(57)【要約】本発明では、加工流体（１０）に接する音響源（１４）が、気体、液体または固体相の容積である粒子（１２）の懸濁液からなる流体（１０）へ信号を放出する。当該制御可能な音響信号（１８）は、粒子（１２）と相互反応することが可能で、そのような相互反応の結果発生する音響（圧力）信号（２２）は、好適にはセンサ（２４）を介して測定される。スペクトルが測定される。当該スペクトルは、粒子（１２）の粒子の内容および／または大きさを予測するために使用され、および／または、加工流体（１０）が関係する加工を制御するために使用される。この予測は、音響源（１４）を制御するために実施される。使用される音響信号の周波数は、好適には２０ｋＨｚを下回る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体、液体または固体相の容積である粒子（１２）の懸濁液である加工流体（１０）の分析方法であって、当該方法は、
音響信号を当該加工流体（１０）へ放出するステップと；
当該加工流体（１０）から音響信号を測定するステップと；
当該測定された音響信号から、当該加工流体（１０）の機械的／化学的特性を予測するステップからなり、
当該放出ステップは、周波数、振幅、位相および／またはタイミングによって制御可能な音響信号（１８）を、音響信号に反応する当該粒子（１２）との相互反応のために、当該加工流体（１０）へ放出することを含み；
当該測定ステップは、当該制御可能な音響信号（１８）と当該粒子（１２）との当該相互反応の結果発生する、周波数が２０ｋＨｚを下回る、当該加工流体（１０）からの音響信号のスペクトル（２２）を測定することを含み；
当該予測ステップは、音響信号の当該測定されたスペクトル（２２）から、および、当該制御可能な音響信号の制御を考慮して、当該加工流体（１０）における当該粒子（１２）の機械的／化学的特性を予測することを含む、
ことを特徴とする分析方法。
【請求項２】
気体、液体または固体相の容積である粒子（１２）の懸濁液である加工流体（１０）を処理するためのシステム制御方法であって、当該方法は、
音響信号を当該加工流体（１０）へ放出するステップと；
当該加工流体（１０）から音響信号を測定するステップからなり、
当該放出ステップは、周波数、振幅、位相および／またはタイミングによって制御可能な音響信号（１８）を、音響信号に反応する当該粒子（１２）との相互反応のために、当該加工流体（１０）へ放出することを含み；
当該測定ステップは、当該制御可能な音響信号（１８）と当該粒子（１２）との当該相互反応の結果発生する、周波数が２０ｋＨｚを下回る、当該加工流体（１０）からの音響信号のスペクトル（２２）を測定することを含み；
さらに、
当該測定された音響信号（２２）に基づいて、および、当該制御可能な音響信号の制御を考慮して、少なくとも１つの加工制御パラメータを決定するステップと；
当該決定された、１または複数の加工制御パラメータに従って当該流体（１０）における当該粒子（１２）の機械的／化学的特性に影響を与える副加工を制御するステップをさらに含む、
ことを特徴とするシステム制御方法。
【請求項３】
上記の決定ステップが、上記音響信号（２２）から、上記加工流体（１０）における上記粒子（１２）の上記特性を予測するステップを含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
上記加工流体（１０）からの音響信号（２２）の測定が、上記副加工に対して下流で実施され、当該副加工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２または３に記載の方法。
【請求項５】
上記加工流体（１０）からの音響信号（２２）の測定が、上記副加工に対して上流で実施され、上記副加工へ入る加工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２または３に記載の方法。
【請求項６】
上記粒子の少なくとも１つの上記特性が、
機械的特性、
化学的特性、
濃度、
形状、および
大きさ
の中から選択され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】
上記加工流体（１０）が、
固体粒子を含有する気体、
液滴を含有する気体、
液体中に固体粒子を含む懸濁液、
液体中に液滴を含有するエマルジョン、
気体を含有する液体、および
これらの中の代替物の少なくとも２つからなる組み合わせ
の中から選択されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
上記粒子（１２）の位相は、上記流体（１０）の位相と異なることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
上記音響信号（１８）は、上記粒子（１２）の典型的な大きさや上記粒子（１２）間の典型的な距離と比べて大きな波長を有する音響波によって構成されること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】
上記スペクトル成分を測定するステップは、少なくとも１つの周波数について、
振幅、
位相、および
時間遅延
のうち少なくとも１つの特性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。
【請求項１１】
上記スペクトル成分を測定するステップは、少なくとも１つの周波数について、
振幅、
位相、および
時間遅延
のうち少なくとも２つの特性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。
【請求項１２】
上記制御可能な音響信号（１８）の１または複数の周波数を、上記粒子（１２）の特徴的な周波数へ調整するさらなるステップを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
上記制御可能な音響信号（１８）は、パルス状で、限定された時間間隔の間に放出さ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】
上記制御可能な音響信号（１８）の振幅を調整し；
当該振幅調整に基づいて、上記側定された音響信号（２２）のバックグランド信号を減少させるさらなるステップ
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】
上記予測ステップは、上記測定された音響信号（２２）から、上記加工流体（１０）によって製造された製品の特性を予測するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１および３ないし１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
上記予測ステップは、上記測定された音響信号（２２）の多変量統計解析を含むことを特徴とする請求項１および３ないし１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
音響信号（２２）の上記測定ステップは、上記加工流体（１０）に接している少なくとも２つの地点（２４：１−２４：６）で音響信号（２２）を測定することを含み、これによって上記予測ステップが、当該少なくとも２つの地点（２４：１−２４：６）から測定された音響信号（２２）に基づくことを特徴とする、請求項１および３ないし１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも２つの上記測定地点（２４：１、２４：２）は、使用される周波数について、上記加工流体（１０）のためのフローパス（３６）にほぼ沿った方向の音響波長よりも短い距離で離れていることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも２つの上記測定地点（２４：３−２４：６）は、上記加工流体（１０）のためのフローパス（３６）にほぼ垂直な面に位置することを特徴とする請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
