(57)【要約】領域内の物質の密度を測定する密度測定システムであって、領域の周囲に配置された複数の電極と、前記電極の少なくとも１つに電気信号を印加するように配置された通電源と、前記電極の少なくとも１つで電気的パラメーターを監視するように配置されたモニターであって、監視される電気的パラメーターは領域内の電流の流れに応答して変化させられるモニターと、監視される電気的パラメーターに基づいて領域内の物質の複素インピーダンスを示すデータを生成し且つ物質の複素インピーダンスを示すデータに基づいて物質の密度を示すデータを生成するように配置された処理装置とを含む密度測定システム。
2017526936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
領域内のスラリーの密度を測定するスラリー密度測定システムであって、
前記領域の周囲に配置された複数の電極と、
前記電極の少なくとも１つに電気信号を印加するように配置された通電源と、
前記電極の少なくとも１つで電気的パラメーターを監視するように配置されたモニターであって、監視される前記電気的パラメーターは前記領域内の電流の流れに応答して変化させられるモニターと、
監視される前記電気的パラメーターに基づいて前記領域内のスラリーの複素インピーダンスを示すデータを生成し且つ前記スラリーの複素インピーダンスを示すデータに基づいて前記スラリーのスラリー密度を示すデータを生成するように配置された処理装置と
を含むスラリー密度測定システム。
【請求項２】
前記物質の複素インピーダンスを示すデータを生成することは、更に基準データに基づいており、前記基準データは、監視される前記電気的パラメーターの期待値を含み、前記期待値は、前記電気的パラメーターに影響を与える所定の電気特性を有する基準物質に基づいている、請求項１に記載のスラリー密度測定システム。
【請求項３】
監視される前記電気的パラメーターに基づいて前記スラリーのスラリー密度を示すデータを生成することは、監視される前記電気的パラメーターと監視される前記電気的パラメーターの期待値との相対的な差を示すデータを生成することを含む、請求項２に記載のスラリー密度測定システム。
【請求項４】
監視される前記電気的パラメーターに基づいて前記物質の複素インピーダンスを示すデータを生成することは、前記基準物質と比較した前記物質の相対インピーダンスを示すデータを生成することを含む、請求項２又は３に記載のスラリー密度測定システム。
【請求項５】
前記スラリーの複素インピーダンスを示すデータに基づいて前記スラリーのスラリー密度を示すデータを生成することは、前記スラリー内の第１成分の濃度を示すデータを前記スラリーの複素インピーダンスと前記第１成分の複素インピーダンスとに基づいて生成することを含む、請求項１から４のいずれか１項に記載のスラリー密度測定システム。
【請求項６】
前記スラリーのスラリー密度を示すデータを生成することは、更に第２成分の複素インピーダンスに基づいている、請求項５に記載のスラリー密度測定システム。
【請求項７】
前記スラリーの組成を示すデータを生成することは、前記スラリーの複素インピーダンスの絶対値を示すデータを生成することを含む、請求項１から６のいずれか１項に記載のスラリー密度測定システム。
【請求項８】
前記領域内の前記スラリーの特性を示すデータを生成するように配置された少なくとも１つのセンサーを更に含み、
前記領域内の前記スラリーのスラリー密度を示すデータを生成することは、更に前記スラリーの特性を示すデータに基づいている、請求項１から７のいずれか１項に記載のスラリー密度測定システム。
【請求項９】
前記センサーは温度センサー又は導電率センサーである、請求項８に記載のスラリー密度測定システム。
【請求項１０】
前記領域内の気体の割合を示すデータを生成するように構成されたガス分率プローブを更に含む、請求項１から９のいずれか１項に記載のスラリー密度測定システム。
【請求項１１】
前記ガス分率プローブは超音波検出器を含む、請求項１０に記載のスラリー密度測定システム。
【請求項１２】
前記スラリーのスラリー密度を示すデータは、前記領域内の気体の割合を示すデータに基づいて生成される、請求項１０又は１１に記載のスラリー密度測定システム。
【請求項１３】
前記スラリーのスラリー密度を示すデータは複数の値を含み、各値は前記領域内の複数のサブ領域のそれぞれ１つに関連する、請求項１から１２のいずれか１項に記載のスラリー密度測定システム。
【請求項１４】
前記スラリーのスラリー密度を示すデータは複数の値の空間平均を含み、前記複数の値の各々は前記領域内の複数のサブ領域のそれぞれ１つに関連する、請求項１から１２のいずれか１項に記載のスラリー密度測定システム。
【請求項１５】
前記通電源は、少なくとも前記電極の第１対の間に交流電気信号を印加するように配置される、請求項１から１４のいずれか１項に記載のスラリー密度測定システム。
【請求項１６】
前記モニターは、前記電気信号が前記電極の第１対の間に印加されている間に、少なくとも前記電極の第２対の間の電位差を監視するように配置される、請求項１５に記載のスラリー密度測定システム。
【請求項１７】
前記モニターは、前記電気信号が前記電極の第１対の間に印加されている間に、前記電極の第２対の間の電位差の監視とは異なる時間に、更に少なくとも前記電極の第３対の間の電位差を監視するように配置される、請求項１６に記載のスラリー密度測定システム。
【請求項１８】
前記通電源は、更に前記電極の更なる対の間に交流電気信号を印加するように配置され、前記電気信号は、前記電極の第１対の間に印加される電気信号と異なる時間に前記電極の更なる対の間に印加される、請求項１５から１７のいずれか１項に記載のスラリー密度測定システム。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか１項に記載のスラリー密度測定システムを含む、産業処理装置。
【請求項２０】
請求項１から１８のいずれか１項に記載のスラリー密度測定システムを含む、水力輸送装置。
【請求項２１】
領域内のスラリーのスラリー密度を測定する方法であって、
前記領域の周囲の複数の電極と、通電源と、モニターと、処理装置とを提供することと、
前記通電源によって前記電極の少なくとも１つに電気信号を印加することと、
前記領域内の電流の流れに応答して変化させられる電気的パラメーターを前記電極の少なくとも１つで監視することと、
前記処理装置によって、監視される前記電気的パラメーターに基づいて前記領域内の前記スラリーの複素インピーダンスを示すデータを生成することと、
前記スラリーの複素インピーダンスを示すデータに基づいて前記スラリーのスラリー密度を示すデータを生成することと
を含む方法。
【請求項２２】
前記スラリーの複素インピーダンスを示すデータを生成することは、更に基準データに基づいており、前記基準データは、監視される前記電気的パラメーターの期待値を含み、前記期待値は、前記電気的パラメーターに影響を与える所定の電気特性を有する基準物質に基づいている、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
監視される前記電気的パラメーターに基づいて前記スラリーのスラリー密度を示すデータを生成することは、監視される前記電気的パラメーターと監視される前記電気的パラメーターの期待値との相対的な差を示すデータを生成することを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
監視される前記電気的パラメーターに基づいて前記スラリーの複素インピーダンスを示すデータを生成することは、前記基準物質と比較した前記スラリーの相対インピーダンスを示すデータを生成することを含む、請求項２２又は２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記スラリーの複素インピーダンスを示すデータに基づいて前記スラリーのスラリー密度を示すデータを生成することは、前記スラリー内の第１成分の濃度を示すデータを前記スラリーの複素インピーダンスと前記第１成分の複素インピーダンスとに基づいて生成することを含む、請求項２１から２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記スラリーのスラリー密度を示すデータを生成することは、更に第２成分の複素インピーダンスに基づいている、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記スラリーの組成を示すデータを生成することは、前記スラリーの複素インピーダンスの絶対値を示すデータを生成することを含む、請求項２１から２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
少なくとも１つのセンサーを提供することと、
前記センサーによって前記領域内の前記スラリーの特性を示すデータを生成することと
を更に含み、前記処理装置によって前記領域内の前記スラリーのスラリー密度を示すデータを生成することは、更に前記スラリーの特性を示すデータに基づいている、請求項２１から２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記センサーは温度センサー又は導電率センサーである、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
ガス分率プローブを提供することと、
前記ガス分率プローブによって前記領域内の気体の割合を示すデータを生成することと
を更に含む、請求項２１から２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
前記ガス分率プローブは超音波検出器を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記スラリーのスラリー密度を示すデータは、前記処理装置によって前記領域内の気体の割合を示すデータに基づいて生成される、請求項３０又は３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記スラリーのスラリー密度を示すデータは複数の値を含み、各値は前記領域内の複数のサブ領域のそれぞれ１つに関連する、請求項２１から３２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３４】
前記スラリーのスラリー密度を示すデータは複数の値の空間平均を含み、前記複数の値の各々は前記領域内の複数のサブ領域のそれぞれ１つに関連する、請求項２１から３２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３５】
前記通電源によって少なくとも前記電極の第１対の間に交流電気信号を印加することを含む、請求項２１から３４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３６】
前記電気信号が前記電極の第１対の間に印加されている間に、前記モニターによって少なくとも前記電極の第２対の間の電位差を監視することを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記電気信号が前記電極の第１対の間に印加されている間に、前記電極の第２対の間の電位差の監視とは異なる時間に、前記モニターによって少なくとも前記電極の第３対の間の電位差を監視することを更に含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記通電源によって前記電極の更なる一対の間に交流電気信号を印加することを更に含み、前記電気信号は、前記電極の第１対の間に印加される電気信号とは異なる時間に前記電極の更なる対の間に印加される、請求項３５から３７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３９】
産業プロセスを制御する方法であって、請求項２１から３８のいずれか１項に記載の方法を更に含み、前記産業プロセスは前記スラリーのスラリー密度を示すデータに基づいて制御される方法。
