(57)【要約】本発明では、機械パルプ化ラインのリファイナ（１０８）に、音響信号をパルプ流体に発するように配設された制御可能な音響源（１４）を提供する。制御可能な音響信号は、パルプ内の繊維と相互に作用し合うことができ、そのような相互作用により生じた音響（圧力）信号を測定する。１つ以上のスペクトル成分を測定する。測定したスペクトル成分を、繊維の特性、含有物、および／またはサイズを予測するために用いる。これらの特性はその後、リファイナ（１０８）プロセスを制御するために用いることができる。用いる音響信号の波長は、好ましくは、粒子の代表的なサイズに比べて長い。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルプリファイナ制御方法であって：
パルプ流体（１０）からの音響信号（２２）を測定する段階を備え、
さらに：
制御可能な音響信号（１８）を、パルプ（１０）内へ放出し、該制御可能な音響信号（１８）と、該パルプ（１０）中の音響信号に反応する繊維（１２）とを相互作用させる段階と；
前記測定された音響信号（２２）に基づいて、１つ以上のプロセス制御パラメータを決定する段階と；
前記パルプ流体（１０）を処理するリファイナプロセスを制御する段階
を備え、
前記音響信号（２２）を測定する段階は、前記制御可能な音響信号（１８）と前記繊維（１２）との間の相互作用により生じたスペクトル成分を１つ以上測定することを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記決定する段階は、次に、測定された音響信号（２２）から前記パルプ流体（１０）内の前記繊維（１２）の特性を予測する段階を含み、リファイナプロセスにプロセス制御パラメータを与えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記特性の少なくとも１つは、以下のリストから選択されていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
機械的特性
化学的特性
濃度
形状、および
サイズ
【請求項４】
前記パルプ流体（１０）からの音響信号（２２）の測定は、前記叩解プロセスより下流で行われ、叩解プロセスの結果のフィードバックを提供することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記パルプ流体（１０）からの音響信号（２２）の測定は、前記叩解プロセスより上流で行われ、叩解プロセスに入るパルプ流体からのフィードフォワードを提供することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
発せられた音響信号（１８）は、繊維（１２）の代表的な大きさ、およ繊維（１２）間の代表的な距離に比べて、長い波長を有する音波からなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
測定されたスペクトル成分は２０ｋＨｚ未満の周波数を有すること特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記制御する段階は、以下のリストに記載されたパラメータの少なくとも１つを制御する段階を含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
チップ／パルプの供給速度
叩解ディスク間の距離
付加的水流、
叩解ディスクにかかる圧力
リファイナの速度
脱水剤の添加、および
リファイナの出力
【請求項９】
叩解ディスクの老朽化の情報を検出するために、測定した音響信号の傾向を評価するさらなる段階を特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記スペクトル成分を測定する段階は、少なくとも１つの周波数について、以下のリストに記載された特性の少なくとも１つを測定することを含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
振幅、
位相、および
時間遅延
【請求項１１】
前記スペクトル成分を測定する段階は、少なくとも１つの周波数について、以下のリストに記載された特性の少なくとも２つを測定することを含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
振幅、
位相、および
時間遅延
【請求項１２】
前記制御可能な音響信号（１８）の単一または複数の周波数を、前記繊維（１２）の固有振動数に調節するさらなる段階を特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記制御可能な音響信号（１８）は、パルス化され、制限された時間間隔の間に発せられることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記制御可能な音響信号（１８）の振幅変更、および、前記振幅変更に基づく、測定された音響信号（２２）内のバックグラウンド信号の低減というさらなる段階を特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記予測する段階は、前記測定された音響信号（２２）から、前記パルプ（１０）から製造される紙の特性を予測する段階をさらに含むこと特徴とする請求項２ないし１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記予測する段階は、測定された音響信号（２２）の多変量分析を含むことを特徴とする請求項２ないし１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
パルプ流体（１０）を分析するための装置であって：
前記パルプ流体（１０）からの音響信号を測定するための音響信号センサー（２４）；および
前記測定された音響信号から、前記パルプ流体（１０）内の繊維（１２）の機械的／化学的特性を予測するための音響信号センサー（２４）に接続されたデータ処理手段（２８）を備え、
音響信号源（１４）と；
前記音響信号源（１４）の制御手段（１６）と；
該音響信号源は、前記繊維（１２）と相互作用させるためにパルプ流体（１０）内へ制御可能な音響信号（１８）を発するために配設されていることと；
ここで、前記音響信号センサー（２４）は、前記制御可能な音響信号（１８）と前記繊維（１２）との相互作用の結果生じた１つ以上のスペクトル成分を測定するために配設されていることとを特徴とする装置。
【請求項１８】
パルプ流体（１０）を扱うためのリファイナ装置であって：
前記パルプ流体（１０）のリファイナプロセスを遂行するための手段（２１２）と；
前記パルプ流体（１０）からの音響信号を測定するための音響信号センサー（２４）
とを備え、
音響信号源（１４）と；
前記音響信号源（１４）の制御手段（１６）と；
該音響源（１４）は、前記繊維（１２）と相互作用させるためにパルプ流体（１０）内へ制御可能な音響信号（１８）を発するために配設されていることと；
ここで、前記音響信号センサー（２４）は、前記制御可能な音響信号（１８）と前記繊維（１２）との前記相互作用の結果生じた１つ以上のスペクトル成分を測定するために配設されていることと；
プロセッサを含み、前記測定された音響信号（２２）に基づいて１つ以上のプロセス制御パラメータの決定をするための音響信号センサー（２４）に接続されているデータ処理手段（２８）と；
前記決定されたプロセス制御パラメータにしたがってリファイナプロセスを実行するための前記手段（２１２）を制御するためのプロセス制御手段（１０５、１１４、１１６、１１８）
を備えることとを特徴とする装置。
【請求項１９】
前記測定された音響信号（２２）から、前記パルプ流体（１０）内の前記繊維（１２）の前記特性を予測するためのデータ処理手段（２８）がさらに配設されていることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