上記予測ステップは、上記測定された音響信号（２２）を様々な伝搬音響モード（波長タイプ）に分解するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１７、１８または１９に記載の方法。
【請求項２１】
気体、液体または固体相の容積である粒子（１２）の懸濁液である加工流体（１０）を分析するための分析装置であって、当該装置は、
音響信号源（１４）と；
当該加工流体（１０）から音響信号（２２）を測定する音響信号センサ（２４）と；
機械的／化学的特性を予測するために当該音響信号センサ（２４）に接続され、プロセッサを含む、データ処理手段（２８）を具備し、
周波数、振幅、位相および／またはタイミングによって当該音響信号源（１４）を制御するための制御手段（１６）をさらに具備し、
ここで、当該音響信号源（１４）は、制御可能な音響信号（１８）を、当該粒子（１２）との相互反応のために当該加工流体（１０）へ放出するように設定されており；
当該音響信号センサ（２４）は、当該制御可能な音響信号（１８）と当該粒子（１２）との当該相互反応の結果発生する、周波数が２０ｋＨｚを下回る、音響信号のスペクトル（２２）を測定するように設定されており；
当該プロセッサは、音響信号（２２）の当該測定されたスペクトルから、および、当該制御可能な音響信号の制御を考慮して、当該粒子（１２）の機械的／化学的特性を予測するように設定されている、
ことを特徴とする分析装置。
【請求項２２】
気体、液体または固体相の容積である粒子（１２）の懸濁液である加工流体（１０）を処理するための加工装置であって、当該装置は、
当該流体（１０）の当該粒子（１２）の機械的／科学的特性に影響を与える副加工を実施するための手段（３８）と；
音響信号源（１４）と；
当該加工流体（１０）から音響信号（２２）を測定する音響信号センサ（２４）を具備し、
周波数、振幅、位相および／またはタイミングによって当該音響信号源（１４）を制御するための制御手段（１６）をさらに具備し、
ここで、当該音響信号源（１４）は、制御可能な音響信号（１８）を、当該粒子（１２）との相互反応のために当該加工流体（１０）へ放出するように設定されており；
当該音響信号センサ（２４）は、当該制御可能な音響信号（１８）と当該粒子（１２）との当該相互反応の結果発生し、周波数が２０ｋＨｚを下回る、音響信号のスペクトル（２２）を測定するように設定されており；
さらに、音響信号の当該測定されたスペクトル（２２）に基づいて、および、当該制御可能な音響信号の制御を考慮して、少なくとも１つの加工制御パラメータを決定するために当該音響信号センサ（２４）に接続された、プロセッサを含むデータ処理手段（２８）と；
当該決定された加工処理パラメータに従って副加工を実施する当該手段（３８）を制御するための手段（４０）を具備する、
ことを特徴とする加工装置。
【請求項２３】
上記のデータ処理手段（２８）はさらに、上記音響信号（２２）から、上記加工流体（１０）における上記粒子（１２）の上記特性を予測するように設定されることを特徴とする、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
少なくとも１つの音響信号センサ（２４）は、上記副加工を実施する上記手段（３８）に対して下流に配置され、当該副加工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２２または２３に記載の方法。
【請求項２５】
少なくとも１つの音響信号センサ（２４）は、上記副加工を実施する上記手段（３８）に対して上流に配置され、上記副加工に入る加工流体（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２２、２３または２４に記載の方法。
【請求項２６】
上記粒子の少なくとも１つの上記特性が、
機械的特性、
化学的特性、
濃度、
形状、および
大きさ
の中から選択されることを特徴とする請求項２１ないし２５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２７】
上記加工流体（１０）が、
固体粒子を含有する気体、
液滴を含有する気体、
液体中に固体粒子を含む懸濁液、
液体中に液滴を含有するエマルジョン、
気体を含有する液体、および
これらの中の代替物の少なくとも２つからなる組み合わせ
の中から選択されることを特徴とする請求項２１ないし２６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２８】
上記粒子（１２）の位相は、上記流体（１０）の位相と異なることを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
上記音響信号センサ（２４）の大きさは、上記音響信号源（１４）によって放出された波長と比較して小さいことを特徴とする、請求項２１ないし２８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３０】
上記音響信号センサ（２４）は、２０ｋＨｚを下回る周波数に敏感であることを特徴とする請求項２１ないし２９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３１】
上記音響信号センサ（２４）は、少なくとも１つの周波数について、
振幅、
位相、および
時間遅延
のうち少なくとも１つの特性を測定するように設定されていることを特徴とする、請求項２１ないし３０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３２】
上記音響信号センサ（２４）は、少なくとも１つの周波数について、
振幅、
位相、および
時間遅延
のうち少なくとも２つの特性を測定するように設定されていることを特徴とする請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
上記制御手段（１６）は、上記制御可能な音響信号（１８）の１または複数の周波数を、上記粒子（１２）の特徴的な周波数へ調整する手段を具備することを特徴とする請求項３０に記載の装置。
【請求項３４】
上記制御手段（１６）は、限定された時間間隔の間に上記音響信号（１４）を放出させるための手段を具備することを特徴とする請求項２１ないし３３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３５】
上記制御手段（１６）が上記制御可能な音響信号（１８）の振幅を調整する手段をさらに具備していることと、上記振幅調整についての情報を受け取るために、上記制御手段（１６）に接続された、上記測定された音響信号（２２）のバックグランド信号を減少させるための手段をさらに具備することを特徴とする請求項２１ないし３４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３６】
上記データ処理手段（２８）が、さらに、上記測定された音響信号（２２）から、上記加工流体（１０）によって製造された製品の特性を予測するように設定されていることを特徴とする請求項２１および２３ないし３５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３７】
上記データ処理手段（２８）が、上記測定された音響信号（２２）の多変量統計解析の手段を含むことを特徴とする請求項２１および２３ないし３６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３８】
上記データ処理手段（２８）に接続され、上記加工流体（１０）と接している他の（さらなる）地点における、少なくとも１つのさらなる音響信号センサ（２４：１−２４：６）を特徴とする、請求項２１および２３ないし３７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３９】
少なくとも２つの上記音響信号センサ（２４：１、２４：２）は、使用される周波数について、上記加工流体（１０）のためのフローパス（３６）にほぼ沿った方向の音響波長よりも短い距離で離れていることを特徴とする請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
