(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動体物質と接触する測定チャンバの別個の位置に配置された少なくとも３つのマイクロ波センサ要素を備えた流動性物質を測定するための装置であって、
前記センサ要素は、少なくとも２つの送信器−受信器の対として動作するように構成されており、
当該少なくとも２つの送信器−受信器の対は、少なくとも２つの異なる長さの経路を介して、センサ要素上の泥層と流動性物質とを通るようにマイクロ波を送受信するように構成されており、
当該装置は、前記少なくとも２つの送信器−受信器の対からの、少なくとも２つの異なる長さの経路を介しての飛行時間についての情報の断片を保持する信号を受信して、測定結果からセンサ要素上の泥層の作用を除去するために前記飛行時間についての情報の断片に基づいて前記流動性物質の所望の特性の値を形成する、というように構成された信号処理装置を備えている
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記信号処理装置は、前記飛行時間についての情報の断片の差に基づいて、前記流動性物質の所望の特性の値を形成するように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
少なくとも１つの送信センサ要素は、少なくとも２つの受信センサ要素にマイクロ波信号を送信するように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
当該装置は、Ｎ個の別個の送信器−受信器の対として動作するように構成されたＮ個のマイクロ波センサ要素を備えており、
Ｎは、少なくとも２であり、
異なる対は、物理的に分離した受信センサ、物理的に分離した送信センサ、あるいは、物理的に分離した受信センサ及び物理的に分離した送信センサの両方、を有している
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
円形状の周を有する測定チャンバ内において、送信器−受信器の対の送信機は、対応する受信器に向かって、弦の方向に送信する
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記チャンバは、当該チャンバの壁の方向に平行に分極した電界を当該チャンバ壁上でゼロにさせるための導電材料を備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
流動性物質の固形分を制御するための制御装置であって、
当該制御装置は、流動体物質と接触する測定チャンバの別個の位置に配置された少なくとも３つのマイクロ波センサ要素を備えており、
前記センサ要素は、少なくとも２つの送信器−受信器の対として動作するように構成されており、
各対は、特有の長さの経路を介して流動性物質を通るようにマイクロ波を送信するように構成されており、
当該制御装置は、前記少なくとも２つの送信器−受信器の対からの、異なる長さの特有の経路を介しての飛行時間についての情報を保持する信号を受信して、測定結果からセンサ要素上の泥層の作用を除去するために前記飛行時間についての情報に基づいて前記流動性物質の所望の特性の値を形成する、というように構成された信号処理装置を備えており、
前記信号処理装置は、流動性物質の測定値に影響を有する少なくとも１つの物質の前記チャンバへの供給を、前記流動性物質の所望の特性の測定値に基づいて制御するように構成されたコントローラを有する
ことを特徴とする制御装置。
【請求項８】
前記コントローラは、前記流動性物質の沈降（ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ）を引き起こす化学剤の供給を制御するように構成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の制御装置。
【請求項９】
前記信号処理装置は、少なくとも１つのプロセッサと、コンピュータプログラムコードを含む少なくとも１つのメモリと、を備え、
前記少なくとも１つのメモリ及び前記コンピュータプログラムコードは、前記少なくとも１つのプロセッサによって、前記信号処理装置をして、少なくとも、
前記飛行時間についての情報に基づいて前記流動性物質の所望の特性の値を形成する工程と、
流動性物質の測定値に影響を有する少なくとも１つの物質の前記チャンバへの供給を、前記流動性物質の所望の特性の測定値に基づいて制御する工程と、
を実施させるように構成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の制御装置。
