JPS60501125A - 流動媒体中の懸濁物質含有率を測定する方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 流動媒体中の懸濁物質含有率を測定する方法及びその装置 本発明は、流動媒体中の懸濁物質を、光源からの光で媒体を照明し、直接反射光 を測定するための検知器と多重反射光を測定するための検知器との少なくとも２ つの検知器において反射光を検知することによって測定する方法及び装置に係わ る。前記直接反射光とは、光源によって直接照明される媒体領域から受光される 光であり、前記多重反射光とは、直接照明されず、直接照明光からの散乱光によ って照明される媒体領域から受光される光である。

本発明の装＠味、好ましくはいわゆるコンシスチンシー測定、即ち、パルプ及び 製置の分野に見られるようにファイバ懸濁液中のファイバ含有率測定に使用する ことを想定して構成する。コンシスチンシーとは、単位容積当たりのファイバ重 量である。また本発明は、流動媒体に光を散乱させる物質ならいかなる物質の測 定にも利用できるから、このコンシスチンシーは、従来一般的に濃度と呼称され ている懸濁固形物の濃度をも示す。

ファイバ懸濁液中のファイバ濃度を測定する方法がすでにいくつも開発さ゛れ” ソ゛いる。その多くは機械的□装置に基づく方法である。過去５０年に亘り特に 広く利用されてきたのが剪断力の原理であった。剪断力測定においては、先ずブ レード、回転センサなどによってファイバ懸濁液の網状強度を測定する。次いで 特殊な校正方法に′ヨテて濃度と網状強度の関係を算定する。

しかし、後年になってファイバ懸濁液の濃度を測定するための光学的方法が利用 され始めた。このような開発がなされるにはいくつかの理由があった。

第１に、剪断力または粘性式の機械的計測装置は保守の必要性が大きい。

第２に、機械的装置の場合、特に定置測定では精度が比較的低い。

第３に、光学的及び電子的分野、特に後者においで目ざましい良術開発がなされ 、これが光学原理に基づく計測装置の製造を容易・に、し、そのコストを軽減し た。

第４に、電子光学技術により、対応の機械的装置で得られる精度と少なくとも同 様に高い、場合によってはもつと高い精度を得ることができる。

しかしながら、電子光学的方法の利用に伴なう欠点として、高濃度における測定 の困難さがあった。そのためこの方法はζ１００／１！（１％）以下の濃度の測 定に制限されるのが普通であった。これは透過度測定、即ち、ファイバ懸濁液の 透過光検知を利用する場合が多かったことに起因する。懸濁液を通過する光の強 さは指数函数的に低下するから、これに対応して発生する信号が比較的低い濃度 においてさえＳ／Ｎ限界に近くなる。透過し、偏光させられた光に基づく計測装 置にも同様の欠点がある。

本発明は明細書導入部に記載したような方法及び装置に係わり、前記方法は直接 反射光検知器を、最大値に達するまでは検知器出力信号と流動媒体濃度の間に線 形関係が得られ、この最大値からは濃度がもっと高くなっても信号が増大するよ うに光源から距離を保って配置し、多重反射光検知器を、検知器出力信号が広い 範囲内の流動媒体濃度に影響されないように光源から距離を保って配置し、直接 反射に対応する信号を多重反射に対応する信号で割った商から得られる信号が流 動媒体濃度の尺度となることを一般的な特徴とする。

本発明におい、では、反射光を測定することによって問題の多かった公知の濃度 変換器の使用を回避した。この測定では、１％レベル以上の濃度でのすぐれた精 度が得られ、特に本発明においては精度を劣化させることなく６％の濃度を測定 することができる。バルブ・ファイバの種類によ−っては１０％またはそれ以上 の濃度まですぐれた線形性が続く。