少なくとも２つの上記音響信号（２４：３−２４：６）は、上記加工流体（１０）のためのフローパス（３６）に対してほぼ垂直に離れていることを特徴とする請求項３８または３９に記載の装置。
【請求項４１】
上記データ処理手段（２８）は、上記測定された音響信号（２２）を様々な伝搬音響モード（波長タイプ）に分解する手段をさらに含むことを特徴とする請求項３８、３９または４０に記載の装置。
【請求項４２】
少なくとも１つの音響信号センサ（２４）は、音響圧力またはモーション・センサであることを特徴とする請求項２１ないし４１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項４３】
少なくとも１つの音響信号センサ（２４）は、上記加工流体（１０）のエンクロージャの外側に装着されていることを特徴とする請求項２１ないし４２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項４４】
上記音響信号源（２４）は、
電動ラウドスピーカー、および
ピストンまたは膜に接続された電動シェーカー
の中から選択されることを特徴とする請求項２１ないし４３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項４５】
請求項１ないし２１のいずれか１項に記載のステップ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含むコンピュータプログラム製品。
【請求項４６】
インターネット等のネットワークを介して供給される請求項４５に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項４７】
請求項４５または４６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が読み取り可能な媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音響分析による加工流体（気体または液体）の特性を監視するための方法、および当該方法を実施するための装置に関する。本発明はまた、加工流体が関わる加工システムと、当該システムを音響分析に基づいて制御するための方法に関する。特に、本発明は、浮遊または排出された気体、液体または固体量を有する加工流体、つまり多相流体を対象とする。以下の記載では、これを単に「浮遊粒子（「粒子」は、気体または液体相を含み得る）を有する流体」と称する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
多くの製造加工システムでは、原材料、中間製品または完成品として浮遊粒子を有する流体が使用される。例えば、パルプまたは製紙産業、製薬産業、食料加工、建築資材料組み立て等の様々な分野で広く見うけられる。当該加工の多くに共通するのが、浮遊粒子の内在的特性、大きさまたは濃度が完成品にとって非常に重要な点である。従って、完成品の品質を予測し、それに従って加工段階を制御できるように、迅速に、正確に、安全に、安価に且つ容易にこの粒子の特性を分析するための方法の発見が一般的に要請されている。
【０００３】
加工流体についての基本的な測定哲学の種類として、「オフライン」「オンライン」「アットライン」および「インライン」がある。
【０００４】
古典的なオフライン手法は、研究機関での分析のために加工流体のサンプルを抽出することである。しかし、この方法では、加工流体の一部しか分析されず、また当該分析から発生し得るフィードバックが概して遅いという欠点がある。制御目的でのデータ提供に適した分析方法は、実際の加工流体の流れに直接接触して実施されなければならない。
【０００５】
オフライン手法を（最大５ないし１０秒）スピードアップするために、自動サンプリングシステムを有するオンライン手法が開発されており、光学測定技術等に基づいた測定方法が使用されている。典型的には、当該システムは、加工流体の一部分を特別の管または容積に迂回させることによって機能する。その一例が、パルプ懸濁液の濾水度、繊維長さおよびシブ（ｓｈｉｖｅ）の含有量を測定する、スンズデファイブレーター社のＰＱＭ（パルプクオリティモニタ）システムである。全オフライン方法およびいくつかのオンラインおよびアットライン方法が有する共通の問題は、流量の一部分のみしか測定されないことである。そのような分散流の特性は、主流と異なる場合がある。エービービー・エービー社のＴＣＡ（熱機械パルプ粘性分析機）は、パルプの粘性を測定する。当該システムは、ファイバ光学技術を利用している。他の同様のシステムは、同社のスマートパルププラットフォーム（ＳＰＰＴＭ）と、スウェーデンのパルプ製紙研究機関（ＳＴＦＩ）が開発した「ファイバーマスター」である。
【０００６】
特別な試験空間に流体を抽出することなしに加工流体全体に直接作用する、インライン方法は、オフライン方法よりも概して速く、オフライン方法で示された問題のいくつかを減少することができる。しかし、流れのサンプルを抽出するために機械装置を加工ラインに挿入しなければならず、これは主流を妨害し得るものであり、また、メンテナンスや交換作業を困難にする。さらに、センサが汚染され得るし、流れがセンサによって汚染され得る。
【０００７】
光波または電磁波を使用するかわりに、力学的な（音響）波を使用することができる。これにはいくつか利点がある。音響波は環境に優しく、電磁波と違って、全ての種類の流体に伝搬することができる。
【０００８】
論文“Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｐａｐｅｒ　ｆｉｂｒｅ　ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓ”Ｄ．Ｊ．Ａｄａｍｓ著，３ｒｄ　ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ＩＦＡＣ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｐａｐｅｒ，Ｒｕｂｂｅｒ　ａｎｄ　Ｐｌａｓｔｉｃｓ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，ｐ．１８７−１９４，Ｎｏｏｒｄｎｅｄｅｒｌａｎｄｓ　Ｂｏｅｋｂｅｄｒｉｊｆ，Ａｎｔｗｅｒｐ，Ｂｅｌｇｉｕｍ，には、繊維懸濁液に０．６ＭＨｚと１５ＭＨｚの間の周波数の超音波光線を送ると、周波数の機能の関数として減衰と位相速度が測定できることが開示されている。これによって、繊維の濃度、大きさ、および、ある程度、繊維の状態に関する情報を得ることができる。しかし、この方法を実施可能にするには、入念な修正処理が必要である。
【０００９】
“Ｐｕｌｐ　ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ　ｆｌｏｗ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｕｓｉｎｇ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ　ａｎｄ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ”Ｍ．Ｋａｒｒａｓ，Ｅ．Ｈａｒｋｏｎｅｎ，Ｊ．Ｔｏｒｎｂｅｒｇ　および　Ｏ．Ｈｉｒｓｍａｋｉ著，１９８２　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，ｐ．９１５−９１８，ｖｏｌ．２，編：Ｂ．Ｒ．ＭｃＡｖｏｙ，ＩＥＥＥ，Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ，ＮＹ，ＵＳＡには、経過時間の測定システムが開示されている。当該システムは主に主流速度を測定するものであり、様々なパルプ懸濁液からの試験が記載されている。速度プロファイルを判断するために、ドップラー偏移測定が使用される。周波数２．５ＭＨｚが使用された。
【００１０】
ＵＳ３，７１０，６１５号には、流体の粒子濃度の測定方法が開示されている。１つの波長の音響波が粒子を含有する流体へ照射される。音響信号の振幅は登録され、音響信号の減衰が推定される。２つの周波数が使用された実施態様も記載されている。１ＭＨｚと２００ｋＨｚの周波数が記述されている。
【００１１】
