘。實體可以在成像周期期間流動，或者它可以已經停止。在成像周期結束之后，控制閥門42限制或完全制止流從主管線41到旁環路中，如果這不是已經被完成的話。實體饋給進而或者被允許再進入主管線41，或者它被轉移到丟棄管線52。
[0072]在成像周期期滿之后，沖刷裝置沖刷槽室并且/或者清洗槽室44的丙烯酸板。來自成像周期的數據被發送或者已經實時被發送，所述數據被存儲并且/或者立刻被CPU48分析。圖像進而被分析以測定例如在成像周期期間一張或更多被捕獲的圖像中沉積顆粒的數量、尺寸和/或尺寸分布。當多張圖像在成像周期期間被拍攝時，特別是在成像周期期間存在流時，來自一張或更多的圖像的結果被取平均并且平均的數據被用來測定粘著性。
[0073]槽室也可以對主工序流開放，在這樣的情況下提供了管線內測量。槽室的一個功能是可以將流速降低到某一程度，在所述程度粘性顆粒或顆粒具有在表面上沉積的趨勢、可以至少在一段時間內附著或沉積于成像表面、并且剩余流將不會在顆粒被測量前將它們擦除。然而，特別在流速不是問題的情況下，用來減慢饋給的槽室可以是不必要的。無論如何，為取代實際槽室，諸如主饋給管線的一部分管線、管道或導管可以包含透明部分并且以在此所述的方式被安置。因此，饋給進水口將是導管在透明部分之前的虛構部分，并且饋給出水口將是導管在透明部分之后的虛構部分。導管在所述虛構部分之間的區段將代表槽室。像這樣，所述所定義的槽室內的空間將代表空腔。
[0074]這樣的實施例的示例在圖4中被示為示例60。導管61通常具有非限制性的實體流62，所述導管61舉例來說可以是含有紙漿實體的主饋給管線。一部分導管被替換為透明材料64。如上面所描述的,成像設備65相對于透明部分64被安置。
[0075]透明部分64可以形成導管(未示出)的內表面和外表面的一部分以便導管是另外未修改的。在圖4所示的示例性實施例中，存在插入管63，所述插入管63向導管中突出一部分距離。插入管包含透明部分64。另外，插入管可以輕微延伸穿過透明部分。該延伸段67可以被用來在透明部分64周圍的實體流62中創建想要的并且在很多情況下是最小的擾動。延伸段67也可以起作用以局部地減緩導管中的流速。因此延伸段67可以提供用于至少在成像區域附近降低流體實體的流速的裝置。該擾動可以促進顆粒的沉積，也可以阻止沉積顆粒被綜合流62沖洗掉。沉積顆粒被認為粘附于沉積表面。在一些情況下，顆粒可以在成像的焦距內機械地沉積于表面或表面附近。
[0076]此外，清洗裝置66在延伸的位置被示出。清洗裝置66可以包括噴嘴，所述噴嘴可以向透明部分的暴露的表面噴射諸如空氣、水和/或化合物的實體以清洗沉積顆粒的沉積表面。清洗裝置66可以是在固定位置的，然而清洗裝置也可以回縮以便它不會擾亂流62，并且當想要清洗透明部分的所述表面時可以延伸。諸如那些關于沖刷裝置所描述的其他能夠將粘附的顆粒從表面清洗掉的清洗裝置或其他裝置可以被采用。
[0077]圖5示出了本發明的進一步的實施例70。在相似于實施例10的管線內安置方式中，槽室71被安置具有進水口導管72和出水口導管73。槽室71具有凹陷74，所述凹陷74被安置在透明部分75之前。如由虛線流線所示意的，凹陷在通過槽室的流中引起擾動以促進顆粒粘附和測量。任何形式的收縮都可以被使用來代替凹陷。該擾動可以在透明部分處或在透明部分周圍引起渦流區。位于槽室內的凹陷和障礙物的不同的安置方式和幾何結構可以被用于該作用。槽室的收縮也可以創建流的停滯點，由于在收縮之后流路的截面積再次增加，所述停滯點可以加速顆粒向表面的沉積。
