用于表征存在于液体中的固体物质的设备和方法

摘要

本发明涉及用于用管线上或管线内传感器测量诸如纸浆的实体的粘着性的设备、系统和方法，所述管线上或管线内传感器具有透明板，所述透明板具有粘性颗粒可以附着的表面。附着的颗粒被板后面的摄像头识别。摄像头被聚焦以检测附着在表面上的静止的颗粒。测量直接从工序流中或者从旁流中被执行，并且不需要为了测量将板从工序中移除。板的材料可以是塑料，诸如聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。另外，流速在测量位置可以被保持为低速，例如<0.1m/s，并且/或者在测量处或其附近可以存在流的停滞点，在所述停滞点流速接近零。

说明书

技术领域

本发明涉及用于测量存在于液体中的固体物质的沉积性能(例如 在表面上沉积的趋势)的方法和设备。所述方法和设备特别适合用于 测量含有诸如纸浆纤维的固体物质的水性流体中的颗粒污染物的沉 积性能。举例来说，方法和设备可以例如从实体馈给的旁流中按照管 线上(on-line)安置方式被实现，或者从主实体流中作为管线内(in-line) 测量被实现。

背景技术

通常，了解存在于含有固体物质的液体中的固体物质在表面上形 成沉积的趋势是重要的。这也可以被认为是实体的沉积性能，例如实 体中的固体物质在表面上形成沉积的相对趋势。另外，这有时候被讨 论为实体的粘着性、或者粘性、或者沉积性能。这在造纸工业中以及 在某些其他含有具有固体物质的液体例如冷却水的化学制造工序或 系统中是特别重要的。特别地，了解或者估计存在于液体中尤其是在 水性实体中的固体物质或固体污染物的沉积性能通常很重要。在纸张 或纸板制造工序中就是这样的。固体物质的沉积性能可以例如通过在 测量期间在表面上沉积的颗粒数、沉积颗粒的尺寸、在某些尺寸分组 中的沉积颗粒的数量、被沉积颗粒覆盖的测量表面的面积、或者它们 的任何组合被表征。沉积颗粒通常是疏水性质的。

胶粘物是不同的粘合剂，所述粘合剂与再生纤维一起进入纸张制 造工序。举例来说，这些粘合剂可以是热熔胶、压敏粘合剂、信封胶、 万能胶、纸张涂料粘合剂、和/或打印墨水粘结剂。胶粘物形成或源自 于再生纸张或纸板。胶粘物的典型成分是或包括例如：丙烯酸酯、聚 乙酸乙烯酯、和/或乳胶、或者再生纤维中的任何聚合材料。另外，源 自于机械纸浆或化学纸浆的木沥青可以引起粘着性。胶粘物在造纸机 织物、箔、圆网和压延辊上是粘性的。它们可以是以清洗停工和纸网 断裂(web break)的形式造成重大生产损耗的原因。在其他工业水中， 含有可沉积的、通常是疏水性的固体物质的流也可以在工序中引起问 题。

实体中的很大一部分胶粘物可以在脱墨车间中或者在OCC(旧瓦 楞纸箱)车间中的再生纤维处理中被机械地移除。任何剩余的胶粘物 可以被化学手段控制。举例来说，粘性颗粒的表面可以用使它们粘性 更小的化学制品被钝化。粘性颗粒也可以用分散的化学制品保持小尺 寸，或者它们可以用固定剂或固位剂化学制品被固定于纤维表面。因 此，为了手动地和/或自动地控制工序和用于降低或减轻胶粘物的化学 制品添加物，包括化学制品的选择，了解纸浆的粘性如何是很重要的。

通常通过描述这样的实体的粘着性来估计胶粘物的沉积趋势。现 存的用于测定这样的实体或颗粒材料的粘着性的方法要求从生产工 序中提取样本，所述方法包括板测试和曝气测试。

存在几种标准化的大胶粘物测量方法：TAPPI方法T277(TAPPI 1999)、INGEDE(国际脱墨工业协会)4号方法、以及依据国际标 准化组织(ISO)基于筛选和或是视觉检查(ISO15360-1:2000)或是 图像分析(ISO15360-2:2001)的方法。这些方法或者略微不同的方 法在工业和研究中被广泛使用。

大多数测量大胶粘物的数量的实验室方法或是基于手抄纸制造 (handsheet making)或是基于通过100或150μm的狭槽对纸浆的 筛选。在这些预处理之后是将胶粘物、背景、或者这两者一起染色以 使背景和胶粘物之间具有更大的对比度。胶粘物进而被量化为面积 (mm²/kg)或者按每千克干纸浆的胶粘物数。虽然在由图像分析所分 析的大胶粘物和用DCM抽取所分析的筛选不良品与用FTIR对胶粘物 的量化之间存在很好的相关性，但是大胶粘物测量并不总是与造纸机 上的沉积问题相关。

用于测定存在于液体中的固体物质在表面上的沉积趋势的现有 方法存在实质局限。例如，随着固体物质流过生产工序，没有现存方 法允许对其沉积性能的连续测定。因此，存在对于能够以连续方式尤 其是管线上方式测定固体物质的沉积性能的方法或设备的需求。

用于测定存在于液体中的颗粒固体物质的沉积性能的现有方法 的进一步的局限是要被连续地或以管线上方式测量的工序流必须在 测量之前被分离。也就是说，要被分析的颗粒污染物必须在测量之前 从样本中被分开。