【請求項４０】
水力輸送の方法であって、請求項２１から３８のいずれか１項に記載の方法を更に含み、前記水力輸送は前記スラリーのスラリー密度を示すデータに基づいて制御される方法。
【請求項４１】
領域内の物体の分布を示すデータを生成する方法であって、
前記領域内の物体の特性を示す第１データを得ることと、
前記領域内の物体の基準パターンに基づく第２データを得ることと、
前記領域内の物体の分布を示す前記データを生成するために前記第１データと前記第２データとを組み合わせることと
を含む方法。
【請求項４２】
前記第２データは前記領域の方位に基づいている、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記第２データを得ることは、前記第１データと前記基準パターンに基づいて前記第２データを生成することを含む、請求項４１又は４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記第１データは複数の第１データ項目を含み、前記複数の第１データ項目の各々は、前記領域内の複数の位置のそれぞれ１つにおける物体の特性を示す、請求項４１から４３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４５】
前記基準パターンは前記領域の複数の部分を示すデータを含み、各部分は前記領域内の１つ以上の位置を含む、請求項４１から４４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４６】
前記第２データは複数の第２データ項目を含み、前記複数の第２データ項目の各々は、前記領域内の前記複数の位置のそれぞれの１つ以上に関連し、前記複数の第２データ項目の各々は、対応する第１データ項目と前記基準パターンとの関係に基づいている、請求項４４に従属する請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記複数の第２データ項目の各々は倍率を含み、前記第１データと前記第２データとを組み合わせることは、前記領域内の物体の分布を示す前記データを生成するために、前記第１データ項目の各々に前記第２のデータ項目の対応するものを乗算することを含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記第１データと前記基準パターンに基づいて前記第２データを生成することは、対応する第１データ項目と前記基準パターンとの関係に基づいて前記第２データ項目の各々に所定の倍率を割り当てることを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記領域の所定の部分内の第１データ項目の値の変化を示すデータを生成することと、前記変化を示す前記データに基づいて前記第２データを生成することとを更に含む、請求項４１から４８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５０】
前記領域の所定の部分内の第１データ項目の値の変化を示す前記データは平均データ項目に基づいており、各平均データ項目は前記領域内の位置の所定の部分集合にある物体の特性を示す、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記分布データは複数の分布データ項目を含み、前記複数の分布データ項目の各々は、前記領域内の前記複数の位置のそれぞれ１つ以上に関連する、請求項４７又は請求項４７に従属する任意の請求項に記載の方法。
【請求項５２】
前記領域の前記複数の部分の所定の部分集合内の位置に対応する前記分布データ項目の平均値を生成することを更に含む、請求項５１及び請求項４５又は請求項４５に従属する任意の請求項に記載の方法。
【請求項５３】
前記領域の前記複数の部分の所定の部分集合内に含まれる前記領域の割合に基づいて生成された前記平均値を拡大縮小することを更に含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記領域はパイプによって定められる、請求項４１から５３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５５】
前記領域内の物体の分布を示すデータは、前記領域内を流れる物質の体積濃度を示すデータを含む、請求項４１から５４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５６】
前記物体の特性は物体の複素インピーダンスである、請求項４１から５５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５７】
前記物体の特性は所定の物質の体積濃度である、請求項４１から５５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５８】
前記領域内の物体の分布を示すデータに基づいて前記領域内のスラリーの密度を示すデータを生成することを更に含む、請求項４１から５７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５９】
請求項４１から５８のいずれか１項に記載の方法を行うように配置された装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定システム及び方法に関する。より詳細には、限定するものではないが、本発明は、例えばパイプ内などの関心領域内のスラリーのスラリー密度を測定するための測定システム及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの産業、環境及び海洋エンジニアリングシステムが、パイプ内の固体粒子と流体の混合物の輸送に依存している。例えば、水力輸送は、原鉱及び工業製品に適用されることができる。固体粒子と流体の混合物の更なる例は、下水、廃棄物放棄及び廃棄物処理である。固体粒子はばらばらの粒子を含む任意の物質であり、各粒子は物理的境界を有し、且つ各粒子はその環境に対して小さい（例えば、１メートルの直径を有するパイプライン内の砂の粒子）。固体粒子は、例えば鉱物又は岩石の粒子のような高密度且つ無孔であり得る。或いは、固体粒子は、例えば凝集体又は生物凝集体のような半軟質且つ多孔質であり得る。このような混合物内の流体は、気体、液体ガス、水性又は非水性の連続体であり得る。多くの産業上の利用において、流体は水性である。このような混合物をスラリーと称することができる。
【０００３】
このような混合物内の固体物質の割合を知ることによって、輸送される固体物質の量を監視及び制御することができる。混合物を定期的にサンプリングし、サンプルの内容物を測定することによって、サンプル内の固体物質の質量、ひいては物質の密度を推定することができる。物質の密度をスラリー密度と称することができる。これは、混合物内の質量を推定するために使用することができる。しかしながら、混合物内の固体の不均一な分布、及び時間と共に変化する一部の固体の結果として、このようなサンプリングは全て限られた精度の推定値を提供することとなり得る。
【０００４】
混合物の密度のより正確な測定を得る１つの方法は、密度測定システムの使用によるものである。既知の密度測定システムは、一般的に、放射線と関心領域内の物質との相互作用（散乱など）を利用する。このような密度測定システムの一例は、ガンマ線密度計である。ガンマ線のビームが関心領域に向けられる。高密度を有する物質は、低密度を有する物質よりもガンマ線のビームの散乱がより大きくなる。物質を通過し且つ散乱されないガンマ線の割合が測定され、この測定値が物質の密度を推定するために使用される。しかしながら、ガンマ線は、一般的にセシウムに基づくものなどの放射線源によって生成される。このため、ガンマ線密度測定は、放射線源によって環境上の危険をもたらす可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、上述の又はその他の既知の密度測定システムに関連する問題の１つ以上を克服するスラリー密度測定システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、領域内の物質の密度を測定するための密度測定システムであって、領域の周囲に配置された複数の電極と、前記電極の少なくとも１つに電気信号を印加するように配置された通電源と、前記電極の少なくとも１つで電気的パラメーターを監視するように配置されたモニターであって、監視される電気的パラメーターは領域内の電流の流れに応答して変化するモニターと、監視される電気的パラメーターに基づいて領域内の物質の複素インピーダンスを示すデータを生成し且つ物質の複素インピーダンスを示すデータに基づいて物質の密度を示すデータを生成するように配置された処理装置とを含む密度測定システムが提供される。
【０００７】
監視される電気的パラメーターに基づいて領域内の物質の複素インピーダンスを示すデータを生成することにより、物質の密度を示すデータを正確に生成することが可能になる。複素インピーダンス（又は複素導電率）の使用は、監視される電気的パラメーターの大きさ及び監視される電気的パラメーターの位相の両方に対する物質の影響が、例えば、物質の周波数応答を考慮に入れることによって、全ての測定の精度を向上させるのに使用されることを可能にする。一部の物質は周波数によって変化しないインピーダンス（又は導電率）を有するが、多くの物質はその周波数に基づいて交流通電に異なる応答をする。この応答を監視することにより、物質のインピーダンスに関する正確な情報を収集することが可能になり、また物質内の第１成分の割合に関する正確な情報を生成することが可能になる。
【０００８】
密度をスラリー密度と称することができる。物質をスラリーと称することができる。スラリーという用語が固体と液体の混合物を指すのに使用される場合、スラリー密度は固体と液体の混合物の有効密度であると理解される。領域は、好適にはパイプによって囲まれることができる。パイプは、好適には円形断面を有することができる。パイプは、好適には最大１．２ｍの直径を有することができる。パイプは、好適には５０ｍｍより大きい直径を有することができる。
【０００９】
密度測定システムは、少なくとも４個の電極を含むことができる。密度測定システムは、少なくとも８個の電極を含むことができる。密度測定システムは、１６個の電極を含むことができる。電極は、領域の周りに均等に分布させることができる。
【００１０】
物質の複素インピーダンスを示すデータを生成することは、更に基準データに基づくことができ、前記基準データは、監視される電気的パラメーターの期待値を含み、期待値は、前記電気的パラメーターに影響を与える所定の電気的特性を有する基準物質に基づいている。
【００１１】
基準データの使用によって、例えば、電極のサイズ及び位置、及び電極表面状態によって引き起こされるような測定アーチファクトの影響を低減することが可能になる。例えば、既知の複素インピーダンスを有する基準物質に基づいて生成され得る基準データは、物質の複素インピーダンスを示すデータを正確に計算することを可能にする。
【００１２】
監視される電気的パラメーターに基づいて物質の密度を示すデータを生成することは、監視される電気的パラメーターと監視される電気的パラメーターの期待値との相対的な差を示すデータを生成することを含むことができる。
【００１３】
監視される電気的パラメーターに基づいて物質の複素インピーダンスを示すデータを生成することは、基準物質と比較した物質の相対インピーダンスを示すデータを生成することを含むことができる。
【００１４】
物質の複素インピーダンスを示すデータに基づいて物質の密度を示すデータを生成することは、物質内の第１成分の密度を示すデータを物質の複素インピーダンスと第１成分の複素インピーダンスとに基づいて生成することを含むことができる。
【００１５】
物質の密度を示すデータを生成することは、更に第２成分の複素インピーダンスに基づくことができる。
【００１６】
物質の組成を示すデータを生成することは、物質の複素インピーダンスの絶対値を示すデータを生成することを含むことができる。
