用于表征存在于液体中的固体物质的设备和方法

用于表征存在于液体中的固体物质的设备和方法
【专利摘要】本发明涉及用于用管线上或管线内传感器测量诸如纸浆的实体的粘着性的设备、系统和方法，所述管线上或管线内传感器具有透明板，所述透明板具有粘性颗粒可以附着的表面。附着的颗粒被板后面的摄像头识别。摄像头被聚焦以检测附着在表面上的静止的颗粒。测量直接从工序流中或者从旁流中被执行，并且不需要为了测量将板从工序中移除。板的材料可以是塑料，诸如聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。另外，流速在测量位置可以被保持为低速，例如<0.1m/s，并且/或者在测量处或其附近可以存在流的停滞点，在所述停滞点流速接近零。
【专利说明】用于表征存在于液体中的固体物质的设备和方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及用于测量存在于液体中的固体物质的沉积性能(例如在表面上沉积的趋势)的方法和设备。所述方法和设备特别适合用于测量含有诸如纸浆纤维的固体物质的水性流体中的颗粒污染物的沉积性能。举例来说，方法和设备可以例如从实体馈给的旁流中按照管线上(on-line)安置方式被实现，或者从主实体流中作为管线内(in-line)测量被实现。

【背景技术】
[0002]通常，了解存在于含有固体物质的液体中的固体物质在表面上形成沉积的趋势是重要的。这也可以被认为是实体的沉积性能，例如实体中的固体物质在表面上形成沉积的相对趋势。另外，这有时候被讨论为实体的粘着性、或者粘性、或者沉积性能。这在造纸工业中以及在某些其他含有具有固体物质的液体例如冷却水的化学制造工序或系统中是特别重要的。特别地，了解或者估计存在于液体中尤其是在水性实体中的固体物质或固体污染物的沉积性能通常很重要。在纸张或纸板制造工序中就是这样的。固体物质的沉积性能可以例如通过在测量期间在表面上沉积的颗粒数、沉积颗粒的尺寸、在某些尺寸分组中的沉积颗粒的数量、被沉积颗粒覆盖的测量表面的面积、或者它们的任何组合被表征。沉积颗粒通常是疏水性质的。
[0003]胶粘物是不同的粘合剂，所述粘合剂与再生纤维一起进入纸张制造工序。举例来说，这些粘合剂可以是热熔胶、压敏粘合剂、信封胶、万能胶、纸张涂料粘合剂、和/或打印墨水粘结剂。胶粘物形成或源自于再生纸张或纸板。胶粘物的典型成分是或包括例如:丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯、和/或乳胶、或者再生纤维中的任何聚合材料。另外，源自于机械纸浆或化学纸浆的木浙青可以引起粘着性。胶粘物在造纸机织物、箔、圆网和压延辊上是粘性的。它们可以是以清洗停工和纸网断裂(web break)的形式造成重大生产损耗的原因。在其他工业水中，含有可沉积的、通常是疏水性的固体物质的流也可以在工序中引起问题。
[0004]实体中的很大一部分胶粘物可以在脱墨车间中或者在0CC(旧瓦楞纸箱)车间中的再生纤维处理中被机械地移除。任何剩余的胶粘物可以被化学手段控制。举例来说，粘性颗粒的表面可以用使它们粘性更小的化学制品被钝化。粘性颗粒也可以用分散的化学制品保持小尺寸，或者它们可以用固定剂或固位剂化学制品被固定于纤维表面。因此，为了手动地和/或自动地控制工序和用于降低或减轻胶粘物的化学制品添加物，包括化学制品的选择，了解纸浆的粘性如何是很重要的。
[0005]通常通过描述这样的实体的粘着性来估计胶粘物的沉积趋势。现存的用于测定这样的实体或颗粒材料的粘着性的方法要求从生产工序中提取样本，所述方法包括板测试和曝气测试。
[0006]存在几种标准化的大胶粘物测量方法=TAPPI方法T277 (TAPPI1999)、INGEDE (国际脱墨工业协会)4号方法、以及依据国际标准化组织(ISO)基于筛选和或是视觉检查(IS015360-1:2000)或是图像分析(IS015360-2:2001)的方法。这些方法或者略微不同的方法在工业和研究中被广泛使用。
[0007]大多数测量大胶粘物的数量的实验室方法或是基于手抄纸制造(handsheetmaking)或是基于通过100或150 μ m的狭槽对纸浆的筛选。在这些预处理之后是将胶粘物、背景、或者这两者一起染色以使背景和胶粘物之间具有更大的对比度。胶粘物进而被量化为面积(_2/kg)或者按每千克干纸浆的胶粘物数。虽然在由图像分析所分析的大胶粘物和用DCM抽取所分析的筛选不良品与用FTIR对胶粘物的量化之间存在很好的相关性，但是大胶粘物测量并不总是与造纸机上的沉积问题相关。
[0008]用于测定存在于液体中的固体物质在表面上的沉积趋势的现有方法存在实质局限。例如，随着固体物质流过生产工序，没有现存方法允许对其沉积性能的连续测定。因此，存在对于能够以连续方式尤其是管线上方式测定固体物质的沉积性能的方法或设备的需求。
[0009]用于测定存在于液体中的颗粒固体物质的沉积性能的现有方法的进一步的局限是要被连续地或以管线上方式测量的工序流必须在测量之前被分离。也就是说，要被分析的颗粒污染物必须在测量之前从样本中被分开。
[0010]用于评估实体的沉积性能的现有方法的另一个局限是对于从生产工序中移除样本的必要性。移除样本、或者在板测试的情况下移除已经被暴露于实体的板、以及将样本传送到远程测试位置的工序既使用资源又使用时间来测定粘着性。这不仅通常是无效率的，而且可以意味着在取样和测试之间所经过的时间期间，不想要的数量的有瑕疵的实体被允许通过样本现场。
[0011]一个或更多的上面所提到的局限在当前可用的用于测量存在于纸浆和纸张制造系统中的颗粒污染物的沉积性能的测量设备和方法中被见到。