ＵＳ５，７１４，６９１号には、二相の流れを分析するための方法とシステムが開示されている。超音波信号が二相の流れに導入され、エコー信号が１組のセンサによって登録される。流れ率と流れのクオリティがこれらの測定に基づいて判断される。さらに、それらの結果が流れを規制するために使用される。流れ特性以外が論じられている。
【００１２】
フランス特許公報ＦＲ２７７２４７６号では、相転移を監視する方法と装置が記載されている。当該方法は、相転移を受ける、乳製品等の粘弾性的特性を評価するために、波動の伝搬速度を測定する。１０ｋＨｚを超える周波数が好適である。
【００１３】
国際特許出願ＷＯ９９／１５８９０号では、音響測定を用いて加工を監視するための方法と装置が開示されている。システム内の音響領域（最大１００ｋＨｚ）が、繊維懸濁液が流れるコンベオヤライン上で壁面振動測定を通じて間接的に記録される。当該記録は、所定の特性に従ってデータ操作プログラムによってランク付けされ、振動特性が生成される。先の記録に関連する、保存された振動特性は、記録のたびに、当該懸濁液の特性と相関付けるために比較される。記録された振動は、適当な方法で加工を制御するために、障害発生時の警報のために、または、傾向が変化したことを示すために使用することができる。
【００１４】
国際特許出願ＷＯ００／００７９３号では、パイプ中の流体パラメータの測定が記載されている。音の速度が、パイプに沿った多くの地点で音響圧力信号を測定することによって判断される。当該音速度から、流体率、塩分濃度等の他のパラメータを推定することができる。２０ＫＨｚを下回る周波数が使用される。好適には、当該方法は、当該システム自体の中で発生したノイズにのみ機能する。しかし、明確な音響ノイズ源を使用してもよい。
【００１５】
上記発明に使用された方法は、内在的な振動、つまり他のノイズ信号を利用する方法に基づくので、多くの問題が発生することとなる。例えば、流体内で発生した音だけでなく、流体に接したポンプ等の機械的発生源からの振動も拾われるという問題が挙げられる。これは大きな障害発生の原因となり、平均または加重決定の量を増加させる。さらに、発生源の制御ができないため、障害を抑制する加工方法を応用することが困難である。さらに、内在的な振動は場所に依存するものであるため、提案された方法は、個々の場所に対して修正されなければならない。この側面は、設置時に生産効率を非常に下げる原因となる点で、非常に重大な制限である。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一般的な目的は、加工流体の特徴化を改善し、以って当該加工流体が関係する加工を制御することである。本発明の目的の１つは、従って、システム特異性を除去することである。これによって、同定が、システムの他の部分から独立し、修正は、位置には依存せず、関連する加工流体のみに依存することとなる。他の目的は、システム同定測定において、「信号−ノイズ」または「信号−障害」の比率を改善することである。本発明のさらなる目的は、測定された信号と加工流体との特性との関係を明確化することである。さらなる目的は、測定のデータ処理の効率化である。
【００１７】
上記の目的は、記載の特許請求の範囲に係る方法および装置によって達成される。概略すれば、加工流体と接している制御可能な音響源は、音響信号を、粒子の懸濁液からなる当該流体へ放出する。本特許出願で「粒子」は、概して、液体、気体、または固体相の容積と定義される。好適には、流体と異なる位相の容積が考慮される。周波数、振幅、位相および／またはタイミングによって制御可能な音響信号は、粒子と相互反応し、そのような反応の結果発生する音響信号のスペクトル（圧力、壁振動）は、センサによって測定される。測定されたスペクトルは、粒子の特性、内容および／または大きさと相関しており、および／または、加工流体が関係する加工を制御するために使用される。相関付けは音響源の制御を考慮して実施される。測定されたスペクトル成分は、好適には、加工流体の粒子の典型的な大きさと比較して大きく、当該粒子相互の距離と比較して大きな波長を有する。使用される音響信号の周波数は典型的には、２０ｋＨｚを下回る。
【００１８】
放出された音響信号は、振幅、周波数、位相および／または時間遅延によって制御可能であるから、周波数を粒子／容積の特徴的な周波数に調整等することによって、加工流体における粒子／容積の音響動作を強調するために、制御可能な音響信号を選択することができる。さらに、信号は、経時的に変化し得る、１または複数の信号周波数または周波数帯域を含み得る。制御可能な音響信号はまた、制限された時間間隔の間に放出され得る。あるいは、当該信号は振幅修正され、これによって、信号／ノイズ比率を増加させるための、測定された音響信号上での様々なノイズと障害の除去作業が可能になる。
【００１９】
得られた音響信号の周波数と対応振幅だけではなく、位相、時間または空間依存性も測定することによって多変量解析またはニューラルネットワーク等に基づく統計的モデルを使用して、分析をよりロバストにすることができる。空間依存性は、流れ方向に沿っておよび／または垂直なセンサの特別の幾何学的配置を利用することによって実現される。
【００２０】
本発明によると、測定された音響信号からの情報はまた、加工システムにおける様々な副加工を制御するために使用され得る。測定は、副加工へ入る加工流体を特徴付ける、つまりフィードフォワード情報を提供するために副加工の上流で実施され得、および／または、副加工の結果に関するフィードバック情報を提供するために副加工の下流で実施され得る。
【００２１】
上記方法と装置は、製紙加工等において使用するのに適しており、精製機の操作を制御するため等に使用してもよい。
【００２２】
本発明に関する利点は、非破壊的で、環境に優しい監視および／または制御方法を提供し、必要的平均に応じて、データを「リアルタイム」で提供する点である。音響信号の制御可能性と特定の幅の周波数の調整可能性によって、加工流体の重要なスペクトル特性を強調し、ノイズと障害を減少させることが可能になる。さらに、制御可能な音響信号によって、様々な音響伝搬パスを刺激し、分析目的で使用することができる。本発明は、多成分分析の機会を提供し、様々な材料の位相に使用することができる。サンプル処理は不要であり、当該新規な方法は、広い濃度の範囲内での使用可能性と高温での使用可能性を有している。最後に実験室での試験によって、セルロース繊維の大きさと剛性を「リアルタイム」で測定する方法の実施可能性が証明されている。
【００２３】
さらなる利点と特徴は、多くの実施態様に関する以下の詳細な説明から理解される。
【００２４】
以下においては、図面を参照しながら例示的にすぎない実施例について説明し、本発明について詳述する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は、加工流体１０が関わる加工システムのための分析装置１３を図示している。加工流体１０は、気体、液体または固体相の浮遊粒子１２を含む。当該加工流体は、固体粒子を含有する気体、ある液体の液滴を含有する気体、液体中に固体粒子を含む懸濁液、液体中にさらなる液体の液滴を含有するエマルジョン、気体を含有する液体、またはこれらの流体の任意の組み合わせ等であってよい。分析装置１３は、加工流体１０とその中の粒子１２の特性を評価する。当該分析装置は、音響信号源を構成するエミッタ１４と、エミッタ１４を操作するための制御ユニット１６とを具備する。エミッタ１４は、加工流体１０に音響信号を放出するように構成されている。音響信号１８は、加工流体１０を波動として伝搬し、次いで浮遊粒子１２から影響を受ける。
【００２６】
この影響は、粒子の大きさや粒子間の距離よりもずっと大きな波長を有する波動の場合、流体圧縮性の変化として表れる。これは、位相速度における変化と、周波数に依存的な音響信号１８の吸収へ繋がる。特に、浮遊粒子１２が共振振動動作を見せる周波数域において大きな変化が見られる。共振周波数は、密度、容積、剛性、粒子内の結合性および粒子間の結合性その他多くの特性等に依存する。この周波数域は、ほぼ全ての実用的な適用において、可聴サブウルトラサウンド領域、つまり２０ｋＨｚを下回る領域に存在する。水中の気泡等、小さな粒子の濃度でさえも、それが流体圧縮性へ及ぼす影響は非常に大きいので、長く波動する音響信号に基づく方法は、流体混合の偏移を検出するためには非常に感度がよい。もちろん、この高感度も、流体特性に対する望ましくない影響を制御するために特別の措置が必要であることを意味する。これは、以下にさらに記載する特別な信号処理技術を利用することによって達成することができる。