以下添付の図面を参照１て本発明の詳細な説明する。

添付図面の第１図は、本発明の実施例による測定装置の測定ヘッドまたは挿入探 測子の断面図、第１Ａ図は、光源から検知器への照明ビームを示す探測子の側断 面図、第２図は、本発明による２通りの測定装置構成を一部断面で示す側面図、 第３図は、本発明の他の実施例に含まれる挿入探測子を一部断面で示す拡大側面 ′図、第４図は、挿入探測子外端の拡大縦断面図、第５図は、第４図に示す探測 子外端のＡ−Ａ線における断面図、第６図は、第５図に示す探測子端のＢ−Ｂ線 における部分断面図、第７図は、挿入プ測子端の他の実施例の部分縦断面図、第 ８図は、流動媒体濃度に対応する信号１２１，１４１゜１２１／Ｉ４１及びＩ： ＋＋　／Ｉ４　ｌ＋に−１＋　を示すグラフである。

第１図に示す実施例では、測定ヘッドまたは挿入探測子１０が光源１としてのゾ ーン１ａ１直接反射検知器２としてのゾーン２ａ及び多重反射検知器３，４とし てのゾーン３ａ　、４ａから成る４つのゾーンを含む。これらのゾーンは、オプ チカル・ファイバ光導体の一端部１３を構成する。端部１３は窓９を含み、その 後方には、図示しない取り付けねじを取り付は孔６に螺入することにより端部に 取り付けられるフランジ５があり、このフランジ５の目的は、オプチカル・ファ イバ光導体を６立てし且つ固定することにある。

本実施例の装置は下記のように作用する。オプチカル・ファイバ光導体中に光が 導入され、ゾーン１ａから取り出され、バルブ・ライン１１に流入するファイバ 懸濁液に向けられる（第１図）。反射光は発光ゾーン１ａからそれぞれ異なる距 離にあるゾーン２ａ、３ａ、４ａを介して３つの異なる検知器２，３．４で検知 される。

光源ゾーン１ａに最も近い検知器ゾーン２ａは、先ず検知器２によって測定され る直接反射光を受光する。他の２つの検知器ゾーン３ａ　、４ａは、ファイバ懸 濁液中で何度も反射していわゆる多重反射を行ない、検知器３゜４によって測定 するための光を受光する。

ゾーン２ａから窓９を通ってバルブ・ライン１１に入射する照明光源を、ゾーン ２ａ　、３ａ　、４ａからの検知器２．３．４の視角と共に第１Ａ図に詳細に示 した。これらの光源の角度は、ケーシング１２の内側のオプチカル・ファイバ光 導体端部に対する光源及び検知器の配置によって制約される。

図示のように、検知器・２の視角は、濃度の増大と共に低下する流動媒体の直接 °照明光の一部を、この照明光の透過深度に関係なく含む。低濃度の場合を除い て検知器３は直接反射を殆ど受光できない。陰影線で示したように検知器４の視 角は、この探測子に好適な技術的濃度において流動媒体の直接照明光を殆ど含ま ない。

ゾーンが充分近ければ、光源ゾーン１ａに近いゾーン２ａを有する検知器２は、 媒体の反射率に比例する最大値まで多少の差こそあれ濃度に対して線形に応答す る。

検知器３も反射率に比例する最大値まで濃度Ｃに対して線形に応答し、濃度Ｃと 共に線形に低下し始める。最大値付近での検知器の応答は、広い濃度インターバ ルに亘ってほぼ一定である。検知器４は検知器３と同様に動作するが、比較的低 い濃度において最大値に達し、濃度Ｃの増大と共に検知器３よりも急速に線形下 降する。

検知器２．３．４が光に対して線形に応答すると、上述したように、且つ第８図 に示すようにＩ＋　に比例し、且つ濃度Ｃと共に変化する信号を出力する。現状 の除算、例えばＩ２１／１４１　を行なうことにより、１１の変動が結果に影響 しなくなる。

また、媒体中の色や窓９の汚れによって光が減衰しても、これが両検知器出力に ほぼ比例的に影響するから、ここでも測定結果に影響はない。

すでに述べたように、光はオプチカル・ファイバを介してパルプ・ファイバにむ かって取り出され、第２図に示すように、探測子１０の窓９を通ってパルプに達 する。

同様に、この光はケーシング１２内に配置された検知器２゜３．４を含む電子変 換部材にむかって反転させられる。

探測子チューブ８を介してオプチカル・ファイバを収納し、共通端部１３を有す る探測子１０は、ケーシング１２から保護チコーブン内のパルプ・ライ′／１１ に達している。