【００１７】
物質の複素インピーダンスの絶対値を取ることにより、インピーダンスの実数成分と虚数成分の両方を考慮することが可能になる。これは、物質が異なる周波数において異なる応答をする成分の混合物を含む場合に特に有益であり、両方の成分が物質の密度の全ての計算に寄与することを可能にする。実数成分又は虚数成分のみを考慮する場合、１つの成分の存在が過小評価、過大評価、又は完全に無視される可能性がある。
【００１８】
密度測定システムは、領域内の物質の特性を示すデータを生成するように配置された少なくとも１つのセンサーを更に含むことができ、領域内の物質の密度を示すデータを生成することは、更に物質の特性を示すデータに基づいている。
【００１９】
センサーは温度センサーであることができる。センサーは導電率センサーであることができる。
【００２０】
密度測定システムは、領域内の気体の割合を示すデータを生成するように構成されたガス分率プローブを更に含むことができる。
【００２１】
ガス分率センサーの使用は、物質内の同伴ガス（例えば、空気）を考慮に入れた、改善された密度推定値が計算されることを可能にする。
【００２２】
ガス分率プローブは超音波検出器を含むことができる。
【００２３】
物質の密度を示すデータは、領域内の気体の割合を示すデータに基づいて生成されることができる。
【００２４】
物質の密度を示すデータは複数の値を含むことができ、各値は領域内の複数のサブ領域のそれぞれ１つに関連する。
【００２５】
物質の密度を示すデータは複数の値の空間平均を含むことができ、複数の値の各々は領域内の複数のサブ領域のそれぞれ１つに関連する。
【００２６】
通電源は、少なくとも前記電極の第１対の間に交流電気信号を印加するように配置されることができる。
【００２７】
モニターは、前記電極の第１対の間に電気信号が印加される間に、少なくとも前記電極の第２対の間の電位差を監視するように配置されることができる。
【００２８】
モニターは、前記電極の第１対の間に電気信号が印加される間に、前記電極の第２対の間の電位差の監視とは異なる時間に、更に少なくとも前記電極の第３対の間の電位差を監視するように配置されることができる。
【００２９】
通電源は、更に前記電極の更なる対の間に交流電気信号を印加するように配置されることができ、電気信号は、前記電極の第１対の間に印加される電気信号とは異なる時間に前記電極の更なる対の間に印加される。
【００３０】
本発明の第２の態様によれば、領域内の物質の密度を測定するための方法であって、領域の周囲の複数の電極と、通電源と、モニターと、処理装置とを提供することと、通電源によって前記電極の少なくとも１つに電気信号を印加することと、前記電極の少なくとも１つで領域内の電流の流れに応答して変化させられる電気的パラメーターを監視することと、処理装置によって、監視される電気的に基づいて領域内の物質の複素インピーダンスを示すデータを生成することと、物質の複素インピーダンスを示すデータに基づいて物質の密度を示すデータを生成することとを含む方法が提供される。
【００３１】
物質の複素インピーダンスを示すデータを生成することは、更に基準データに基づくことができ、前記基準データは、監視される電気的パラメーターの期待値を含み、期待値は、前記電気的パラメーターに影響を与える所定の電気的特性を有する基準物質に基づいている。
【００３２】
監視される電気的パラメーターに基づいて物質の密度を示すデータを生成することは、監視される電気的パラメーターと監視される電気的パラメーターの期待値との相対的な差を示すデータを生成することを含むことができる。
【００３３】
監視される電気的パラメーターに基づいて物質の複素インピーダンスを示すデータを生成することは、基準物質と比較した物質の相対インピーダンスを示すデータを生成することを含むことができる。
【００３４】
物質の複素インピーダンスを示すデータに基づいて物質の密度を示すデータを生成することは、物質内の第１成分の密度を示すデータを物質の複素インピーダンスと第１成分の複素インピーダンスとに基づいて生成することを含むことができる。
【００３５】
物質の密度を示すデータを生成することは、更に第２成分の複素インピーダンスに基づくことができる。
【００３６】
物質の組成を示すデータを生成することは、物質の複素インピーダンスの絶対値を示すデータを生成することを含むことができる。
【００３７】
方法は、少なくとも１つのセンサーを提供することと、センサーによって領域内の物質の特性を示すデータを生成することとを更に含むことができ、処理装置によって領域内の物質の密度を示すデータを生成することは、更に物質の特性を示すデータに基づいている。
【００３８】
センサーは温度センサーであることができる。センサーは導電率センサーであることができる。
【００３９】
方法は、ガス分率プローブを提供することと、ガス分率プローブによって領域内の気体の割合を示すデータを生成することとを更に含むことができる。
【００４０】
ガス分率プローブは超音波検出器を含むことができる。
【００４１】
物質の密度を示すデータは、処理装置によって領域内の気体の割合を示すデータに基づいて生成されることができる。
【００４２】
物質の密度を示すデータは複数の値を含むことができ、各値は領域内の複数のサブ領域のそれぞれ１つに関連する。
【００４３】
物質の密度を示すデータは複数の値の空間平均を含むことができ、複数の値の各々は領域内の複数のサブ領域のそれぞれ１つに関連する。
【００４４】
方法は、通電源によって少なくとも前記電極の第１対の間に交流電気信号を印加することを含むことができる。
【００４５】
方法は、前記電極の第１対の間に電気信号が印加される間に、モニターによって少なくとも前記電極の第２対の間の電位差を監視することを含むことができる。
【００４６】
方法は、前記電極の第１対の間に電気信号が印加される間に、電極の第２対の間の電位差の監視とは異なる時間に、モニターによって少なくとも前記電極の第３対の間の電位差を監視することを更に含むことができる。
【００４７】
方法は、通電源によって前記電極の更なる対の間に交流電気信号を印加することを更に含むことができ、電気信号は、前記電極の第１対の間に印加される電気信号とは異なる時間に前記電極の更なる対の間に印加される。
【００４８】
本発明の更なる態様によれば、産業プロセスを制御する方法であって、本発明の第２の態様による方法を更に含み、産業プロセスは物質の密度を示すデータに基づいて制御される方法が提供される。
【００４９】
本発明の別の態様によれば、本発明の第１の態様の密度測定システムを含む産業処理装置が提供される。
【００５０】
本発明の更に別の態様によれば、水力輸送の方法であって、本発明の第２の態様による方法を更に含み、水力輸送は物質の密度を示すデータに基づいて制御される方法が提供される。水力輸送は浚渫装置によって行われることができる。
【００５１】
本発明の別の態様によれば、本発明の第１の態様による密度測定システムを含む水力輸送装置が提供される。水力輸送装置は浚渫装置であることができる。
【００５２】
本発明の更に別の態様によれば、領域内の物質の密度を測定するための密度測定システムであって、領域の周囲に配置された複数の電極と、前記電極の少なくとも１つに電気信号を印加するように配置された通電源と、前記電極の少なくとも１つで電気的パラメーターを監視するように配置されたモニターであって、監視される電気的パラメーターは領域内の電流の流れに応答して変化させられるモニターと、監視される電気的パラメーター及び基準データに基づいて領域内の物質の密度を示すデータを生成するように配置された処理装置であって、前記基準データは監視される電気的パラメーターの期待値を含み、期待値は前記電気的パラメーターに影響を与える所定の電気的特性を有する基準物質に基づいている密度測定システムが提供される。
【００５３】
物質の密度を示すデータを生成することは、物質のインピーダンスを示すデータに基づくことができる。物質のインピーダンスを示すデータは、監視される電気的パラメーターに基づいて生成されることができる。
【００５４】
密度測定システムは、従って、電気抵抗トモグラフィー又は電気インピーダンストモグラフィーのいずれかを使用するように配置されることができる。インピーダンスは、好ましい複素インピーダンスである。密度測定システムは、複素インピーダンスの実数成分と虚数成分の両方を考慮することが可能である。
【００５５】
物質の密度を示すデータは、インピーダンスの実数成分、インピーダンスの虚数成分、又はインピーダンスの実数成分と虚数成分の両方の組み合わせに基づくことができる。インピーダンス成分の一方又は両方を使用することには、特定の用途において特定の利点があり、それらは以下でより詳細に説明される。
【００５６】
本発明の更に別の態様によれば、領域内の物体の分布を示すデータを生成するための方法であって、前記領域内の物体の特性を示す第１データを得ることと、領域内の物体の基準パターンに基づく第２データを得ることと、領域内の物体の分布を示すデータを生成するために前記第１データと前記第２データとを組み合わせることとを含む方法が提供される。
【００５７】
前記領域内の物体の特性（例えば、導電率）を示す第１データと基準パターンに基づく第２データとを組み合わせることにより、異なる特徴を有する領域の様々な異なる部分を識別すること、及びそれらの部分内の物体の特性を示すデータを異なる方法で処理することが可能である。例えば、パイプ内をスラリーが流れている場合、パイプの下部をスラリーが流れ、パイプの上部に空気が存在し、スラリーと空気との間に界面が存在するように、流れは層状であることができる。しかしながら、導電率のデータだけではこの物質の分布を正確に反映していない場合がある。例えば、高固体（例えば、スラリー）の領域と空気の領域は、共に液体の領域（すなわち、低固体又はスラリーと空気との界面）よりも低い導電率を示す可能性がある。このため、領域内の様々な部分を識別するために、例えば、通常の流れパターンを示すことができる基準データに基づく第２データ（例えば、マスク）を使用することによって、各部分に関連する導電率のデータは、無視され、拡大縮小され、又は物体の分布の正確な表示を提供するために適切に考慮されることができる。
【００５８】
基準パターンは、通常の又は規則的な流れパターンの事前知識に基づくことができる。従って、基準パターンは、特定の成分（例えば、スラリー又は空気）を含むことが知られている領域に対応する領域の様々な部分又は流れ領域を、これらの成分が領域内の特定の位置を占めることになるという事前知識（例えば、パイプの下部にあるスラリー、パイプの上部にある空気）に基づいて識別するために使用することができる。
【００５９】
第２データは領域の方位に基づくことができる。
【００６０】
第２データを得ることは、第１データと基準パターンに基づいて前記第２データを生成することを含むことができる。任意で、第２データは自動的に生成されることができる。
【００６１】
第１データは複数の第１データ項目を含むことができ、複数の第１データ項目の各々は、領域内の複数の位置のそれぞれ１つにおける物体の特性を示す。
【００６２】
基準パターンは領域の複数の部分を示すデータを含むことができ、各部分は領域内の１つ以上の位置を含む。
【００６３】
例えば、第１部分は、スラリーを含むスラリー領域であることができる。同様に、第２部分は、空気を含む空気領域であることができる。また、第３部分は、スラリー領域と空気領域との界面を含む界面領域であることができる。
【００６４】
第２データは複数の第２データ項目を含むことができ、複数の第２データ項目の各々は、領域内の複数の位置のそれぞれの１つ以上に関連し、複数の第２データ項目の各々は、対応する第１データ項目と基準パターンとの関係に基づいている。
【００６５】
複数の第２データ項目の各々は、領域内の複数の位置のそれぞれ１つに関連することができる。複数の第２データ項目の各々は、複数の第１データ項目のそれぞれ１つに関連することができる
【００６６】