１つ以上の音響信号センサー（２４）が、前記リファイナプロセスを実行するための手段（２１２）の下流に位置し、リファイナプロセスの結果のフィードバックを提供することを特徴とする請求項１８または１９に記載の装置。
【請求項２１】
１つ以上の音響信号センサー（２４）が前記リファイナプロセスを実行するための手段（２１２）の上流に位置し、リファイナプロセスに入るプロセス流体（１０）からのフィードフォワードを提供することを特徴とする請求項１８ないし２０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２２】
前記プロセス制御手段（１０５、１１４、１１６、１１８）は以下のリストに記載されたパラメータのうち少なくとも１つを制御するための手段を備えることを特徴とする請求項１８ないし２１のいずれか１項に記載の装置：
チップ／パルプの供給速度
叩解ディスク間の距離
付加的な水流、
叩解ディスクにかかる圧力
リファイナの速度
脱水剤の添加、および
リファイナの出力
【請求項２３】
叩解ディスク（１１０、１１２）の老朽化情報を検出するための、測定された音響信号（２２）の傾向を評価する手段を特徴とする請求項１８ないし２２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２４】
前記特性の少なくとも１つは、以下のリストから選択されることを特徴と請求項１７ないし２３のいずれか１項に記載の装置
機械的特性
化学的特性
濃度
形状、および
サイズ
【請求項２５】
前記音響信号センサー（２４）は前記音響信号源（１４）により発せられる波の波長に比べると小さいサイズであることを特徴とする請求項１７ないし２４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２６】
前記音響信号センサー（２４）は２０ｋＨｚより低いの周波数で操作可能であることを特徴とする請求項１７ないし２５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２７】
前記音響信号センサー（２４）は、少なくとも１つの周波数について、以下のリストに記載された特徴のうち少なくとも１つを測定するために配設されることを特徴とする請求項１７ないし２６のいずれか１項に記載の装置。
振幅、
位相、および
時間遅延
【請求項２８】
前記音響信号センサー（２４）は、少なくとも１つの周波数について、以下のリストに記載された特徴のうち少なくとも２つを測定するために配設されることを特徴とする請求項１７ないし２６のいずれか１項に記載の装置。
振幅、
位相、および
時間遅延
【請求項２９】
前記制御手段（１６）は、前記制御可能な音響信号（１８）の単一または複数の周波数を、前記繊維（１２）の固有振動数に調節する手段を備えることを特徴とする請求項１７ないし２８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３０】
前記制御手段（１６）は、限定された時間間隔の間に音響信号源（１４）に音響信号を放出させる手段を備えることを特徴とする請求項１７ないし２９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３１】
前記制御手段（１６）が前記制御可能な音響信号（１８）のための振幅変更手段をさらに備えることと、装置が、振幅変更の情報を受信するために、前記制御手段（１６）に接続された、前記測定された音響信号（２２）内のバックグラウンド信号を低減するための手段をさらに備えることとを特徴とする請求項１７ないし３０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３２】
前記データ処理手段（２８）は、前記測定された音響信号（２２）から、前記パルプ（１０）により製造される紙の特性を予測するためにさらに配設されていることを特徴とする請求項１７、および１９ないし３１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３３】
前記データ処理手段（２８）は、前記測定された音響信号（２２）の多変量統計分析のための手段を備えることを特徴とする請求項１７、および１９ないし３２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３４】
請求項１ないし１６のいずかの段階をプロセッサに実行させるための、コンピュータコード手段および／またはソフトウェアコード部分を備えるコンピュータプログラム製品。
【請求項３５】
インターネットのようなネットワークを介して供給される請求項３４に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項３６】
請求項３４または３５に記載のコンピュータプログラム製品を含む、コンピュータで読取り可能な媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は概ね製紙に使用される装置および方法に関し、そして特に機械パルプ化プロセスにおけるパルプの叩解に関する装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
製紙プロセスを経てできた紙の質は、パルプに関連する多くのパラメータに依存する。パルプ製造工業では、パルプの特徴付けを行う信頼のおける測定技術が一般的に不足している。さらに、真のオンライン技術はさらに希である。したがって、プロセスの制御、および品質の総合評価を有効な方法で達成することはできない。
【０００３】
機械パルプ化プロセスにおける叩解プロセス工程は、全製紙プロセスにおいて最も重要な工程の１つである。叩解の方法により、できあがるパルプの最も重要な特徴の多くが決定する。したがって、叩解作業を調整するために、叩解プロセスの結果を非常に慎重に制御できることが望ましい。
パルプ特性測定のための、複数の基本的な測定原理がある；「オンライン」、「オフライン」、「アットライン」、および「インライン」である。
【０００４】
旧来のオフライン処理は、実験室で分析するためのパルプのサンプルを抽出するものである。しかし、この方法では、一部のパルプしか分析できず、そのような分析で行えるフィードバックは通常遅い。制御目的のためのデータを提供するために適した分析方法は、実際のパルプフローと直接接触して行われなければならない。
オフライン手順のスピードを上げるために（５から１０倍まで）、例えば光学測定技術に基づく測定を用いた自動サンプリングシステムを有するオンライン処理が発展した。代表的には、そのようなシステムは少量のパルプを特定のパイプ、または量へ転送することにより動作する。１つの例としてＳｕｎｄｓ　Ｄｅｆｉｂｒａｔｏｒ社によるＰＱＭ（Ｐｕｌｐ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｍｏｎｉｔｏｒ）システムがあるが、それはパルプ懸濁液内のろ水度、繊維長、および結束繊維含有量を測定する。
【０００５】
全オフライン、および一部のオンライン、そしてアットラインの方法が有する共通の問題は、流れの一部しか測定されないということである。そのような転送流の特徴はメインの流れとは異なる場合がある。ＡＢＢ　ＡＢ社のＴＣＡ（サーモメカニカルパルプ濃度分析装置；Ｔｈｅｒｍｏｍｅｃａｎｉｃａｌ　ｐｕｌｐ　Ｃｏｎｓｉｔｅｎｃｙ　Ａｎａｌｙｓｅｒ）はパルプのコンシステンシーを測定する。該システムは光ファイバー技術を用いている。他の同様のシステムはＡＢＢ　ＡＢ社から販売されているＳｍａｒｔ　Ｐｕｌｐ　Ｐｌａｔｆｏｒｍ（ＳＰＰ（登録商標））、およびスウェーデン紙パルプ研究所（ＳＴＦＩ）で開発された「ファイバーマスター（Ｆｉｂｅｒ Ｍａｓｔｅｒ）」である
【０００６】
特別の試験空間へ流体を抽出せずに、全パルプについて直接行われるインライン方法は、通常オフライン方法より早く、それらの方法に挙げられる問題の一部を緩和することができる。しかし、流れのサンプルを抽出するために、機械装置をプロセスライン中に挿入しなくてはならず、メインの流れが妨げられることがあり、それによりメンテナンス、および交換作業が困難となる場合がある。さらに、センサーが汚染されることがあるか、または流れがセンサーにより汚染されることがある。