【００２７】
さらに、超音波域を大きく下回る周波数を使用することによって、振幅と位相応答の両方を測定可能にするコヒーレント信号を提供し得る。これが以下にさらに詳細に記載されている。
【００２８】
粒子１２は、このように加工流体の音響転送特性（位相速度）に影響し、振動エネルギーを吸収し、これによって当初放出された音響信号を変える。振動している粒子１２そのものもまた音響信号２０の形態でエネルギーを放出する。これらの信号は、典型的には、粒子振動と同様の周波数域、つまり、超音波域より下の周波数域にある。エミッタ１４から放出された修正後の音響信号１８と粒子２０から放出された音響信号が一体となって音響信号２２を発生する。
【００２９】
加工流体１０における音響信号を測定するための音響信号センサ２４が当該システムに配置される。音響信号の音響スペクトルの少なくとも１つの成分が測定される。これらの音響信号は放出された音響信号１８と粒子１２との間の相互反応の結果発生した信号２２である。音響信号と粒子１２との間の相互反応は、粒子１２の特徴を示唆するものであるから、測定された音響信号は、加工流体１０に浮遊する粒子１２に関する情報を含む。当該分析装置はさらに、センサ接続部２６によってセンサ２４と接続しているプロセッサ２８を有する。プロセッサ２８は、測定された音響信号を加工流体１０内の粒子１２の特性、内容または分布と相関付けるように設定された評価ユニットである。エミッタ制御ユニット１６は、測定作業に依存または連係している放出された音響信号を制御または調整するために、好適には、エミッタ接続部３０を介したプロセッサ３８によって制御可能である。
【００３０】
典型的な事例では、プロセッサ２８は関連するシステムのあるモデルに従って機能する。このモデルは、好適には、粒子と音響信号との間の物理的相互反応に関する理論に基づく。このモデルまたはこのモデルにおけるパラメータは、１組の音響信号測定と、当該粒子の特性の実験による測定を用いて修正される。そして、このモデルは未知のサンプルの音響スペクトルから粒子特性を予測するために使用することができる。
【００３１】
システム同定に対応した方法が図２のフロー図に図示されている。ステップ３００においてこの処理が開始する。ステップ３０２では、サブウルトラソニック周波数の音響信号が浮遊粒子を含む加工流体へ放出される。当該音響信号は浮遊粒子と相互反応し、音響信号を発生する。この発生した音響信号は、ステップ３０６とステップ３０８で測定され、その測定結果は、予め修正されたモデルに従うなどして、流体中の粒子の特性を予測するために使用される。予測された特性は、好適には、粒子の大きさ、分布、濃度、化学的または機械的データである。システム同定が加工システムで実施された場合には、当該予測はまた、該加工流体によって製造された製品の特性と関連し得る。処理はステップ３１０で終了する。
【００３２】
図３ａは、加工流体１０に関する一般的な加工システムを図示する。流れ入口３２は加工流体１０を、副加工装置３８へ誘導し、ここで当該流体は影響を受ける。典型的には修正された状態の加工流体１０は、副加工装置３８を抜けて流れ出口３４へ進む。加工流体はこのように、図３ａの左から右へ矢印３６の方向へ流れる。上記に記載の分析装置１３は、上流の流れ入口３２に設けられ、加工流体１０が副加工装置３８へ入る前に当該加工流体内の粒子を分析するように設けられる。プロセッサ２８は、音響スペクトル情報を使用して、予め修正されたモデルに従うなどして加工流体１０の特性を予測する。これによって、次の副加工に重要な特性を監視することができる。作業者は、例えばこの情報に従って副加工を制御することができる。あるいは、予測された粒子特性の値を、利用可能な従来の加工制御手段において、入力パラメータとして使用することができる。
【００３３】
加工制御ユニット４０は、副加工の操作パラメータを制御し、分析装置１３のプロセッサ２８と制御接続部４２で接続している。副加工のパラメータ設定が加工流体の粒子にどのように影響するかに関する情報をプロセッサ２８へ供給することによって、プロセッサ２８は、加工制御ユニット４０に、粒子の正確な特性に基づく、適切な制御情報を提供することができる。例えば、副加工を制御する作業者がこの情報を使用して、これに従って粒子に所定の特性を付与することができる。あるいは、プロセッサ２８は、入力パラメータとして、予測された粒子特性の値を制御ユニット４０へ提供する。フィードフォワード制御がこのようにして完了する。
【００３４】
図３ｂは、加工流体１０に関する一般的な加工システムのさらなる配置を図示する。このシステムは、先の配置と同様のユニットと部品を有するが、若干異なる配置がなされている。ここで、エミッタ１４とセンサ２４を有する分析装置１３は、下流の流れ出口３４に設けられ、加工流体１０が副加工装置３８を出た後に当該流体内の粒子を分析するように設けられている。プロセッサ２８は、音響スペクトル情報を使用して、予め修正されたモデルに従うなどして加工流体１０の特性を予測する。こうして、副加工の実施方法にとって特に重要である特性を監視することができる。作業者は、例えばこの情報を使用して副加工を制御することができる。あるいは、予測された粒子特性の値を、利用可能な従来の加工制御手段において、入力パラメータとして使用することができる。
【００３５】
加工制御ユニット４０は、副加工の操作パラメータを制御し、制御接続部４２によって分析装置１３のプロセッサ２８と接続している。副加工のパラメータ設定が加工流体の粒子にどのように影響するかに関する情報をプロセッサ２８へ供給することによって、プロセッサ２８は、加工制御ユニット４０に、副加工の結果得られる粒子の正確な特性に基づく、適切な制御情報を提供することができる。例えば、副加工を制御する作業者がこの情報を使用して、これに従って粒子に所定の特性を付与することができる。あるいは、プロセッサ２８は、入力パラメータとして、予測された粒子特性の値を加工制御ユニット４０へ提供する。フィードバック制御がこのようにして完了する。
【００３６】
明らかに、これらの２つのシステム制御様式は、いかなる構成においても組み合わせることができる。
【００３７】
システム制御に対応した方法が図４のフロー図に図示されている。ステップ３２０においてこの処理が開始する。ステップ３２２では、サブウルトラソニック周波数の音響信号が浮遊粒子を含む加工流体へ放出される。音響信号は浮遊粒子と相互反応し、音響信号が発生する。この発生した音響信号は、ステップ３２６で測定され、ステップ３２８で、測定結果は、好適には流体中の粒子の特性の観点から評価される。評価された特性は、好適には、粒子の大きさ、分布、濃度、化学または機械的データである。これらの特性はまた、加工流体によって製造された製品の特性と関連し得、よってそのような特性に対応した評価を実施することができる。これらの特性は、加工流体に影響するシステムの副加工を制御するためにステップ３３０において使用される。処理はステップ３３２で終了する。
【００３８】
音響信号の制御可能性は非常に重要である。音響信号の振幅、周波数、位相および／またはタイミングを選択することによって、粒子の様々な特性を扱うことが可能となる。周波数を制御することによって、音響信号は、特定の特性に合うような、粒子に接続している一定の共振周波数へ調整され得る。信号源の振幅を調整することによって、ノイズを軽減し得、また、時間依存性相互反応を強調または抑制し得る。位相を制御することによって、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って、時間依存性を有する加工を調査し得る。そのような調査は音響信号の受動信号源を使用するだけでは実施できない。状態を単純化したいくつかの実施例によって信号源の制御の可能性を例証する。
【００３９】