複数の第２データ項目の各々は倍率を含むことができ、第１データと第２データを組み合わせることは、領域内の物体の分布を示す前記データを生成するために、第１データ項目の各々に第２データ項目の対応するものを乗算することを含むことができる。
【００６７】
第１データと基準パターンに基づいて第２データを生成することは、対応する第１データ項目と基準パターンとの関係に基づいて第２データ項目の各々に所定の倍率を割り当てることを含むことができる。
【００６８】
方法は、領域の所定の部分内の第１データ項目の値の変化を示すデータを生成することと、変化を示す前記データに基づいて第２データを生成することとを更に含むことができる。
【００６９】
領域の所定の部分内の第１データ項目の値の変化を示す前記データは平均データ項目に基づくことができ、各平均データ項目は領域内の位置の所定の部分集合にある物体の特性を示す。
【００７０】
分布データは複数の分布データ項目を含むことができ、複数の分布データ項目の各々は、領域内の複数の位置のそれぞれ１つ以上に関連する。
【００７１】
方法は、分布データ項目の平均値を生成することを更に含むことができる。方法は、領域の複数の部分の所定の部分集合内の位置に対応する分布データ項目の平均値を生成することを更に含むことができる。
【００７２】
方法は、領域の複数の部分の所定の部分集合内に含まれる領域の割合に基づいて生成された平均値を拡大縮小することを更に含むことができる。
【００７３】
領域はパイプによって定められることができる。
【００７４】
領域内の物体の分布を示すデータは、領域内を流れる物質の体積濃度を示すデータを含むことができる。
【００７５】
物体の特性は、物体の複素インピーダンスであることができる。
【００７６】
物体の特性は、所定の物質の体積濃度であることができる。
【００７７】
方法は、領域内の物体の分布を示すデータに基づいて領域内のスラリーの密度を示すデータを生成することを更に含むことができる。
【００７８】
本発明の更に別の態様によれば、本発明の上記態様のいずれかによる方法を行うように配置された装置が提供される。
【００７９】
当然ながら、本発明の一態様に関連して上述した特徴を本発明の他の態様と組み合わせ得ることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
ここで、本発明の実施形態を添付図面に関連して単なる例として説明する。
【図１】本発明の実施形態による測定システムを示す。
【図２】図１に示した測定システムの一部をより詳細に示す。
【図３】図１に示した測定システムの一部をより詳細に示す。
【図４】図１に示した測定システムによって実行されるプロセスを示す。
【図５】図１に示した測定システムによって処理されるデータ項目を示す。
【図６】本発明の代替的な実施形態を実施するために図１に示した測定システムによって実行される処理に用いる基準流れパターンの概略図を示す。
【図７ａ】図１に示した測定システムによって捕捉される導電率データの表示を示す。
【図７ｂ】図１に示した測定システムによって捕捉される導電率データの表示を示す。
【図８ａ】図１に示した測定システムによって生成されるデータの表示を示す。
【図８ｂ】図１に示した測定システムによって生成されるデータの表示を示す。
【図９ａ】図７ａに示したデータを図８ａと組み合わせることによって生成されるデータの表示を示す。
【図９ｂ】図７ｂに示したデータを図８ｂと組み合わせることによって生成されるデータの表示を示す。
【図１０】図９ａ及び９ｂに示したデータを生成するために図１に示した測定システムにより実行されるプロセスを示す。
【図１１ａ】図１０の処理中に使用されるデータの表示を示す。
【図１１ｂ】図１０の処理中に使用されるデータの表示を示す。
【図１１ｃ】図１０の処理中に使用されるデータの表示を示す。
【発明を実施するための形態】
【００８１】
図１を参照すると、測定システム１が示されている。測定システム１は、パイプ３内を流れる物質２の密度を測定するように配置される。物質２は、液体成分と固体成分の混合物である。測定システム１は、電気インピーダンストモグラフィー（ＥＩＴ）センサー４を含む。ＥＩＴセンサー４は、複数の電極５を有する。
【００８２】
パイプ３は、例えば、ポンプ浚渫装置などの水力輸送装置の一部を形成することができる。このようなポンプ浚渫装置は、例えば、土地造成を支援するために又は航行水路を維持するために、海底から大量の固体粒子を輸送するように構成される。ポンプ浚渫装置は、浚渫を必要とする領域の上で操縦される浚渫船に搭載される。浚渫装置によって運ばれる固体粒子の体積と質量を知ることによって、浚渫船の効率的な航行及び制御が可能になる。例えば、スラリー内の固体粒子の質量を測定することにより、浚渫の速度を増減させて、所定の固体粒子流量又は固体の総質量を海底から除去することができる。或いは、密度測定は、例えば、スラリー内の固体粒子分率が所定の閾値を下回った場合に、浚渫装置を異なる構成とするべきときを特定するのに使用することができる。
【００８３】
密度測定システム１が浚渫装置と共に使用される場合、物質２は、例えば、主に砂（固体成分）と塩水（液体成分）の混合物であることができる。パイプ３は、好適には約１．２ｍの直径を有することができる。各電極５は、例えば、パイプに沿った軸方向に約１００ｍｍ、パイプの周りの周方向に３２ｍｍの寸法を有することができる。
【００８４】
測定システム１は、電流源６と、電圧モニター７と、制御装置８とを含む。制御装置８は、例えば、オーストリア、フェルトキルヒのバックマンエレクトロニック社製のＰＬＣのようなプログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）であることができる。制御装置８は、電流源６及び電圧モニター７を制御する。制御装置８は、以下でより詳細に説明するように処理を行う。
【００８５】
測定システム１はまた、二次センサー９を有する。二次センサー９は、例えば、温度センサーであることができる。二次センサー９は、パイプ３内の物質２の温度を測定するように配置される。或いは、二次センサー９は、パイプ３に引き込まれる前の物質２の温度を測定するように配置されることができる。
【００８６】
測定システム１はまた、ガス分率プローブ１０を有する。ガス分率プローブ１０は、例えば、超音波プローブであることができる。ガス分率プローブ１０は、パイプ３内の物質２内に混入した気体（例えば、空気）の量を測定するように配置される。空気などの気体は、液体又は固体よりもはるかに高い超音波の減衰を有する（超音波減衰は密度に反比例する）。従って、物質による超音波の減衰は、固体又は液体に対する気体の割合の正確な測定を提供する。
【００８７】
図２は、センサー４の断面図を示す。電極５は、パイプ３の周囲に円周方向に配置される。電極５は、例えば、センサー４の内面の周囲に等間隔で配置されることができる。電極５の各々は導電性材料から形成され、電極５とセンサー４内の（従って、パイプ３内の）物質２との電気接触を可能にする。電極５は、例えば、ステンレス鋼などの耐腐食性材料から作られることができる。電極５によって覆われていないセンサー４の内面は、耐腐食性材料から形成されている。例えば、内面は、鋳造ゴム又はポリウレタン材料から形成されることができる。代わりに、センサー４の内面は、交換可能なセラミックタイルで覆われることができる。
【００８８】
電極５の各々は、電流源６に切り替え可能に接続されている。図２の構成において、電極５の第１通電電極５ａと第２通電電極５ｂとが電流源６に接続されている。接続されると、電流源６、第１通電電極５ａ、物質２、及び第２通電電極５ｂによって回路が形成される。電流は、電流源６から第１通電電極５ａを通って物質２に流れ、その後、第２通電電極５ｂを通って電流源６に戻る。電流源６は、交流電流（ＡＣ）を供給する。供給される電流は、例えば、約４．６ｋＨｚの周波数を有することができる。交流電流の使用は、電極５における電気分解の発生を低減することができる。
【００８９】
電極５の各々はまた、電圧モニター７に切り替え可能に接続されている。電圧モニターは、電極５の１つに接続されると、その電極で電位を測定するように配置される。物質２と電気的に接触している電極５の各々は、電極５の各々に隣接する物質と実質的に同じ電位にある。従って、電極５で電位を測定することによって、以下でより詳細に説明するように、物質２内の異なる位置の間の電位差を測定することができる。電圧モニター７は、電流源６によって供給される電流と同じ周波数を有する信号を検出するために、例えば、位相敏感検出などの同期技術を使用することができる。このような位相敏感検出は、電流源６によって供給される周波数でのみ検出を可能にすることにより、広帯域ノイズ源に対する耐ノイズ性を高めることができる。電圧モニター７は、供給周波数で受信される信号の大きさを測定するように構成されることができる。電圧モニター７はまた、あらゆる注入信号の位相に対する測定信号の位相角を測定するように構成されることができる。
【００９０】
図２の構成において、電極５の第１モニター電極５ｃと第２モニター電極５ｄとが電圧モニター７に接続されている。この構成において、電圧モニター７は、モニター電極５ｃと５ｄの間の電位差を測定し、それによってそれぞれのモニター電極５ｃと５ｄに隣接する物質２の領域の間の電位差することができる。物質２内の電流の流れと電位差の分布は、以下でより詳細に説明される。
【００９１】
図３は、制御装置８を更に詳細に示す。制御装置８は、ランダムアクセスメモリの形態をとる揮発性メモリ８ｂに記憶された命令を読み出して実行するように構成されたＣＰＵ８ａを含むことが分かる。揮発性メモリ８ｂは、ＣＰＵ８ａによる実行のための命令とそれらの命令によって使用されるデータとを記憶する。例えば、使用時に、電位差の測定値が揮発性メモリ８ｂに記憶されることができる。制御装置８は、ソリッドステートドライブ８ｃの形態の不揮発性記憶装置を更に含む。電位差の測定値は、ソリッドステートドライブ８ｃに記憶されることができる。
【００９２】
制御装置８は、制御装置の動作及び電位差の測定値の取得に関連して使用される周辺機器が接続されるＩ／Ｏインターフェース８ｄを更に含む。より具体的には、表示装置８ｅが、制御装置８からの出力を表示するように構成される。表示装置８ｅは、例えば、電位差の測定値の表示又はグラフィカルユーザーインターフェースを表示することができる。また、表示装置８ｅは、電位差の測定値の処理によって生成された画像を表示することができる。入力装置もまた、Ｉ／Ｏインターフェース８ｄに接続されている。このような入力装置は、制御装置８とのユーザーインタラクションを可能にするキーボード８ｆ及びマウス８ｇを含む。電流源６及び電圧モニター７もまたＩ／Ｏインターフェース８ｄに接続され、制御装置８が電流源６及び電圧モニター７を制御することを可能にする。
【００９３】
ネットワークインターフェース８ｈは、制御装置８が他の計算装置とデータを送受信するために適切なコンピューターネットワークに接続されることを可能にする。例えば、制御装置８は、インターネットを介してリモートコンピューターによって遠隔制御されることができる。ＣＰＵ８ａ、揮発性メモリ８ｂ、ソリッドステートドライブ８ｃ、Ｉ／Ｏインターフェース８ｄ、及びネットワークインターフェース８ｈは、バス８ｉによって互いに接続されている。
【００９４】
使用時には、測定装置１は、ＥＩＴセンサー４によって囲まれたパイプ３の領域内に含まれる物質のトモグラフィー測定を行うように制御装置８によって制御される。トモグラフィー（断層撮影法）は、関心領域の特性を推定するために何らかの形態の透過波を使用することを指す。一般に、トモグラフィーにおいて、画像は、複数の画像サブ領域又は画素（ピクセル）の組み合わせによって構成される。トモグラフィーは、例えば、産業プロセス中にパイプの内容物を画像化することによって、産業プロセスに利用することができる。このような断層画像化は、プロセスパイプの内容物に関して導電率などのパラメーターを推定することを可能にする。従って、パイプ内の物質の性質の特定の知識及び追加のセンサー情報と組み合わせて、断層画像化を用いることによって正確な密度測定を導き出すことができる。
【００９５】
