专利名称：测量生物材料中的含湿量的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及以自动化流程测量生物材料中的含湿量的方法和装置。本发明特别用于测量木材如木屑中的含湿量。背景在木材工业中，为了实现改善的工艺参数控制，特别重要的是获得待加工材料中的含湿量的精确测量。在木材和纸浆工业的多种工艺中，精确获知材料中含湿量的相对量对于终产品的质量极为重要。例如，在机械化纸浆工艺中有利的是获知木屑是否是足够新鲜的，即，具有足够的含湿量，从而能够是适合加工的。此外，在该工艺中添加的化学物质的最佳量取决于材料中纤维的量，并且为了确定纤维的量，需要正确估算材料中的含湿量。先前已知的估算木材材料中的纤维量和含湿量的方法包括对所述材料进行干燥。 然而，所述方法是繁重费时的，并且其通常花费一天或多天才能获得正确测量值，这延迟了整体加工。因此，需要快速且可靠的估算含湿量的方法。在其它处理生物材料的工业中存在类似的需求。例如，在生物能领域中具有快速且可靠的估算生物材料中含湿量的方法将是有利的，从而更精确地控制燃烧过程，并且提高其效率。例如，本质上先前已知用X-射线辐射测量木材中的含湿量。然而，关于所述已知方法的一个常见问题是装置庞大且昂贵，方法进行起来相对费时和繁重，和/或结果不精确不可靠。此外，同一发明人的专利申请WO 97/35175公开了使用数种能级的辐射的方法， 例如，从而区分木材中的不同类型的材料等。然而，该方法需要另外测量木材直径，并且不适用于例如以自动化过程进行的含湿量估算。此外，GB 1 115 904中公开了一个非常早期的使用X射线确定纤维素片材中的含水量的实例。然而，该文献中所讨论的方法仅用于具有已知组分的材料的薄片，并且不适于自动化。此夕卜，A. Nordell 禾口 K-J. VikterlofWIS^J "Measurement of moisture content in wood fuels with dual energy x_ray (使用双能量χ射线测量木材燃料中的含湿量)” 的论文，ISSN 0282-3772，公开了测量生物燃料中的含湿量的相似方法。然而，在该情形中， 测定也是基于关于材料类型的已有知识和与该材料类型相关的信息，并且该方法不意欲也不适合于自动化方法。因此，存在对于快速且准确估算生物材料如木材中的含湿量的方法和装置的需求，例如，其可以被人们直接用于野外作业，用于自动化工艺等。发明概述因此，本发明的目的是提供用于以自动化过程测量生物材料中含湿量的改进的方法和装置，其克服或者至少减轻了以上所讨论的现有技术的问题。这一目的通过如在后附权利要求中所定义的本发明而实现。根据本发明的第一方面，提供以自动化流程测量生物材料中含湿量的方法，所述方法包括下述步骤
提供关于多种具有已知含湿量的不同材料类型的参照数据库；用至少两个不同能级的电磁辐射扫描生物材料样品；确定在所述两个能级经过所述生物材料样品所传递的辐射量；在所述参照数据库中确定与样品生物材料的生物材料最相似的材料类型；和基于所述确定的材料类型和所述确定的经过样品传递的辐射量而确定所述生物材料样品的含湿量。本发明特别可用于估算木屑中的含湿量，但是其也可以用于其它形式的木材，以及用于其它类型的生物材料，如纸浆、生物量燃料等。本发明特别用于液体或分离形式的生物材料，并且优选地用于碎片形式的生物材料。然而，本发明还可用于其它类型的生物材料，特别是不同类型的作物，如玉米、谷物和甘蔗。“含湿量”在本申请中意指特定量材料中的湿气(即水)量与总材料量之间的比例。因此，估算材料中的含湿量也是间接地估算非湿气含量(non-moisture content)。例如，在木屑中，材料基本上由湿气和纤维组成，并且因此，估算含湿量在实践中也是估算材料中的纤维含量。类似地，依据本发明，含湿量可以直接估算或通过估算材料中其余组分的含量而间接地估算。本发明的方法利用两个或多个不同能级的照射，并且由测量的传递能直接或间接地确定材料的含湿量，所述测量的传递能即为所述材料中吸收的每种波长的辐射量。不同的材料类型，如不同种的木材，具有不同的吸收系数。