図５ａでは、信号源は、強度ＩＥのある周波数ｆを有する音響信号を放出する。周波数は、加工流体内の粒子の吸収周波数等の粒子の特性周波数に対応したある周波数へ調整される。粒子密度が高いほど、吸収率も大きくなる。音響信号は、測定が続く時間、一定の強度ＩＥを有して放出される。加工流体から時間関数として得られた音響信号の同一周波数成分の強度５０を測定することによって、経時的な粒子密度の推移が表示される。図５ｂにこれが図示されている。そのような測定を利用することによって、濃度監視が容易に実施され、許容された偏差のある間隔を導入することによって、当該信号は、非常に高いまたは非常に低い濃度のインジケータとして容易に使用され得る。
【００４０】
加工流体は若干多様な容積の固体粒子を有すると想定する。ある共振振動は、粒子のある容積と関連しているという知識を、粒子の大きさ分布を調査するために使用することができる。図５ｃは、時間依存的な放出された音響信号を図示する。当該信号の振幅と密度は、一定に保たれており、他方で、周波数は図５ｃの線５２によって図示されたように経時的に直線的に変化する。センサは、調整された態様で操作されることが可能で、音響信号が毎回放出する同一周波数の強度を測定する。この方法で、図５ｄに図示されたような曲線５４が得られる。曲線５４での最小強度５６は、この周波数が当該容積の平均値に対応することを示す。大きさ分布に関する情報も同様に得られる。
【００４１】
このようにして、周波数は、粒子に関連した様々な側面を明らかにするために使用することができる。周波数は、例えば、シングル定周波数、経時的に変化するシングル周波数、多数のシングル定周波数、多数の経時的に変化するシングル周波数、または、白またはピンクノイズ等の様々な種類の限定周波数幅を含んでよい。
【００４２】
放出された音響信号のタイミングを、例えば、限定された時間間隔の間に放出されたパルス状の音響信号を使用することによって、使用することもできる。図５ｅには、放出が止まる時間Ｔ０までの時間間隔の間に音響信号が放出されている状況を単純化したものが図示されている。いくつかの音響信号特徴の強度等を測定することによって、図５ｆに図示された曲線が形成され得る。この曲線は、パルスが放出される時間中レベルが一定の部分５８を表す。ｔ０に達すると、強度が減少し始め、部分６０に図示されたように強度がレベル６２になるまで、残響過程を生み出す。この動作は、例えば、当該システム内の内在的なノイズが部分６２のレベルに対応する信号特性の強度を発生させたと解釈することができる。従って、この強度は、バックグラウンドノイズに対応する。測定された音響信号におけるバックグラウンドノイズは、制御可能な音響信号が不活性である時間間隔の間に測定された音響信号を差し引くことによって、減少させることができる。部分５８と６２との間の強度差は、流体内の粒子のいくつかの密度値等により正確に対応している。減少している部分６０の詳細な動作からは、粒子内またはその周りの機械的相互反応の状況に関する情報を得ることもできる。傾斜は例えば、音響信号の停止後の残存振動粒子に対応しているかもしれない。
【００４３】
放出された音響信号を修正する振幅によって、より精密なバックグランド減少方法を実施可能である。図５ｇでは、曲線６４に従って放出された音響信号の強度が経時的に変化している。そして、これに対応する、音響スペクトル特性の測定強度は、例えば図５ｈの曲線６６のように変化する。強度変化はそれほど顕著ではなく、このことは、おそらくバックグランドノイズが存在することを示唆している。放出されたまたは感知された信号の振幅変化を比較することによって、破線６８によるバックグラウンドレベルが見つかる。よって、バックグランド減少は、継続的に放出された信号でも実施可能である。
【００４４】
上記実施例から、センサは、発生した音響信号の様々な特性を測定できなければならないことは明らかである。放出された信号に関して対応する態様で、センサは、加工流体内の粒子の相互反応の結果発生した音響信号の振幅、周波数、位相および／またはタイミング等を測定する。センサが上記記載の特性の少なくとも３つを測定できることが好ましい。それによりロバストな多変量解析を実施できるからである。より様々な容積の使用を単純な実施例で図示する。
【００４５】
図５ｃの放出された音響信号を想定する。センサは、放出周波数スキャンの間、多数の連続時間において、ある周波数間隔内における音響スペクトルを測定する。発生し得る結果を図５ｉに図示する。発生したスペクトルには２つの主要な成分が現れる。第一の成分７２は放出された周波数に続き、第二の成分７０は周波数において一定である。当該結果は、粒子が、第一の成分７２の最小強度（最大吸収率）に対応した共振周波数を有することを示している。しかし、放出された周波数が第二の成分７０に対応する場合は、これら２つの信号は重畳し、図５ｄなどにおける強度曲線は特異な動作を表すだろう。しかし、スペクトルの評価に続き、様々な特性が容易に識別され、正確な分析を得ることができる。
【００４６】
上記の実施例は、制御可能な活性音響源を有するシステムの可能性の理解を深めるために、かなり単純化された実施例として列挙したに過ぎない。実際の場合には、状況はずっと複雑であり、多変量統計解析またはニューラルネットワーク等を使用して、測定された音響スペクトルを評価する。
【００４７】
記録された音響スペクトルは、周波数関数として強度変化を得るために、好適にはフーリエ変換される。その後、音響スペクトルは、好適には、様々な種類の多変量データ解析を利用して分析される。そのような解析の基本が“Ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅ　Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ”Ｈ．ＭａｒｔｅｎｓおよびＴ．ｎａｅｓ著，Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，Ｃｈｉｃｅｓｔｅｒ，１９８９，ｐｐ．１１６−１６３に記載されている。多変量解析のために市販されているツールは、例えば、Ｕｍｅｔｒｉｃｓの“Ｓｉｍｃａ−Ｐ８．０”または、ＭＡＴＬＡＢＴＭとともに使用するためのＥｉｇｅｎｖｅｃｔｏｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｉｎｃ．の“ＰＬＳ−Ｔｏｏｌｂｏｘ２．０”等が挙げられる。第一および第二オーダーのＰＬＳ（Ｐａｒｔｉｃａｌ　Ｌｅａｓｔ　Ｓｑｕａｒｅ）方法が特に有用である。ＭＡＴＬＡＢＴＭのためのＮｅｕｒａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｔｏｏｌｂｏｘ等のニューラルネットワーク解決もまた、分析目的での使用に適している。
【００４８】
モデル予測能力を改善するために、スペクトルデータの事前の処理が時には有益である。そのような事前の処理には、直交信号訂正またはデータの波長圧縮が含まれ得る。さらに、音響信号と実際の部分と想像上の部分を多変量計算に使用することができる。
【００４９】
測定された信号の信頼性つまり粒子の特性を高めるために、エミッタおよび／またはセンサの数および／または相対的な幾何学的位置決めを使用することもできる。図６ａでは、加工流体は、矢印３６の方向に流れる。エミッタ１４は、上流方向に配置される。２つのセンサ２４：１、２４：２はソースから異なった距離の下流方向に配置される。両センサからの測定を使用することによって、さらなる情報を得ることができる。２つの測定の間の位相シフトや時間遅延を測定することによって、流体内の音響信号の伝搬速度や流れ率を測定することができる。そのような情報は、他の結果を解釈するために役立てることができるし、さらには、粒子の密度等の当該固有の情報を含む場合さえあり得る。両センサ間の距離は、好適には音響波長と同一オーダーの振幅にあり、位相測定を可能にする。粒子の時間依存的な特性を検出することも可能である。粒子が、エミッタ通過時に音響信号のその他の方法によって影響を受けまたは刺激された振動である場合、この刺激または影響からの結果が経時的に減衰し、２つのセンサ２４：１と２４：２はそれらの測定について異なる時間動作を検出するであろう。これらの差異から、コンピュータが支援する分析によって減衰時間等に関する情報を容易に得られる。
【００５０】