光波、または電磁波を用いるものに代わるのは、機械的な波動（音波）を用いるものである。これには幾つかの利点がある。音波は環境に優しく、そしてまた電磁波とは違って、あらゆる種類の流体中を伝搬できる。
【０００７】
論文「紙繊維懸濁液中の超音波の伝搬（Ｉｎ ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ”Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｉｎ ｐａｐｅｒ ｆｉｂｒｅ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓ）」（Ｄ． Ｊ． Ａｄａｍｓ著、紙、ゴム、およびプラスチック工業における測定および自動化についての第３回国際ＩＦＡＣ会議（アントワープ、ベルギー）（３ｒｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＩＦＡＣ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ Ｐａｐｅｒ， Ｒｕｂｂｅｒ ａｎｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）、ｐ．１８７−１９４）には、繊維の懸濁液を通して周波数が０．６ＭＨｚから１５ＭＨｚの超音波ビームを送り、周波数の関数として減衰、および位相速度を測定することが開示されている。これにより、繊維濃度、サイズ、およびある範囲までの繊維状態についての情報を得ることができる。しかし、この方法を実施できるようにするために、複雑な補正処理が必要である。
「超音波、および相関を用いるパルプ懸濁液流量測定（Ｐｕｌｐ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｆｌｏｗ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｕｓｉｎｇ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）」、（Ｍ． Ｋａｒｒａｓ、 Ｅ． Ｈａｒｋｏｎｅｎ、 Ｊ． Ｔｏｒｎｂｅｒｇ 、 Ｏ． Ｈｉｒｓｉｍａｋｉ共著、１９８２年、超音波シンポジウム会議録（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ）、ｐ． ９１５−９１８、 ｖｏｌ ．２、 Ｂ． Ｒ． ＭｃＡｖｏｙ編、ＩＥＥＥ、アメリカ合衆国ニューヨーク州ニューヨーク）には、走行時間測定システムが開示されている。該システムハ主に平均流速を測定するもので、多様なパルプ懸濁液の検査に関する記述がある。速度特性を決定するために、ドップラーシフト測定を用いている。周波数２．５ＭＨｚが用いられた。
【０００８】
国際特許出願ＷＯ９９／１５８９０は、音波測定を用いるパルププロセス監視のための方法、および装置を開示している。パルプ懸濁液が通過するコンベアライン上で、システム内の固有の音響領域（１００ｋＨｚまで）を、壁の振動測定によって間接的に記録する。記録は、データ操作プログラムにより規定の特徴に従って等級分けされ、振動の特徴が生成される。懸濁液の特性と相関させるために、以前の記録に関する記憶した振動特徴を記録毎に比較する。故障状態にはアラームを発生するため、または傾向が変化したときには示すために、記録した振動を、適切な方法を用いてプロセス制御に用いることができる。
【０００９】
上述の特許に用いられている方法は固有に出現する振動を利用する方法に基づいているので、多くの問題が生じる。流体内で発生した音波のみを拾うのではなく、例えば流体に接続しているポンプなどの機械からの振動も拾ってしまう。これが大きな外乱となり、それは加算平均の総計、または重複決定を増加させることになる。さらに、その機械を制御するものがないので、外乱を防ぐプロセス方法を適用することは難しい。加えて、固有の振動は場所によるので、提案された方法はそれぞれの場所毎に補正しなくてはならない。すなわち、取り付けにより生産量に非常に大きな損失を引き起こすことになるので、この最後の点により、実用はかなり限定されることになる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の全体的な目的は、所望のパルプ特性を達成するために、パルプ叩解プロセスの制御を改善することである。したがって、本発明の１つの目的は、リアルタイム・プロセス制御ができるように、速く、かつ信頼の置けるパルプ分析方法を提供することである。さらなる目的は、パルプ特性測定において、「信号対ノイズ」、または「信号対外乱」の比率を改善することである。本発明のまた他の目的は、 測定のデータ処理をより効果的にすることである。
【００１１】
上記の目的は、本明細書の請求項に従う方法および装置により達成することができる。わかりやすくいうと、制御可能な音響源をリファイナに接続するパルプの流れに接触して配置する。制御可能な音響源はパルプ内へ信号を発する。制御可能な音響信号は繊維と相互に作用し合うことができ、そのような相互作用により生じた音響信号（圧力、壁の振動）の成分である、少なくとも１つのスペクトルをセンサーを介して測定する。音響信号の少なくとも１つのスペクトル成分が測定される。測定したスペクトル成分は、パルプ繊維の化学的／物理的特性、含有量、分布、および／または大きさと相関され、さらに叩解プロセスを制御するために用いられる。測定されたスペクトル成分の波長は、好ましくは代表的なパルプ繊維のサイズ、およびパルプ繊維間の距離に比べて長い。用いた音響信号はこのように、代表的には周波数が２０ｋＨｚより小さい。
【００１２】
発した音響信号は、好ましくは、振幅、周波数、位相、および／または時間遅延について制御可能であり、制御可能な音響信号は、例えば繊維の固有振動数に周波数を調整することにより、パルプ内の繊維の音響についての性質を強調するように選択される。さらに、信号は１つ以上の単一周波数、または周波数帯を備えることができ、また時間の経過と共に変化することがある。制御可能な音響信号は、制限された時間間隔の間に、または振幅を調整して、発することができるので、測定された音響信号のノイズおよび外乱を除去する様々な処理が可能になり、よって信号／ノイズ比率を増加させることができる。
【００１３】
生じた音響信号の周波数、および対応する振幅だけでなく、位相、時間、または空間依存性を測定することにより、例えば多変量解析、または神経回路網に基づく統計モデル化を利用して、分析をさらに確実にすることができる。空間依存性は、流れの方向と平行、および／または垂直に、の特殊な幾何学的配置に配設したセンサーにより実現できる。
測定された音響信号からの情報は、パルプ化システム内の叩解プロセスを制御するためにさらに用いることができる。リファイナに入るウッドの特徴付けをするため、すなわちフィードフォワード情報を得るために、測定はリファイナの上流で行うことができ、および／または、叩解プロセスの結果についてのフィードバック情報を提供するために、測定はリファイナの下流で行うことができる。
【００１４】
本発明の利点は、非破壊的で、環境に優しく、平均の必要に応じて「リアルタイム」のデータを提供する監視、および／または制御方法を提供することである。音響源が制御可能であること、および特定の範囲へ周波数を調整できることは、パルプの重要なスペクトル特性の強調を可能にし、ノイズおよび外乱を低減させる。さらに、制御可能な音響源の使用により、様々な音響伝搬経路を励振することができ、また分析のために用いることができる。本発明はまた、多成分分析の機会を提供する。サンプル処理は含まず、新しい方法は広い濃度範囲および高温で利用できる可能性がある。最後に、実験室試験において、セルロース繊維のサイズおよび剛度の「リアルタイム」測定を行う方法の実現可能性は実証されている。