【請求項１０】
流動性物質を測定する方法であって、
当該方法は、少なくとも２つの送信器−受信器の対によって、少なくとも２つの異なる経路を介して、流動性物質を通るようにマイクロ波放射を送受信する工程を備え、
前記送信器−受信器の対は、流動体物質と接触する測定チャンバの別個の位置に配置された少なくとも３つのマイクロ波センサ要素で形成されており、
信号処理装置によって、前記少なくとも２つの送信器−受信器の対からの、少なくとも２つの異なる長さの経路を介しての飛行時間についての情報の断片を保持する信号を受信して、測定結果からセンサ要素上の泥層の作用を除去するために前記飛行時間についての情報の断片に基づいて前記流動性物質の所望の特性の値を形成する
ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
流動性物質の固形分を制御するための方法であって、
当該方法は、少なくとも２つの送信器−受信器の対によって、少なくとも２つの異なる長さの経路を介して、流動性物質を通るようにマイクロ波放射を送受信する工程を備え、
前記送信器−受信器の対は、流動体物質と接触する測定チャンバの別個の位置に配置された少なくとも３つのマイクロ波センサ要素で形成されており、
当該方法は、
信号処理装置によって、前記少なくとも２つの送信器−受信器の対からの、少なくとも２つの異なる長さの経路を介しての飛行時間についての情報の断片を保持する信号を受信する工程と、
測定結果からセンサ要素上の泥層の作用を除去するために前記受信されたマイクロ波放射によって保持されていた情報の断片に基づいて前記流動性物質の所望の特性の値を形成する工程と、
流動性物質の測定値に影響を有する少なくとも１つの物質の前記チャンバへの供給を、前記流動性物質の所望の特性の測定値に基づいて制御する工程と、
を更に備えたことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動性物質を測定するための装置及び方法に関し、また、流動性物質の固形分を制御するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水汚泥または任意の他の流動性物質の測定における最大の問題点の一つは、当該流動性物質と接触するセンサ要素上に堆積される泥である。マイクロ波センサ要素上に積層される泥は、測定結果に数十パーセントもの誤差を引き起こし得る。そのような巨大な誤差は、処理の誤った制御、化学剤や他の入力材料の過剰ないしアンバランスな利用、及び、経済的な損失、をもたらし得る。従って、流動性物質のマイクロ波測定における改善のニーズが存在している。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の目的は、従来技術の改善を提供することである。本発明の目的は、独立請求項１の装置によって達成される。
【０００４】
本発明の別の特徴によれば、請求項７による独立の制御装置が提供される。
【０００５】
本発明の別の特徴によれば、請求項１０による独立の測定方法が提供される。
【０００６】
本発明の別の特徴によれば、請求項１１による独立の制御方法が提供される。
【０００７】
本発明の好適な実施形態が、従属請求項に記載されている。
【０００８】
本発明は、利点を提供する。流動性物質と接触するセンサ要素上の泥の層の作用が、低減され得るか、除去され得る。
【０００９】
以下において、本発明は、添付の図面を参照して、好適な実施形態によって、より詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１の測定形態の一例を図示している。
【図２】図２は、第２の測定形態の一例を図示している。
【図３】図３は、第３の測定形態の一例を図示している。
【図４】図４は、第４の測定形態の一例を図示している。
【図５】図５は、第１の測定配置の一例を図示している。
【図６】図６は、第２の測定配置の一例を図示している。
【図７Ａ】図７Ａは、センサ要素の構成の一例を図示している。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａのセンサ要素の側面図を示している。
【図８Ａ】図８Ａは、測定チャンバの壁と平行な電界を分極させる一例を示している。
【図８Ｂ】図８Ｂは、測定チャンバの壁に垂直な電界を分極させる一例を示している。
【図９】図９は、制御配置の一例を示している。
【図１０】図１０は、プロセッサ及びメモリの一例を示している。
【図１１】図１１は、測定方法のフローチャートの一例を示している。