センサの位置決めを他の方法で使用することもできる。図６ｂには、４つのセンサを含むシステムが図示されており、そのうち２つのセンサは流れ方向に沿った断面図において図示されている。４つのセンサ２４：３、２４：４、２４：５および２４：６は、フローパス３６に沿って垂直の平面上に、エミッタ１４に対しては非対称的であるが当該加工流体フローパス３６を包囲するパイプの周りに対称的に配置されている。１つの面に配置された４つのセンサから信号を追加または差し引くことによって、最大４つの異なる音響波の種類（モード）を抽出することができる。さらに、図６ａと図６ｂの設置の組み合わせも可能である。
【００５１】
音響信号エミッタは異なる種類であってもよい。気体の場合、ラウドスピーカーを使用することができる。特に、数１００Ｈｚから数ｋＨｚの周波数では、ラウドスピーカーは何ら障害なくハイパワー信号を発生させることができる。熱気体または汚い環境では、ラウドスピーカーに冷却装置や保護装置を提供するのが好適である。液体の加工流体の場合、低または中間周波数で、より特別に設定された音源を使用しなければならない。例えば、膜または軽量ピストンを駆動させる電動シェーカーを使用することができる。
【００５２】
音響信号を検出するセンサは、従来技術において入手可能である。本書の主要な目的が圧力を変動させることであるから、最高の選択肢は、圧力センサまたは符号変換器の使用であろう。常温（＜７０度）での気体には、標準的なコンデンサまたは電気マイクロフォンが好適に使用される。周知の製造業者には、Ｂｒｕｅｌ＆Ｋｊａｅｒ、Ｌａｒｓｏｎ＆Ｄａｖｉｅｓ、ＧＲＡＳ　ａｎｄ　Ｒｉｏｎ等がある。これらの種類のマイクロフォンは精密で、正確であるが、高温または汚い環境下で使用するには、冷却または保護されなくてはならない。非常に高レベル（＞１４０ｄＢ）も問題となり得る。高温または汚い環境下での使用には、圧電圧力変換器を使用してもよい。これはコンデンサマイクロフォンよりも高価であるが、摂氏数１００度まで使用することができる。欠点は、コンデンサマイクロフォンについてよりも圧力感度が低く、この変換器の種類は振動を拾うことである。利点は、多くの圧電変換器が液体と気体両方に使用可能な点である。しかし、液体のための特別な種類も存在し、通常はハイドロフォンと呼ばれる。圧電変換器の主要な製造業者は、Ｋｉｅｓｔｌｅｒである。
【００５３】
圧力測定において、センサは、流体と直接接しなければならない。しかし、取り付け用の壁やパイプ穴を設けなければならないという欠点を有する。センサに関する選択肢としては、壁に取り付けられ、音響信号に誘発された振動を測定する振動センサが挙られる。ここでは、流体へ直接的に接触されなくてもよいため、より柔軟に且つ保護された態様で取り付けることができる。しかし、取り付け振動変換器は、システムに具備された機械等の他の手段から発生した振動も拾う。これらの壁振動は、ある程度、音波を周りの流体に放射し、圧力変換器によって拾われる。しかし、通常、少なくとも気体が充填されたシステムでは、この影響は、ほぼ障害にならない。
【００５４】
振幅と位相測定が目的の場合、さらなる寸法制限をセンサと周波数に付加する。音響信号の位相を検出するためには、センサは、音響信号の波長より小さな大きさでなくてはならない。これは、事実上、使用される周波数の上限を設けることとなる。例えば、位相が大きさ約１ｃｍのセンサによって測定される場合、音響信号の波長は少なくとも約１５ｃｍのオーダーでなければならない。水等における音速度は、１５００ｍ／ｓのオーダーであり、最大１０ｋＨｚの周波数を使用できることを意味する。より小さなセンサほど、より高い周波数を許容する。
【００５５】
上記に記載のように、粒子は、気体、液体または固体、ゲルまたはゾルタイプ等、いかなる相であってもよい。しかし、音響信号と粒子の相互反応は、粒子の位相と流体の位相とが異なる場合、典型的には、激しくなる。通常は異なる層の間に存在する圧縮可能性の多様な変化が、これを説明している。このように、液体または気体中の固体粒子、気体中の液体粒子および液体中の気体粒子が、良い測定の対象である。
【００５６】
振動変換器に関しては、本発明に使用される全ての周波数について標準的な選択となるのが、いわゆる加速度計であり、典型的には、加速に応じて出力を与える圧電センサである。製造業者としては、コンデンサマイクロフォンに関してすでに列挙されたものがこの場合も当てはまる。
【００５７】
本発明の分析装置と方法は多くの分野で応用可能である。実施例を以下に短く記載する。
【００５８】
パルプ製紙産業では、音響センサは全ての場合、パルプのフローと運搬が実施される全ての位置で設置可能である。特に注目する位置は、精製機近辺である。精製機は機械的パルプ化における最重要副加工であり、新規な情報に基づいてより高度な制御を為すことは、
非常に明らかに経済的利益がある。図７は、機械パルプ化加工システムの典型的な精製機部分の一例である。事前に処理された木片が供給ライン１０２を通じて圧縮ユニット１００へ供給される。圧縮された木片はコンテナユニット１０４へ供給され、水１０５と混合される。スクリュー装置１０６が当該混合物を所定の割合で精製機ユニット１０８へ搬入する。図７に概略図が示された精製機１０８は、二重のディスク１１０、１１２を具備し、当該ディスクの間に木片混合物が供給される。各ディスク１１０、１１２はそれぞれモータ１１４、１１６を具備し、精製機ディスク１１０、１１２に必要な回転動作を付与する。精製機力制御装置１１８は、精製機ディスク１１０と１１２とを一緒に引っ張る力を制御する。木片は、ディスクの間で挽かれ、木の繊維を分離する。
【００５９】
精製後、水混合物に浮遊する粉末状のパルプ繊維は、高圧力で出口パイプ１２０から精製機を出る。高圧力は減少し、これにより、（精製過程で）熱せられた水の一部が蒸気になる。蒸気１２４は、以下のパルプ化加工ステップへ導入される前に、サイクロン１２２において繊維混合物から分離される。
【００６０】
制御ユニット１６を有するエミッタ１４が出口パイプ１２０に配置されている。センサ２４もエミッタ１４から離れて出口パイプに配置されている。エミッタ１４とセンサ１４は、プロセッサを構成する評価ユニット２８に接続されている。エミッタ１４は、出口パイプ１２０内のパルプ混合物に音響信号を放出するように制御される。センサ２４はその結果得られた音響信号を記録し、プロセッサ２８は当該結果を評価する。
【００６１】
紙強度の問題は、多くの異なる実験測定の方法と評価可能性に関わる広い領域である。しかし、それは、消費者が要求する最も通常の、そして重要な品質パラメータである。基本的に、最終紙の強度は、３つのパラメータ：１本の繊維の固有の強度、繊維の長さ単位あたりの繊維相互の結合範囲、および各繊維結合の強度、によって影響を受ける。長い繊維ほど、より繊維同士が結合する機会が多くなり、従って、繊維網、つまり紙も強くなる。繊維が刺激を受けた場合、繊維は、その長さに応じて、異なる周波数で振動する。自己振動の地点は、長い繊維よりも短い繊維の方が、より低周波数である。
【００６２】
さらに、上記の精製されたパルプ混合物の特性は、精製加工の入力パラメータに依存する。第一のパラメータは木片の種類と質である。そのような情報は、作業者等によって制御システムへ入力され得る。精製の効果を決定する他のパラメータは、水量、木片が精製機へ入る割合、ディスク速度および精製機ディスク１１０、１１２との間の力である。これらのパラメータの関係とパルプ特性は通常周知であり、実験で得ることができる。そのような関係に基づいて、分析装置１３は、得られる繊維の特性を改善するために、ディスク速度、ディスク力、水量または木片供給スピードの設定における正確な変化を信号接続１２６によって見つけることができる。分析装置は、このように、精製機副加工からの最終加工流体に作用する、フィードバックシステムを構成する。
【００６３】
本発明のための加工システムのさらなる実施例は、医薬品製造に適している。ある加工ラインでは、活性物質の液体粒子が低濃度で生成され、活性物質量を増加させるためにさらに精製機にかけられる。図８は、精製副加工システムの概略図である。導入パイプ２００は、低濃度の物質流体を、分離要素２０４を具備する精製機２００へ供給する。分離要素２０４の速度と位置は、当初の活性物質量と最終活性物質量の比率を決定する。制御ユニット２０６は、分離要素の操作を制御する。高濃度の流体が精製機を出て、出口パイプ２０８に入る。