[0012]就测定实体的粘着性或沉积性能而言，不同的生产工序和实体需要不同程度的准确性和实效性。因此，存在对于能够快速测定流体实体的沉积性能而无需为了远程分析移除测量板的设备或传感器的需求。


【发明内容】

[0013]本发明的目的是提供能够测定存在于液体尤其是水性实体中的固体物质的沉积性能特征的方法和设备。
[0014]本发明的某些实施例的目的是提供用于对存在于液体中尤其是在水性实体中、尤其是在工序流或一部分工序流中的固体物质的管线上沉积性能测量的方法和设备。
[0015]本发明的某些实施例的目的是提供用于对含有固体物质的水性实体的管线内沉积性能测量的方法和设备。
[0016]对实体的沉积特征的测定是基于对来自至少一定量的部分实体的在表面上的沉积物的测量。举例来说，诸如颗粒、纤维或胶粘物的沉积物提供了用于测定固体物质的沉积特征的基础，所述沉积物存在于沉积表面上并且能够在测量期间被成像设备捕获。
[0017]通过如权利要求1所定义的用于测定固体物质的沉积性能的新设备的优点、如权利要求15所定义的用于测定固体物质的沉积性能的系统的优点、如权利要求24所定义的用于测量存在于流体实体中的固体物质的沉积性能的方法的优点、或者通过对根据权利要求I到14或23中的任何一个所述的设备的使用的优点、对根据权利要求15到23中的任何一个所述的系统的使用、或者对根据权利要求24到42中的任何一个所述的用于控制加入工序中的化学制品的剂量的方法的使用的优点，本发明的目的被完成。
[0018]本发明的某些实施例特别适合用于测量纸浆和纸张制造系统中的实体的沉积特征。举例来说，这样的实体包括:纸浆、纸浆浆料、纤维和/或颗粒的水悬液、工序水、白水等。作为示例，某些实施例在测定基于混合型办公废物、旧新闻纸和/或旧杂志的脱墨纸浆的特征值时被使用。诸如旧瓦楞纸箱或混合废物型纸浆的其他再生纤维级别也适合用于这样的测定。某些实施例还适合用于测定源自于机械的或化学的纸浆、或者其他类型的纸浆的浙青的沉积性能。
[0019]当测定所需的实体的沉积性能时，原始的实体可以首先举例来说通过添加适当数量的流体或第二实体被稀释，并且改变的实体进而通过测量设备。测量或基于对改变的实体的测量的特征可以被直接用于测定原始实体的沉积性能，或者其可以与稀释实体的公知特性结合使用以形成原始实体的沉积性能值。相似地。原始实体或者一部分原始实体可以在测量之前被浓缩。原始的或稀释的实体也可以部分地包含诸如天然气的空气。
[0020]所测量的工序流的水含量通常超过90 %。
[0021]几个实施例在此被描述为包括槽室的设备，所述槽室被安置以便要被测定沉积性能的实体可以通过。实体通常意指进入测量槽室的样本，样本通常包括液体尤其是水溶液和固体物质。从以下的详细描述中，技术人员将理解不同的适当的实体类型。固体物质可以包括被认为是污染物(例如胶粘物)特别是颗粒污染物的固体物质、以及其他固体物质(例如纤维、矿物颜料)。污染物固体物质可以是部分可溶解的。然而，被测量的污染物固体在测量期间形成。槽室还包括透明部分，至少一些实体在通过槽室的时候接触所述透明部分。随着实体接触透明部分，来自固体物质的颗粒可以至少暂时地沉积于透明部分。沉积可以是化学的或机械的。在大多数情况下，沉积更多的是化学性质的。成像设备进而被安置以查看在透明部分上的沉积颗粒以便实体或样本的沉积性能可以被测定。
[0022]根据本发明所述的设备、系统和方法特别适合于含有除了可沉积的固体物质以外的其他固体物质的流体实体。其他固体物质优选地包含纤维。
[0023]在某些实施例中，传感器对于实体的工序流被安置为管线内类型的传感器，例如来自工序流的实体的整个流流过管线内传感器。
[0024]在某些实施例中，传感器对于工序流被安置为管线内类型的传感器，所述传感器对于来自工序流的旁流也可以被认为是管线上类型的安置方式。举例来说，样本或者连续地或者周期性地从主工序流中被提取，并且被路由通过旁流。根据本发明所述的设备被安置在旁流中。所述传感器对于旁流以管线内方式被安置。旁流穿过测量槽室。旁流将流直接送至传感器，所述传感器允许具有对粘着性连续的管线上方式的测量。在一些实施例中，通过传感器的流在测量位置被控制为低的。在某些实施例中，流被安置从而存在流的停滞点以便流速在测量点或测量点附近接近零。在某些示例中，流速可以是或者被安置以进入受制于成像的位置〈0.lm/s，或更具体地是〈0.03m/so
[0025]在成像周期期间，沉积的颗粒的一张或更多的图像被捕获。通常成像周期的图像数据用图像分析被分析。
[0026]在某些实施例中，表面可以用间歇性淋浴被清洗。淋浴流可以是压缩空气、水、清洗液体或它们的混合。另外，成像周期进而可以是在清洗间隔之间从Is到10小时之间，更特别地是从10分钟到5小时。在某些实施例中，成像周期进而可以是在清洗间隔之间从Is到2小时之间，更特别地是从1s到2小时，或者更特别地是在I分钟到30分钟之间。

【专利附图】

【附图说明】
[0027]图1A示出了管线上设备，所述设备可以被连接到主流或者被连接到旁流。
[0028]图1B示出了图1A的管线上设备的剖面图。
[0029]图2A示出了 T形溢流道(flow-through)设备。
[0030]图2B示出了图2A的设备的剖面图。
[0031]图3示出了在工序流内设备的实施例。
[0032]图4示出了直接位于导管内的管线内实施例。
[0033]图5示出了带有具有不规则几何结构的槽室的设备的实施例。
[0034]图6示出了来自实施例的图像分析数据。当含有65 %脱墨纸浆的纸浆被使用时，对于两种颗粒尺寸分类，沉积颗粒数作为时间的函数被示出。