【図１２】図１２は、制御方法のフローチャートの一例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の実施形態は、単なる例である。本明細書は、幾つかの箇所において「一（ａｎ）」実施形態と言及しているが、これは必ずしも、そのような言及が同一の実施形態に対することや、当該特徴が単一の実施形態にのみ適用することを意味している訳ではない。異なる実施形態の個々の単一の特徴が、他の実施形態を提供するために組み合わされ得る。更に、用語「備える」及び「含む」は、説明されている実施形態を、言及されている特徴のみからなる態様に限定するものではなく、そのような実施形態は、特に言及されていない特徴／構造をも含み得る、と理解されるべきである。
【００１２】
図面は、様々な実施形態を図示しているが、それらは幾つかの構造及び／または機能実体を単に示す概略図である。これらの図面で示されている接続は、論理的な接続または物理的な接続であり得る。様々な要素間のインタフェースは、好適なインタフェース技術で実装され得る。説明された装置が他の機能及び構成を含み得ることは、当業者には明らかである。従って、それらは、ここでは、詳細には説明される必要がない。分離した個々の実体が図示されているが、異なる部分が、１またはそれ以上の物理的ないし論理的な実体において実装され得る。
【００１３】
図１は、流動性物質を測定するための装置の一例を示している。当該装置は、流動性物質１０８と接触する測定チャンバ１０６内の別個の位置に配置された少なくとも３つのマイクロ波センサ要素１００、１０２、１０４を備えている。物質１０８は、測定中にチャンバ１０６内で静止していてもよいし、あるいは、物質は、チャンバ１０６（すなわち通流チャンバないしプロセス管）を通流してもよい。流動性物質１０８は、例えば、下水汚泥やパルプのような懸濁液であり得る。
【００１４】
流動性物質１０８は、マイクロ波センサ要素１００乃至１０４上に、固体物質からなる泥層１１４、１１６、１１８を堆積させる。下水汚泥の泥層は、例えばポリマーのような様々な種類の固体物質を備え得る。パルプにおいては、泥層は、例えば繊維、フィラー、保持剤、樹脂、色剤のような、パルプ内に混入された任意の固体物質から構成され得る。泥層は、パルプスラリ及び下水汚泥の支配的な媒体である水のそれとは異なる比誘電率を有する。誘電率が知られている、あるいは知られていない泥層１１４、１１６、１１８は、少なくとも厚みを知られていないので、センサ要素間のマイクロ波信号の飛行時間に基づく測定の精度を低下させる。当該飛行時間は、マイクロ波信号の位相を決定することによって、正確な飛行時間を測定することによって、あるいは、マイクロ波信号遅延を決定する任意の他の方法によって、測定され得る。
【００１５】
センサ要素１００乃至１０４は、少なくとも２つの送信器−受信器の対１１０、１１２として動作する。図１の例では、送信センサ要素１００が、マイクロ波信号を、少なくとも２つの経路ｄａ、ｄｂを介して泥層１１４、１１６、１１８及び流動性物質１０８を通って少なくとも２つの受信センサ要素１０２、１０４に至るように送信する。経路の符号ｄａ、ｄｂは、経路の長さに言及している。
【００１６】
図２が示す一例では、１つの送信センサ要素１００が、マイクロ波信号を、経路ｄａを介して泥層１１４、１１８及び流動性物質１０８を通って１つの受信センサ要素１０４に至るように送信し、他の１つの送信センサ要素１００’が、マイクロ波信号を、経路ｄｂを介して泥層１１４’、１１６及び流動性物質１０８を通って１つの受信センサ要素１０２に至るように送信する。図２において、第１の送信器−受信器の対２００は、送信要素１００と受信要素１０４とによって形成されている。第２の送信器−受信器の対２０２は、送信要素１００’と受信要素１０２とによって形成されている。
【００１７】
図３が示す一例では、送信センサ要素１００が、マイクロ波信号を、経路ｄａ、ｄｂを介して泥層１１４、１１６、１１８及び流動性物質１０８を通って受信センサ要素１０２、１０４に至るように送信する。受信センサ要素１０４は、この例では、送信センサ要素であり得て、当該センサ要素１０４は、マイクロ波信号を、経路ｄｃを介して泥層１１６、１１８及び流動性物質１０８を通って受信センサ要素１０２に至るように送信する。経路の符号ｄｃは、経路の長さに言及している。図３において、第１の送信器−受信器の対３００は、送信要素１００と受信要素１０４とによって形成されている。第２の送信器−受信器の対３０２は、送信要素１００と受信要素１０２とによって形成されている。第３の送信器−受信器の対３０４は、送信要素１０４と受信要素１０２とによって形成されている。
【００１８】