[0078]成像設備77被安置以透過透明部分捕獲沉積于透明部分75的顆粒。成像設備77被安置以被聚焦在成像的設備表面(沉積表面)，或者優選地被聚焦在從沉積表面朝空腔方向的上至150 μ m、優選地是上至100 μ m的距離,特別是在O到50 μ m之間。成像設備被安置在空腔外以透過透明表面捕獲圖像。另外，如圖中所示，幾個照明設備78被定位在成像設備周圍并且在透明部分75外面。此外，第二透明部分76被定位在透明部分75對面，所述第二透明部分76具有照明源79，所述照明源79被安置以有效地從背后照明透明部分75和被成像設備77捕獲的圖像。相似于圖5，清洗裝置81在不明顯的、可回縮的位置被示出。
[0079]示例 1:
[0080]基于混合型辦公室廢物的脫墨紙漿(MOW-DIP)以及含有50%舊新聞紙和50%舊雜志紙的非脫墨再生紙漿(ONP-OMG)被用作測試紙漿。另外，MOW-DIP用含有聚乙烯醇的通用去粘性化學制品被處理。
[0081]紙漿的提取物含量通過在測試之前用四氫呋喃(THF)提取凍干的紙漿樣本被重量分析地測定。總提取物的聚合分數的份額通過使用具有尺寸排阻柱的液相色譜法(HPLC-SEC)被測定。結果被計算為mg/g干紙衆。
[0082]所使用的測量安置方式是T形液槽。液槽即成像區域由丙烯酸塑料制成。紙漿饋給通過將再生纖維紙漿循環通過液槽被安置，所述紙漿在泵環路中具有2%稠度，所述泵環路具有50升存儲容器。在液槽的出口處的流速近似地是0.lm/s。在一小時運行期間液槽被用水沖刷8次，在每一次沖洗循環之后，5分鐘的流被維持以允許紙漿的粘性材料沉積在丙烯酸板上。因此成像周期是5分鐘。在成像周期的結束時一張圖像被拍攝。
[0083]用于管線上成像的攝像頭被安裝在液槽蓋上方。成像對于每個紙漿樣本被執行5-8次，并且透明板在重復之間被清洗。試驗點的每張圖像的平均顆粒計數進而被計算。像素分辨率是2 μ m/pix，并且成像區域近似地是2cm xl.5cm。此外，通過使用LED模塊，水平照明被實現。
[0084]表1

【權利要求】
1.一種用于測定固體物質的沉積性能的設備，所述設備包括: -具有空腔的槽室，所述槽室具有至少一個透明部分， -至少一個用于流體實體的至所述槽室的進水口和至少一個用于流體實體的自所述槽室的出水口，以及 -被安置以捕獲所述槽室的所述透明部分的表面的至少一部分或者其附近的空間的圖像的成像設備，所述表面在所述槽室的所述空腔中被暴露于流體實體。
2.根據權利要求1所述的設備，所述設備還包括處理單元，所述處理單元能夠至少部分地基于所述捕獲的圖像測定所述固體物質和/或所述流體實體的值，所述值是相對的或指示性的沉積性能值、成像顆粒的總數、測量期間在表面上的沉積顆粒數、在預定義的表面面積和/或時間周期/圖像數上取平均的顆粒平均數、被覆蓋的表面面積的百分比、沉積顆粒的尺寸、某些尺寸分組中的沉積顆粒數、被沉積顆粒覆蓋的測量表面的面積、所述成像的顆粒的灰度漸變和/或色彩、或者它們的任何組合。
3.根據權利要求2所述的設備，其中所述處理單元包括存儲在計算機可讀媒介上的計算機可讀指令，所述指令用于指導處理器從所述成像設備中分析成像數據。
4.根據或者權利要求2或者權利要求3所述的設備，其中測定流體實體的沉積性能值和/或粘著性值是基于從實體流體中測定沉積于所述槽室的所述透明部分的所述表面的至少一些顆粒。
5.根據任一前述權利要求所述的設備，其中所述沉積材料是粘性的。
6.根據權利要求5所述的設備，其中所述沉積材料包括一個或更多的下列事物: -再生纖維膠粘物， -木浙青，以及 -涂料粘合劑。
7.根據任一前述權利要求所述的設備，其中所述槽室的所述部分地透明的部分是從塑料、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和玻璃的集合中選擇的材料。