用于评估实体的沉积性能的现有方法的另一个局限是对于从生 产工序中移除样本的必要性。移除样本、或者在板测试的情况下移除 已经被暴露于实体的板、以及将样本传送到远程测试位置的工序既使 用资源又使用时间来测定粘着性。这不仅通常是无效率的，而且可以 意味着在取样和测试之间所经过的时间期间，不想要的数量的有瑕疵 的实体被允许通过样本现场。

一个或更多的上面所提到的局限在当前可用的用于测量存在于 纸浆和纸张制造系统中的颗粒污染物的沉积性能的测量设备和方法 中被见到。

就测定实体的粘着性或沉积性能而言，不同的生产工序和实体需 要不同程度的准确性和实效性。因此，存在对于能够快速测定流体实 体的沉积性能而无需为了远程分析移除测量板的设备或传感器的需 求。

发明内容

本发明的目的是提供能够测定存在于液体尤其是水性实体中的 固体物质的沉积性能特征的方法和设备。

本发明的某些实施例的目的是提供用于对存在于液体中尤其是 在水性实体中、尤其是在工序流或一部分工序流中的固体物质的管线 上沉积性能测量的方法和设备。

本发明的某些实施例的目的是提供用于对含有固体物质的水性 实体的管线内沉积性能测量的方法和设备。

对实体的沉积特征的测定是基于对来自至少一定量的部分实体 的在表面上的沉积物的测量。举例来说，诸如颗粒、纤维或胶粘物的 沉积物提供了用于测定固体物质的沉积特征的基础，所述沉积物存在 于沉积表面上并且能够在测量期间被成像设备捕获。

通过如权利要求1所定义的用于测定固体物质的沉积性能的新设 备的优点、如权利要求15所定义的用于测定固体物质的沉积性能的 系统的优点、如权利要求24所定义的用于测量存在于流体实体中的 固体物质的沉积性能的方法的优点、或者通过对根据权利要求1到14 或23中的任何一个所述的设备的使用的优点、对根据权利要求15到 23中的任何一个所述的系统的使用、或者对根据权利要求24到42中 的任何一个所述的用于控制加入工序中的化学制品的剂量的方法的 使用的优点，本发明的目的被完成。

本发明的某些实施例特别适合用于测量纸浆和纸张制造系统中 的实体的沉积特征。举例来说，这样的实体包括：纸浆、纸浆浆料、 纤维和/或颗粒的水悬液、工序水、白水等。作为示例，某些实施例在 测定基于混合型办公废物、旧新闻纸和/或旧杂志的脱墨纸浆的特征值 时被使用。诸如旧瓦楞纸箱或混合废物型纸浆的其他再生纤维级别也 适合用于这样的测定。某些实施例还适合用于测定源自于机械的或化 学的纸浆、或者其他类型的纸浆的沥青的沉积性能。

当测定所需的实体的沉积性能时，原始的实体可以首先举例来说 通过添加适当数量的流体或第二实体被稀释，并且改变的实体进而通 过测量设备。测量或基于对改变的实体的测量的特征可以被直接用于 测定原始实体的沉积性能，或者其可以与稀释实体的公知特性结合使 用以形成原始实体的沉积性能值。相似地。原始实体或者一部分原始 实体可以在测量之前被浓缩。原始的或稀释的实体也可以部分地包含 诸如天然气的空气。

所测量的工序流的水含量通常超过90％。

几个实施例在此被描述为包括槽室的设备，所述槽室被安置以便 要被测定沉积性能的实体可以通过。实体通常意指进入测量槽室的样 本，样本通常包括液体尤其是水溶液和固体物质。从以下的详细描述 中，技术人员将理解不同的适当的实体类型。固体物质可以包括被认 为是污染物(例如胶粘物)特别是颗粒污染物的固体物质、以及其他 固体物质(例如纤维、矿物颜料)。污染物固体物质可以是部分可溶 解的。然而，被测量的污染物固体在测量期间形成。槽室还包括透明 部分，至少一些实体在通过槽室的时候接触所述透明部分。随着实体 接触透明部分，来自固体物质的颗粒可以至少暂时地沉积于透明部 分。沉积可以是化学的或机械的。在大多数情况下，沉积更多的是化 学性质的。成像设备进而被安置以查看在透明部分上的沉积颗粒以便 实体或样本的沉积性能可以被测定。

根据本发明所述的设备、系统和方法特别适合于含有除了可沉积 的固体物质以外的其他固体物质的流体实体。其他固体物质优选地包 含纤维。

在某些实施例中，传感器对于实体的工序流被安置为管线内类型 的传感器，例如来自工序流的实体的整个流流过管线内传感器。

在某些实施例中，传感器对于工序流被安置为管线内类型的传感 器，所述传感器对于来自工序流的旁流也可以被认为是管线上类型的 安置方式。举例来说，样本或者连续地或者周期性地从主工序流中被 提取，并且被路由通过旁流。根据本发明所述的设备被安置在旁流中。 所述传感器对于旁流以管线内方式被安置。旁流穿过测量槽室。旁流 将流直接送至传感器，所述传感器允许具有对粘着性连续的管线上方 式的测量。在一些实施例中，通过传感器的流在测量位置被控制为低 的。在某些实施例中，流被安置从而存在流的停滞点以便流速在测量 点或测量点附近接近零。在某些示例中，流速可以是或者被安置以进 入受制于成像的位置<0.1m/s，或更具体地是<0.03m/s。