[0035]图7示出了来自实施例的图像分析数据。当含有65%脱墨纸浆的纸浆被使用时，对于两种颗粒尺寸分类，沉积颗粒对于总沉积面积的相对面积作为时间的函数被示出。
[0036]图8示出了来自实施例的图像分析数据。当含有65%脱墨纸浆的纸浆首先被使用并且被改变为100%牛皮纸浆时，对于两种颗粒尺寸分类，沉积颗粒数作为时间的函数被示出。
[0037]图9示出了来自实施例的图像分析数据。当含有65%脱墨纸浆的纸浆首先被使用并且被改变为100%牛皮纸浆时，对于两种颗粒尺寸分类，沉积颗粒数作为时间的函数被示出。

【具体实施方式】
[0038]本发明的实施例10在图1A和IB中被示出。实体流18通过管道17被馈给到槽室12中。在图1A中槽室12以管线内配置被示出。管道17在生产工序中可以是主管道，或者它可以是用于另一个主流的旁流的第二管道。槽室12包括空腔13，流通过所述空腔
13。在图中空腔被示为矩形，并且对比于进水口管道和出水口管道17在截面积上更大。槽室12和空腔13的几何结构可以类似于液槽的几何结构，可以变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、或者大于进水口和出水口管道的。不同的几何结构可以基于所需的操作条件被使用。在一些实施例中包围空腔的槽室壁可以只部分地包围空腔，由此，空腔可以例如是明渠。
[0039]在图1A和IB的实施例中，当实体流17从进水口管道18进入槽室的空腔13时，流的截面积增加。因此，管18到截面更大的槽室12的变宽提供了用于至少在成像区域的附近降低流体实体的流速的手段。
[0040]槽室12的上部14的至少一部分是透明的/半透明的和/或实质上无遮挡的，以便流经传感器的材料的至少一部分可以被成像设备16捕获。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适当的透明材料。透明在这里表示光可以进入穿过透明材料。暴露于空腔的透明材料的表面，即沉积表面，应该能够至少在暂时长度的时间内从实体流收集颗粒。虽然示图示出了只有槽室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，例如其侧面和底面、和/或槽室的一个或更多的额外部分可以由相同的或相似的透明材料制成。另外，在成像设备和上部14之间存在一个或更多的额外的层/材料，其应该至少是部分地透明/半透明的，或者要不然在成像期间不完全遮挡成像设备。
[0041]在图1A和IB中槽室12被示为矩形，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覆盖了空腔的整个上部。成像设备16被安置位于透明上部14之上。成像设备16被安置以便它能够透过透明部分连续的或不连续的聚焦到槽室里面的表面上或表面附近，也就是说，聚焦到表面内或者聚焦到表面附近趋向空腔的一段距离。摄像头的聚焦区域被调节到达到离透明表面0-300 μ m的距离，优选地是0-150 μ m,或更优选地是0-30 μ m。成像设备16被安置以便其能够连续的或不连续的聚焦到透明上部14的内部，也就是说，聚焦到透明部分面向空腔的表面上或该表面附近。为了使诸如摄像头的许多成像设备透过透明材料聚焦，例如聚焦到透明材料的内表面上，材料必须具有实质厚度。透明材料14的必要的厚度基于成像设备、附接于成像设备的适用的镜头的规格以及层14的材料被确定。然而，成像设备应该能够连续地和/或不连续地监视任何变得沉积于沉积表面即透明上部14的内表面的颗粒。
[0042]替选地，透明部分14可以在不是设备的上部区域中的其他地方被提供，例如槽室的下部。颗粒在透明部分的表面上的沉积是由于其他力，重力，任何。
[0043]成像设备16应该具有能够检测要被计数的所需的粘附颗粒尺寸的分辨率。在许多应用中，例如在纸张生产工业中，具有大约0.7ym/pix到20 μ m/pix、优选地是I...10 μ m/pix、优选地是1.5...5 μ m/pix的图像分辨率的摄像头允许对具有超过2 μ m尺寸的颗粒的检测，这在许多应用中是足够的。然而，成像设备的分辨率和选择可以根据需要变化。
[0044]具有一致厚度并且没有曲率的透明上部14有助于对沉积于透明部分14的内表面的颗粒的成像。透明部分的内表面面向空腔。出于这个原因，具有恒定厚度并且被安置实质垂直于成像设备的一块平的、矩形的透明材料在许多情况下效果很好。相似地，令透明部分14的沉积表面到成像设备16是恒定距离在某些情况下可以是有好处的。另外，虽然透明部分14被示为覆盖空腔13的整个上部，但是只需要有足够的透明部分14以便足够的成像可以被获得。因此，只有面向成像设备的槽室的一部分表面需要是透明的，例如以窗口安置方式。在不脱离本发明的范围的情况下，其他几何结构和安置方式可以被实施。
[0045]一个或更多的照明设备可以被安置在槽室内、槽室上、和或槽室周围来帮助成像。在图1B中被安置在透明层14内的两个发光二极管(LED) 15被示出。一个或更多的被安置在透明材料内的LED对于照亮整块材料以便内表面的图像可以容易地被获得效果很好。LED也可以被安置在透明材料14的外表面或内表面上。其他照明源可以被用作适用于为成像设备获得所希望的照明，所述其他照明源诸如传统的白炽灯泡、卤素灯、有机LED、激光以及其他公知的照明源。照明可以是连续的或者间歇性的。
[0046]此外，槽室的一个或更多的额外表面可以部分地或整体地由透明的或半透明的材料制造。这样的表面可以包含照明元件并且/或者可以允许光透过以便为照明设备提供光。举例来说，与成像设备和透明表面14相对的表面可以是透明的并且允许光透过以有效地从背后照明粘附于透明表面14的颗粒。