然而，本发明的系统通过使用参照数据库以非常有效的方式弥补了该问题。两个或多个不同能级的照射优选地通过两个或多个放射源如两个或多个X射线管获得。优选地，每个能级的照射来源于分离的放射源。这是相对简单且成本有效的解决方案，而另一方面非常强健可靠。此外，其能够进行材料的恒定照射，和同时使用若干波长照射同一材料，这使其非常有效地用于例如测量通过测量站连续运输的材料。备选地或另外地，两个或多个不同能级的照射优选地通过两个或多个检测器检测。优选地，每个能级的照射在分离的辐射检测器中检测。这是相对简单且成本有效的解决方案，而另一方面非常强健可靠。此外，其能够进行材料的恒定照射，和同时使用若干波长照射同一材料，这使其非常有效地用于例如测量通过测量站连续运输的材料。然而，还可能使用发射不同能级的照射的单一辐射源。例如，这可以通过例如借助于高电压开关(switch)，向照射源提供不同电压水平而实现，从而提供具有不同能级的间歇照射。例如，也可能在辐射源中使用k-边滤波器，从而提供不同的能级。此外，还可能使用能够连续或同时检测若干能级的照射的单个检测器。本发明所述的方法/装置非常充分地适合用于沿着运输材料的传送线、在管道线路中、在传送带上等的在线式测量。这是可能的，例如，由于本发明可以用于多种和变化高度和形式的生物材料，并且无需关于材料类型等的预先确定的信息。然而，本发明还非常有效地用于测量安置在样品容器中的材料样品，例如，用于在加工工业中，在野外测量中的样品测试，等等。因此，本发明可以以完全或部分自动化流程使用，并且不需要或需要非常有限的操作者相互作用。然后，关于生物材料的信息，特别是所鉴定的材料类型和确定的含湿量，可以用作
5输入，以用于生物材料后续加工的控制。由此，生物材料的后续应用变得更有效。例如，该信息可以用于获得更有效的纯化、焚化、燃烧等。将这一信息输送至控制系统和使用所述信息控制后续过程也可以是自动化的。由此，例如，在生物材料经过其途径进入后续流程时执行材料类型的鉴定和生物材料中含湿量的确定，以及基于所述信息即时控制该过程是可行的。因此，后续过程由此可以基于所述信息以实时方式进行控制。然而，还可能保存所述信息，用于与生物材料的具体样品或批次相关的后续应用。辐射扫描，其优选地包括X射线的辐射扫描，也提供可以用于生物材料的进一步分析的X射线图像。因此，检测器信号也可以用于光学分析，例如，用于确定在手边的生物材料的类型，和所述材料的其它特性。关于参照数据库的数据优选地通过测量经过多种不同材料类型的至少两个不同能级的电磁辐射传递，和通过由常规方法，且优选地通过受控的干燥测量所述材料的含湿量来汇编。例如，材料类型可以是不同种类的木材，诸如桦树、云杉、松树、橡树和桤木。因此，如以新材料的后续测量获得的相同类型的测量数据可以与准确测量的含湿量数据相关。由于参照数据库仅需要在初始时创建，并然后可以重复多次使用，因此在这些参照数据库测量过程中对于快速过程没有特别的需求。在两个能级经过生物材料样品传递的辐射量优选地相对于校准参照值进行确定。 例如，校准参照值可以通过测量经过预先确定厚度的参照材料的辐射传递而确定，其优选地在紧接着经过生物材料的每次测量之前和/或之后进行，例如，所述参照材料是铝。因此，确保适当的校准总是可用的。关于生物材料的材料类型优选地基于所确定的在所述两个能级经过生物材料样品传递的辐射量，在参照数据库中进行鉴定。以这种方式，材料类型可以自动化鉴定，其使得该过程非常迅速。然而，以其它方式，例如，通过由操作者输入，通过其它参数的测量来鉴定材料类型也是可行的，所述其它参数诸如颜色或密度等。按照一种备选方案，可以使用光学方法来确定材料类型，例如，基于由检测器提供的X射线图片。然而，优选地，在参照数据库中，将生物材料的材料类型鉴定为具有最相似T值的材料类型，所述T值这样计算
权利要求
1.以自动化流程测量生物材料中含湿量的方法，所述方法包括下述步骤提供关于多种具有已知含湿量的不同材料类型的参照数据库；用至少两个不同能级的电磁辐射扫描生物材料样品；确定在所述两个能级经过所述生物材料样品所传递的辐射量；在所述参照数据库中确定与样品生物材料的生物材料最相似的材料类型；和基于所述确定的材料类型和所述确定的经过所述样品传递的辐射量来确定所述生物材料样品的含湿量。