在成像周期期间，沉积的颗粒的一张或更多的图像被捕获。通常 成像周期的图像数据用图像分析被分析。

在某些实施例中，表面可以用间歇性淋浴被清洗。淋浴流可以是 压缩空气、水、清洗液体或它们的混合。另外，成像周期进而可以是 在清洗间隔之间从1s到10小时之间，更特别地是从10分钟到5小时。 在某些实施例中，成像周期进而可以是在清洗间隔之间从1s到2小时 之间，更特别地是从10s到2小时，或者更特别地是在1分钟到30 分钟之间。

附图说明

图1A示出了管线上设备，所述设备可以被连接到主流或者被连 接到旁流。

图1B示出了图1A的管线上设备的剖面图。

图2A示出了T形溢流道(flow-through)设备。

图2B示出了图2A的设备的剖面图。

图3示出了在工序流内设备的实施例。

图4示出了直接位于导管内的管线内实施例。

图5示出了带有具有不规则几何结构的槽室的设备的实施例。

图6示出了来自实施例的图像分析数据。当含有65％脱墨纸浆的 纸浆被使用时，对于两种颗粒尺寸分类，沉积颗粒数作为时间的函数 被示出。

图7示出了来自实施例的图像分析数据。当含有65％脱墨纸浆的 纸浆被使用时，对于两种颗粒尺寸分类，沉积颗粒对于总沉积面积的 相对面积作为时间的函数被示出。

图8示出了来自实施例的图像分析数据。当含有65％脱墨纸浆的 纸浆首先被使用并且被改变为100％牛皮纸浆时，对于两种颗粒尺寸 分类，沉积颗粒数作为时间的函数被示出。

图9示出了来自实施例的图像分析数据。当含有65％脱墨纸浆的 纸浆首先被使用并且被改变为100％牛皮纸浆时，对于两种颗粒尺寸 分类，沉积颗粒数作为时间的函数被示出。

具体实施方式

本发明的实施例10在图1A和1B中被示出。实体流18通过管道 17被馈给到槽室12中。在图1A中槽室12以管线内配置被示出。管 道17在生产工序中可以是主管道，或者它可以是用于另一个主流的 旁流的第二管道。槽室12包括空腔13，流通过所述空腔13。在图中 空腔被示为矩形，并且对比于进水口管道和出水口管道17在截面积 上更大。槽室12和空腔13的几何结构可以类似于液槽的几何结构， 可以变化很大并且不局限于矩形。另外，槽室12和/或空腔13的截面 可以是相同尺寸的、大致上相同尺寸的、或者大于进水口和出水口管 道的。不同的几何结构可以基于所需的操作条件被使用。在一些实施 例中包围空腔的槽室壁可以只部分地包围空腔，由此，空腔可以例如 是明渠。

在图1A和1B的实施例中，当实体流17从进水口管道18进入槽 室的空腔13时，流的截面积增加。因此，管18到截面更大的槽室12 的变宽提供了用于至少在成像区域的附近降低流体实体的流速的手 段。

槽室12的上部14的至少一部分是透明的/半透明的和/或实质上 无遮挡的，以便流经传感器的材料的至少一部分可以被成像设备16 捕获。槽室12的透明部分可以是丙烯酸、聚碳酸酯、塑料、玻璃、 或者任何如上面所述的其他适当的透明材料。透明在这里表示光可以 进入穿过透明材料。暴露于空腔的透明材料的表面，即沉积表面，应 该能够至少在暂时长度的时间内从实体流收集颗粒。虽然示图示出了 只有槽室12的上部14是透明的，但是槽室的任何其他部分都可以是 透明的，例如其侧面和底面、和/或槽室的一个或更多的额外部分可以 由相同的或相似的透明材料制成。另外，在成像设备和上部14之间 存在一个或更多的额外的层/材料，其应该至少是部分地透明/半透明 的，或者要不然在成像期间不完全遮挡成像设备。

在图1A和1B中槽室12被示为矩形，所述槽室12具有矩形的空 腔13和透明的上部14，所述透明上部14覆盖了空腔的整个上部。成 像设备16被安置位于透明上部14之上。成像设备16被安置以便它 能够透过透明部分连续的或不连续的聚焦到槽室里面的表面上或表 面附近，也就是说，聚焦到表面内或者聚焦到表面附近趋向空腔的一 段距离。摄像头的聚焦区域被调节到达到离透明表面0-300μm的距 离，优选地是0-150μm，或更优选地是0-30μm。成像设备16被安 置以便其能够连续的或不连续的聚焦到透明上部14的内部，也就是 说，聚焦到透明部分面向空腔的表面上或该表面附近。为了使诸如摄 像头的许多成像设备透过透明材料聚焦，例如聚焦到透明材料的内表 面上，材料必须具有实质厚度。透明材料14的必要的厚度基于成像 设备、附接于成像设备的适用的镜头的规格以及层14的材料被确定。 然而，成像设备应该能够连续地和/或不连续地监视任何变得沉积于沉 积表面即透明上部14的内表面的颗粒。

替选地，透明部分14可以在不是设备的上部区域中的其他地方 被提供，例如槽室的下部。颗粒在透明部分的表面上的沉积是由于其 他力，重力，任何。

成像设备16应该具有能够检测要被计数的所需的粘附颗粒尺寸 的分辨率。在许多应用中，例如在纸张生产工业中，具有大约0.7μ m/pix到20μm/pix、优选地是1…10μm/pix、优选地是1.5…5μm/pix 的图像分辨率的摄像头允许对具有超过2μm尺寸的颗粒的检测，这 在许多应用中是足够的。然而，成像设备的分辨率和选择可以根据需 要变化。