[0047]图2A和2B示出了本发明的“T”形实施例20。实体馈给27途径导管26到槽室21中，并且通过在槽室的任意一侧上的导管28作为馈给29退出槽室21。相似于实施例10，槽室21包括具有透明部分23的空腔22。成像设备25被安置在透明上部23之外，所述成像设备25能够捕获沉积于沉积表面上的颗粒的图像，所述沉积表面例如暴露于空腔22的透明部分23的内表面。
[0048]在实施例20中，透明部分23被安置成与实体馈给进水口 26相对。基于这种安置方式，当实体馈给27进入空腔22并且通过左边和右边的导管28被排出时形成了区34，在所述区34处流是或者几乎接近于停滞区，所述停滞区至少暂时具有处于或接近Om/s的流速。成像设备25被安置以查看在停滞区34周围的透明部分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。相似于实施例10，可以存在一个或更多的照明元件24。
[0049]在图2A和2B的实施例中，通过进水口管道26进入空腔22的流27被分为两个出水口流29。将流分为两个出水口流可以允许在槽室的空腔内至少在成像区域附近降低流体实体的流速。
[0050]在图2A和2B的实施例中，当实体流27从进水口管道26进入槽室21的空腔22时，流的截面积增加。因此管26到截面更大的空腔22的变宽提供了用于在空腔中至少在成像区域附近降低流体实体的流速的手段。
[0051]在至空腔的进水口或自槽室的出水口中，流速可以超过发生在成像区域的流速。在某些实施例中，在进水口和出水口处典型的流速小于0.5m/s。
[0052]由于停滞区34在T形实施例20中的形成，冲刷槽室以便不时地移除沉积的颗粒通常是必要的。本实施例中的槽室22因此被安装有冲刷流体管线31和冲刷空气管线32。当槽室或至少沉积表面将要被冲刷时，实体流被限制并且例如压缩空气的空气和例如来自纸张生产工序用水的流体的组合从管线31和32被使用以冲刷槽室。冲刷的实体进而可以通过导管28或馈给27、或者通过专用冲刷导管(未示出)从槽室被移除。
[0053]尽管示出了用来冲刷系统的分离的流体和空气管线31和32，替选的元件也可以被使用以冲刷槽室。举例来说，单一管线可以同时馈给流体和气体两者，或者只馈给能够冲刷槽室的单一实体。流体可以是水、用化学方法处理的水、化学实体、或者几乎任何公知的能够冲刷槽室的实体。清洗透明层23的内表面的其他方法可以连同或代替冲刷被使用，所述其他方法举例来说是诸如橡胶清洁器的机械装置。因此无论有或没有实体流27的存在，清洗都可以被执行。
[0054]尽管实施例20被示为具有处于直角的进水口和出水口导管的“T”安置方式，馈给进水口 26的进入角度和/或馈给出水口 28的退出角度却可以是不同于直角的。此外，可以存在一个或多于两个馈给出水口。通过安置另一个槽室以收集出水口流，出水口可以被安置以连续360度地占据成像区域周围。如上面关于实施例10所讨论的，槽室和空腔的几何结构和特征可以变化。
[0055]图3示出了在管线上、旁流安置方式中系统利用设备的实施例40。主实体馈给管线41具有被调控装置42所控制的旁流管线43，所述调控装置42例如阀门。当馈给实体的粘着性被测定时，调控装置42允许馈给实体的至少一部分在一段时间内被引导通过到管线43。来自管线43的实体馈给进而流到传感器槽室44中，实体馈给的沉积性能在所述槽室44被测定。槽室44可以是如上面所描述的任何槽室，并且在图3中被示为相似于图2A和2B的实施例20的“T”安置方式。
[0056]来自馈给实体的颗粒粘附于或沉积于槽室44的透明部分，并且被成像设备46记录。成像设备46被连接到CPU48。来自成像设备的图像可以被连续地或选择性地存储在CPU48的存储器中或者可被CPU48存取的存储器中。CPU48包含存储在诸如硬盘驱动器、或者可移除的暂时性或非暂时性媒介的计算机可读媒介上的程序，所述程序能够分析来自成像设备的图像数据以测定实体馈给的沉积性能。CPU48可以是任何公知的计算媒介，诸如PC、MAC、服务器、云服务器、处理单元、PDA、成像设备自身的一部分等。成像设备可以具有能够捕获尺寸〈50 μ m、或更具体地〈5 μ m、或者在一些情况下<150μπι*〈100μπι的颗粒的分辨率。
[0057]对实体的沉积性能的测定是基于对来自至少一部分或者一定量的实体的沉积物的测量。特别地，本发明所述的设备和方法允许对沉积性能的测定而无需对实体或样本的分离。举例来说，诸如疏水性颗粒、胶粘物、浙青、源自于涂布损纸的粘合剂或其他颗粒的沉积物提供了用于测定实体的沉积特征的基础，所述沉积物存在于沉积表面并且能够在测量期间被成像设备捕获。
[0058]测定程序能够从被捕获的图像中测定代表值和/或特性。举例来说，程序能够引起处理器执行通过任何公知的图像识别处理方法来计数存在于成像中的颗粒数的步骤。例如，程序可以从几张图像计算平均值或者可以比较几张图像以从结果中消除掉非附着的颗粒。通过忽略在特定测量开始之前就存在于图像中的颗粒，累积于成像系统的尘土可以从结果数据中被移除。
[0059]除了计数颗粒数以外，测定程序还可以被安置以测定每一个颗粒和/或颗粒群的尺寸。此外，测定程序可以被安置以测定被沉积物、或者某一种类和/或尺寸的沉积物所覆盖的测量区域的百分比。在一些时刻，例如在测定之前，工序可以被安置以测定预定义的或基于软件的灰度和/或参考图像，用于测量的被捕获的图像或多个图像被与所述参考图像比较。这些值中的任何一个或者它们的任何组合都可以被单独使用，或者被用作采样的实体、改变的实体或原始的实体的沉积性能的基础。