図４が示す一例では、送信センサ要素１００が、マイクロ波信号を、経路ｄａ、ｄｂ、ｄｄを介して泥層１１４、１１４’、１１６、１１８及び流動性物質１０８を通って受信センサ要素１００’、１０２、１０４に至るように送信する。経路の符号ｄｄは、経路の長さに言及している。送信要素である送信センサ要素１００’は、マイクロ波信号を、経路ｄｅを介して泥層１１４’、１１６及び流動性物質１０８を通って受信センサ要素１０２に至るように送信する。経路の符号ｄｅは、経路の長さに言及している。送信要素である送信センサ要素１０４は、マイクロ波信号を、経路ｄｆを介して泥層１１４’、１１８及び流動性物質１０８を通ってセンサ要素１００’に至るように送信する。経路の符号ｄｆは、経路の長さに言及している。送信センサ要素１０４は、また、マイクロ波信号を、経路ｄｃを介して泥層１１６、１１８及び流動性物質１０８を通ってセンサ要素１０２に至るように送信し得る。図４において、第１の送信器−受信器の対４００は、送信要素１００と受信要素１０２とによって形成されている。第２の送信器−受信器の対４０２は、送信要素１０４と受信要素１０２とによって形成されている。第３の送信器−受信器の対４０４は、送信要素１０４と受信要素１００’とによって形成されている。第４の送信器−受信器の対４０６は、送信要素１００と受信要素１００’とによって形成されている。第５の送信器−受信器の対４０８は、送信要素１００と受信要素１０４とによって形成されている。第６の送信器−受信器の対４１０は、送信要素１００’と受信要素１０２とによって形成されている。
【００１９】
図１乃至図４に示された測定形態例は、センサ要素１００乃至１０４上への泥層１１４、１１４’、１１６、１１８の作用を測定結果から除去するために利用され得る。
【００２０】
図１の例を分析する。センサ要素１００とセンサ要素１０２との間の作用距離ｄｅｆｆ１は、以下のように表され得る。
ｄｅｆｆ１＝（ｄｂ−ｄ１−ｄ３）＊√εm  ＋ｄ１＊√εd  ＋ｄ３＊√εd
ここで、ｄ１及びｄ３は、センサ要素１００、１０２上の泥層の厚みである。εm は、流動性物質１０８の比誘電率である。流動性物質１０８、典型的には、水が支配的である液体状の流動性物質である。εd は、泥層の比誘電率である。作用距離とは、測定された飛行時間で真空内を光速で進行するマイクロ波の距離を意味する。
【００２１】
まず、図１の例を分析する。センサ要素１００とセンサ要素１０２との間の作用距離ｄｅｆｆ１は、以下のように表され得る。
ｄｅｆｆ１＝（ｄｂ−ｄ１−ｄ３）＊√εm  ＋ｄ１＊√εd  ＋ｄ３＊√εd
ここで、ｄ１、ｄ３は、センサ要素１００、１０２上の泥層の厚みである。εm は、流動性物質１０８の比誘電率である。流動性物質１０８は、典型的には、水が支配的である液体状の流動性物質である。εd は、泥層の比誘電率である。作用距離とは、測定された飛行時間で真空内を光速で進行するマイクロ波の距離を意味する。
【００２２】
センサ要素１００とセンサ要素１０４との間の作用距離ｄｅｆｆ２は、以下のように表され得る。
ｄｅｆｆ２＝（ｄｂ−ｄ１−ｄ２）＊√εm  ＋ｄ１ｃｄ２＊√εd
ここで、ｄ２は、センサ要素１０４上の泥層の厚みである。作用距離ｄｅｆｆ１と作用距離ｄｅｆｆ２との差は、以下のように表され得る。
Δｄｅｆｆ＝（ｄａ−ｄｂ＋ｄ３−ｄ２）＊√εm  ＋（ｄ２−ｄ３）＊√εm
【００２３】
泥層１１８の厚みｄ２が、泥層１１６の厚みｄ３と同じである場合、作用距離の差は、以下のように表され得る。
Δｄｅｆｆ＝（ｄａ−ｄｂ）＊√εm 
これは、泥層に依存しない。図３の数学的関係も同様である。
【００２４】
次に、図２の例を分析する。センサ要素１００とセンサ要素１０４との間の作用距離ｄｅｆｆ１は、以下のように表され得る。
ｄｅｆｆ１＝（ｄｂ−ｄ１−ｄ２）＊√εm  ＋ｄ１＊√εd  ＋ｄ２＊√εd
ここで、εm は、流動性物質１０８の比誘電率である。流動性物質１０８は、典型的には、水が支配的である液体状の流動性物質である。εd は、泥層の比誘電率である。
【００２５】
作用距離とは、測定された飛行時間で真空内を光速で進行するマイクロ波の距離を意味する。すなわち、比誘電率の値が、作用距離を実際の距離よりも長くする。なぜなら、真空内を同じ距離だけ進行するよりも物質内を伝播する方がより時間がかかるからである。作用距離は、実際の距離と比誘電率の平方根との積に対応している。マイクロ波信号の飛行時間は、真空内の光速によって除算された作用距離であるとして決定され得る。当該飛行時間は、例えば、流動性物質の濃度ないし固形分に依存する。
【００２６】
センサ要素１００’とセンサ要素１０２との間の作用距離ｄｅｆｆ２は、以下のように表され得る。
ｄｅｆｆ２＝（ｄｂ−ｄ４−ｄ３）＊√εm  ＋ｄ４＊√εd  ＋ｄ３＊√εd