8.根據任一前述權利要求所述的設備，其中所述槽室的所述透明部分具有足夠使成像設備聚焦在粘附于所述透明部分的遠表面的顆粒上的厚度。
9.根據任一前述權利要求所述的設備，所述設備還包括一個或更多的照明元件。
10.根據權利要求9所述的設備，其中至少一個照明元件是定位在所述槽室的所述透明部分內或者在所述槽室的所述透明部分上的LED。
11.根據任一前述權利要求所述的設備，其中所述槽室的一個或更多的整個側面是由至少部分透明的材料制成的。
12.根據任一前述權利要求所述的設備，所述設備還包括清洗裝置，所述清洗裝置能夠基本上移除粘附于所述槽室的所述透明部分的所述內表面的顆粒。
13.根據任一前述權利要求所述的設備，其中所述成像設備被安置以捕獲距透明表面0-150 μ m的距離之間的圖像。
14.根據任一前述權利要求所述的設備，其中所述設備包括用于至少在所述成像區域附近降低所述流體實體的所述流速的裝置。
15.一種用于測定固體物質的沉積性能的系統，所述系統包括: -用于要被測量的實體流的導管，-具有空腔和至少一個透明的或部分透明的部分的槽室，所述導管通向所述槽室的所述空腔， -至少一個用于所述實體流的自所述槽室的出水口， -被安置以捕獲所述空腔內的空間和/或所述槽室的所述透明部分的表面的至少一部分的圖像的成像設備，所述表面暴露于所述槽室的所述空腔，以及 -用于至少部分地基于被所述成像設備捕獲的成像數據測定所述實體流的沉積性能值的處理單元。
16.根據權利要求15所述的系統，其中所述導管和自所述槽室的出水口基本上對于彼此成一直線，并且平行于所述槽室的所述透明部分。
17.根據權利要求16所述的系統，其中所述處理單元包含存儲在計算機可讀媒介上的計算機可讀程序，所述程序用于引起處理器在一段時間內測定所述實體的一個或更多的相對沉積性能和/或粘著性值。
18.根據權利要求15所述的系統，其中所述導管相對于所述槽室的所述透明部分并且基本上垂直于所述槽室的所述透明部分被安置。
19.根據權利要求18所述的系統，其中所述槽室被安置以靠著所述槽室的所述透明部分的所述表面創建停滯區，并且所述成像設備被安置以捕獲所述空腔內的空間和/或覆蓋了所述停滯區的所述表面的至少一部分的圖像。
20.根據權利要求15到19中的任一個所述的系統，所述系統還包括能夠基本上移除粘附于所述槽室的所述透明部分的所述內表面的顆粒的沖刷裝置。
21.根據權利要求15到20中的任一個所述的系統，所述系統還包括一個或更多的照明元件。
22.根據權利要求15到21中的任一個所述的系統，其中所述系統包括用于降低至少在所述成像區域附近的所述流體實體的流速的裝置。
23.根據任一前述權利要求所述的設備或系統，其中所述圖像捕獲設備被安置以透過透明部分聚焦。
24.一種用于測量存在于流體實體中的所述沉積顆粒的方法，所述方法包括以下步驟: -使直接源自于工序流的實體流的至少一部分接觸面向所述槽室的所述空腔的槽室的透明部分的表面，所述槽室的所述透明部分具有成像設備，所述成像設備被安置以捕獲沉積于被所述實體流接觸的暴露的內表面的顆粒的圖像， -捕獲沉積于所述槽室的所述透明部分的所述表面的顆粒的一張或更多的圖像， -分析所述一張或更多的圖像以測量沉積的顆粒。
25.根據權利要求24所述的方法，其中，至少部分地基于所述捕獲的圖像測定所述固體物質和/或所述流體實體的值，所述值是相對的或指示性的沉積性能值。
26.根據權利要求24或25所述的方法，其中所述成像顆粒的總數、在測量期間在表面上的沉積顆粒數、在預定義的表面面積和/或時間段/圖像數上取平均的顆粒平均數、被覆蓋的表面面積的百分比、沉積顆粒的尺寸、某些尺寸分組中的沉積顆粒數，被沉積顆粒覆蓋的測量表面的面積、成像顆粒的灰度漸變和/或色彩、或它們的任何組合。