その他の利点および特徴は、複数の実施例に関する以下の詳細な記述により理解される。
【００１５】
本発明、およびその他の目的および利点は、添付の図面と共に次の記述を参照することにより最もよく理解することができるはずである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１ａは典型的な機械パルプ化プロセスライン２００の概略をブロック図で描いたものである。ウッドチップ２０２はプロセスライン２００に入るとまず洗浄ユニット２０３に入り、そこでウッドチップから、例えば泥、および砂の粒子などの汚染物質を、例えば遠心クリーナ、または回転スクリーンなどを用いて取り除く。洗浄したウッドチップはプロセスパイプ２０４を通って脱水ユニット２０８へ送られる。チップ、またはパルプを運ぶ全パイプは太い線で描かれ、その一部は２０４と表示されている。脱水ユニット２０８内で、過剰な水分を取り除く。しかし特定量の水分を使用して、チップに適切な湿気を与える。取り除かれた水分の一部は、再利用するために、水再利用パイプ２０６により洗浄ユニットへ戻される。水再利用パイプ全ては細い線で描かれており、流れの方向が矢印で示されている。
【００１７】
脱水され、湿気を与えられたウッドチップは前処理ユニット２１０へ送られ、そこで例えば化学薬品の含浸、または同様のプロセスが行われ、また加圧蒸気による予熱が併せて行われる。前処理したウッドチップを、その後加圧しながらリファイナ２１２に送り、追加の水と混ぜる。リファイナ内で、ウッドチップを砕いてパルプにする。製紙に適する繊維にするために、繊維を機械的に攪拌する。機械パルプ化プロセスでは、これは叩解工程の間に行う。叩解プロセスでは繊維を互いに分離させ、かつ繊維組織をほぐすが、それは、そうしないと繊維が固すぎて高品質の紙にならないからである。リファイナ２１２によって起こる振動の力により、繊維は分離し、そして疲労する。
【００１８】
理想的な機械パルプ化プロセスでは、当然ながら繊維はウッドから分離していなくてはならないが、繊維長はできる限り保持しなくてはならない。さらに繊維を、例えば、繊維の壁の内部フィブリル化など、薄い層に裂く必要がある。中間の薄層、および繊維の壁の第１および第２の層から多量の微粒子を取り除かなくてはならない。また、残った第２の壁をフィブリル化する必要があり、いわゆる外側フィブリル化と呼ばれる。
【００１９】
通常、異なるタイプのパルプ間の区別は、実際のプロセスにより行う。ＲＭＰ（リファイナ機械パルプ）はチップの大気圧下での叩解と呼ばれ、ディスクリファイナを用いる。ＰＲＭＰ（圧縮リファイナ機械パルプ）はＲＭＰに似ているが、叩解は、加圧、高温下でおこなう。ＴＭＰ（サーモメカニカルパルプ）は、チップを蒸煮し、加圧高温下で叩解する。図１ａのリファイナ２１２はＴＭＰリファイナを示したものである。
砕かれたパルプは減圧され、スクリーンユニット２１４に送られてさらにそこで水で希釈され、細かい粒子を取り除かれる。パルプはその後、渦流クリーナ２１６に入り、そこでさらに汚染粒子が取り除かれる。そのパルプは、その後脱水ユニット２１８で脱水される。取り除かれた水は、水再利用パイプにより、例えば洗浄ステップ２０３、前処理ユニット２１０、リファイナ２１２、またはスクリーニングユニット２１４などの前のステップで再利用される。最終的にパルプは漂白ユニット２２０で漂白され、次いで製紙ラインでのさらなる処理へ、またはパルプ貯蔵庫へ送られる。
【００２０】
図１の実施形態は、代表的なＴＭＰプロセスの１つの例にすぎないということに注意されたい。プロセスの段階、およびユニットは位置を変更することができ、そして例えば叩解プロセスなどの多くのプロセスは２回以上行うことができる。このため、図１ｂには、別の代表的なパルプ製造ラインを示す。このラインは、叩解段階が２度あることを除けば図１ａに描いたものに似ている。前処理したウッドはここでは第１リファイナ２１２−１に入り、ここで粗く砕かれる。パルプはその後、第２リファイナ２１２−２に入る前に、例えば脱水剤などの化学薬品を添加するユニット２１３に入る。第２リファイナ２１２−２から出たパルプは、図１ａに関して述べた工程と同様の工程を経る。
【００２１】
機械パルプ化において、リファイナは最も重要なプロセス段階であり、そして従来の技術で述べたように、リファイナにおいて新しい情報に基づくさらに高度な制御を実行する際に、非常に明らかな経済的利益がある。叩解プロセスでは、通常、ウッドはリファイナディスクの間の狭い間隙に供給される。このディスクの間を通過する間に、チップは離解され、フィブリル化される。上述の様に、これは１つのリファイナ内で行うこともできるし、連続する複数のリファイナに分けることもできる。ＴＭＰリファイナ内では、チップは加圧され、飽和蒸気に当てられる。チップがリファイナ内に入るとき、チップはまず小片に砕かれ、そしてこれらの小片が、互いに当たったとき、またはリファイナディスクのいずれかに当たったときに叩解が行われる。遠心力により、粗いウッド、およびパルプ混合物は半径方向で外側に向くので、そこではディスク間の間隙は通常小さくなる。離解、およびファブリル化の相互作用により、繊維材料は所望のろ水度レベルになる。
【００２２】
ディスクおよび繊維間の相互作用は、最終的なパルプの特性に極めて重要なので、ディスク間の距離、ディスクの回転スピード、およびディスクに働く力などのパラメータは重要な役割を果たす。リファイナの実際の形状により、そのようなパラメータは生成されるパルプの特性に直接関係する。生成されたパルプの特性を測定することにより、規定のパルプ特性からの逸脱を処理するために、パラメータを細かく調整することができる。
さらに、繊維とディスク間、および繊維間の衝突と摩擦は、かなりの量のエネルギーを消費する。このエネルギーもまた最終的なパルプのための重要なパラメータである。エネルギーは熱に変わり、それがパルプ混合物の温度を上げ、そして一部の水が蒸発して蒸気になる。蒸気はリファイナ内の繊維の流れに大きな影響をおよぼす。叩解プロセスにおける熱はウッドおよび繊維のレオロジー特性を変える。したがって 熱産出、および含水量も最終的なパルプの質に重要な影響をおよぼし、それらも制御可能としたい当該パラメータである。
【００２３】
機械パルプ化のリファイナ内のプロセス制御のさらなる側面は、例えば「製紙科学と技術（Ｐａｐｅｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」、書籍５（Ｂｏｏｋ Ｎｏ． ５）：機械パルプ化（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｕｌｐｉｎｇ）、Ｋａｕｋｏ Ｌｅｉｖｉｓｋａ著、ＩＳＢＮ ９５２−５２１６−０５−５， ｐｐ． １２９−１３８に見出すことができる。
当該技術分野ではよく知られているように、複数のパルプ特性がリファイナのパラメータの異なる設定により影響を受ける。確認された相関が複数見つかっている。繊維長の場合、通常ディスクスピードが最も重要なリファイナパラメータである。通常ディスクスピードが速くなると、繊維長が長くなる。同様に、カナダ標準ろ水度（ＣＳＦ）方法によるろ水度はディスクスピードと相関関係があり、ディスクスピードが上がるとＣＳＦろ水度が大きくなる。リファイナの全出力とは逆相関があり、すなわち、出力が大きいと、通常ＣＳＦろ水度は小さくなる。
【００２４】
図２は、図１のような機械パルプ化プロセスシステムの一部であるリファイナの代表的な例を示す。加圧ユニット１００には前処理されたウッドチップが供給ライン１０２から供給される。加圧されたチップはコンテナユニット１０４に供給され、そこでチップに追加の水１０５が混合される。スクリュー装置１０６は所定の速度の混合物をリファイナユニット１０８に導く。リファイナ１０８（図７に示す）は、この実施形態では、２枚のディスク１１０、１１２を備え、その間にチップ混合物が供給される。ディスク１１０、１１２は各々モータ１１４、１１６を有し、それらがリファイナディスク１１０、１１２に必要な回転運動を与える。リファイナ出力制御装置１１８は、ディスク１１０、１１２を協調して作動させる出力、およびディスク間の距離を規制する。リファイナに供給される全エネルギーもまた制御可能である。