ここで、ｄ４は、センサ要素１００’上の泥層１１４’の厚みである。
【００２７】
作用距離ｄｅｆｆ１、ｄｅｆｆ２の差は、以下のように表される。
Δｄｅｆｆ＝（ｄａ−ｄｂ）＊√εm  ＋（ｄ３−ｄ１）＊√εm  ＋（ｄ３−ｄ２）＊√εm  ＋（ｄ４−ｄ１）＊√εm  ＋（ｄ４−ｄ２）＊√εm  ＋［（ｄ１−ｄ３）＊√εd  ＋（ｄ１−ｄ４）＊√εd  ＋（ｄ２−ｄ３）＊√εd  ＋（ｄ２−ｄ４）＊√εd］
【００２８】
全ての泥層が同じ厚みと同じ比誘電率とを有する場合、作用距離の差は、Δｄｅｆｆ＝（ｄａ−ｄｂ）＊√εm  となって、これは泥層に依存しない。この例では、距離ｄａは、距離ｄｂとは異なっていて、すなわち、距離ｄａは距離ｄｂとは同じでなく、ｄａ≠ｄｂである。
【００２９】
次に、図４の例を分析する。センサ要素１００とセンサ要素１０２との間の作用距離ｄｅｆｆ１は、以下のように表され得る。
ｄｅｆｆ１＝（ｄａ−ｄ１−ｄ３）＊√εm  ＋ｄ１＊√εd  ＋ｄ３＊√εd
ここで、εm は、流動性物質１０８の比誘電率である。流動性物質１０８は、典型的には、水が支配的である液体状の流動性物質である。εd は、泥層の比誘電率である。作用距離とは、測定された飛行時間で真空内を光速で進行するマイクロ波の距離を意味する。
【００３０】
センサ要素１００とセンサ要素１０４との間の作用距離ｄｅｆｆ２は、以下のように表され得る。
ｄｅｆｆ２＝（ｄｂ−ｄ１−ｄ２）＊√εm  ＋ｄ１＊√εd  ＋ｄ２＊√εd
【００３１】
センサ要素１００とセンサ要素１００’との間の作用距離ｄｅｆｆ３は、以下のように表され得る。
ｄｅｆｆ３＝（ｄｂ−ｄ１−ｄ４）＊√εm  ＋ｄ１＊√εd  ＋ｄ４＊√εd
【００３２】
センサ要素１００’とセンサ要素１０２との間の作用距離ｄｅｆｆ４は、以下のように表され得る。
ｄｅｆｆ４＝（ｄｅ−ｄ３−ｄ４）＊√εm  ＋ｄ３＊√εd  ＋ｄ４＊√εd
【００３３】
センサ要素１０４とセンサ要素１０２との間の作用距離ｄｅｆｆ５は、以下のように表され得る。
ｄｅｆｆ５＝（ｄｃ−ｄ２−ｄ３）＊√εm  ＋ｄ２＊√εd  ＋ｄ３＊√εd
【００３４】
センサ要素１０４とセンサ要素１００’との間の作用距離ｄｅｆｆ６は、以下のように表され得る。
ｄｅｆｆ６＝（ｄｆ−ｄ２−ｄ４）＊√εm  ＋ｄ２＊√εd  ＋ｄ４＊√εd
【００３５】
全ての泥層ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４（１１４、１１４’、１１６、１１８）は、厚みについての仮説無しで、相殺され得る。作用距離の差Δｄｅｆｆは、Δｄｅｆｆ＝（ｄａ−ｄｂ）＊√εm  となって、これは泥層に依存しない。実際、作用距離の差Δｄｅｆｆは、あらゆる送信器−受信器の対の間で形成され得て、すなわち、あらゆる距離ｄａ、ｄｂ、ｄｃ、ｄｅ、ｄｆに亘る。数学的には、これは、Δｄｅｆｆ＝（ｄｘ−ｄｙ）＊√εm  と表され得る。ここで、ｘは、ａ、ｂ、ｃ、ｅまたはｆであり得て、ｙは、ａ、ｂ、ｃ、ｅまたはｆであり得て、ｘはｙと同じではない。
【００３６】
作用距離ｄｅｆｆは、飛行時間に対応する。飛行時間がより長いと、作用距離もより長くなり、その逆も成り立つ。同様に、飛行時間がより長いと、マイクロ波信号の位相シフトもより大きくなる。作用距離の差は、対応する態様で現れる。なぜなら、測定は、チャンバ１０６内の流動性物質１０８の比誘電率εm  の関数であるからである。
【００３７】
一実施形態において、装置は、少なくとも２つの送信器−受信器の対１１０、１１２から信号を受信する信号処理装置１２０を備え得る。当該信号は、受信センサ要素によって受信されたものと同じであり得る、あるいは、受信センサ要素において前処理された信号と同じであり得る。各信号は、経路を通過する飛行時間についての情報を保持している。信号処理装置１２０は、当該飛行時間についての情報の断片（ｐｉｅｃｅｓ）に基づいて、流動性物質１０８の所望の特性の値を形成する。所望の特性の値ｖは、以下のような作用距離の差Δｄｅｆｆの関数であり得る：ｖ＝ｆ（Δｄｅｆｆ）。幾つかの測定結果は、平均化によって組み合わされ得る。
【００３８】
一実施形態では、信号処理装置１２０は、少なくとも２つの送信器−受信器の対から受信された飛行時間についての情報の断片の間での差に基づいて、流動性物質の所望の特性の値を形成し得る。
【００３９】
一実施形態では、少なくとも１つの送信センサ要素が、マイクロ波信号を、前記少なくとも１つの送信センサ要素から物理的に離れている少なくとも２つの受信センサ要素に送信し得る。送信の角度は、例えば９０°のように広い。この態様では、同一のマイクロ波信号が、少なくとも２つの受信センサ要素によって受信され得る。