具有一致厚度并且没有曲率的透明上部14有助于对沉积于透明 部分14的内表面的颗粒的成像。透明部分的内表面面向空腔。出于 这个原因，具有恒定厚度并且被安置实质垂直于成像设备的一块平 的、矩形的透明材料在许多情况下效果很好。相似地，令透明部分14 的沉积表面到成像设备16是恒定距离在某些情况下可以是有好处的。 另外，虽然透明部分14被示为覆盖空腔13的整个上部，但是只需要 有足够的透明部分14以便足够的成像可以被获得。因此，只有面向 成像设备的槽室的一部分表面需要是透明的，例如以窗口安置方式。 在不脱离本发明的范围的情况下，其他几何结构和安置方式可以被实 施。

一个或更多的照明设备可以被安置在槽室内、槽室上、和或槽室 周围来帮助成像。在图1B中被安置在透明层14内的两个发光二极管 (LED)15被示出。一个或更多的被安置在透明材料内的LED对于 照亮整块材料以便内表面的图像可以容易地被获得效果很好。LED也 可以被安置在透明材料14的外表面或内表面上。其他照明源可以被 用作适用于为成像设备获得所希望的照明，所述其他照明源诸如传统 的白炽灯泡、卤素灯、有机LED、激光以及其他公知的照明源。照明 可以是连续的或者间歇性的。

此外，槽室的一个或更多的额外表面可以部分地或整体地由透明 的或半透明的材料制造。这样的表面可以包含照明元件并且/或者可以 允许光透过以便为照明设备提供光。举例来说，与成像设备和透明表 面14相对的表面可以是透明的并且允许光透过以有效地从背后照明 粘附于透明表面14的颗粒。

图2A和2B示出了本发明的“T”形实施例20。实体馈给27途 径导管26到槽室21中，并且通过在槽室的任意一侧上的导管28作 为馈给29退出槽室21。相似于实施例10，槽室21包括具有透明部 分23的空腔22。成像设备25被安置在透明上部23之外，所述成像 设备25能够捕获沉积于沉积表面上的颗粒的图像，所述沉积表面例 如暴露于空腔22的透明部分23的内表面。

在实施例20中，透明部分23被安置成与实体馈给进水口26相 对。基于这种安置方式，当实体馈给27进入空腔22并且通过左边和 右边的导管28被排出时形成了区34，在所述区34处流是或者几乎接 近于停滞区，所述停滞区至少暂时具有处于或接近0m/s的流速。成像 设备25被安置以查看在停滞区34周围的透明部分23的至少一部分 并且通常是更大的一部分表面或全部表面。相似于实施例10，可以存 在一个或更多的照明元件24。

在图2A和2B的实施例中，通过进水口管道26进入空腔22的流 27被分为两个出水口流29。将流分为两个出水口流可以允许在槽室 的空腔内至少在成像区域附近降低流体实体的流速。

在图2A和2B的实施例中，当实体流27从进水口管道26进入槽 室21的空腔22时，流的截面积增加。因此管26到截面更大的空腔 22的变宽提供了用于在空腔中至少在成像区域附近降低流体实体的 流速的手段。

在至空腔的进水口或自槽室的出水口中，流速可以超过发生在成 像区域的流速。在某些实施例中，在进水口和出水口处典型的流速小 于0.5m/s。

由于停滞区34在T形实施例20中的形成，冲刷槽室以便不时地 移除沉积的颗粒通常是必要的。本实施例中的槽室22因此被安装有 冲刷流体管线31和冲刷空气管线32。当槽室或至少沉积表面将要被 冲刷时，实体流被限制并且例如压缩空气的空气和例如来自纸张生产 工序用水的流体的组合从管线31和32被使用以冲刷槽室。冲刷的实 体进而可以通过导管28或馈给27、或者通过专用冲刷导管(未示出) 从槽室被移除。

尽管示出了用来冲刷系统的分离的流体和空气管线31和32，替 选的元件也可以被使用以冲刷槽室。举例来说，单一管线可以同时馈 给流体和气体两者，或者只馈给能够冲刷槽室的单一实体。流体可以 是水、用化学方法处理的水、化学实体、或者几乎任何公知的能够冲 刷槽室的实体。清洗透明层23的内表面的其他方法可以连同或代替 冲刷被使用，所述其他方法举例来说是诸如橡胶清洁器的机械装置。 因此无论有或没有实体流27的存在，清洗都可以被执行。

尽管实施例20被示为具有处于直角的进水口和出水口导管的“T” 安置方式，馈给进水口26的进入角度和/或馈给出水口28的退出角度 却可以是不同于直角的。此外，可以存在一个或多于两个馈给出水口。 通过安置另一个槽室以收集出水口流，出水口可以被安置以连续360 度地占据成像区域周围。如上面关于实施例10所讨论的，槽室和空 腔的几何结构和特征可以变化。

图3示出了在管线上、旁流安置方式中系统利用设备的实施例40。 主实体馈给管线41具有被调控装置42所控制的旁流管线43，所述调 控装置42例如阀门。当馈给实体的粘着性被测定时，调控装置42允 许馈给实体的至少一部分在一段时间内被引导通过到管线43。来自管 线43的实体馈给进而流到传感器槽室44中，实体馈给的沉积性能在 所述槽室44被测定。槽室44可以是如上面所描述的任何槽室，并且 在图3中被示为相似于图2A和2B的实施例20的“T”安置方式。