操作しながら探測子１０を掃除できるようにするため、保護チューブ７内に制流 弁１４を設ける。探測子１０を挿入すると、この制流弁は開放状態になるが、チ ューブ７から探測子１０を取り出すと弁１４が閉じ、ファイバ懸濁液を密閉する 。オプチカル・ファイバが使用されている第１図乃至第２図では、それぞれの光 路が例えば金属製の盲バッフルとして形成した中間壁によって分離される。

挿入探測子１０を形成する種々の部材は、第３図乃至第７図に示すオプチカル・ ファイバを含まない実施例から明らかである。電気ケーブル１８（第３図）の端 部には光源１及び検知器２，３．・４を含む光学部１９がある。その外側には固 定用スリーブ２０を利用して光学部１９に固定される窓９がある。

固定用スリーブ２０を利用して窓９を光学部１９に固定し、密閉固定用プレート ２１を利用して光ｍｉ及び検知器４を固定する態様は第４図から明らかになるで あろう。探測子１０の壁を貫通するねじ１７の先端から成る反射手段１５が、光 源１からの光束中に短い距離だけ進入している。即ち、反射手段１５は光源１か ら来る光の一部を、ミラー１６を介して検知器４へ直接反射させて信号を発生さ せ、この信号が関係式１２　ｒ　／　Ｉ４　＋　＋、Ｋ・Ｉ１に従って検知器４ からの信号Ｉ４、！　に加算される。ただし、定数には光学的に得られる。

反射手段１５の代りに、光源１の前にその光路中に位置するように検知器を別設 し、定数Ｋが電子的に得られるように構成してもよい。このように構成すれば、 流動媒体の濃度Ｃに対して線形性が得られるが、このときの濃度は第８図のグラ フから明らかなように、主として１％以下である。

第４図のＡ−Ａ線における探測子１０の端部を示ず断面図である第５図から、直 接反射光検知器２に対する光源１の位置は明らかであろう。

第６図は第５図の８−８線における断面図であり、直接反射光検知器２への光入 射口を検知器２自体に対して側方に配置した態様をボす６ 第７図に示す実施例では、窓９と光源１との間の前記光源１の光路中にレンズ系 ２２を配置した。レンズ系２２を通る光が窓９の外側に位置する点において集束 するようにレンズ系２２の焦点距離を設定してあり、直接照明される窓面の小さ い面積から検知器２に直接入射できる反射は存在しないから、窓９に汚れがあっ ても測定装置はこれに感応しない′。

第８図は流動媒体の濃度Ｃに応じた種々の相対信号を示す。このグラフから明ら かなように、関係式Ｉ２５／１４１　は限界濃度Ｃ′以上のファイバ濃度に対し てほぼ線形であり、関係式１２　＋　／Ｉ４Ｉ＋ｌ（−Ｉ＋　は限界濃度Ｃ′以 下のファイバ濃度についても以上のファイバ濃度についてもほぼ線形のグラフを 提供する。

すべての規定光学パラメータを調整することによって得られる利点として、直接 反射だけを利用するセンサに比較して線形範囲が広いこと、媒体の色や窓９の表 面汚れや光源の明るさＩ１の変動に殆ど影響されないことなどが挙げられる。

光源に給電し、検知器から出力を取り出し、この出力を組み合わせることによっ て必要な除算を行ない、表示または制御装置に対して基準化信号を出力する電子 手段は当業者にとって明白であろう。

以上に述べた実施例は検知器２，３．４として面積の広いシリコン・フォトダイ オードを、光源１としてパルプ式に動作する波長９４０ｎｍの砒化カリウム発光 ダイオードを使用しているが、これらに制約されるものではない。