電気インピーダンストモグラフィー（ＥＩＴ）において、透過波は、関心領域への電気信号の注入によって生成される。関心領域の周囲に配置された電極は、電気信号の注入によって生じる電位差により、関心領域内の物質のインピーダンスを監視する。ＥＩＴは、このように関心領域内で異なる電気抵抗率又はインピーダンスを有する物質を区別するために使用されることができる。以下の方法を使用して複素インピーダンスを監視する（すなわち、電気インピーダンストモグラフィー：ＥＩＴとして動作する）ことができる。注入電流の流れによって引き起こされる物質内の電位差を監視する。監視される信号の大きさと位相の両方（すなわち、実部と虚部の両方）を使用する。
【００９６】
また、以下の説明の一部において、複素導電率という用語を使用する。当然のことながら、複素導電率は複素インピーダンスの逆数である。複素導電率は、単純な（実）導電率と虚数成分との和である。複素導電率及び複素インピーダンスという用語が本明細書で使用される場合、当然のことながら、必要に応じてインピーダンス値を導電率値に変換することができ、逆も同様である。例えば、電気インピーダンストモグラフィーという用語は従来から使用されているが、当然のことながら、このような技術は実際には（複素）導電率の表示である画像（断層画像）を生成することができる。
【００９７】
図４は、制御装置８上で実行されるプロセスを示す。ステップＳ１及びＳ２で、パイプ内の物質２の導電率に関する情報を収集するために測定が行われる。ステップＳ１で、物質２の液体成分の温度測定が行われ、導電率と温度との既知の関係に対する補償を可能にする。ステップＳ２で、一連の電位差測定が行われ、電極５の対の間に注入される電流とその電流注入によって生じる電極５の異なる対における電位差との関係を提供する。
【００９８】
このデータが収集されると、ステップＳ３で、基準データのセットがステップＳ１で測定された温度に対して補償される。基準データは、一様な導電率分布を有するパイプ３内の基準物質の存在を仮定して、既知の通電構成及び通電レベルに対して電極で測定されると予想される電位差値のセットを提供する。この補償は、較正プロセスの一部を形成する。次にステップＳ４で、補償された較正データが電位差の測定データと比較され、測定データと予想データとの差を決定することを可能にする。ステップＳ５で、これらの差は、パイプ３内の物質２のサブ領域に対する導電率値のセットを形成するために従来のトモグラフィー技法によって変換される。
【００９９】
次にステップＳ６で、生成された導電率値が物質２内の各成分に対する既知の導電率値で処理される。例えば、砂と塩水の混合物の場合、各サブ領域内に存在する砂と塩水の割合を計算するために砂と塩水の基準導電率が使用される。すなわち、各サブ領域内の砂と塩水の混合物の導電率は事実上、それらの相対的な体積割合に基づいて重み付けされた２つの成分の導電率の加重平均である。従って、その平均の重み付け（すなわち、相対的な体積割合）は、混合物の測定された導電率及び２つの成分の既知の導電率から計算することができる。
【０１００】
次にステップＳ７で、単一の密度値がパイプ断面全体を表すことを可能にするために、各サブ領域に対する体積割合（又は体積濃度）がパイプ３全体にわたって平均される。次にステップＳ８で、この密度値は２つの成分の既知の密度を参照してパイプ３全体にわたる平均密度値に変換される。
【０１０１】
図５は、図４を参照して上述したように制御装置８上で実行されるプロセスによって処理される様々なデータ項目の相互関係を示す。温度データＤ１と基準データＤ３が温度補償基準データＤ４を形成するために組み合わせられる。これは、更に相対電位差データＤ５を生成するために測定された電位差データＤ２と組み合わせられる。この相対電位差データＤ５は、測定装置及び電極構成のアーチファクトが除去されている点で、測定された電位差データに比べて改善された精度を提供する。
【０１０２】
更なる処理により、相対電位差データＤ５は、パイプ３内の各サブ領域における導電率を表す導電率マップＤ６に変換される。この導電率マップＤ６は、濃度マップＤ７を生成するために基準導電率データＤ８と組み合わせられる。すなわち、物質の導電率が既知であれば、物質２の成分の既知の導電率を参照することによって、物質２内の各成分の密度を計算することが可能である。濃度マップＤ７の空間平均が、パイプ３全体の平均体積濃度Ｄ９を表す単一の値を生成するために使用される。
【０１０３】
最後に、この平均体積濃度Ｄ９は、パイプ３内の物質２の平均密度Ｄ１０を計算するために、基準密度データＤ１１と組み合わせて使用されることができる。また、気体である物質２の割合を表すガス分率データＤ１２は、ガス分率補償平均密度Ｄ１３を生成するために、平均体積濃度Ｄ９及び基準密度データＤ１１と組み合わせることができる。ガス分率補償平均密度Ｄ１３は、平均密度Ｄ１０の改善された推定値であり、これは、物質２内の同伴ガス（例えば、空気）の割合が大きい場合に特に有益である。
【０１０４】
より詳細には、ステップＳ１で、二次センサー９は、パイプ３内の物質２の温度に関するデータＤ１を収集する。パイプ３内の物質２の導電率は、物質２の温度に強く依存し得る。例えば、摂氏６℃の温度変化は、塩水の１０％の導電率変化をもたらし得る。
【０１０５】
ステップＳ１と同時に、制御装置８は、センサー４を制御してステップＳ２を実行する。ステップＳ２で、電流源５は、電極５に信号を印加するように制御され、一方、電圧モニター６は、電極５で電位差を測定するように制御される。測定された電位差は、電位差データＤ２を提供する。先に図２を参照して説明したように、第１及び第２通電電極５ａ、５ｂ間に電流を印加することにより、物質２内に電位差分布が生じる。電流が通電電極５ａ、５ｂ間に流れているとき、電極間には複数の電流路が存在する。電流密度は電極５ａ、５ｂの最も近くで最大であるが、電流密度が低下するとはいえ、電流は物質２全体に流れる。破線Ｉは、電極５ａ、５ｂへの通電の印加に応答した、物質２内の複数の電流路を示す。
【０１０６】
物質２全体にわたる電流の流れは、物質２全体にわたって対応する電位差分布を生じ、電流は高い電位から低い電位に流れる。この電位差分布は、物質２内の等電位線を表す一点鎖線Ｖを参照して理解することができる。すなわち、各線Ｖ上の全ての点は、同じ線Ｖ上の他の点の各々と同じ電位（及び他の線Ｖ上の全ての点と異なる電位）を有する。物質２内の電位は、第１通電電極５ａに直接隣接する最高値から第２通電電極５ｂに直接隣接する最低値まで徐々に減少する。物質２内の全ての点で電位を直接測定することは不可能であるが、上述した電位差分布は、通電電極から離れた電極間で行われた測定が電位差分布に関する情報を提供することを可能にする。また、物質２の導電率の不均一性は、電位差分布への外乱を引き起こし、この外乱は、電極５で測定された電位差値に対するそれらの影響によって監視されることができる。従って、電極５ｃと５ｄの間の電位差の大きさを測定することにより、物質２内の電位差分布に関する情報を収集することができることが分かる。同様に、電極５ｄと５ｅの間の電位差の大きさを測定することにより、物質２内の電位差分布に関する更なる情報を収集することができる。このプロセスは、通電電極ではない電極の隣接する対（すなわち、５ｃ−５ｄ、５ｄ−５ｅ、５ｅ−５ｆ、・・・、５ｏ−５ｐ）の各々に対して繰り返すことができる。１６個の電極がある場合、これは、各通電構成に対して１３個のモニター電極対測定値をもたらす。従って、電極５ｃ及び５ｄが図２にモニター電極として示されているが、電極５ｃ〜５ｐの各隣接対の間の電位差を測定することにより、電極５ａ、５ｂが通電電極である場合の物質２内の電位差のマップを作成することができる。
【０１０７】
上記のようにモニター電極の各対が測定されると、異なる電極対が通電電極となるように通電構成が切り替えられる。例えば、第１及び第２通電電極は、それぞれ電極５ｂ及び５ｃになるように切り替えることができる。電極５ａ、５ｂに関連して上述したように、電流源６によって電極５ｂ、５ｃ間に電流が印加され、電圧モニター７によってモニター電極の１３個の各隣接対（５ｄ−５ｅ、５ｅ−５ｆ、・・・、５ｏ−５ａ）で電位が測定される。
【０１０８】
１６個の電極５を有する上述のＥＩＴセンサーの構成には、１６個の可能な通電電極配置があり、それらの１６個の通電電極配置のそれぞれに対して１３個のモニター電極配置があり、その結果、２０８個の一意的な測定配置がある。しかしながら、２０８個の一意的な測定配置が存在するが、測定配置がそれより前の測定配置の正反対である場合（例えば、通電電極及びモニター電極が単に逆にされている場合）、その測定配置を省略することができ、各密度値の計算に対して１０４個の独立した測定を行う必要がある。
【０１０９】
ステップＳ１及びＳ２での測定値の収集に続いて、ステップＳ３で、制御装置８は較正補償を行う。較正補償は、二次センサー９の出力（すなわち、温度データＤ１）と較正基準データＤ３とに基づいている。較正基準データＤ３は、例えば、ソリッドステートディスク８ｃなどの制御装置８のメモリ内に記憶されている。較正基準データＤ３は、均一な導電率分布を有するパイプ３内の基準物質の存在を仮定して、既知の通電構成及び通電レベルに対してモニター電極で測定されると予想される電位差値のセットを提供する。従って、較正基準データＤ３は、測定された電位差データＤ２と比較することができる基準レベルを提供する。この比較によって、測定された電位差データＤ２と基準データＤ３とに基づいて、物質２全体の正確な導電率値を生成することが可能になる。基準データの使用によって、例えば、電極のサイズ及び位置、及び電極表面状態によって引き起こされるような測定アーチファクトの影響を低減することが可能になる。
【０１１０】
較正基準データＤ３は、ＥＩＴセンサー４と同様の電極構成及び形状を有するＥＩＴセンサーで測定を行うことによって収集される。また、較正基準データＤ３は、既知の固体及び液体成分濃度、密度及び温度を有する物質がＥＩＴセンサー内にある間に収集される。従って、較正基準データＤ３の使用によって、電極構成及び装置の幾何学的形状の影響が最小限に抑えられ、センサー４内の物質２のあらゆる変化をより正確に識別することが可能になる。また、センサー４内の物質２と類似している基準物質の使用によって、導電率のあらゆる変化が、物質特性の変化にではなく、密度の変化に起因することを可能にする。
【０１１１】
例えば、基準物質は、例えば、海水と同様の塩分濃度及び温度を有する塩水などの、既知の導電率を有する液体成分を含むことができる。或いは、基準物質は、既知の導電率を有する既知の割合の液体成分と既知の導電率を有する既知の成分の固体成分との混合物を含むことができる。例えば、基準物質は、体積比１：９の砂と海水と同様の塩分濃度及び温度を有する塩水との混合物を含むことができる。
【０１１２】
当然のことながら、基準物質は、密度測定装置の意図される用途に基づいて選択することができる。また、当然のことながら、基準物質が物質２によく似ているほど、測定された密度値の精度は良好である。
【０１１３】
基準データＤ３と測定された電位差のデータＤ２との比較が行われる前に、較正基準データＤ３は、物質２の動作温度を考慮するように補償され、温度補償基準データＤ４が生成される。この温度補償基準データＤ４は、例えば、ソリッドステートディスク８ｃなどの制御装置８のメモリ内に記憶されることができる。
【０１１４】
この較正補償ステップが完了すると、処理はステップＳ４に進み、ここで温度補償基準データＤ４及び電位差データＤ２が処理される。それぞれの温度補償基準データＤ４の値と測定された電位差データＤ２の値との相対的な差が決定され、相対電位差データＤ５が生成される。相対電位データを生成するための基準データとその測定データとの比較の使用によって、様々な物質特性の影響を考慮することが可能になる。従って、記憶された基準データＤ３は、物質２と同様の電気特性を有する成分の混合物に関するものでなければならない。当然のことながら、それぞれが異なる物質に関連するいくつかの基準データＤ２のセットを記憶することができる。
【０１１５】