来自馈给实体的颗粒粘附于或沉积于槽室44的透明部分，并且 被成像设备46记录。成像设备46被连接到CPU48。来自成像设备的 图像可以被连续地或选择性地存储在CPU48的存储器中或者可被 CPU48存取的存储器中。CPU48包含存储在诸如硬盘驱动器、或者 可移除的暂时性或非暂时性媒介的计算机可读媒介上的程序，所述程 序能够分析来自成像设备的图像数据以测定实体馈给的沉积性能。 CPU48可以是任何公知的计算媒介，诸如PC、MAC、服务器、云服 务器、处理单元、PDA、成像设备自身的一部分等。成像设备可以具 有能够捕获尺寸<50μm、或更具体地<5μm、或者在一些情况下<150 μm或<100μm的颗粒的分辨率。

对实体的沉积性能的测定是基于对来自至少一部分或者一定量 的实体的沉积物的测量。特别地，本发明所述的设备和方法允许对沉 积性能的测定而无需对实体或样本的分离。举例来说，诸如疏水性颗 粒、胶粘物、沥青、源自于涂布损纸的粘合剂或其他颗粒的沉积物提 供了用于测定实体的沉积特征的基础，所述沉积物存在于沉积表面并 且能够在测量期间被成像设备捕获。

测定程序能够从被捕获的图像中测定代表值和/或特性。举例来 说，程序能够引起处理器执行通过任何公知的图像识别处理方法来计 数存在于成像中的颗粒数的步骤。例如，程序可以从几张图像计算平 均值或者可以比较几张图像以从结果中消除掉非附着的颗粒。通过忽 略在特定测量开始之前就存在于图像中的颗粒，累积于成像系统的尘 土可以从结果数据中被移除。

除了计数颗粒数以外，测定程序还可以被安置以测定每一个颗粒 和/或颗粒群的尺寸。此外，测定程序可以被安置以测定被沉积物、或 者某一种类和/或尺寸的沉积物所覆盖的测量区域的百分比。在一些时 刻，例如在测定之前，工序可以被安置以测定预定义的或基于软件的 灰度和/或参考图像，用于测量的被捕获的图像或多个图像被与所述参 考图像比较。这些值中的任何一个或者它们的任何组合都可以被单独 使用，或者被用作采样的实体、改变的实体或原始的实体的沉积性能 的基础。

举例来说，表征实体的沉积性能的值可以是颗粒的总数、颗粒的 平均数、被覆盖的表面面积的百分比、图像的平均灰度、色彩、或者 将一个或更多的所述示例值纳入考虑的算法的结果。算法也可以对颗 粒做分类以识别例如胶粘物、墨水颗粒、无机沉积物、沥青、纤维、 颜料、气泡、以及微生物的粘液。分类可以是基于例如形状、尺寸和 颜色。用于以最佳方式表征沉积性能的值可以取决于例如样本中的颗 粒的尺寸或类型。本领域的普通技术人员应该认识到在不脱离本发明 范围的情况下使用在此所描述的设备可获得的很多值和数量。

基于描述了从沉积表面分析出来的颗粒的测量所得到的值可以 像这样被使用，或者是与例如实体中的总固体含量有关。当测定所需 的实体的特征值时，原始实体可以首先举例来说通过添加适当数量的 流体或第二实体被稀释，并且改变的实体进而通过传感设备。改变的 实体的被测量的特性可以被直接被用于测定原始实体的相对特征值， 或者它可以与稀释的实体的公知特性结合使用以形成原始实体的特 征值。相似地，原始实体或一部分原始实体可以在测量之前被浓缩。

设备可以在不连续的或连续的模式下被操作。

当设备在不连续的模式下被操作时，图像的离散的颗粒计数可以 被获得并且被存储，这允许了测定程序在给定的时间为图像中的实体 分配离散的沉积性能值。当传感器在连续的或管线上的模式下被操作 时，那么在给定的时间周期内图像中颗粒的变化或者相对变化可以被 用来测定实体与处于先前的时间点的基准或实体相比的相对沉积性 能。这个值可以是指示性的或者被用来测定在一个或更多的时间段中 馈给的实体流的粘稠度值。在一个实施例中，颗粒可以按照它们的面 积、灰度和/或色彩被分类。此外，被沉积颗粒所覆盖的总面积可以被 用作测量值。另外，图像的平均灰度可以被用作测量值。

在连续模式的实施例中，沉积颗粒的累积速率可以被跟踪。在连 续模式的实施例中，沉积颗粒可以被跟踪而无需(停下来)冲刷或清 洗传感器或其表面。为了检测沉积颗粒的累积数量，检测静止的颗粒 是很重要的。通过从几张照片中提取灰度或色度平均的照片，或者通 过只检测在后续照片中出现在相同位置的颗粒，移动的颗粒可以被忽 略。沉积颗粒举例来说通过阈值或者用更先进的图像分析手段从没有 移动颗粒的照片中被检测。阈值可以根据情况被选择。其他颗粒检测 技术也可以替代地被使用。检测的颗粒被分类并且例如被计数。沉积 物的累积或累积速率可以在任何适合的时间周期被跟踪，在一些实施 例中是在更长的时间周期中被跟踪，例如从1到24小时，优选地是2 到8小时。在传感器内的流被随机地引导，这可以将颗粒更快地沉积 到表面上或者甚至可以将颗粒从表面释放。因此通常更长的时间周期 的跟踪被推荐。为了跟踪沉积颗粒的累积或累积速率，例如颗粒数或 沉积颗粒的总面积的斜率可以被计算。对于例如全体颗粒或者每个尺 寸分类的颗粒，这些值可以被计算。