図面の簡単な説明 国際調査報告

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．光源（１）からの光で流動媒体を照明し、直接反射光測定用及び多重反射光 測定用の少なくとも２つの検知器（２，３，４）で光を検知することにより流動 媒体中の懸濁物質含有率を測定する方法において、直接反射光検知器（２）を、 検知器出力信号（１２１）と流動媒体濃度（Ｃ）との間にほぼ線形、の関係が得 られるように光源（１）から距、離を保って配置し、多重反射光検知器（３；４ ）を、検知器（３；４）の出力信号（Ｉｓ　＋　；　Ｉ４Ｉ　）が広い範囲の流 動媒体濃度に対してほぼ一定の関係となるように光＊（１）から距離を保って配 置し、 直接反射に対応する信号を多重反射に対応する信号で割った商から得られる信号 （１”２　ｔ　／１４　ｒ’　）が流動媒体濃厚の尺度を表わし、例えばパルプ の色のような妨害要因に影響されないことを特徴とする流動媒体中の懸濁物質含 有率を測定する方法。 ２、多重反射光検知器（３，４）からの信号（１４１）に、光源（１）からの光 のうち直接且つ光学的に検知器（３；４）に導かれる部分から得られる信号を加 算し、関係式１２１／ｊ＜　Ｉ＋ｌ（−Ｉ＋　に従って前記信号を形成すること 、ただし定数（Ｋ）は流動媒体濃度値（Ｃ）に対する線形性を提供するための光 学手段によって得られ、前記濃度値は原則として１％以下であること、を特徴と する請求の範囲第１項に記載の方法。 ３、光源（１）からの光のうち、直接且つ電子的に検知器（３；４）に導かれる 部分から信号をめ、前記信号を関係式Ｉ２Ｉ／Ｉ４１十に一■蔦に従って形成す ること、ただし定数（Ｋ）は電子的に得られること、を特徴とする請求の範囲第 ２項に記載の方法。 ４、光源（１）からの光を、光源（１）とライン（１１）中を流れる流動媒体と の間に位置する窓（９）の外側で集束させることを特徴とする請求の範囲第１項 か′ら第３項ま−でのいずれかに記載の方法。 ５、光源（１）及び少なくとも２つの検知器（２，３；４）を含みＳ前記手段（ １乃至４）をバイブ・ライン（１１）に挿入される探測子（１０）内に設け、前 記探測子（１０）が、ライン（１１）中に流れる流動媒体に対面する端部（１３ ）で流動媒体を密閉する窓（９）を有し、 前記検知器（２，３；４）の１つが直接反射光を測定し、 １つが゛多重光反射光を測定する請求の範囲第１項から第４項までのいずれかに 記載の方法を実施する装置において、 直接反射光検知器（２）を光源（１）の近傍に配置し、多重反射検知器（３；４ ）を光源（１）から距離を保って配置したことを特徴とする装置。 ６、光源（１）と窓（９）の間の光源（１）からの光線中に、流動媒体に入射す る前の光源（１）の光の強度（ＩＩ　）を測定するための検知器を配置したこと を特徴とする請求の範囲第５項に記載の装置。 ７゜、光源（１）と窓（９）の間の光源（１）からの光束中に反射手段（１５） を配置し、該反射手段（１５）が光源（１）からの光線のうち探測子（１０）の 長手方向と直交する部分を、斜めに配置したミラー（１６）を介して多重反射光 検知器（４）に光学的に導くようにしたことを特徴とする請求の範囲第５項また は第６項に記載の装置。 ８、前記反射手段（１５）が、探測子（１０）のケーシングを貫通するねじ（１ ７）の先端から成ることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の装置。 ９、直接反射光検知器（２）の光入射口を該検知器（２）から一定の距離を保っ て探測子（１０）の端部の側方に配置したことを特徴とする請求の範囲第１項か ら第８項までのいずれかに記載の装置。 １０、窓（９）と光源（１）の間の光源（１）からの光線中にレンズ系（２２） を配置し、レンズ系（２２）を通る光が窓（９）の５外側の点で集束するように 前記レンズ系（２２）の焦点距離を設定したことを特徴とする請求の範囲第１項 から第９項までのいずれかに記載の装置。