[0060]举例来说，表征实体的沉积性能的值可以是颗粒的总数、颗粒的平均数、被覆盖的表面面积的百分比、图像的平均灰度、色彩、或者将一个或更多的所述示例值纳入考虑的算法的结果。算法也可以对颗粒做分类以识别例如胶粘物、墨水颗粒、无机沉积物、浙青、纤维、颜料、气泡、以及微生物的粘液。分类可以是基于例如形状、尺寸和颜色。用于以最佳方式表征沉积性能的值可以取决于例如样本中的颗粒的尺寸或类型。本领域的普通技术人员应该认识到在不脱离本发明范围的情况下使用在此所描述的设备可获得的很多值和数量。
[0061]基于描述了从沉积表面分析出来的颗粒的测量所得到的值可以像这样被使用，或者是与例如实体中的总固体含量有关。当测定所需的实体的特征值时，原始实体可以首先举例来说通过添加适当数量的流体或第二实体被稀释，并且改变的实体进而通过传感设备。改变的实体的被测量的特性可以被直接被用于测定原始实体的相对特征值，或者它可以与稀释的实体的公知特性结合使用以形成原始实体的特征值。相似地，原始实体或一部分原始实体可以在测量之前被浓缩。
[0062]设备可以在不连续的或连续的模式下被操作。
[0063]当设备在不连续的模式下被操作时，图像的离散的颗粒计数可以被获得并且被存储，这允许了测定程序在给定的时间为图像中的实体分配离散的沉积性能值。当传感器在连续的或管线上的模式下被操作时，那么在给定的时间周期内图像中颗粒的变化或者相对变化可以被用来测定实体与处于先前的时间点的基准或实体相比的相对沉积性能。这个值可以是指示性的或者被用来测定在一个或更多的时间段中馈给的实体流的粘稠度值。在一个实施例中，颗粒可以按照它们的面积、灰度和/或色彩被分类。此外，被沉积颗粒所覆盖的总面积可以被用作测量值。另外，图像的平均灰度可以被用作测量值。
[0064]在连续模式的实施例中，沉积颗粒的累积速率可以被跟踪。在连续模式的实施例中，沉积颗粒可以被跟踪而无需(停下来)冲刷或清洗传感器或其表面。为了检测沉积颗粒的累积数量，检测静止的颗粒是很重要的。通过从几张照片中提取灰度或色度平均的照片，或者通过只检测在后续照片中出现在相同位置的颗粒，移动的颗粒可以被忽略。沉积颗粒举例来说通过阈值或者用更先进的图像分析手段从没有移动颗粒的照片中被检测。阈值可以根据情况被选择。其他颗粒检测技术也可以替代地被使用。检测的颗粒被分类并且例如被计数。沉积物的累积或累积速率可以在任何适合的时间周期被跟踪，在一些实施例中是在更长的时间周期中被跟踪，例如从I到24小时，优选地是2到8小时。在传感器内的流被随机地引导，这可以将颗粒更快地沉积到表面上或者甚至可以将颗粒从表面释放。因此通常更长的时间周期的跟踪被推荐。为了跟踪沉积颗粒的累积或累积速率，例如颗粒数或沉积颗粒的总面积的斜率可以被计算。对于例如全体颗粒或者每个尺寸分类的颗粒，这些值可以被计算。
[0065]来自槽室的实体馈给通过一个或更多的出水口导管45退出。在相似于实施例20和图3中所示的槽室44的实施例中，存在冲刷装置47，所述冲刷装置47被用来冲刷槽室和/或清洗槽室的成像表面。当在不连续的模式下被操作时，冲刷一般将在实体馈给流停止时发生。在冲刷装置是通过管线47馈给的流体和/或气体的实施例中，则冲刷实体可以通过导管(多个导管)45退出槽室，并且可以通过控制阀门51被转移到废物管线52。通过旁环路从主流41中提取的实体馈给或者可以通过控制阀门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/或者它可以通过废物管线52被丢弃。
[0066]如关于图3所描述的旁环路可以包含额外的阀门、控制器、导管、一个或更多的水泵、和/或额外的传感器。此外，主管线41可以具有根据本发明所述的额外的设备。举例来说，在控制阀门42之前可以存在诸如由实施例10所描述的管线内设备或传感器。如果管线内传感器检测到实体的粘着性的相对变化，那么为了更详细的和更准确的管线上分析流的一部分可以立刻被转移到旁环路。
[0067]如在此所描述的传感器或设备以及系统和方法在纸浆和纸张以及纸板生产工业中可以是特别有用的。举例来说，它们可以与测试混合型办公室废物纸浆(MOW)、混合型废物(MXW)、脱墨纸浆(DIP)、旧新闻纸纸浆(ONP)、旧杂志纸浆(OMG)、旧瓦楞纸箱纸浆(OCC)、磨木纸浆(GW)、热磨机械纸浆(TMP)、漂白的化学热磨机械纸浆(BCTMP)、涂布损纸、以及其他纸浆类型或含有这些的混合物一起被使用。实体的典型的固体含量可以是0.3...12%，所述实体例如纸浆。这是在纸浆存储塔和造纸机之间典型的粘稠度。有时候粘稠度可以甚至是0.1到12%，例如在纸巾造纸机中。这也可以是用于测量的适合的操作区域。对于旁流传感器，固体含量〈4%是优选的。被分析的纸浆可以是处于其原始的、加工的、正在加工的或稀释的形式。测量也可以从白水或者从备料、制浆、纸张制造或纸板制造工序的过滤水中被执行。在该情况下，固体含量通常〈I%。优选的测量点可以是造纸机短环路，在所述优选的测量点沉积容易成长为更大的尺寸。
[0068]测量设备还能够评估药剂、试剂以及其他化学制品对这样的纸浆的沉积性能的作用，其他化学制品例如钝化剂、分散剂、表面活性剂和固定剂。当根据本发明的设备在测量时，化学制品可以被用来修改或降低相同的沉积物的数量。测量信息可以被用来调节化学制品(多个化学制品)的剂量，从而用最低的或最优的化学制品消耗量达到足够低的沉积趋势。化学制品剂量调节也可以用基于设备的测量结果的控制系统被执行。控制可以是串联的、前馈的或其他可用的控制逻辑。
[0069]在诸如图3所描述的系统中，水管线(未示出)可以将水添加到在槽室44之前的或在槽室44的入口处的转移流管线43中，以将实体馈给稀释到所需的浓度。粘稠度测量设备可以在环路内的一个或更多的点被添加，以测定原始的和/或调节的实体馈给粘稠度。在这样的实施例中，转移的和稀释的实体馈给将很可能不被返回到主管线中。因此，阀门49和将环路连接回到主管线41的相关的管线可以被移除。