相対電位差データＤ５が生成されると、処理はステップＳ５に進む。ステップＳ５で、相対電位差データＤ５は、導電率値Ｄ６のセットを生成するためにＣＰＵ８ａによって処理される。個々の電位測定値を電気伝導率（又は抵抗率）の二次元マップに変換するための既知のアルゴリズムが存在する。これらのアルゴリズムは、パイプ３内の物質２の電気伝導率の二次元マップを生成するために、制御装置８によって利用されることができる。生成された二次元マップは複数の導電率値Ｄ６を含み、複数の導電率値Ｄ６の各々がセンサー４内のサブ領域に関連する。センサー４内の領域は、好適には３１６個のサブ領域に分割されることができる。
【０１１６】
各サブ領域は、センサー４の平面内に等しい面積を有し、その面積は、センサー４の断面の面積の一部である。パイプ３の長さに沿った電極５の寸法は、各サブ領域の有効深さを決定する。従って、各サブ領域に関連する導電率値は、サブ領域の深さ（ひいてはセンサー電極５の深さ）にわたる平均導電率である。当然のことながら、フリンジング効果の結果として、各サブ領域に直に隣接する物質がサブ領域内の電流の流れに影響を与える可能性がある。しかしながら、この効果は、測定された導電率にごくわずかな影響しか及ぼさないと考えられる。
【０１１７】
導電率値Ｄ６がステップＳ５で生成されると、処理はステップＳ６に進む。ステップＳ６で、導電率値Ｄ６の各々は、体積濃度Ｄ７に変換される。各サブ領域における体積濃度Ｄ７は、各サブ領域内の物質２内の固体成分の体積割合の大きさを提供する。「０」の体積濃度値は、固体がないこと（すなわち、液体のみ）と同じであり、一方、「１」の体積濃度値は、液体が存在しないこと（すなわち、固体のみが存在すること）と同じである。各サブ領域における体積濃度Ｄ７は、以下のブラッグマン（Ｂｒｕｇｇｅｍａｎ）の式に従って計算される。
【０１１８】
【数１】
2017526936.tif 000003
【０１１９】
ここで、
Ｃvolは、サブ領域内の固体物質の体積濃度Ｄ７であり、
σmcは、サブ領域内の物質の（温度補償された）導電率値Ｄ６であり、
σ1は、液体成分の（温度補償された）導電率であり、
σ2は、固体成分の導電率である。
【０１２０】
液体成分と固体成分の導電率σ1、σ2は基準導電率データＤ８を形成する。
【０１２１】
次に、処理はステップＳ７に進み、ここで全てのサブ領域にわたって空間平均が取られ、平均体積濃度Ｄ９（Ｃvol,mean）が生成される。平均体積濃度Ｄ９は、各体積濃度値Ｄ７の算術平均として計算される。平均体積濃度Ｄ９は、ＥＩＴセンサー４の位置におけるパイプ３全体内の物質２内の固体の平均体積濃度の大きさである。
【０１２２】
平均体積濃度Ｄ９がステップＳ７で生成されると、処理はステップＳ８に進む。ステップＳ８で、平均密度Ｄ１０、すなわち比重が、平均体積濃度Ｄ９から計算される。平均密度Ｄ１０は、以下の式に従って計算される。
【０１２３】
【数２】
2017526936.tif 000004
【０１２４】
ここで、
ρmixtureは、領域内の物質２の平均密度Ｄ１０であり、
ρsolidは、固体成分の基準密度であり、
ρliquidは、液体成分の基準密度である。
【０１２５】
固体成分と液体成分の密度ρsolid、ρliquidは、基準密度データＤ１１を形成する。基準密度データＤ１１は、混合物の正確な温度に対して補償されることができる。
【０１２６】
従って、図４を参照して説明したプロセスの出力は、測定値が取り込まれた時点でのＥＩＴセンサー４の位置における、パイプ３内の物質２の全体積に対する単一の密度値Ｄ１０である。この密度値Ｄ１０は、必要に応じて制御装置８からの出力としてプロセス制御装置に供給される。
【０１２７】
上記のように、各密度値Ｄ１０を生成するために、１０４個の測定が行われる。各測定値は、例えば、収集するのに約２５ｍｓかかり得る。密度値は、例えば、約０．４Ｈｚで生成されることができる。当然のことながら、任意の必要なデータ速度で密度値を生成することができる。例えば、特に高いデータ速度が必要な場合、いくつかの電圧測定を並行して行うことができる。
【０１２８】
必要に応じて、他の出力も生成することができる。例えば、二次元の導電率マップ（導電率値Ｄ６を含む）は、必要に応じて出力としてエクスポートされることができる。また、ステップＳ６又はステップＳ６及びＳ８（ステップＳ７の平均ステップを省略）で説明した処理は、出力マップを生成する前に行うことができ、必要に応じて二次元体積濃度マップ又は二次元密度マップが生成されることを可能にする。このような二次元マップは、断層画像（トモグラム）と称することができる。
【０１２９】
図４を参照して上述した処理に加えて、一部の実施形態では、改善された精度を得るために更なる測定及び処理ステップを行うことができる。例えば、ガス分率センサー１０によって得られる測定値は、同伴ガス（又は空気）が物質２内に存在する場合に、密度計算を改善された精度で行うことを可能にする。
【０１３０】
このような一実施形態では、例えばステップＳ１で、追加のガス分率データＤ１２が収集される。ガス分率データＤ１２は、以下の変更された式に従って、変更されたステップＳ８で、ガス分率補償平均密度Ｄ１３（ρmixture）を提供するために、平均体積濃度Ｄ９と組み合わせられる。
【０１３１】
【数３】
2017526936.tif 000005
【０１３２】
ここで、
ρmixture,no_gasは、領域内の流体のガス分率補償密度Ｄ１３であり（すなわち、存在する全てのガスに対して補償されており）、
Ｃvol,gasは、ガス分率データＤ１２（すなわち、ガス分率プローブ１０によって測定された、物質内のあらゆる同伴ガスの体積割合）である。
【０１３３】
従って、ガス分率補償密度Ｄ１３は、混合物内の同伴ガスに対する補償を可能にする。このような補償が行われない場合、及びかなりの割合の同伴空気がある場合、平均体積濃度Ｄ９は、空気の領域（低導電率）を液体ではなく固体として解釈する可能性がある。このため、ガス量を補償しない限り、結果として生じる全ての平均密度Ｄ１０は人為的に高い可能性がある。
【０１３４】
図４を参照して上述した処理に加えて、一部の実施形態では、改善された精度を得るために更なる測定及び処理ステップを行うことができる。例えば、上述の方法は、モニター電極で測定された電位差の大きさのみを使用するが、物質２に関する追加情報を推定するために電位差の位相も使用することができる。このような処理は、任意のガス分率補償に加えて又はその代わりに行うことができる。
【０１３５】
例えば砂の粒子などの大きな粒子は、交流電流に対して、例えば粘土の粒子などの小さな粒子とは全く異なる反応を示す。大きな粒子は、一般的に単純抵抗を示す（すなわち、インピーダンスに虚部がない）。一方、小さな粒子は、一般的にそれらの大きな表面積対体積比及び関連する表面電荷効果のために、複素インピーダンス（すなわち、実部と虚部の両方）を示す。従って、監視される電位差の位相と大きさの両方が測定され、この情報は、混合物内の大きな粒子（例えば、砂）と小さな粒子（例えば、粘土）の合計の割合の改善された推定値を決定するために使用される。例えば、大きな粒子は、約５０μｍより大きい、例えば約１００μｍの最小寸法を有する粒子であると考えることができる。例えば、小さな粒子は、約１μｍより小さい、例えば約１００ｎｍの最小寸法を有する粒子であると考えることができる。
【０１３６】
図２を参照して上述したように、通電電極間の物質２に交流電流を注入する。次に、各モニター電極で信号を測定する。次に、インピーダンス値のマップを生成するために、図４を参照して上述したように、測定された信号を処理する。ただし、各サブ領域が単純な導電率（又は抵抗）の値を有するのではなく、各サブ領域には、測定電圧の大きさと位相の両方に基づいて実部と虚部の両方を有する複素インピーダンス値が与えられる。全ての実数成分は、大きな粒子と小さな粒子の両方の存在に関連すると考えられ、一方、全ての虚数成分は、主に小さな粒子の存在に関連すると考えられる。従って、インピーダンスの実数成分のみを使用する場合、小さな粒子に対する感度が低下する可能性がある。同様に、インピーダンスの虚数成分のみを使用する場合、大きな粒子に対する感度が低下する可能性がある。しかしながら、上記式（１）に基づく以下の修正された式を用いて、総体積分率の改善された推定値を得ることができる。
【０１３７】
【数４】
2017526936.tif 000006
【０１３８】
ここで、
Ｋ*mcは、大きな粒子及び微粒子によって示される複素導電率であり、
Ｋmcは、Ｋ*mcの絶対値であり、
σ’mcは、複素導電率の実部であり、
σ”mcは、複素導電率の虚部である。
【０１３９】
より一般的には、混合物の固体成分が実質的に均一な密度及びサイズ分布と大きな粒子サイズとを有することが分かっている場合、実数インピーダンスデータに基づいて上述の計算に単一の見掛け密度を使用することができる。しかしながら、小さな粒子が存在する場合、虚数インピーダンスは有用な追加情報を提供することができる。また、小さな粒子と大きな粒子との混合物が存在することが分かっている場合、大きな粒子分率と小さな粒子分率の全体に関する情報を得るために、実数インピーダンス値と虚数インピーダンス値の両方が使用される。更に、小さな粒子のみが存在する場合、物質内の小さな粒子の体積濃度を決定するために、式１において虚数インピーダンス（及び虚導電率）を使用することができる。
【０１４０】
異なるサイズの粒子の実数インピーダンス成分と虚数インピーダンス成分との差は、同じ粒子体積濃度におけるこのような粒子の相対的な表面積対体積比を参照することによって理解することができる。表面積対体積比は、粒子の寸法（例えば、球形の場合の直径）に反比例する。大きな表面積対体積比を有する小さな粒子は、小さな表面積対体積比を有する大きな粒子よりも比例的に多くの表面電荷を帯びることができる。印加された電界によって、物質内に電流が流れる。物質内の粒子が帯びる全ての表面電荷は、電流の流れと相互作用する。大きな粒子は、それらの小さな表面積対体積比が比較的小さな表面電荷を帯びる能力をもたらすため、それらの表面電荷と電流の流れとの相互作用によって著しく影響を受けない。一方、比較的大きな表面積対体積比、ひいては表面電荷を帯びる能力を有する小さな粒子は、物質内の電流の流れによって著しく影響を受け、全ての監視される電気的パラメーターにおいて位相遅れを引き起こし得る。
【０１４１】
主として大きな粒子又は小さな粒子又は両者の混合物を含む物質は、同様の大きな粒子及び小さな粒子の混合物を有する（ひいては実数成分と虚数成分の適切な組み合わせを有する基準データを生成する）基準物質（及び関連する基準データ）の使用によって特徴づけることができる。
【０１４２】
また、いくつかの異なる固体成分を有する混合物が存在し、固体成分の各々が異なる密度を有する（例えば、シリカが約２．６２ｇ／ｃｍ3の密度を有し、一方、酸化鉄が約５．２ｇ／ｃｍ3以上の密度を有する）場合、上記の式（１）及び（３）に正確な入力を提供するために、各成分の相対的な割合について仮定をしなければならない。
【０１４３】
上述の実施形態では、１６個の電極を有するＥＩＴセンサーが記載されている。しかしながら、異なる数の電極を有するＥＩＴセンサーも使用することができる。センサーは、任意の数の電極を有することができる。また、電極の単純な輪が上述されているが、電極は任意の好都合のパターンで配置されることができる。電極パターンは、その内部で電極パターンが使用される容器の幾何学的形状に基づいて変えることができる。また、円形断面を有するパイプが上述されているが、非円形断面及び不規則な断面を有する容器も想定される。第１電極対の間に通電が行われ、第２電極対の間で電気的パラメーターが監視される場合、少なくとも４個の電極を有するセンサーを設けるべきである。測定プロセスの精度を向上させるために、より多くの電極が一般に設けられる。例えば、少なくとも８個の電極を有するセンサーは、４個の電極を有するセンサーよりもはるかに高い解像度の断層画像化を提供する。また、１６個の電極を有するセンサーは、４個又は８個の電極を有するセンサーよりもはるかに高い解像度の断層画像化を提供する。当然のことながら、解像度を高めるために追加の電極を加えることができる。