叩解の後、水との混合物の中に浮遊する砕かれたパルプ繊維は、流出パイプ１２０を通って高圧のリファイナから出る。高圧が低減されると、（叩解プロセスで）加熱された水分は蒸気へと蒸発する。サイクロン１２２内で、繊維混合物から蒸気１２４が分離された後、繊維は次のパルプ化段階へ進む。
【００２５】
図３は、本発明によるリファイナ内で用いられる分析装置１３を示す。パルプ混合物１０は浮遊する繊維１２を含む。分析装置１３はパルプ１０、およびその中の繊維１２の特性を評価するために用いられる。分析装置は、音響信号源となるエミッタ１４、およびエミッタ１４を操作するための制御ユニット１６を備える。エミッタ１４はパルプ１０内へ音響信号を発するように配置する。音響信号１８はパルプ１０を波として通過し、そして浮遊する繊維１２の存在により影響を受ける。
【００２６】
波長が繊維のサイズおよび線移間の距離より非常に長い場合、この影響は主に流体の圧縮率の変化として現れる。これが位相速度の変化、および音響信号１８の周波数に依存する吸収を導く。特に、浮遊する粒子１２が共鳴振動反応を示す周波数領域で大きな変化が見込まれる。共鳴周波数は、例えば密度、大きさ、剛度、繊維内の結合、繊維間の結合および多くの他の特性に依存する。実際の使用にあたっては、殆どの場合この周波数領域は、超音波の下の可聴領域、すなわち２０ｋＨｚ以下に位置している。例えば水中の気泡などのように粒子濃度が小さい場合にでさえ流体の圧縮率への影響は非常に大きくなることがあるので、波長の長い音響信号に基づく方法は、流体混合物の変動の検出に対して、非常に感度が高くなる可能性がある。もちろん、この高い感度はまた、流体の特性へのあらゆる好ましくない影響を制御するために、特別の対応が必要なことも意味する。これは、後で述べるような、特別な信号処理技術を適応することにより達成することができる。
さらに、超音波領域より適当に低い周波数を用いることにより、振幅、および位相両方の測定を可能にするコヒーレントな信号を提供できる。これは次の詳細でさらに述べる。
【００２７】
このように、繊維１２はプロセス流体の音響の伝搬特性（位相速度）に影響をおよぼし、振動エネルギーを吸収するので、発せられた当初の音響信号を変化させる。振動している繊維１２もそれら自体が音響信号２０の形態でエネルギーを発する。これらの信号の周波数領域は通常、繊維の振動と同じ、すなわち超音波領域よりも低い。エミッタ１４から発せられ変化した音響信号１８、および繊維から発せられた音響信号２０は、共に最終的な音響信号２２を形成する。
音響信号センサー２４はパルプ１０内の音響信号の測定をするためのシステムに配設され、音響信号の音響スペクトルの少なくとも１つの成分を測定する。これらの音響信号は、発せられた音響信号１８と繊維１２の間の相互作用による最終的な信号２２である。音響信号と繊維１２の間の相互作用は繊維１２の性質を示すので、測定された音響信号は、パルプ流体１０内に浮遊している繊維１２に関連する情報を含んでいる。分析装置はさらに、センサー接続部２６によりセンサー２４に接続されるプロセッサ２８を備える。プロセッサ２８は、測定された音響信号を、パルプ流体１０内の特性、含有物、または繊維１２の分布に関連させるために配設されている評価ユニットである。測定操作に依存する、または調整されて発せられた音響信号を調節または制御するために、エミッタ制御ユニット１６は好ましくはエミッタ接続部３０を介してプロセッサ２８により制御可能である。
【００２８】
典型的な場合、プロセッサ２８は関連するシステムの規定のモデルに従って作動する。そのモデルは好ましくは繊維と音波の間の物理的相互作用に関する理論に基づいている。モデル、またはモデルのパラメータを音響信号セットの測定値、および対応する実験室での当該繊維特性の測定値を用いて補正する。その後、モデルを使用して、未知のサンプルの音響スペクトルから繊維特性の予測をすることができる。
さて、図２にもどると、制御ユニット１６と共にエミッタ１４が流出パイプ１２０に配設されている。また、センサー２４がエミッタ１４から距離をおいて流出パイプに配設されている。エミッタ１４およびセンサー２４はプロセッサを備える評価ユニット２８に接続されている。エミッタ１４は、流出パイプ１２０内のパルプ混合物内へ音響信号を発するように制御されている。センサー２４は結果として生じた音響信号を記録し、そしてプロセッサ２８はその結果を評価する。
【００２９】
紙の強度の問題は、多くの異なる実験室の測定方法、および評価可能性のある広範囲に渡る問題である。それにも関わらず、それはおそらく消費者が求める最も一般的で重要な品質のパラメータである。基本的に、最終的な紙の強度（Ｓ）は３つのパラメータで表すことができる；１本の繊維の固有強度（ｚ）、繊維の単位長さ当たり繊維間結合の領域（ｎ）、そして繊維結合それぞれの強度（ｐ）である。関係式
Ｓ＝ｆｋｎ（ｚ，ｎ，ｐ）
を決定することができる。繊維が長いと、繊維間結合の機会が多くなるので繊維ネットワークの強度が増し、その結果紙の強度も増す。これはもちろん現実を単純化したものであり、実際には他のパラメータも重要な役割を果たす。励振されると、繊維は繊維長に依存して異なる周波数を有する振動を発する。自己振動のポイントは、短いものに比べて、繊維長が長いものの周波数が低い。現実では、パルプ内の繊維は繊維長が分散しており、そしてそれらの自然振動は周波数帯域内にあり、繊維長のメジアンに対応する周波数が最大の振幅を有する。したがって、繊維長分布の検出には音響による測定が適している。
【００３０】
抄紙機の稼働性に関する製紙のために最も重要なパラメータの１つは、ワイヤ上のパルプの排水特徴である。製紙業者は通常抄紙機を出来るだけ速く稼働させる。乾燥ラインが、すなわちペーパーウェブ上に見える水が脱水によりなくなるワイヤ上の位置が、例えばパルプの脱水特徴の低減により、圧縮セクションに接近しすぎると、ウェブに破損が生じるおそれがあり、そうなると生産は止まり、莫大な経済的な損失の原因となる。脱水力が悪いと、製紙業者は抄紙機をゆっくり稼働しなくてはならないので、生産が減る。基本的に、パルプの脱水能力（ｄ）は２つのパラメータで説明できる；繊維の柔軟性（ｆ）と、長い繊維の量を短い繊維の量で序した数値の数値関係で表される繊維のサイズ分布（ｑ）である。おおよその関係について
ｄ＝ｆｋｎ（１／ｆ，ｑ）
という式をたてることができる。脱水特徴は、最終的な紙の強度とも相関関係を有する。繊維サイズ分布が同じ場合、柔軟な繊維の方が、相互により長い結合領域を獲得する。したがって、より強い強度の紙を得ることができる。同時に、より柔軟な繊維のネットワークは脱水がより困難になる。通常、短い繊維、または微粒子が中心となる繊維ネットワークもまた、長い繊維のものに比べて脱水が難しい。音響の点では、固い繊維は、柔軟な繊維に比べてより高い自然振動を有する。上述の例と同様に、パルプ内に異なる柔軟性を有する繊維の分布があり、音響による測定は、繊維柔軟性のメジアンに対応する周波数の最も大きな振幅を有する帯域を記録する。したがって、音響による測定は、明らかに繊維の柔軟性の検出に適している。
【００３１】
さらに、音響信号の特徴的な特色の総合的な強さは混合物内のパルプの濃度に依存するので、水の量も監視することができる。したがって、分析装置は、パルプ混合物のいくつかの点について監視することができる。
叩解されたパルプの上述の特性は、叩解プロセス内の特定の入力パラメータにより決定される。叩解の効果を決定するパラメータは、例えば、含水率、脱水剤の添加、チップがリファイナに入るときの速さ、リファイナの出力、ディスクの速度、そしてリファイナディスク１１０、１１２間に働く力および距離である。これらのパラメータとパルプの特性との関係は通常周知であるか、あるいは実験により得ることができる。そのような関係に基づき、最終的な繊維の特性を改善するために、信号接続部１２６により、分析装置１３はリファイナの出力、ディスクのスピード、ディスクに働く力、ディスクの距離、含水率、脱水剤、またはチップの供給速度の設定について適切な変更を検地することができる。従って、分析装置はフィードバックシステムを構成し、リファイナ・サブプロセスから得られる最終的なプロセス流体を操作する。