来自槽室的实体馈给通过一个或更多的出水口导管45退出。在 相似于实施例20和图3中所示的槽室44的实施例中，存在冲刷装置 47，所述冲刷装置47被用来冲刷槽室和/或清洗槽室的成像表面。当 在不连续的模式下被操作时，冲刷一般将在实体馈给流停止时发生。 在冲刷装置是通过管线47馈给的流体和/或气体的实施例中，则冲刷 实体可以通过导管(多个导管)45退出槽室，并且可以通过控制阀门 51被转移到废物管线52。通过旁环路从主流41中提取的实体馈给或 者可以通过控制阀门49被再引入到主流中，或者它可以被返回到工 序的任何其他部分，并且/或者它可以通过废物管线52被丢弃。

如关于图3所描述的旁环路可以包含额外的阀门、控制器、导管、 一个或更多的水泵、和/或额外的传感器。此外，主管线41可以具有 根据本发明所述的额外的设备。举例来说，在控制阀门42之前可以 存在诸如由实施例10所描述的管线内设备或传感器。如果管线内传 感器检测到实体的粘着性的相对变化，那么为了更详细的和更准确的 管线上分析流的一部分可以立刻被转移到旁环路。

如在此所描述的传感器或设备以及系统和方法在纸浆和纸张以 及纸板生产工业中可以是特别有用的。举例来说，它们可以与测试混 合型办公室废物纸浆(MOW)、混合型废物(MXW)、脱墨纸浆(DIP)、 旧新闻纸纸浆(ONP)、旧杂志纸浆(OMG)、旧瓦楞纸箱纸浆(OCC)、 磨木纸浆(GW)、热磨机械纸浆(TMP)、漂白的化学热磨机械纸 浆(BCTMP)、涂布损纸、以及其他纸浆类型或含有这些的混合物一 起被使用。实体的典型的固体含量可以是0.3…12％，所述实体例如纸 浆。这是在纸浆存储塔和造纸机之间典型的粘稠度。有时候粘稠度可 以甚至是0.1到12％，例如在纸巾造纸机中。这也可以是用于测量的 适合的操作区域。对于旁流传感器，固体含量<4％是优选的。被分析 的纸浆可以是处于其原始的、加工的、正在加工的或稀释的形式。测 量也可以从白水或者从备料、制浆、纸张制造或纸板制造工序的过滤 水中被执行。在该情况下，固体含量通常<1％。优选的测量点可以是 造纸机短环路，在所述优选的测量点沉积容易成长为更大的尺寸。

测量设备还能够评估药剂、试剂以及其他化学制品对这样的纸浆 的沉积性能的作用，其他化学制品例如钝化剂、分散剂、表面活性剂 和固定剂。当根据本发明的设备在测量时，化学制品可以被用来修改 或降低相同的沉积物的数量。测量信息可以被用来调节化学制品(多 个化学制品)的剂量，从而用最低的或最优的化学制品消耗量达到足 够低的沉积趋势。化学制品剂量调节也可以用基于设备的测量结果的 控制系统被执行。控制可以是串联的、前馈的或其他可用的控制逻辑。

在诸如图3所描述的系统中，水管线(未示出)可以将水添加到 在槽室44之前的或在槽室44的入口处的转移流管线43中，以将实 体馈给稀释到所需的浓度。粘稠度测量设备可以在环路内的一个或更 多的点被添加，以测定原始的和/或调节的实体馈给粘稠度。在这样的 实施例中，转移的和稀释的实体馈给将很可能不被返回到主管线中。 因此，阀门49和将环路连接回到主管线41的相关的管线可以被移除。

举例来说，主管线中具有粘稠度是5％、优选地是4.8％的纸浆的 MOW DIP可以按原状被测试或者它可以被稀释。例如，在如关于图3 所描述的系统中，MOW DIP的沉积性能希望以常规的间隔被不连续 地测试。在1.5小时的周期期间，纸浆的沉积性能被测试8次。在确 定的或预先确定的时间，控制阀门42被打开以允许来自主管线的纸 浆沿着管线43行进到旁环路中。管线43中的纸浆可以首先经过测量 其粘稠度的传感器。

纸浆进而流向槽室44，并且在某一时刻可以向它添加水以将馈给 稀释到2％的粘稠度，所述水例如50摄氏度的自来水。被稀释的馈给 的粘稠度进而可以在进入槽室44之前被再次测量。实体进而被允许 流一段时间以允许粘性材料沉积于槽室44的丙烯酸板，所述一段时 间例如预先确定的5分钟。在所述一段时间之后，成像对于第二段时 间被执行，例如预先确定的2分钟。实体可以在成像周期期间流动， 或者它可以已经停止。在成像周期结束之后，控制阀门42限制或完 全制止流从主管线41到旁环路中，如果这不是已经被完成的话。实 体馈给进而或者被允许再进入主管线41，或者它被转移到丢弃管线 52。

在成像周期期满之后，冲刷装置冲刷槽室并且/或者清洗槽室44 的丙烯酸板。来自成像周期的数据被发送或者已经实时被发送，所述 数据被存储并且/或者立刻被CPU48分析。图像进而被分析以测定例 如在成像周期期间一张或更多被捕获的图像中沉积颗粒的数量、尺寸 和/或尺寸分布。当多张图像在成像周期期间被拍摄时，特别是在成像 周期期间存在流时，来自一张或更多的图像的结果被取平均并且平均 的数据被用来测定粘着性。