[0070]举例来说，主管线中具有粘稠度是5%、优选地是4.8%的纸浆的MOW DIP可以按原状被测试或者它可以被稀释。例如，在如关于图3所描述的系统中，MOW DIP的沉积性能希望以常规的间隔被不连续地测试。在1.5小时的周期期间，纸浆的沉积性能被测试8次。在确定的或预先确定的时间，控制阀门42被打开以允许来自主管线的纸浆沿着管线43行进到旁环路中。管线43中的纸浆可以首先经过测量其粘稠度的传感器。
[0071]纸浆进而流向槽室44，并且在某一时刻可以向它添加水以将馈给稀释到2%的粘稠度，所述水例如50摄氏度的自来水。被稀释的馈给的粘稠度进而可以在进入槽室44之前被再次测量。实体进而被允许流一段时间以允许粘性材料沉积于槽室44的丙烯酸板，所述一段时间例如预先确定的5分钟。在所述一段时间之后，成像对于第二段时间被执行，例如预先确定的2分钟。实体可以在成像周期期间流动，或者它可以已经停止。在成像周期结束之后，控制阀门42限制或完全制止流从主管线41到旁环路中，如果这不是已经被完成的话。实体馈给进而或者被允许再进入主管线41，或者它被转移到丢弃管线52。
[0072]在成像周期期满之后，冲刷装置冲刷槽室并且/或者清洗槽室44的丙烯酸板。来自成像周期的数据被发送或者已经实时被发送，所述数据被存储并且/或者立刻被CPU48分析。图像进而被分析以测定例如在成像周期期间一张或更多被捕获的图像中沉积颗粒的数量、尺寸和/或尺寸分布。当多张图像在成像周期期间被拍摄时，特别是在成像周期期间存在流时，来自一张或更多的图像的结果被取平均并且平均的数据被用来测定粘着性。
[0073]槽室也可以对主工序流开放，在这样的情况下提供了管线内测量。槽室的一个功能是可以将流速降低到某一程度，在所述程度粘性颗粒或颗粒具有在表面上沉积的趋势、可以至少在一段时间内附着或沉积于成像表面、并且剩余流将不会在颗粒被测量前将它们擦除。然而，特别在流速不是问题的情况下，用来减慢馈给的槽室可以是不必要的。无论如何，为取代实际槽室，诸如主馈给管线的一部分管线、管道或导管可以包含透明部分并且以在此所述的方式被安置。因此，馈给进水口将是导管在透明部分之前的虚构部分，并且馈给出水口将是导管在透明部分之后的虚构部分。导管在所述虚构部分之间的区段将代表槽室。像这样，所述所定义的槽室内的空间将代表空腔。
[0074]这样的实施例的示例在图4中被示为示例60。导管61通常具有非限制性的实体流62，所述导管61举例来说可以是含有纸浆实体的主馈给管线。一部分导管被替换为透明材料64。如上面所描述的,成像设备65相对于透明部分64被安置。
[0075]透明部分64可以形成导管(未示出)的内表面和外表面的一部分以便导管是另外未修改的。在图4所示的示例性实施例中，存在插入管63，所述插入管63向导管中突出一部分距离。插入管包含透明部分64。另外，插入管可以轻微延伸穿过透明部分。该延伸段67可以被用来在透明部分64周围的实体流62中创建想要的并且在很多情况下是最小的扰动。延伸段67也可以起作用以局部地减缓导管中的流速。因此延伸段67可以提供用于至少在成像区域附近降低流体实体的流速的装置。该扰动可以促进颗粒的沉积，也可以阻止沉积颗粒被综合流62冲洗掉。沉积颗粒被认为粘附于沉积表面。在一些情况下，颗粒可以在成像的焦距内机械地沉积于表面或表面附近。
[0076]此外，清洗装置66在延伸的位置被示出。清洗装置66可以包括喷嘴，所述喷嘴可以向透明部分的暴露的表面喷射诸如空气、水和/或化合物的实体以清洗沉积颗粒的沉积表面。清洗装置66可以是在固定位置的，然而清洗装置也可以回缩以便它不会扰乱流62，并且当想要清洗透明部分的所述表面时可以延伸。诸如那些关于冲刷装置所描述的其他能够将粘附的颗粒从表面清洗掉的清洗装置或其他装置可以被采用。
[0077]图5示出了本发明的进一步的实施例70。在相似于实施例10的管线内安置方式中，槽室71被安置具有进水口导管72和出水口导管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。如由虚线流线所示意的，凹陷在通过槽室的流中引起扰动以促进颗粒粘附和测量。任何形式的收缩都可以被使用来代替凹陷。该扰动可以在透明部分处或在透明部分周围引起涡流区。位于槽室内的凹陷和障碍物的不同的安置方式和几何结构可以被用于该作用。槽室的收缩也可以创建流的停滞点，由于在收缩之后流路的截面积再次增加，所述停滞点可以加速颗粒向表面的沉积。
[0078]成像设备77被安置以透过透明部分捕获沉积于透明部分75的颗粒。成像设备77被安置以被聚焦在成像的设备表面(沉积表面)，或者优选地被聚焦在从沉积表面朝空腔方向的上至150 μ m、优选地是上至100 μ m的距离,特别是在O到50 μ m之间。成像设备被安置在空腔外以透过透明表面捕获图像。另外，如图中所示，几个照明设备78被定位在成像设备周围并且在透明部分75外面。此外，第二透明部分76被定位在透明部分75对面，所述第二透明部分76具有照明源79，所述照明源79被安置以有效地从背后照明透明部分75和被成像设备77捕获的图像。相似于图5，清洗装置81在不明显的、可回缩的位置被示出。
[0079]示例 1:
[0080]基于混合型办公室废物的脱墨纸浆(MOW-DIP)以及含有50%旧新闻纸和50%旧杂志纸的非脱墨再生纸浆(ONP-OMG)被用作测试纸浆。另外，MOW-DIP用含有聚乙烯醇的通用去粘性化学制品被处理。