【００３２】
音響スペクトルとパルプの品質の相関を調査する実験が行われてきた。音響スペクトルを複数のパルプ流体から測定し、そのパルプ流体のサンプルは、カナダ標準ろ水度（ＣＳＦ）の標準方法にしたがって、およびカヤーニ器具（Ｋａｊａａｎｉ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）により、平均繊維長が実験室で分析した。音響スペクトルは記録され、フーリエ変換されて周波数の関数としての強度を有する離散スペクトルチャネルとされた。スペクトルは多変量データ分析を用いて評価された。パルプ品質パラメータに関連する定性的情報の解釈では、計算されたＰＬＳモデルは補正エラー等に関するノイズを除去するとされている。したがってモデルの質は、スペクトルデータからそれらのパルプの品質を予測する能力として評価でき、そして交差検証の２乗平均平方根誤差、ＲＭＳＥＣＶ、として表される。ＲＭＳＥＣＶが低く、多数のＰＬＳパラメータが説明されることが好ましい。そのようなデータ分析のより詳細な記述は「多変量の補正（Ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）」（Ｈ． ＭａｒｔｅｎｓおよびＴ． Ｎａｅｓ共著、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎ、Ｃｈｉｃｅｓｔｅｒ、１９８９年、 ｐｐ． １１６−１６３）に記載されている。
【００３３】
図４は繊維長の予測モデルの代表的な結果を示している。モデルは繊維長が分かっているパルプサンプルを用いて補正される。次いで繊維長の値を予測するために補正されたモデルを用いると、結果は図４のグラフのようになる。横軸は、重量平均繊維長の真の（従来の実験室の方法で測定された）値を示し、縦軸は音響による測定を用いた繊維長の予測値を示す。「真の」値と予測値の間には、明らかな線形関係があり、比較的よい相関関係を有する。
【００３４】
図５は、本発明によるリファイナ設備の他の実施形態を描いている。この実施形態は図１ｂの構成に対応する。図２で示したものと同一の部分は同じ参照番号で示す。同一の部分については再び記述しない。この実施形態では、叩解段階は脱水剤２１３を添加するユニットで分離されている２つの連続するリファイナを備えている。図５では、制御ユニット１６を有するエミッタ１４が第１のリファイナ１０８からの流出パイプ１２０に配設されている。エミッタ１４とは距離をおいて、センサー２４もまた流出パイプに配設されている。エミッタ１４を制御して、流出パイプ１２０内のパルプ混合物内へ音響信号を発する。センサー２４は生じた音響信号を記録し、そしてプロセッサ２８が結果を評価する。評価ユニット２８は制御接続部１２６により、第２のリファイナ設備の複数の異なる制御ユニットに接続されている。
【００３５】
この構成は、第２のリファイナに供給される粗いパルプ材料の監視ができる、すなわち第２のリファイナの上流に配設される。このようにして、例えば様々な種類のパルプ品質、含水率、繊維長の平均、およびろ水度など、粗いパルプ材料の変化を検出することができる。第２のリファイナに入るパルプの特性により、第２のリファイナを僅かに変えて操作することにより、全叩解プロセスを終えたときに、所望の特性を備えるパルプを得ることができる。通常、固いウッドの場合ほど速いディスクスピードが必要で、一方、水分を多く含むチップは、産出するパルプに最適な特性を得るために、加える水は少なくてよい。本発明による全リファイナ操作は、第２のリファイナに供給される粗いパルプ材料の特性に合わせて調節できる。このようにフィードフォワード制御は遂行される。
明らかに、これらの２つの異なる実施形態は任意の構成で結合させることができる。
【００３６】
対応するリファイナの制御法がフロー図、図６に描かれている。手順はステップ３２０で開始される。ステップ３２２では、超音波の手前の周波数の音響信号を浮遊する繊維を備えるパルプ流体内へ発する。音響信号は浮遊するパルプ繊維と相互に作用し合い、音響信号を生じる。この生じた音響信号をステップ３２６で測定し、その結果ステップ３２８で、好ましくはパルプ内の繊維の特性について、測定結果を評価する。評価された特性は好ましくは、機械または化学データ、濃度、分布、および繊維のサイズである。ステップ３３０で、これらの特性を用いてリファイナプロセスを制御する。処理はステップ３３２で停止する。
【００３７】
音響源の制御可能性は非常に重要である。振幅、周波数、位相、および／または音響信号のタイミングを選択することにより、異なる繊維の特性を志向することができる。周波数を制御することにより、例えば、特定の特性に繋がる繊維に関連する特定の共鳴振動数に音響信号を調節することができる。信号源の振幅を変更することにより、ノイズの低減を行うことができる、または時間に依存する相互作用を強調、あるいは抑制することができる。位相を制御することにより、動的測定が容易になる。音響信号のタイミングを制御することにより、時間依存するプロセスを調査することができる。そのような調査は、受動的な音響信号の音響源のみを用いては実行することができない。簡略化した状況における複数の実施例により信号源の制御の可能性について説明する。
【００３８】
図７ａでは、信号源は、強度ＩＥを有する単一周波数ｆの音響信号を発する。周波数は、例えばプロセス流体内の粒子の吸収周波数といった粒子の固有周波数に対応する特定の周波数に調節する。粒子の密度が大きくなるほど、吸収は多くなる。音響信号は、測定が続く間、一定の強度ＩＥで発せられる。プロセス流体から生じた音響信号と同じ周波数成分の強度５０を時間の関数として測定することにより、粒子密度の時間の経過に伴う変化の傾向が分かる。これを図７ｂに示す。そのような測定を用いて濃度を容易に監視することができ、そして容認可能な変化の範囲を決めることによって、高すぎる、または低すぎるなど濃度の表示器として容易に用いることができる。
【００３９】
プロセス流体がわずかに異なる寸法の固体粒子を有していると仮定する。ある共鳴振動が粒子のある寸法に関連しているということがわかると、流体内の粒子のサイズ分布の調査に利用することができる。図７ｃは、発せられる音響信号が、時間の関数である場合を示している。信号の振幅、または強度は一定に保たれる一方で、周波数は図７ｃの直線５２で示したように時間と共に直線的に変化する。センサーを協調した方法で動作させることができる；それぞれの機会に音響源が発するものと同じ周波数の強度を測定する。そのようにして、図７ｄに示した曲線５４が得られる。曲線５４における最小強度５６は、この周波数が当該の寸法のメジアン値に対応することを示す。サイズ分布に関する情報も獲得可能である。
この方法で、粒子に関連する様々な特徴を明らかにするために、周波数を用いることができる。このように、周波数は、例えば単一定数周波数、時間につれて変化する単一周波数、複数の単一定数周波数、時間につれて変化する複数の単一周波数、またはピンクノイズあるいはホワイトノイズのような複数の異なるタイプの限定周波数域を含むことができる。
【００４０】