2.权利要求1的方法，其中关于参照数据库的数据通过测量经过多种不同材料类型的至少两个不同能级的电磁辐射传递，和通过借助于常规方法，且优选地通过受控的干燥测量所述材料的含湿量来汇编。
3.权利要求1或2的方法，其中所述用至少两个不同能级的电磁辐射扫描生物材料样品包括以分离的形式，且优选以碎片形式安置生物材料。
4.权利要求3的方法，其中所述用至少两个不同能级的电磁辐射扫描生物材料样品包括将所述生物材料安置在样品容器中。
5.前述权利要求中任一项的方法，其中在所述两个能级经过生物材料样品传递的辐射量相对于校准参照值来确定。
6.权利要求5的方法，其中所述校准参照值通过测量经过预先确定厚度的参照材料的辐射传递来确定，所述校准测量优选地在紧接着每次经过生物材料的测量之前和/或之后进行，所述参照材料优选是铝。
7.前述权利要求中任一项的方法，其中关于所述生物材料的材料类型基于所确定的在所述两个能级经过所述生物材料样品传递的辐射量，在所述参照数据库中鉴定。
8.权利要求7的方法，其中关于所述生物材料的材料类型在所述参照数据库中鉴定为具有最相似的T值的材料类型，所述T值如下计算Γ—(W义水)(R2-M^Xy,)其中R1 = In(NtllM),即，在第一能级关于传递的校准参照值^^和经过生物材料的传递值N1之间的商的自然对数，&是关于第二能级的相同的商，μ &是在第一能级的水的衰减系数，μ μ是在第二能级的水的衰减系数，且是等效水厚度。
9.前述权利要求中任一项的方法，其中所述生物材料样品的含湿量通过确定关于所述生物材料的K值而确定，所述K值如下计算InCiy01ZiV1) HNJN2)其中Ntll，N02是关于在两个能级的传递的校准参照值，N1, N2是在所述能级经过生物材料的传递值，并且通过将所述计算的K值与在所述参照数据库中关于所鉴定的材料类型的相对应K值进行比较来估算所述生物材料的含湿量。
10.前述权利要求中任一项的方法，其中所述用至少两个不同能级的电磁辐射扫描生物材料样品包括使用第一能级的第一次扫描，和随后使用第二能级的第二次扫描。
11.前述权利要求中任一项的方法，其中至少两个不同的能级均是X射线的辐射波长。
12.前述权利要求中任一项的方法，其中两个所述能级的辐射由在20-150kVp能量范围内操作的单一辐射源发射。
13.用于以自动化流程测量生物材料中的含湿量的装置，所述装置包括 参照数据库，其包括关于具有已知含湿量的多种不同材料类型的数据； 扫描装置，其用于用至少两个不同能级的电磁辐射扫描生物材料样品；检测器，其用于确定在所述两个能级经过所述生物材料样品传递的辐射量；和处理器，其用于鉴定所述参照数据库中与样品生物材料的生物材料最相似的材料类型，并且基于所述鉴定的材料类型和所述确定的经过所述样品传递的辐射量来确定所述生物材料样品的含湿量。
14.权利要求13的装置，其还包括用于产生至少两个不同能级的至少两个辐射源，且优选地每个特定能级至少一个辐射源。
15.权利要求13或14的装置，其中提供用于确定在所述两个能级经过所述生物材料样品传递的辐射量的至少两个检测器，且优选地每个特定能级至少一个检测器。
全文摘要
本发明公开以自动化流程测量生物材料中的含湿量的方法。所述方法包括下述步骤提供关于具有已知的含湿量的多种不同材料类型的参照数据库。此外，用至少两个不同能级的电磁辐射扫描生物材料样品，如木屑、纸浆、谷物、农作物或甘蔗，并且在所述两个能级确定经过所述生物材料样品传递的辐射量。随后，鉴定参照数据库中最类似于样品生物材料的生物材料的材料类型，并且基于所鉴定的材料类型和所确定的经过样品传递的辐射量确定生物材料样品的含湿量。
文档编号G01N33/46GK102165314SQ200980137963
公开日2011年8月24日 申请日期2009年10月1日 优先权日2008年10月2日
发明者埃里克·奥登, 安德斯·乌尔伯格, 弗雷德里克·丹尼尔森, 拉格纳·库伦贝里 申请人:曼泰克斯公司