[0081]纸浆的提取物含量通过在测试之前用四氢呋喃(THF)提取冻干的纸浆样本被重量分析地测定。总提取物的聚合分数的份额通过使用具有尺寸排阻柱的液相色谱法(HPLC-SEC)被测定。结果被计算为mg/g干纸衆。
[0082]所使用的测量安置方式是T形液槽。液槽即成像区域由丙烯酸塑料制成。纸浆馈给通过将再生纤维纸浆循环通过液槽被安置，所述纸浆在泵环路中具有2%稠度，所述泵环路具有50升存储容器。在液槽的出口处的流速近似地是0.lm/s。在一小时运行期间液槽被用水冲刷8次，在每一次冲洗循环之后，5分钟的流被维持以允许纸浆的粘性材料沉积在丙烯酸板上。因此成像周期是5分钟。在成像周期的结束时一张图像被拍摄。
[0083]用于管线上成像的摄像头被安装在液槽盖上方。成像对于每个纸浆样本被执行5-8次，并且透明板在重复之间被清洗。试验点的每张图像的平均颗粒计数进而被计算。像素分辨率是2 μ m/pix，并且成像区域近似地是2cm xl.5cm。此外，通过使用LED模块，水平照明被实现。
[0084]表1

【权利要求】
1.一种用于测定固体物质的沉积性能的设备，所述设备包括: -具有空腔的槽室，所述槽室具有至少一个透明部分， -至少一个用于流体实体的至所述槽室的进水口和至少一个用于流体实体的自所述槽室的出水口，以及 -被安置以捕获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间的图像的成像设备，所述表面在所述槽室的所述空腔中被暴露于流体实体。
2.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括处理单元，所述处理单元能够至少部分地基于所述捕获的图像测定所述固体物质和/或所述流体实体的值，所述值是相对的或指示性的沉积性能值、成像颗粒的总数、测量期间在表面上的沉积颗粒数、在预定义的表面面积和/或时间周期/图像数上取平均的颗粒平均数、被覆盖的表面面积的百分比、沉积颗粒的尺寸、某些尺寸分组中的沉积颗粒数、被沉积颗粒覆盖的测量表面的面积、所述成像的颗粒的灰度渐变和/或色彩、或者它们的任何组合。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述处理单元包括存储在计算机可读媒介上的计算机可读指令，所述指令用于指导处理器从所述成像设备中分析成像数据。
4.根据或者权利要求2或者权利要求3所述的设备，其中测定流体实体的沉积性能值和/或粘着性值是基于从实体流体中测定沉积于所述槽室的所述透明部分的所述表面的至少一些颗粒。
5.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述沉积材料是粘性的。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述沉积材料包括一个或更多的下列事物: -再生纤维胶粘物， -木浙青，以及 -涂料粘合剂。
7.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述槽室的所述部分地透明的部分是从塑料、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和玻璃的集合中选择的材料。
8.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述槽室的所述透明部分具有足够使成像设备聚焦在粘附于所述透明部分的远表面的颗粒上的厚度。
9.根据任一前述权利要求所述的设备，所述设备还包括一个或更多的照明元件。
10.根据权利要求9所述的设备，其中至少一个照明元件是定位在所述槽室的所述透明部分内或者在所述槽室的所述透明部分上的LED。
11.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述槽室的一个或更多的整个侧面是由至少部分透明的材料制成的。
12.根据任一前述权利要求所述的设备，所述设备还包括清洗装置，所述清洗装置能够基本上移除粘附于所述槽室的所述透明部分的所述内表面的颗粒。
13.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述成像设备被安置以捕获距透明表面0-150 μ m的距离之间的图像。
14.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述设备包括用于至少在所述成像区域附近降低所述流体实体的所述流速的装置。
15.一种用于测定固体物质的沉积性能的系统，所述系统包括: -用于要被测量的实体流的导管，-具有空腔和至少一个透明的或部分透明的部分的槽室，所述导管通向所述槽室的所述空腔， -至少一个用于所述实体流的自所述槽室的出水口， -被安置以捕获所述空腔内的空间和/或所述槽室的所述透明部分的表面的至少一部分的图像的成像设备，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设备捕获的成像数据测定所述实体流的沉积性能值的处理单元。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述导管和自所述槽室的出水口基本上对于彼此成一直线，并且平行于所述槽室的所述透明部分。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述处理单元包含存储在计算机可读媒介上的计算机可读程序，所述程序用于引起处理器在一段时间内测定所述实体的一个或更多的相对沉积性能和/或粘着性值。