【００４０】
一実施形態では、装置は、Ｎ個のマイクロ波センサ要素１００、１００’、１０２、１０４を備え得る。それらは、Ｎ個の別個の送信器−受信器の対１１０、１１２、２００、２０２、３００、３０２、３０４、４００、４０２、４０４、４０６、４０８、４１０として動作する。Ｎは、少なくとも２である。
【００４１】
一実施形態では、少なくとも２つの異なる対が、物理的に離れた受信センサを有し得る。この場合、同一の送信センサ要素が、当該少なくとも２つの離れた受信センサ要素に送信し得る。図１の対１１０、１１２は、この一例である。少なくとも２つの異なる対は、物理的に離れた送信センサを有し得る。この形態の例は、図４の対４００、４０２である。少なくとも２つの異なる対は、物理的に離れた受信センサと物理的に離れた送信センサとの両方を有し得る。この形態の例は、図２の対２００、２０２である。
【００４２】
一実施形態では、測定チャンバ１０６は、少なくとも略円形の周を有し得て、送信器−受信器の対の送信要素は、当該送信要素の対である受信要素に向かって弦の方向に送信し得る。
【００４３】
一実施形態では、測定チャンバ１０６は、少なくとも略円形の周を有し得て、送信器−受信器の対の送信要素は、当該送信要素の対である受信要素に向かって直径の方向に送信し得る。
【００４４】
図５は、装置の一例を更に図示している。ＤＤＳ（ダイレクト・デジタル・シンセサイザ）が、送信要素１００に供給されるマイクロ波放射源５００であり得る。マイクロ波放射源は、例えば、フェイズロックループに基づくアナログタイプであってもよい。デジタルソースは、安定的であり、アナログソースの場合に必要であるドリフト矯正を必要としない。デジタル構成では、送信器も受信器もデジタルであり得て、それらの動作は単一の水晶振動子に基づく。送信要素１００は、マイクロ波信号を、受信要素１０２、１０４に送信する。受信器装置５０２は、そこからの受信信号が測定され得る受信要素１０２、１０４を交互に選択するためのスイッチ５０４を有し得る。受信器装置５０２は、また、選択されたマイクロ波信号を増幅するための増幅器５０６を備え得る。付加的に、受信器装置５０２は、復調器５０８を備え得る。当該復調器５０８によって、信号の振幅と位相とが決定され得る。復調器５０８は、例えばＩＱ復調器であり得る。復調の後で、信号は、アナログ信号からデジタル信号へと変換され得る（図５では不図示）。最後に、受信器装置５０２は、デジタル信号処理器１２０を備え得る。デジタル信号処理器１２０は、信号処理を実施し、流動性物質１０８の所望の特性の値を形成する。所望の特性とは、濃度、密度、固形分、水分、等であり得る。信号処理器１０２は、チャンバ１０６から受信された受信信号の間の位相差を検出し得る。ソース５００から一定の参照路を通って信号処理器１２０に参照信号が供給される必要はない。
【００４５】
送信要素１００及び受信要素１０２は、少なくとも概ね、送信要素１００及び受信要素１０４と同様の態様で、互いに対して方向付けられている。すなわち、送信要素１００の表面に垂直な方向からの偏向が、同じ絶対値を有している（偏向の大きさが同じで角度が反対向きである）。この態様では、送信要素１００上の泥層と受信要素１０２上の泥層の両方を通る長さが、送信要素１００上の泥層と受信要素１０４上の泥層の両方を通る長さと同じである。当該作用は、送信要素及び受信要素１００、１０２、１０４を、測定チャンバ１０６内のそれらの位置と無関係に、そのような姿勢に傾けることによって達成され得る。
【００４６】
図６は、センサ要素１００、１０２、１０４のいずれか１つと流動性物質１０８にマイクロ波放射するソース５００とを共に一時的に結合し得るスイッチマトリクス６００を有する、装置の別の例を図示している。スイッチマトリクス６００は、また、一時的に、その時にソース５００に結合されたのとは異なるセンサ要素１００、１０２、１０４のいずれかと、受信器装置５０２と、を結合し得る。この態様では、センサ要素１００、１０２、１０４と流動性物質１０８を通る全ての経路との任意の組合せが、測定において利用され得る。スイッチマトリクス６００を利用することによって、測定からの改善された結果を得ることができる。
【００４７】
図７Ａ及び図７Ｂは、チューブであり得る通流チャンバ１０６内のフィンガ状の細長いセンサ要素１００、１０２、１０４を図示している。フィンガ状のセンサ要素１００乃至１０４は、それらの長手方向軸が流動性物質１０８の通流方向に対して角度αを有するように、傾斜され得る。当該角度αは、フィンガ状のセンサ要素と当該フィンガ状のセンサ要素に近づく流れとの間で測定され、９０°よりも小さい。流動性物質内のセンサ要素ヘッドは、セラミック材料で製造され得る。センサ要素１００、１０２、１０４は、モノポールであり得る。