槽室也可以对主工序流开放，在这样的情况下提供了管线内测 量。槽室的一个功能是可以将流速降低到某一程度，在所述程度粘性 颗粒或颗粒具有在表面上沉积的趋势、可以至少在一段时间内附着或 沉积于成像表面、并且剩余流将不会在颗粒被测量前将它们擦除。然 而，特别在流速不是问题的情况下，用来减慢馈给的槽室可以是不必 要的。无论如何，为取代实际槽室，诸如主馈给管线的一部分管线、 管道或导管可以包含透明部分并且以在此所述的方式被安置。因此， 馈给进水口将是导管在透明部分之前的虚构部分，并且馈给出水口将 是导管在透明部分之后的虚构部分。导管在所述虚构部分之间的区段 将代表槽室。像这样，所述所定义的槽室内的空间将代表空腔。

这样的实施例的示例在图4中被示为示例60。导管61通常具有 非限制性的实体流62，所述导管61举例来说可以是含有纸浆实体的 主馈给管线。一部分导管被替换为透明材料64。如上面所描述的，成 像设备65相对于透明部分64被安置。

透明部分64可以形成导管(未示出)的内表面和外表面的一部 分以便导管是另外未修改的。在图4所示的示例性实施例中，存在插 入管63，所述插入管63向导管中突出一部分距离。插入管包含透明 部分64。另外，插入管可以轻微延伸穿过透明部分。该延伸段67可 以被用来在透明部分64周围的实体流62中创建想要的并且在很多情 况下是最小的扰动。延伸段67也可以起作用以局部地减缓导管中的 流速。因此延伸段67可以提供用于至少在成像区域附近降低流体实 体的流速的装置。该扰动可以促进颗粒的沉积，也可以阻止沉积颗粒 被综合流62冲洗掉。沉积颗粒被认为粘附于沉积表面。在一些情况 下，颗粒可以在成像的焦距内机械地沉积于表面或表面附近。

此外，清洗装置66在延伸的位置被示出。清洗装置66可以包括 喷嘴，所述喷嘴可以向透明部分的暴露的表面喷射诸如空气、水和/ 或化合物的实体以清洗沉积颗粒的沉积表面。清洗装置66可以是在 固定位置的，然而清洗装置也可以回缩以便它不会扰乱流62，并且当 想要清洗透明部分的所述表面时可以延伸。诸如那些关于冲刷装置所 描述的其他能够将粘附的颗粒从表面清洗掉的清洗装置或其他装置 可以被采用。

图5示出了本发明的进一步的实施例70。在相似于实施例10的 管线内安置方式中，槽室71被安置具有进水口导管72和出水口导管 73。槽室71具有凹陷74，所述凹陷74被安置在透明部分75之前。 如由虚线流线所示意的，凹陷在通过槽室的流中引起扰动以促进颗粒 粘附和测量。任何形式的收缩都可以被使用来代替凹陷。该扰动可以 在透明部分处或在透明部分周围引起涡流区。位于槽室内的凹陷和障 碍物的不同的安置方式和几何结构可以被用于该作用。槽室的收缩也 可以创建流的停滞点，由于在收缩之后流路的截面积再次增加，所述 停滞点可以加速颗粒向表面的沉积。

成像设备77被安置以透过透明部分捕获沉积于透明部分75的颗 粒。成像设备77被安置以被聚焦在成像的设备表面(沉积表面)， 或者优选地被聚焦在从沉积表面朝空腔方向的上至150μm、优选地 是上至100μm的距离，特别是在0到50μm之间。成像设备被安置 在空腔外以透过透明表面捕获图像。另外，如图中所示，几个照明设 备78被定位在成像设备周围并且在透明部分75外面。此外，第二透 明部分76被定位在透明部分75对面，所述第二透明部分76具有照 明源79，所述照明源79被安置以有效地从背后照明透明部分75和被 成像设备77捕获的图像。相似于图5，清洗装置81在不明显的、可 回缩的位置被示出。

示例1：

基于混合型办公室废物的脱墨纸浆(MOW-DIP)以及含有50％ 旧新闻纸和50％旧杂志纸的非脱墨再生纸浆(ONP-OMG)被用作测 试纸浆。另外，MOW-DIP用含有聚乙烯醇的通用去粘性化学制品被 处理。

纸浆的提取物含量通过在测试之前用四氢呋喃(THF)提取冻干 的纸浆样本被重量分析地测定。总提取物的聚合分数的份额通过使用 具有尺寸排阻柱的液相色谱法(HPLC-SEC)被测定。结果被计算为 mg/g干纸浆。

所使用的测量安置方式是T形液槽。液槽即成像区域由丙烯酸塑 料制成。纸浆馈给通过将再生纤维纸浆循环通过液槽被安置，所述纸 浆在泵环路中具有2％稠度，所述泵环路具有50升存储容器。在液槽 的出口处的流速近似地是0.1m/s。在一小时运行期间液槽被用水冲刷 8次，在每一次冲洗循环之后，5分钟的流被维持以允许纸浆的粘性 材料沉积在丙烯酸板上。因此成像周期是5分钟。在成像周期的结束 时一张图像被拍摄。

用于管线上成像的摄像头被安装在液槽盖上方。成像对于每个纸 浆样本被执行5-8次，并且透明板在重复之间被清洗。试验点的每张 图像的平均颗粒计数进而被计算。像素分辨率是2μm/pix，并且成像 区域近似地是2cm x1.5cm。此外，通过使用LED模块，水平照明被 实现。

表1

上表1中的结果示出了通过使用成像方法，评估纸浆样本的颗粒 污染物、以及污染物在测量之前没有被分离的样本的颗粒污染物是可 能的。此外，评估对样本的粘着性的化学作用是可能的。正如可以在 被处理的和未被处理的MOW-DIP之间清楚所见的，去粘剂(在水溶 液中含有9％聚乙烯醇的钝化化学制品)如所预期的降低了沉积颗粒 的数量。另外，具有更大数量的提取物和胶黏剂的ONP/OMG示出了 每张图像沉积的颗粒的更大的平均数。这展示了成像方法是有效测定 实体的相对沉积性能的快速方式。