【００６４】
当初の流体の活性物質の実際の濃度は、製造過程を完全に一貫した態様で制御することが困難であるために、非常に多様である。精製機２０２の作業は従って様々な原材料、つまり供給される流体の実際の活性物質濃度に応じて修正されなければならない。
【００６５】
制御ユニット１６を有するエミッタ１４が導入パイプ２００に配置されている。センサ２４もエミッタ１４から離れて導入パイプに配置されている。エミッタ１４とセンサ２４はプロセッサを構成する評価ユニット２８に接続している。エミッタ１４は、出口パイプ１２０内の流体に音響信号を放出するように制御される。センサ２４はその結果得られた音響信号を記録し、プロセッサ２８は当該結果を評価する。
【００６６】
活性物質は、濾過された小さな液滴として流体内に存在する。物質液滴は、流体の他の部分に比べて音響特性が異なる。特性を変更することによって、エマルジョン中の液滴を、音響信号のための散乱物体にすることができる。散乱特性は、基本的に液滴の大きさと液滴濃度によって決まる。流体へ放出された音響信号は物質液滴と相互反応し、音響信号が得られて検出される。検出された信号の実際の特性は、液滴の大きさと液滴密度、つまり活性物質の濃度によって決まる。プロセッサ２８は従って導入された加工前の流体の活性物資の濃度を評価する。精製機の操作状態と物質濃度比率との関係を知っているので、送出される加工流体に十分に制御された活性物質濃度を生成するために、精製機の操作を、制御ユニット２０６への制御接続２１０によって、音響監視により継続的に制御することができる。
【００６７】
本発明の方法は、ソフトウェア、ハードウェアその他それらの組み合わせとして実施し得る。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、一般目的の、または特別に適応したコンピュータ、プロセッサまたはマイクロプロセッサにおいて機能するコンピュータプログラムまたはソフトウェアを具備する。当該ソフトウェアは、上記の図６に記載されたステップの少なくとも１つを使用する方法を当該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。当該プログラムは、全体または一部において、磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭまたはＤＶＤディスク、ハードディスク、光磁気メモリ記憶手段等の、１または複数の適当なコンピュータ読み取り可能な媒体またはデータ記憶手段に記憶され得る。または、ＲＡＭまたは揮発性メモリ、ＲＯＭまたはフラッシュメモリにファームウェアとして記憶されるか、データサーバに記憶され得る。
【００６８】
当業者であれば、特許請求の範囲に定義された範囲を逸脱することなく本発明を修正または変更し得ることを容易に理解するであろう。
【００６９】
参考文献
論文“Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｐａｐｅｒ　ｆｉｂｒｅ　ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓ”Ｄ．Ｊ．Ａｄａｍｓ著，３ｒｄ　ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ＩＦＡＣ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｐａｐｅｒ，Ｒｕｂｂｅｒ　ａｎｄ　Ｐｌａｓｔｉｃｓ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，ｐ．１８７−１９４，Ｎｏｏｒｄｎｅｄｅｒｌａｎｄｓ　Ｂｏｅｋｂｅｄｒｉｊｆ，Ａｎｔｗｅｒｐ，Ｂｅｌｇｉｕｍ
“Ｐｕｌｐ　ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ　ｆｌｏｗ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｕｓｉｎｇ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ　ａｎｄ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ”Ｍ．Ｋａｒｒａｓ，Ｅ．Ｈａｒｋｏｎｅｎ，Ｊ．Ｔｏｒｎｂｅｒｇ　および　Ｏ．Ｈｉｒｓｍａｋｉ著，１９８２　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，ｐ．９１５−９１８，ｖｏｌ．２，編：Ｂ．Ｒ．ＭｃＡｖｏｙ，ＩＥＥＥ，Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ，ＮＹ，ＵＳＡ
仏国特許ＦＲ２７７２４７６号
国際特許出願ＷＯ９９／１５８９０
“Ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅ　Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ”Ｈ．ＭａｒｔｅｎｓおよびＴ．ｎａｅｓ著，Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，Ｃｈｃｅｓｔｅｒ，１９８９，ｐｐ．１１６−１６３
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の分析装置の概略図である。
【図２】本発明のシステム同定過程に関するフロー図である。
【図３】図３ａおよび図３ｂは、それぞれフィードバックおよびフィードフォワードを提供する、本発明の加工制御システムに関する概略図である。
【図４】本発明の加工制御方法に関するフロー図である。
【図５ａ】様々な単純化された状況において放出された音響信号と測定された音響信号を例示する図である。
【図５ｂ】様々な単純化された状況において放出された音響信号と測定された音響信号を例示する図である。
【図５ｃ】様々な単純化された状況において放出された音響信号と測定された音響信号を例示する図である。
【図５ｄ】様々な単純化された状況において放出された音響信号と測定された音響信号を例示する図である。
【図５ｅ】様々な単純化された状況において放出された音響信号と測定された音響信号を例示する図である。
【図５ｆ】様々な単純化された状況において放出された音響信号と測定された音響信号を例示する図である。
【図５ｇ】様々な単純化された状況において放出された音響信号と測定された音響信号を例示する図である。
【図５ｈ】様々な単純化された状況において放出された音響信号と測定された音響信号を例示する図である。
【図５ｉ】様々な単純化された状況において放出された音響信号と測定された音響信号を例示する図である。
【図６】図６ａ、図６ｂおよび図６ｃは、センサの配列構成を図示する概略図である。
【図７】本発明の精製機ラインの一実施態様を例示する概略図である。
【図８】本発明の製薬加工ラインの一実施態様を例示する概略図である。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図５ｆ】
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【図５ｇ】
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【図５ｈ】
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【図５ｉ】
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【図６】
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【図７】
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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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