18.根据权利要求15所述的系统，其中所述导管相对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.根据权利要求18所述的系统，其中所述槽室被安置以靠着所述槽室的所述透明部分的所述表面创建停滞区，并且所述成像设备被安置以捕获所述空腔内的空间和/或覆盖了所述停滞区的所述表面的至少一部分的图像。
20.根据权利要求15到19中的任一个所述的系统，所述系统还包括能够基本上移除粘附于所述槽室的所述透明部分的所述内表面的颗粒的冲刷装置。
21.根据权利要求15到20中的任一个所述的系统，所述系统还包括一个或更多的照明元件。
22.根据权利要求15到21中的任一个所述的系统，其中所述系统包括用于降低至少在所述成像区域附近的所述流体实体的流速的装置。
23.根据任一前述权利要求所述的设备或系统，其中所述图像捕获设备被安置以透过透明部分聚焦。
24.一种用于测量存在于流体实体中的所述沉积颗粒的方法，所述方法包括以下步骤: -使直接源自于工序流的实体流的至少一部分接触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设备，所述成像设备被安置以捕获沉积于被所述实体流接触的暴露的内表面的颗粒的图像， -捕获沉积于所述槽室的所述透明部分的所述表面的颗粒的一张或更多的图像， -分析所述一张或更多的图像以测量沉积的颗粒。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，至少部分地基于所述捕获的图像测定所述固体物质和/或所述流体实体的值，所述值是相对的或指示性的沉积性能值。
26.根据权利要求24或25所述的方法，其中所述成像颗粒的总数、在测量期间在表面上的沉积颗粒数、在预定义的表面面积和/或时间段/图像数上取平均的颗粒平均数、被覆盖的表面面积的百分比、沉积颗粒的尺寸、某些尺寸分组中的沉积颗粒数，被沉积颗粒覆盖的测量表面的面积、成像颗粒的灰度渐变和/或色彩、或它们的任何组合。
27.根据权利要求24、25或26所述的方法，其中捕获所述一张或更多的图像是透过所述槽室的透明部分起作用的。
28.根据权利要求24或27所述的方法，其中直接源自于工序流的实体流的至少一部分在第一段时间内接触面向所述槽室的所述空腔的槽室的透明部分的表面，并且同样地，所述捕获所述一张或更多的图像发生在第二段时间期间，所述第二段时间不同于所述第一段时间。
29.根据权利要求24 到27中的任一个所述的方法,其中直接源自于工序流的实体流的至少一部分在第一段时间内接触面向所述槽室的所述空腔的槽室的透明部分的表面，并且同样地，所述捕获所述一张或更多的图像发生在第二段时间期间，所述第二段时间与所述第一段时间重叠。
30.根据权利要求24所述的方法，其中静止的颗粒被分析并且移动的颗粒被忽略，其中只有静止的颗粒被检测。
31.根据或者权利要求28或者权利要求29所述的方法，其中所述第二段时间在2秒到2小时之间，更具体地是在I分钟到30分钟之间。
32.根据权利要求24到31中的任一个所述的方法，其中所述表面在所述第二段时间之前和/或之后被清洗。
33.根据权利要求24到32中的任一个所述的方法，其中所述分析和测定被一个或更多的处理单元执行。
34.根据权利要求24到33中的任一个所述的方法，其中所述槽室的所述透明部分是固定的。
35.根据权利要求24到34中的任一个所述的方法，其中测定所述颗粒数和/或颗粒面积被执行而无需对所述槽室的所述透明部分的移除和/或迁移，所述透明部分的图像已经被捕获。
36.根据权利要求24到35中的任一个所述的方法，其中捕获图像无需对所述槽室的所述透明部分的移除和/或迁移，所述透明部分的图像已经被捕获。
37.根据权利要求24到36中的任一个所述的方法，其中所述实体流的至少一部分在接触所述槽室的所述透明部分之前被稀释。
38.一种依照权利要求24到37中的任一个、根据权利要求1到14中的任一个所述的操作设备的方法。
39.一种依照任一前述方法权利要求所述的方法，其中所述实体的所述流的至少一部分被安置为在所述透明部分处〈0.lm/s，或更优选地是〈0.03m/s。
40.一种依照任一前述设备权利要求所述的方法，其中所述实体的所述流的至少一部分被安置为在所述透明部分处被限制为〈0.lm/s，或者更优选地是〈0.03m/s。
41.一种依照任一前述权利要求1到14所述的方法，其中所述沉积颗粒是粘性的。
42.一种根据权利要求41所述的方法，其中所述粘性的沉积颗粒包括下列的一个或多个:再生纤维胶粘物、木浙青或源自于涂布损纸的粘合剂。
43.一种用于控制加入工序中的化学制品剂量的根据权利要求1到14或23中的任一个所述的对设备的使用、根据权利要求15到23中的任一个所述的系统、或者根据权利要求24到42中的任一个所述的方法，其中所述化学制品能够在所述工序中修改存在于所述流体实体中的固体物质的所述沉积性能。
44.根据权利要求43所述的使用方法，其中所述化学制品是钝化剂、分散剂、表面活性剂或固定剂、或者它们的组合。
45.根据权利要求43或44所述的使用方法，其中所述流体包括再生纤维、或机械纸浆、或涂布损纸。
46.根据权利要求43到45中的任何一个所述的使用方法，其中所述传感器被定位在或者被分析的流体源自于再生纤维处理管线中，或者纸张、纸板或在纸网形成之前的纸巾机器工序，特别是在具有稀 薄供应物(〈3%稠度)的方法系统流中。
【文档编号】G01N33/34GK104081200SQ201280053799
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2012年9月3日 优先权日:2011年9月2日
【发明者】M.希伊塔尼伊米 申请人:凯米罗总公司