根据实施例，用于测量存在于流体实体中的固体物质的沉积性能 的方法被提供。方法包括以下步骤：使实体流的至少一部分在第一段 时间内接触槽室面向槽室的空腔的透明部分的表面，所述槽室的透明 部分具有成像设备，所述成像设备被安置以捕获沉积于被实体流接触 的暴露的内表面的颗粒的图像；捕获一张或更多的沉积于槽室的透明 部分的所述表面的颗粒的图像；分析所述一张或更多的图像以至少部 分基于被捕获的图像测定所述固体物质和/或所述流体实体的值，所述 值是相对的或指示性的沉积性能值、成像颗粒的总数、在测量期间在 表面上的沉积颗粒数、在预定义的表面面积和/或时间段/图像数上取 平均的颗粒平均数、被覆盖的表面面积的百分比、沉积颗粒的尺寸、 某一尺寸分组中的沉积颗粒数、被沉积颗粒所覆盖的测量表面的面 积、成像的颗粒的灰度渐变和/或色彩、或它们的任何组合。

根据一个实施例，用于测定固体物质的沉积性能的设备被提供。 设备包括具有空腔的槽室，所述槽室具有至少一个透明部分、和至少 一个用于流体实体的至槽室的进水口和至少一个用于流体实体的自 槽室的出水口、以及被安置以捕获空腔内的空间和/或槽室的透明部分 的表面的至少一部分的图像的成像设备，所述表面在槽室的空腔中被 暴露。

在此所述的示例和实施例意在帮助示意本发明，并且无意作为限 制性示例。在不背离本发明的范围的情况下，本领域的技术人员可以 完成在此公开的特定的实施例和示例中的元件的很多变化和组合。此 外，在不背离本发明的范围的情况下，可以作出对本领域技术人员所 公知的但未在此公开的诸如槽室几何结构、构造、安置方式和尺寸、 和/或不同的成像和/或处理设备以及技术的修改。

示例2a

含有65％以混合型办公室废物(含有再生纤维胶粘物)为基础的 脱墨纸浆(MOW-DIP)和35％牛皮纸浆的纸浆混合物被用作测试纸 浆(查阅图6和7)。所使用的牛皮纸浆没有胶粘物。测试用生产规 模纸巾造纸机生产的卫生纸被执行。

测量槽室是T形液槽，液槽，并且由此的成像区域，由丙烯酸塑 料制成。来自造纸机的浓稠供应物被引导到旁流、被稀释并且连续被 引导通过测量槽室。在槽室的出水口处流速近似地是0.1m/s。

用于管线上成像的摄像头(1.4Mpix CCD摄像头)被安装在液槽 盖上方。像素分辨率是2μm/pix，并且成像区域近似地是2.9mm x 2.1mm。LED模块被定位于摄像头周围，和摄像头被定位的位置一样 在透明部分在同一侧。

液槽在测试期间不用被用水冲刷。在33分钟期间100张图像被 拍摄，由此，图像之间的时间是20秒。因此成像周期是33分钟。从 100张后续图像中，灰度平均图像被计算以从数据中移除移动的颗粒。 颗粒从平均图像中被计算机软件识别和计算。每成像面积的颗粒数和 沉积颗粒的相对面积被计算并且被绘制为时间的函数。在对颗粒的相 对面积的计算中，颗粒被假定是圆形的形式。例如所测定的对于全部 沉积物数量的曲线的斜率、或对于相对面积的曲线的斜率(分别是0.11 1/min或6.3mm²/(m²min))同样的，例如在所选择的时刻沉积颗粒的 数量或相对面积可以被用来估计实体的沉积性能。

根据本发明所述的设备、系统和方法可以被用于控制加入工序中 的化学制品剂量，其中化学制品能够修改存在于流体实体中的固体物 质的沉积性能。化学制品在某些实施例中可以是钝化剂、分散剂、表 面活性剂或固定剂、或者它们的组合。

固定剂的非限制性示例是具有低本征粘度(<4dl/g)的多胺、聚 二烯丙基二甲基氯化铵poly-DADMAC、阳离子淀粉、和阳离子聚丙 烯酰胺(PAM).

分散剂的非限制性示例是萘烷磺酸盐(naftalenesulphonate)、 顺丁烯二酸酐共聚物和丙烯酸共聚物。

钝化剂的非限制性示例是阴离子和非离子的表面活性剂、乙氧基 化脂肪酸醇和聚乙烯醇。

示例2b

在该实验中(查阅图8和9)另一种65％MOW-DIP和35％牛皮 纸浆的纸浆混合物被使用(图中MOW65％)。实验的设置在其他方 面相似于实验2a。在大约350分钟后，纸浆被改变为100％牛皮纸浆， 由此，成像的沉积颗粒数和它们在成像表面上的相对覆盖几乎保持恒 定。尽管牛皮纸浆没有粘性物质，还是可以有一些胶粘物存在于循环 水系统中和断纸系统(broke system)中。

沉积颗粒的累积率对于含有沉积颗粒的纸浆更高。例如，某些 时刻的值、或描述沉积颗粒数的曲线的斜率、或沉积颗粒在所分析的 成像区域上的相对面积可以被用来估计实体的沉积性能。这些值或任 何计算的值可以被这样使用以比较工序流的沉积性能，或者它们可以 与例如整个工序流的固体物质有关。