【０１４４】
上述の処理では、画像化される領域内に規則的な分布のサブ領域が設けられている。しかしながら、一部の実施形態では、不規則な分布のサブ領域が好ましい場合がある。例えば、固体濃度のばらつきが大きいことが分かっている領域には、一貫した固体濃度を有することが分かっている領域よりも高いサブ領域分解能を使用することができる。このような実施形態では、全ての平均体積濃度が（例えば、加重平均を計算することによって）正確な平均値を提供するように調整されるべきである。
【０１４５】
上述した測定プロトコルは、隣接する電極対の間に電流を注入すること、及び残りの隣接する電極対の間の電位差を測定することを必要とする。しかしながら、必要に応じて他の測定プロトコルを使用することができる。例えば、対向する電極間で電流を注入し且つ／又は電位差を測定することができる。
【０１４６】
二次センサーは、温度センサーとして上述されている。しかしながら、二次センサーは、導電率の補償を可能にする任意の形態のセンサーであることができる。例えば、二次センサーは、混合前に又はポンプからの廃棄物の流れで（すなわち、固体が濾過により除去されている場所で）混合物質の一成分の導電率を測定するように配置された単純な導電率センサーであることができる。或いは、導電率測定が行われる前に全ての固体粒子を除去することを可能にするバイパスパイプ又は重力分離パイプにおいて、導電率センサーが液体導電率を測定することができる。
【０１４７】
また、二次センサーの使用は任意である。一部の用途では、較正補償を行うのに更なる温度及び／又は導電率の測定が必要とされないように、環境条件が十分に安定し且つ／又は十分に分かっていてもよい。同様に、一部のシナリオでは較正補償ステップ自体を省略することができる。例えば、基準データが測定条件を表していると考えられる場合、較正補償は必要ない。
【０１４８】
本明細書に記載されるシステムは、電流源６及び電圧モニター７を有するものとして記載されている。電流源６は、通電源の一例である。電圧モニター７は、モニターの一例である。しかし、当然のことながら、任意の適切な形態の通電源を任意の適切な形態のモニターと組み合わせて使用することができる。通電源は、適切な信号を生成して物質２に注入することができる任意の供給源であることができる。例えば、通電源は、それによって供給される電流が測定中に監視される電圧源であることができる。
【０１４９】
通電及び測定は、一般に電極対に加えられ、電極対の間で行われると記載されている。しかし、当然のことながら、共通の基準電極又は複数の電極に関して通電及び測定を行うことができる。また、連続した測定が記載されているが、複数の測定を並行して行うことができる。共通の基準電極を使用する場合、わずか３個の電極を使用することができる。
【０１５０】
上記の方法は、単一の瞬間にパイプ３内の物質の密度を表す単一の測定値を生成する。しかしながら、この測定の精度を向上させるために、いくつかの測定を行い、時間平均を計算することができる。時間平均を用いることにより、乱流に起因するような変動の影響を低減することができる。必要に応じて、任意の好都合な数のサンプルを平均することができる。
【０１５１】
また、パイプ内の物質流量に応じて、密度測定値と流量を示すデータとを組み合わせることによって、質量流量又は固体流動を推定することが可能である。いくつかのこのような測定値を積分することにより、所定時間内に輸送された固体成分の全質量を推定することができる。
【０１５２】
すなわち、単に任意の所与の時点におけるパイプの領域内の物質の静的密度を示すデータを生成するのではなく、パイプの単位面積当たりの固体流量又は質量流量を決定し、産業システムの効果的な監視及び制御を可能にするために本明細書に記載された技術を利用することができる。
【０１５３】
浚渫における用途に加えて、他の産業上の利用において密度液体／固体混合物を測定するために本発明の実施形態を使用することができる。例えば、密度測定装置を鉱物処理プラント内で使用することができる。このような装置において、パイプ及び関連するＥＩＴセンサーは、特定のプロセスに適した直径を有することができる。例えば、パイプ及びセンサーの直径は１００から３００ｍｍであることができる。電極の寸法は、縮小されたセンサー直径に合わせるために調整される。鉱物処理プラント内では、様々なプロセス段階の間で質量流量を知ることによって、重要なプロセス制御情報が提供される。このため、正確な密度測定により、例えば重要な鉱石成分を要求される質量流量で供給することを確実にすることによって、プロセスのスループットを管理することが可能になる。ある成分の供給を、例えば、測定された密度に基づいて増減させることができ、所定の質量流量又は全質量又は成分が供給されることを可能にする。
【０１５４】
鉱物処理プラント内の代替的な実施例では、特定のプロセス段階が、フロス浮選によって物質を濃縮することができる。特定の金属鉱石を濃縮してフロス生成物（すなわち、高曝気スラリー）を形成することができる。密度測定装置は、フロス生成物内の鉱物成分の正確な濃度測定値を提供することができ、フロス浮選プロセスの有効性に関して重要な情報を収集することを可能にする。当然のことながら、鉱物精錬プロセスを操作する場合、浮選フロス内の固体成分が単一の鉱物種（例えば、特定の金属鉱石）であり、その結果、その鉱物を表す単一の密度値を上記の計算に使用するできる可能性がある。
【０１５５】
本発明の実施形態は、関心領域内の物質のスラリー密度を示すデータを生成するために使用されるものとして上述されているが、当然のことながら、このようなデータは、スラリー密度の正確な表示、或いはスラリー密度の推定値であり得る。特に、一部の利用環境ではスラリー内の構成材料の密度及びこのような構成材料の分散状態に関する正確なデータが利用可能であるが、他の環境ではこのようなデータが利用できないことがある。従って、当然のことながら、特定の量（例えば、構成材料の密度）を表すと考えられる様々な推定及び仮定に基づくスラリー密度の推定値を生成するために、本明細書に記載される技術を使用することができる。
【０１５６】
例えば、上記の式（２）で提供されるような固体成分及び液体成分の密度ρsolid、ρliquidは、関連する量の正確な表示であり得るが、それらはまた推定値でもあり得る。また、特定の固体成分がスラリー内に均等に分布していると仮定することができるが、例えば集合又は凝集のために、特定の固体成分が不均一に分布している可能性もある。このような不均一な分布の結果、計算された密度値が、実際のスラリー密度の正確な表示ではなく、推定値としてしか適していない可能性がある。
【０１５７】
従って、正確な密度値を生成するためには、正確な成分濃度、導電率、及び分布情報が必要とされ得るが、このような入力データの精度が利用できない場合、密度の推定値を生成することができる。また、異なるスラリーサンプルから又は異なる時間に生成された推定値を比較することによって、有用なプロセス情報を提供する相対密度又は密度変化を生成することができる。
【０１５８】
関心領域（例えば、パイプ）が部分的にスラリーで満たされている場合、スラリー密度の大きさを決定しようとする際に更なる課題に直面する可能性があることが理解されるであろう。例えば、固体の領域と気体の領域の導電率値は類似している可能性があり、その結果、気体の領域と固体の領域を区別することが困難になる。また、スラリーと気体との間に界面領域が形成されている場合、この界面は、相の混合物（例えば、泡沫）を含むことがあり、このような領域の導電率値の分析は、例えば気体と固体の類似の導電率値の結果として、誤った密度を示す可能性がある。
【０１５９】
このような課題は、スラリーが実質的に水平なパイプに沿って通過する重力供給搬送システムなどのシステムに特に関連し得る。図６は、このようなパイプ内の流れの断面を概略的に示す。流れ内の第１流れ領域「ａ」は、主にスラリー（すなわち、液体中に懸濁した固体粒子）で構成される。第２流れ領域「ｂ」は、主に気体（例えば、空気）で構成される。第３流れ領域「ｃ」は、第１領域と第２領域との間に存在し、固体、液体及び気体の混合物で構成される。流れ領域ｃは、泡又は泡沫を含む場合があり、且つ／又は上澄み領域又は界面領域と称することができる。
【０１６０】
図７ａ及び７ｂは、上述の技術を用いてＥＩＴセンサーによってパイプから収集された導電率データの表示を示す。パイプ内の領域は、３１６個のサブ領域又は画素によって表され、各サブ領域は、それに関連する単一の数値を有する。同じデータが図７ａと図７ｂの両方に示されており、図７ａの各サブ領域はデータ値に従って陰影付けされ、一方、図７ｂは単にデータ値を示している。数値は、例えば、関連するサブ領域内の物質の導電率値であることができる。領域内に導電率データのばらつきがあることが分かる。
【０１６１】
画像の第１流れ領域Ａは、一般に、液体と固体の混合物（すなわち、スラリー）を含むパイプ内の流れの領域に相当する。図７に示す画像は、パイプの最下部が画像の右上部分にある流れ領域Ａによって表されるように、データが収集されたパイプの方位に対して回転されていることに留意すべきである。
【０１６２】
画像の第２流れ領域Ｂは、画像の左下部分を占め、概ねパイプ内の空気の（すなわち、固体濃度がない）領域に相当する。
【０１６３】
画像の第３流れ領域Ｃは、流れ領域ＡとＢとの境界を占め、画像の左上から右下側に広がっていることが分かる。この流れ領域Ｃは、液体中に気体、液体、及び固体が存在する場合に界面を表す。流れ領域Ａ、Ｂ及びＣの境界を正確に定めることは困難であるが、当然のことながら、少なくとも一般論として、それらは図６に示される流れ領域ａ、ｂ及びｃに相当すると考えることができる。
【０１６４】
また、（図７に示す）画像内の各サブ領域に関連する導電率データは、ＥＩＴセンサー４によって得られた測定値から導き出すことができるが、当然のことながら、場合によっては、これによりそのパイプ内の物質の特定の特性に関する正確な情報を生成することが可能にならない。例えば、低い導電率が固体の存在又は気体（例えば、空気）の存在のいずれかを示す可能性がある場合、導電率データから直接、固体の体積濃度、ひいてはスラリー密度を決定することは不可能である。このため、上記のような様々な流れ領域Ａ、Ｂ、Ｃを識別し、導電率データと組み合わせて流れ領域Ａ、Ｂ、Ｃを示す情報に基づいて濃度データを生成する技術が開発されている。
【０１６５】
例えば、流れ領域Ｂ（すなわち、空気）に含まれるサブ領域を特定することによって、そのサブ領域内の固体の見掛けの濃度は、誤っているものとして無視することができる。また、流れ領域Ｃ（すなわち、界面）に含まれるサブ領域を特定することによって、そのサブ領域内の固体の見掛けの濃度を、その領域内の固体濃度のより正確な測定値を表すと考えられる値によって拡大縮小することができる。最後に、流れ領域Ａ（すなわち、スラリー）に含まれるサブ領域を特定することによって、そのサブ領域内の固体の見掛けの濃度を、そのサブ領域内の固体の濃度の正確な表示として扱うことができる。
【０１６６】
図８ａ及び８ｂは、図７ａ及び７ｂに示すデータに基づいて生成されるマスクを示す。図８ａ、８ｂのマスクでは、サブ領域にそれぞれ０、０．２又は１の値が割り当てられている。同じデータが図８ａと図８ｂの両方に示されており、図８ａの各サブ領域はデータ値に従って陰影付けされ、一方、図８ｂは単にデータ値を示している。流れ領域Ａに属すると特定されたサブ領域には、値１が割り当てられている。これらのサブ領域に関連するデータは、係数１によってスケーリングされ、従って、そのサブ領域内の固体の濃度の正確な表示であるものとして扱われる。
【０１６７】
流れ領域Ｂに属すると特定されたサブ領域には、値０が割り当てられている。これらのサブ領域に関連するデータは、係数０によってスケーリングされ、従って、そのサブ領域中の固体の濃度の正確な表示ではないものとして扱われる。
【０１６８】
流れ領域Ｃに属するものとして特定されたサブ領域には、値０．２が割り当てられている。これらのサブ領域に関連するデータは、係数０．２によってスケーリングされ、従って、そのサブ領域中の固体物質の真の濃度の過大表示として扱われ、それに応じて縮小される。