【００４８】
一実施形態では、マイクロ波放射の伝送方向におけるセンサ要素１００、１０２、１０４間の距離は、センサ要素１００、１０２、１０４のいずれかとチャンバ１０６の壁との間の距離の２倍よりも短い。この形態の種類は、チャンバ１０６の壁からの反射の影響を低減する。図７Ａにおいて、マイクロ波は主に、壁反射がセンサから離れる方向となる方向に伝送される。従って、壁とセンサ要素１００、１０２、１０４との間の距離はかなり短いが、実際上は、センサ要素１００、１０２、１０４上において壁からの妨害反射は存在しない。
【００４９】
図８Ａ及び図８Ｂは、電界の可能性のある方向を示している。図８Ａに示すように、電界がチャンバ１０６の壁方向に平行に分極され（図８Ａにドットでマークされている）チャンバ１０６が金属のような導電性材料を含む場合、電界は、チャンバ壁上ではゼロである。壁方向は、壁表面の垂線に対して垂直であり、壁方向は、また、チューブ状のチャンバの長手方向軸に平行な方向である。この態様では、チャンバ１０６の壁上の潜在的な泥層は、マイクロ波放射を用いた測定を妨害しない。
【００５０】
電界がチャンバ１０６の壁に垂直に分極される場合、電界は、チャンバ１０６の導電性の壁上でゼロでない。この場合、チャンバ１０６の壁上の泥層は、マイクロ波放射で実施される測定に影響を及ぼす。マイクロ波放射の周波数は、１ＧＨｚ〜５ＧＨｚの範囲内であり得る。一実施形態では、周波数は、以下のうちの１つである：１ＧＨｚの不正確さ内での、２ＧＨｚ、３ＧＨｚ、あるいは、４ＧＨｚ。あらゆる場合において、マイクロ波放射の周波数は、できるだけコンダクタンスの影響を回避ないし低減することが可能であるように、選択され得る。
【００５１】
図９は、流動性物質１０８の固形分を制御するための制御構成の一例を示している。当該制御構成は、少なくとも３つのマイクロ波センサ要素１００、１０２、１０４を含んでいる。それらは、流動性物質１０８と接触する測定チャンバ１０６内の別個の位置に配置されている。センサ要素１００、１０２、１０４は、少なくとも２つの送信器−受信器の対１１０、１１２として動作する。測定結果からセンサ要素１００、１０２、１０４上の泥層１１４、１１６、１１８の作用（影響）を除去するために、各対１１０、１１２は、マイクロ波信号を、特有の経路を介して流動性物質１０８を通るように送信する。制御構成は、少なくとも２つの送信器−受信器の対１１０、１１２からの信号を受信して、当該少なくとも２つの送信器−受信器の対１１０、１１２からの信号に基づいて流動性物質１０８の所望の特性の値を形成するように構成された信号処理装置１２０を備えている。信号処理装置１２０は、また、少なくとも１つの物質Ｓ１乃至ＳＭの供給を制御するコントローラ９００を有している。ここで、Ｍは１以上の整数である。それは、流動性物質１０８の所望の特性の値に基づいて、チャンバ１０６への流動性物質の測定値に影響を及ぼす。制御は、比例制御に基づき得る。
【００５２】
一実施形態では、コントローラ９００は、流動性物質の沈降を引き起こす乃至起動させる少なくとも１つの化学剤の供給を制御する。この例では、流動性物質は、下水汚泥であり得る。各化学剤は、容器９０２乃至９０４から導入され得る。それらのチャンバ１０６への流動性物質１０８内への出力は、コントローラ９００によって制御される。一実施形態では、コントローラ９００による少なくとも１つの化学剤の流動性物質１０８への供給の増大は、流動性物質１０８の測定された特性に比例し得る。すなわち、固定分が流動性物質１０８内で多ければ、流動性物質１０８に供給される前記少なくとも１つの化学剤の量も多く、また、その逆も成り立つ。
【００５３】
少なくとも１つの化学的強化一次処理（ＣＥＰＴ）剤が、制御された態様で、下水汚泥に追加され得る。ＣＥＰＴ剤は、金属塩、及び／または、ポリマーを含み得る。ＣＥＰＴ剤は、流動性物質１０８内の懸濁粒子を凝集させて凝集粒子や凝固物を形成させる。これは、水処理プラントにおいて水処理をより容易かつより迅速にする。
【００５４】
一実施形態では、コントローラ９００は、流動性物質１０８の媒体とは異なる比誘電率を有する固体粒子のチャンバ１０６への供給を制御する。例えば、この態様で、繊維や他の固体粒子のパーセンテージが、パルスの懸濁液内において増減され得る。
【００５５】
一実施形態では、コントローラ９００は、バッチ処理において、チャンバに供給される少なくとも１つの物質の量を制御する。一実施形態では、コントローラ９００は、連続処理において、単位時間あたりにチャンバに供給される少なくとも１つの物質の量を制御する。
【００５６】