発せられた音響信号のタイミングもまた、例えば限定された時間間隔の間に発せられたパルス化された音響信号を用いることにより、使用することができる。図７ｅは簡略化した状況を示したもので、音響信号は放出が止む時間ｔ０までの時間間隔の間、放出される。例えば一部の音響信号の特徴の強度を測定することにより、図７ｆに示した曲線が得られる。この曲線は、パルスが発せられている時間の間は一定レベル部分５８として表れる。ｔ０に達すると強度は減りはじめ、部分６０で示したように残響プロセスが生じ、強度が６２の一様なレベルになるまで続く。この性質の解釈として、例えば、システム内の固有なノイズにより、部分６２のレベルに対応する信号の強度の特徴が生じるということが考えられる。したがって、この強度はバックグラウンドノイズに対応するものである。測定された音響信号内のバックグラウンド信号は、制御可能な音響源が稼働していない時間間隔の間に単に音響信号を減じることにより、低減させることができる。したがって、部分５８と６２の強度の違いは、例えば流体内の粒子のおよその濃度などに、より正確に対応する。減少する部分６０の詳細な性質によりまた、例えば粒子内、あるいは粒子付近の機械的相互作用状態について、ある程度の情報が得られる。傾斜は、音響源が止んだ後も残って振動し続けている粒子などに対応する場合もある。
【００４１】
発せられた音響信号の振幅を変更することにより、より高度なバックグラウンド低減方法が利用できる。図７ｇでは、発せられた音響信号の強度が曲線６４のように時間と共に変化する。対応する任意の音響スペクトル特徴の強度の測定値は、例えば図７ｈの曲線６６のように変化する。強度の変化がより少ないのは、バックグラウンドノイズが存在する可能性を示唆する。発せられた振幅と感知された振幅の変化を比較することにより、破線６８に示されるバックグラウンドレベルが分かる。このように、信号を連続的に発しながらバックグラウンドの低減も行うことができる。
バックグラウンド信号自体が興味深い情報を備えることがある。バックグラウンド信号を幾分長い時間評価すると、変化を検出することができる。そのような測定された音響信号の変化または傾向は、例えば、リファイナ設備、特にディスクにおける老朽化あるいは消耗に関連があることがあり、したがってバックグラウンド評価情報をメンテナンスの必要性等を示唆するために用いることもできる。
【００４２】
上述の例から、生じた音響信号の異なる特性をセンサーが測定可能であるべきであることは明らかである。発せられた信号に対応する方法で、センサーは、例えばプロセス流体内の粒子との相互作用により生じた音響信号の振幅、周波数、位相、および／またはタイミングを測定する。その後、頑健な多変量分析を行えるように、センサーが少なくとも前述の特徴の少なくとも３つを測定できることが望ましい。簡略化した実施例により、さらに可変な寸法の使用について示す。
【００４３】
図７ｃの音響信号が発せられると仮定する。センサーは、放出周波数走査の間、特定の周波数間隔で、連続して多数回音響スペクトルを測定する。起こりうる結果を図７ｉに示す。生じたスペクトルには、２つの主成分がある。第１成分７２は発せられた周波数に従い、そして第２成分７０は周波数内で一定である。結果は、粒子が第１成分７２の最小強度（最大の吸収）に対応する共鳴周波数を有することを示唆する。しかし、発せられた周波数が第２成分７０に対応するとき、２つの信号は重なり、そして強度曲線は図７ｄのように、特有の性質を示す。しかし、スペクトルの評価から、異なる特徴を容易に判別でき、正確な分析を得ることができる。
上記の例は、制御可能な動的音響源を有するシステムの可能性についての理解を容易にするために、非常に単純化した実施例として述べたに過ぎない。実際の場合には状況ははるかに複雑で、測定された音響スペクトルを評価するために、例えば多変量統計分析または神経回路網が用いられる。
【００４４】
記録された音響スペクトルは、好ましくは、周波数の関数としての強度変化を得るためにフーリエ変換される。次いで、音響スペクトルは、好ましくは、複数の異なる種類の多変量データ分析を用いて分析される。そのような分析の基本は、例えば「多変量補正（Ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）」、（Ｈ． ＭａｒｔｅｎｓおよびＴ． Ｎａｅｓ共著、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ出版、 Ｃｈｉｃｅｓｔｅｒ、１９８９年、ｐｐ．１１６−１６３）に記載されている。多変量分析のための市販のツールは、例えばＵｍｅｔｒｉｃｓ社による「Ｓｉｍｃａ− Ｐ ８．０」、あるいはＥｉｇｅｎｖｅｃｔｏｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， Ｉｎｃ．によるＭＡＴＬＡＢＴ（商標）とおよびそれとともに使用されるＰＬＳ−Ｔｏｏｌｂｏｘ ２．０ がある。１次、または２次のＰＬＳ（Ｐａｒｔｉａｌ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅ）方法は特に有効である。Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｏｏｌｂｏｘのような、神経回路網による解決もまた分析目的のために使用することに適している。
モデル予測能力を改善するために、スペクトルデータの前処理が時として有益である。そのような前処理は、直交信号変更、またはデータの波長圧縮を含むことができる。さらに、音響信号の実数部分および虚数部分を多変量計算で用いることができる。
【００４５】
測定した信号の信頼性を高め、またそれによりつまり粒子の特性の信頼性を高めるために、相対的な幾何学的位置、および／または複数のエミッタ、および／またセンサーも用いることができる。図８ａでは、パルプは矢印３６の方向へ流れている。上流方向に、エミッタ１４が配設されている。２つのセンサー２４：１、２４：２が下流に、それぞれ音響源からの距離が異なる位置に配設されている。両方のセンサーからの測定値を利用することにより、追加的な情報を得ることができる。１つの明白な可能性は、２つの測定値間の位相シフト、または時間遅延を測定することにより、パルプ内の音響信号の伝搬速度、あるいは流速を測定することである。そのような情報は、他の結果の解釈を助け、そして例えば繊維の濃度のような、それ自体の情報を含むことさえあり得る。センサー間の距離は、位相の測定ができるように、好ましくは音響波長の長さと同じ程度である。繊維の時間依存特性を検出することも可能であるはずだ。繊維がエミッタを通過するとき、励振されるか、または音響パルスの他の方法により影響され、該励振または該影響の結果が時間と共に減衰する場合、２つのセンサー２４：１および２４：２はそれら測定値に異なる時間反応を検出する。この差異をコンピュータ分析することにより、減衰時間他についての情報が容易に獲得できる。
【００４６】
センサーの位置決めはまた、他の方法で利用することが出来る。図８ｂは４つのセンサーを含むシステムを示しており、そのうち２つのセンサーが流れの方向に沿う断面図に描かれている。図８ｃは対応する断面図を示している。４つのセンサー２４：３、２４：４、２４：５および２４：６は、流路３６に対して垂直になるように配置され、エミッタ１４に対して非対称であるが、パルプ流路３６を含むパイプの周りに対称的に配置されている。１つの平面に位置している４つのセンサーから信号を付加および除去することにより、４つまでの異なる音響波タイプ（モード）を抽出することができる。加えて、図６ａおよび６ｂの配置の組み合わせが可能である。
音響信号エミッタは、他のタイプのものでよい。高周波数について、可聴限度まで、クリスタルトランスデューサを用いることができる。低および中間の周波数については、さらに特別に組み立てられた音響源を用いなければならない。ひとつの可能性は、例えばダイナミックシェーカーを用いて薄膜、または軽量ピストンを駆動させることである。
【００４７】