【０１６９】
図９ａ及び９ｂは、図８ａ、８ｂのマスクによってスケーリングされた、図７ａ及び図７ｂによって示されるデータの表示を示す。同じデータが図９ａと図９ｂの両方に示されており、図９ａの各サブ領域はデータ値に従って陰影付けされ、一方、図９ｂは単にデータ値を示している。３１６個のサブ領域の各々は、それに関連する単一の数値を有し、この数値は、図７ａ、７ｂのデータに基づくが、そのサブ領域が流れ領域Ａ、Ｂ又はＣのいずれに分類されるかに応じて、０、０．２又は１を乗じたものである。
【０１７０】
サブ領域の各々に関連するデータが適切にスケーリングされる（又は実質的にゼロ倍率によって除外される）と、有効平均濃度を導き出すことができる。すなわち、非ゼロの各導電率値の数値平均を取ることによって、流れ領域Ａ及びＣ内の物質の平均導電率を表す値を導き出すことができる。（先により詳細に説明したように）液体中の固体の導電率と体積濃度との間によく知られた関係がある場合、平均導電率の値は、流れ領域Ａ及びＣ内の固体の体積濃度を示すと考えることができる。
【０１７１】
また、非ゼロのサブ領域の数（すなわち、流れ領域Ａ及びＣ内のサブ領域の数）を知ることによって、パイプ全体内の固体物質の平均体積濃度を表すように平均導電率を拡大縮小することができる。
【０１７２】
次に、図６から９を参照して上述した処理について、制御装置８上で実行されるプロセスを示す図１０を参照してより詳細に説明する。
【０１７３】
処理はステップＳ１０で開始し、ここでパイプ内の物質２の導電率に関する導電率データを得る。得られたデータは、例えば、図７ａ、７ｂに示すように、各々がパイプ内のサブ領域に関連する導電率値のセットの形態をとる。
【０１７４】
処理は次にステップＳ１１に進み、ここで得られたデータを処理して水平プロファイルと垂直プロファイルを生成する。水平プロファイルは、得られたデータ内の各データ列の数値平均を生成することによって生成されることができる。
【０１７５】
図１１ａは、パイプ内の様々な領域における導電率を示す（図７から９の異なるデータセットに基づく）例示的な強度プロットを示す。図１１ｂは、図１１ａのデータに基づく水平プロファイルのプロットを示す。縦軸は、パイプを横切る各水平位置（横軸）における平均強度（縮尺通りではない）を示す。図示のプロットでは、導電率プロファイルはパイプの中心の右側にわずかにピークを有することが分かる。水平プロファイルは、界面流れ領域Ｃの形状を表すと考えることができる。
【０１７６】
また、垂直プロファイルは、得られたデータ内の各データ行の数値平均を生成することによって生成されることができる。図１１ｃは、このような垂直プロファイルのプロットを示す。横軸は、パイプを横切る各垂直位置（縦軸）における平均強度（縮尺通りではない）を示す。図示のプロットでは、導電性プロファイルは、パイプの下から上に向かって約１／６の位置でピークに達し、パイプの底部に向かって僅かに減衰し、パイプの頂部に向かって著しく減衰していることが分かる。垂直プロファイルは、界面流れ領域Ｃの位置を表すと考えることができる
【０１７７】
処理は次にステップＳ１２に進み、ここで様々な流れ領域を識別する。すなわち、ステップＳ１１で生成されたプロファイルは、パイプ３内の流れ領域Ａ、Ｂ及びＣの識別を支援するために使用される。例えば、ピーク導電率の位置を考慮することにより、界面領域（流れ領域Ｃ）の位置を決定することができ、この位置の両側の領域がそれぞれスラリー領域（流れ領域Ａ）及び空気領域（流れ領域Ｂ）として特定される。スラリーは（重力のために）パイプの下部を流れ、一方、空気は一般にパイプの上部に見られるという事前知識を前提として、界面領域の下方及び上方の流れ領域をそれぞれスラリー（流れ領域Ａ）及び空気（流れ領域Ｂ）として特定することができる。
【０１７８】
また、当然のことながら、場合によっては、界面領域がパイプ内で正確に水平に広がっていない場合があり、且つ／又は流れ領域Ａの中心がパイプの中心に位置していない場合がある。生成されたプロファイルは、あらゆるこのような偏差を考慮に入れることを可能にする。
【０１７９】
界面領域の範囲及び位置は、既知の流れパターンに基づいて決定されることができる。すなわち、実験データを使用して、所与の物質及び条件のセットに対して予想される流れパターン又は基準パターンを生成することができる。垂直プロファイルと水平プロファイルの使用により、得られたデータと基準パターンとの比較、及び各流れ領域の識別が可能になる。
【０１８０】
一部の実施形態では、界面領域は、例えば、ピーク導電率の位置に又はプロファイルの変曲点に中心があると判定されることができる。また、界面領域の範囲は、ピーク導電率の所定のパーセンテージ内の導電率を有するピーク導電率領域の周りの領域であると判定されることができる。
【０１８１】
当然ながら、得られたデータは、任意の特定の軸系に対して回転させることができることが理解されるであろう。従って、水平プロファイルと垂直プロファイルに関する分析を可能にするために得られたデータを回転させることができる。実際、図７から９に示したデータは、垂直／水平軸系に対して約１２０度回転されている。一方、任意の好都合なプロファイル又は座標系（例えば、動径座標、極座標、動径プロファイル、及び極プロファイル）を用いることができる。
【０１８２】
また、当然のことながら、上述の技術は、３つの層を有する層状流を有するシステムでの使用に限定される必要はない。他の数の層を有する流れシステムも、この技術の利益を享受することができる。同様に、層状流を示さないシステムもこのように処理することができ、何らかの方法で特徴付けることができる安定した流れパターンが存在し、パイプ又は他の関心領域内に相異なる流れ領域又は相異なる部分を有するならば、例えば基準パターンとの比較によって、これらの流れ領域の各々に適切な重み付け又は倍率を与え、識別することができる。
【０１８３】
ステップＳ１２で流れ領域を識別すると、処理はステップＳ１３に進み、ここでフローマスクを生成する。図８ａ及び８ｂを参照して上述したように、フローマスクは、各サブ領域にパイプ内の真の濃度に対するそのサブ領域の寄与を表す値が割り当てられたデータセットを含む。各流れ領域Ａ、Ｂ及びＣ内のサブ領域に割り当てられた値（倍率）は、本実施例ではそれぞれ、１、０及び０．２である。しかし、当然のことながら、これらの倍率は、特定のフローシステムの性質を反映するように選択されることができる。すなわち、様々な流れ領域の識別と同様に、倍率は実験データに基づいて決定されることができる。
【０１８４】
ステップＳ１３でフローマスクを生成した後、処理はステップＳ１４に進み、ここで得られた導電率データにフローマスク（及びその構成要素である倍率）を適用する。図９ａ及び９ｂを参照して上述したように、このステップの出力は、各サブ領域が現在そのサブ領域に関連する単一の数値を有するデータセットであり、この数値は、得られた導電率データに基づくが、フローマスクに基づく適切な倍率を乗じたものである。
【０１８５】
処理は次にステップＳ１５に進み、ここで導電率データを体積濃度データに変換する。このプロセスは、例えば、図４（及び特にステップＳ６）を参照して上述したように実行されることができる。当然のことながら、マスクの適用の結果としてゼロの導電率値を有するサブ領域にゼロの密度値が割り当てられる。
【０１８６】
処理は次にＳ１６に進み、ここでパイプ内の全領域について平均濃度値を導き出すことができる。例えば、非ゼロの濃度値（すなわち、流れ領域Ａ及びＣ内のサブ領域内の数値）のそれぞれの数値平均を取ることによって、それらの流れ領域内の物質の平均濃度を表す値を導き出すことができる。
【０１８７】
処理は次にステップＳ１７に進み、ここで流れ領域Ａ及びＣが占めるパイプの割合に基づいて平均濃度値を補償する。すなわち、パイプ内のサブ領域の総数の割合としてのマスク内の非ゼロのサブ領域の数に従って平均濃度値を拡大縮小することにより、既知のパイプ直径又は幾何学的形状に基づいて濃度値を正規化することができる。最後に、ステップＳ１８でこのような濃度値を（比重データと組み合わせて）更に処理して、パイプ２内の物質の密度を示すデータを生成することができる。この場合も先と同様に、このような処理は、先により詳細に説明されている。
【０１８８】
当然のことながら、図１から５を参照して上述した処理のいずれかを、図１０の処理と組み合わせて実行することができる。また、上述した様々な処理ステップは、異なる順序で実行されることができる。例えば、プロファイルの生成（Ｓ１１）、流れ領域の識別（Ｓ１２）、及びマスクの生成及び適用（Ｓ１３及びＳ１４）は、これらの処理ステップを実行する前に実行される濃度への変換を伴って、導電率データではなく、濃度データに対して行うことができる。同様に、濃度への変換は、後の段階で（例えば、ステップＳ１６で空間平均を行った後に又はＳ１７で補償を行った後にでも）行うことができる。
【０１８９】
より一般的には、パイプ内の流れのより正確な表示を生成することを可能にするために、図１０の処理を導電性データ及び／又は濃度データと組み合わせて使用することができる。具体的には、流れ領域の識別、及び識別された流れ領域に基づく倍率の使用は、特定の領域が誤った方向に導く出力データをもたらす可能性のある場合にそれらの領域を無視することができるように、任意の形態のトモグラフィーデータに適用することができる。このような技術は、空気領域がパイプライン内に存在することが分かっている特定の用途を有する。
【０１９０】
当然ながら、上記のような関心領域内の様々な領域の識別は、ＥＩＴセンサー４以外のソースから受信されたデータに基づくことができることが更に理解されるであろう。例えば、サブ領域の識別は、他の形態の密度測定装置、ＥＲＴ／ＥＣＴセンサー、又はより一般的には関心領域内の複数のサブ領域における物質の特性を示すデータを生成する任意のシステムから受け取ったデータに基づくことができる。
【０１９１】
様々なプロセスが制御装置上で実行されるものとして上述されているが、これらのプロセスは代わりに任意の適切な形態の処理装置によって実行され得ることが理解されるであろう。また、上述した処理は、互いに通信するように配置された複数の処理装置によって実行されることができる。例えば、処理の一部がＥＩＴセンサー４と関連する処理装置によって実行されることができ、一方、処理の他の一部がＥＩＴセンサー４から離れた別の処理装置によって実行されることができる。同様に、処理は、リアルタイムで（すなわち、データがＥＩＴセンサーによって取得されるときに）、又は記憶されたデータに対して後で実行されることができる。
【０１９２】
当業者には、本発明は単なる例示として記載されており、本発明自体は特許請求の範囲によって定められることが理解されるであろう。特許請求の範囲に定められる本発明の範囲から逸脱することなく、上述の例示的な設計に多くの修正及び変形を行うことができる。例えば、様々な構成要素の正確な形状、構成及び寸法は、変更することができる。
【０１９３】
記載及び図示された実施形態は例示的なものであって限定的なものではないとみなされるべきであり、好ましい実施形態のみが図示及び記載されていること、及び特許請求の範囲に定められた本発明の範囲に入る全ての変更及び修正が保護されることが望ましいことが理解される。特許請求の範囲に関して、「１つの」又は「少なくとも１つの」などの単語を使用して特徴を前置きする場合、特に特許請求の範囲と反対に記載されていない限り、特許請求の範囲を１つのこのような特徴に限定する意図はない。用語「少なくとも一部」及び／又は「一部」が使用される場合、特にそれとは反対に記載されていない限り、項目は一部及び／又はその項目全体を含むことができる。
【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９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【国際調査報告】
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