27.根據權利要求24、25或26所述的方法，其中捕獲所述一張或更多的圖像是透過所述槽室的透明部分起作用的。
28.根據權利要求24或27所述的方法，其中直接源自于工序流的實體流的至少一部分在第一段時間內接觸面向所述槽室的所述空腔的槽室的透明部分的表面，并且同樣地，所述捕獲所述一張或更多的圖像發生在第二段時間期間，所述第二段時間不同于所述第一段時間。
29.根據權利要求24 到27中的任一個所述的方法,其中直接源自于工序流的實體流的至少一部分在第一段時間內接觸面向所述槽室的所述空腔的槽室的透明部分的表面，并且同樣地，所述捕獲所述一張或更多的圖像發生在第二段時間期間，所述第二段時間與所述第一段時間重疊。
30.根據權利要求24所述的方法，其中靜止的顆粒被分析并且移動的顆粒被忽略，其中只有靜止的顆粒被檢測。
31.根據或者權利要求28或者權利要求29所述的方法，其中所述第二段時間在2秒到2小時之間，更具體地是在I分鐘到30分鐘之間。
32.根據權利要求24到31中的任一個所述的方法，其中所述表面在所述第二段時間之前和/或之后被清洗。
33.根據權利要求24到32中的任一個所述的方法，其中所述分析和測定被一個或更多的處理單元執行。
34.根據權利要求24到33中的任一個所述的方法，其中所述槽室的所述透明部分是固定的。
35.根據權利要求24到34中的任一個所述的方法，其中測定所述顆粒數和/或顆粒面積被執行而無需對所述槽室的所述透明部分的移除和/或遷移，所述透明部分的圖像已經被捕獲。
36.根據權利要求24到35中的任一個所述的方法，其中捕獲圖像無需對所述槽室的所述透明部分的移除和/或遷移，所述透明部分的圖像已經被捕獲。
37.根據權利要求24到36中的任一個所述的方法，其中所述實體流的至少一部分在接觸所述槽室的所述透明部分之前被稀釋。
38.一種依照權利要求24到37中的任一個、根據權利要求1到14中的任一個所述的操作設備的方法。
39.一種依照任一前述方法權利要求所述的方法，其中所述實體的所述流的至少一部分被安置為在所述透明部分處〈0.lm/s，或更優選地是〈0.03m/s。
40.一種依照任一前述設備權利要求所述的方法，其中所述實體的所述流的至少一部分被安置為在所述透明部分處被限制為〈0.lm/s，或者更優選地是〈0.03m/s。
41.一種依照任一前述權利要求1到14所述的方法，其中所述沉積顆粒是粘性的。
42.一種根據權利要求41所述的方法，其中所述粘性的沉積顆粒包括下列的一個或多個:再生纖維膠粘物、木浙青或源自于涂布損紙的粘合劑。
43.一種用于控制加入工序中的化學制品劑量的根據權利要求1到14或23中的任一個所述的對設備的使用、根據權利要求15到23中的任一個所述的系統、或者根據權利要求24到42中的任一個所述的方法，其中所述化學制品能夠在所述工序中修改存在于所述流體實體中的固體物質的所述沉積性能。
44.根據權利要求43所述的使用方法，其中所述化學制品是鈍化劑、分散劑、表面活性劑或固定劑、或者它們的組合。
45.根據權利要求43或44所述的使用方法，其中所述流體包括再生纖維、或機械紙漿、或涂布損紙。
46.根據權利要求43到45中的任何一個所述的使用方法，其中所述傳感器被定位在或者被分析的流體源自于再生纖維處理管線中，或者紙張、紙板或在紙網形成之前的紙巾機器工序，特別是在具有稀 薄供應物(〈3%稠度)的方法系統流中。
【文檔編號】G01N33/34GK104081200SQ201280053799
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2012年9月3日 優先權日:2011年9月2日
【發明者】M.希伊塔尼伊米 申請人:凱米羅總公司