音響信号を検出するセンサーは、従来の技術のものを容易に利用できる。ここでの主な目的のほとんどは圧力を変動させることなので、それ以外には圧力センサーまたはトランスデューサを用いることが最善であろう。通常の温度（＜７０°Ｃ ）における気体中での使用には、標準のコンデンサまたは電気マイクを用いるのが好ましい。一部のよく知られた製造メーカは、Ｂｒｕｅｌ＆Ｋｊａｅｒ、Ｌａｒｓｏｎ＆Ｄａｖｉｅｓ、ＧＲＡＳ、そしてＲｉｏｎである。これらのマイクタイプは高感度かつ正確であるが、高温または汚染環境において使用する場合には、冷却し、保護する必要がある。また非常に高いレベル（＞１４０ｄＢ）は問題となることがある。高温および困難な環境では、圧電式圧力トランスデューサが使用できる。これらはコンデンサーマイクよりはるかに高価であるが、摂氏数百度まで用いることができる。欠点は、圧力に対する感度がコンデンサーマイクよりずっと低く、このトランスデューサタイプは振動を感知すると言う点である。利点は、多くの圧電式トランスデューサは液体、および気体内で利用できるという点である。しかし、液体用の特別なタイプも存在し、通常ハイドロホンと呼ばれている。圧電式トランスデューサの主要メーカはＫｉｅｓｔｌｅｒ である。
【００４８】
圧力を測定する場合は、センサーは直接流体と接していなければならない。しかし、取り付けるためのパイプまたは壁に穴をあけなくてはならないので、これには幾つかの明らかな欠点がある。センサーの代わりとして、振動センサーを使用することができ、壁に取り付けて音響信号により生じた振動を測定することができる。この場合、流体との直接接触が必要でないため、より柔軟に取り付けができ、また保護することができる。しかし、壁に取り付けられた振動トランスデューサも、例えばシステムが備える機器など、他の手段により生成された振動を感知する。これらの壁の振動もある程度周囲の流体内へ音波を発し、それに圧力トランスデューサが反応することもあるが、通常この効果は非常に小さな外乱に相当する。
振幅および位相の両方を測定する場合には、センサーおよび周波数に対してさらに寸法の制限が加わる。音響信号の位相を検出できるように、センサーは音響信号の波長に比べて小さなサイズのものでなくてはならない。これは実際には、使用できる周波数の上限を設定することになる。例として、位相を１ｃｍ程度のセンサーで測定しようとしたとき、音響信号の波長は１５ｃｍ程度以上でなくてはならない。例えば、水中での音速は、１５００ｍ／ｓ程度であるが、それは１０ｋＨｚの最大周波数を用いることができることを意味する。より小さなサイズのセンサーはより高い周波数で用いることができる。
【００４９】
振動トランスデューサに関し、本発明で使用する全周波数について標準的に選択されているのはいわゆる加速度計といわれるもので、代表的には、加速度に比例する出力を生じさせる圧電式センサーである。製造メーカについては、コンデンサーマイクで既に指摘した会社がこの場合もあてはまる。
本発明による方法は、ソフトウェア、ハードウェア、またはそれらの組み合わせとして実行することができる。本方法またはその一部を実行するコンピュータプログラム製品は、ソフトウェア、または一般的な、あるいは特別に適用されたコンピュータ、プロセッサまたはマイクロプロセッサ上で作動するコンピュータプログラムを含む。ソフトウェアは、図６で述べたステップのうち１つ以上のステップを用いる方法をコンピュータに実行させるソフトウェアコード部分またはコンピュータプログラムコード要素を含む。プログラムは、１つ以上の適切なコンピュータで読み込み可能な媒体上または媒体中に、あるいは、磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭまたはＤＶＤディスク、ハードディスク、光磁気記憶記録手段、ＲＡＭまたは揮発性メモリ内、ファームウェアのようなＲＯＭまたはフラッシュメモリ、またはデータサーバ上などといったデータ記憶手段上、またはデータ記憶手段中に、全部または一部を記憶することができる。
【００５０】
当業者には、請求項により定義される本発明の範囲を逸脱することなく、本発明に多様な修正および変更が可能であることが明らかである。
【００５１】
参考文献
Ｄ． Ｊ． Ａｄａｍｓ著：「紙繊維懸濁液中の超音波の伝搬（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｉｎ ｐａｐｅｒ ｆｉｂｒｅ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓ）」、製紙、ゴム、およびプラスチック工業における測定化および自動化に関する第３回国際ＩＦＡＣ会議（３ｒｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＩＦＡＣ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ Ｐａｐｅｒ， Ｒｕｂｂｅｒ ａｎｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）、 ｐ． １８７−１９４、Ｎｏｏｒｄｎｅｄｅｒｌａｎｄｓ Ｂｏｅｋｂｅｄｒｉｊｆ、アントワー、ベルギー。
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国際特許出願Ｗ０９９／１５８９０．
Ｈ． Ｍａｒｔｅｎｓ、Ｔ． Ｎａｅｓ共著：「多変量補正（Ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）」、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ、Ｃｈｉｃｅｓｔｅｒ、１９８９、ｐｐ． １１６−１６３．
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】代表的な機械パルプ化設備の概略図である。
【図１ｂ】複数のリファイナを備える別の代表的な機械パルプ化設備の概略図である。
【図２】本発明によるパルプリファイナラインの実施形態の略図である。
【図３】本発明で用いる分析装置の概略図である。
【図４】テスト設定における、パルプの実際の特性と相関された特性との間の典型的な相関関係を示す。
【図５】本発明によるパルプリファイナラインの別の実施形態の略図である。
【図６】本発明によるリファイナ制御方法のフロー図である。
【図７ａ】単純化した状況において、発せられた音響信号の例を描いたグラフである。
【図７ｂ】単純化した状況において、測定された音響信号の例を描いたグラフである。
【図７ｃ】単純化した状況において、発せられた音響信号の例を描いたグラフである。
【図７ｄ】単純化した状況において、測定された音響信号の例を描いたグラフである。
【図７ｅ】単純化した状況において、発せられた音響信号の例を描いたグラフである。
【図７ｆ】単純化した状況において、測定された音響信号の例を描いたグラフである。
【図７ｇ】単純化した状況において、発せられた音響信号の例を描いたグラフである。
【図７ｈ】単純化した状況において、測定された音響信号の例を描いたグラフである。
【図７ｉ】単純化した状況において、測定された音響信号の例を描いたグラフである。
【図８】図８ａ、８ｂおよび８ｃは、センサーの配置構成を示す概略図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
2004504509.tif 000004
【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７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図７ｅ】
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【図７ｆ】
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【図７ｇ】
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【図７ｈ】
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【図７ｉ】
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【図８】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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