図１０に示す実施形態では、信号処理装置１０２が、少なくとも１つのプロセッサ１０００と、コンピュータプログラムコードを含む少なくとも１つのメモリ１００２と、を有し得る。コンピュータプログラム製品は、コンピュータによって可読の流通媒体上に具現化され得て、前記プログラムコードを含み得る。それは、信号処理装置１０２の少なくとも１つのメモリ１００２にロードされた時、信号処理装置１０２をして、前記測定ないし前記制御によって要求される少なくとも１つの工程を実施させる。
【００５７】
前記少なくとも１つのコンピュータプログラムは、その流通のため、コンピュータプログラム流通手段上に設けられ得る。コンピュータプログラム流通手段は、コンピュータプログラム命令をエンコードして動作を実行するための少なくとも１つのデータ処理装置によって可読である。
【００５８】
流通媒体は、データ処理装置によって可読の媒体、プログラム記憶媒体、データ処理装置によって可読のメモリ、データ処理装置によって可読のソフトウェア流通パッケージ、データ処理装置によって可読の信号、あるいは、データ処理装置によって可読の圧縮ソフトウェアパッケージ、であり得る。幾つかの場合、流通媒体は、データ処理装置によって可読の遠距離通信信号をも含み得る。
【００５９】
図１１は、測定方法の一例を示している。工程１１００において、マイクロ波放射は、少なくとも２つの送信器−受信器の対１１０、１１２、２００、２０２、３００、３０２、３０４、４００、４０２、４０４、４０６、４０８、４１０を用いて、少なくとも２つの異なる経路を介して流動性物質１０８を通るように送受信される。測定結果からセンサ要素１００、１００’、１０２、１０４上の泥層１１４、１１４’、１１６、１１８の作用（影響）を除去するために、送信器−受信器の対１１０、１１２、２００、２０２、３００、３０２、３０４、４００、４０２、４０４、４０６、４０８、４１０は、流動性物質１０８と接触する測定チャンバ１０６内の別個の位置に配置された少なくとも３つのマイクロ波センサ要素１００、１００’、１０２、１０４で形成されている。
【００６０】
図１２は、制御方法の一例を示している。工程１２００において、マイクロ波放射は、少なくとも２つの送信器−受信器の対１１０、１１２、２００、２０２、３００、３０２、３０４、４００、４０２、４０４、４０６、４０８、４１０を用いて、少なくとも２つの異なる経路を介して流動性物質１０８を通るように送受信される。測定結果からセンサ要素１００、１００’、１０２、１０４上の泥層１１４、１１４’、１１６、１１８の作用（影響）を除去するために、送信器−受信器の対１１０、１１２、２００、２０２、３００、３０２、３０４、４００、４０２、４０４、４０６、４０８、４１０は、流動性物質１０８と接触する測定チャンバ１０６内の別個の位置に配置された少なくとも３つのマイクロ波センサ要素１００、１００’、１０２、１０４で形成されている。工程１２０２において、流動性物質１０８の所望の特性の値が、受信されたマイクロ波放射によって保持されていた情報の断片に基づいて形成される。工程１２０４において、流動性物質１０８の測定値に影響を有する少なくとも１つの物質のチャンバ１０６への供給が、流動性物質１０８の所望の特性の測定値に基づいて制御される。
【００６１】
概して、前記解決策は、例えば特定用途向け集積回路ＡＳＩＣのような１またはそれ以上の集積回路として実装され得る。例えば別個の論理要素から構築された回路のような他のハードウェアも利用可能である。これらの異なる実装を複合したものも、適用可能である。実装の方法を選択する際、当業者は、例えば、装置のサイズ及び電力消費量、必要な処理能力、製造コスト、並びに製造量、のために設定される要件を考慮するであろう。
【００６２】
本明細書において提供される多くの実施形態を伴う解決策は、水処理プラント、紙工場、パルプ製造、医薬産業、等において適用可能である。本明細書に説明された解決策は、センサ要素上の泥層によって引き起こされる測定結果の誤差を低減ないし除去する。これは、プロセス制御において用いられ得る特性のより正確な測定結果を提供する。泥堆積のための濃度測定における誤差は、特には低濃度の状態で大きくなり得るが、高濃度の場合にも誤差は存在する。当該誤差は、例えば、５０％もの高さになることがある。
【００６３】
技術の進展に応じて、本発明の概念が様々な態様で実装され得ることが、当業者には明らかである。本発明及びその実施形態は、前述の例に限定されることはなく、特許請求の範囲内で変更され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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