FI71018C - Foerfarande baserande sig pao ekolodning med ultraljud foer at foelja med banbildningen och/eller massasuspensionsstroe mmn pao en viradel och/eller i en inloppslaoda i en pappers makin och anordning foer tillaempning av foerfarandet samt vanendning av foerfarandet och/eller anordningen - Google Patents

Description

7101 8

Ultraäänikalkuluotaukseen perustuva menetelmä rainan muodostuksen ja/tal massasuspensiovlrtauksen seuraamiseksi paperikoneen viira-osalla ja/tai perälaatikossa, menetelmää soveltava laite sekä menetelmän ja/tai laitteen käytöt Förfarande baserande sig pa ekolodning med ultraljud, för att följa med banbildningen och/eller massasuspensionsströmmen pa en viradel och/eller i en inloppsläda i en pappersmaskin och anordning för tillämpning av förfarandet samt användning av förfarandet och/eller anordningen

Keksinnön kohteena on ultraäänikalkuluotaukseen perustuva menetelmä rainanmuodostuksen ja/tal massasuspensiovlrtauksen seuraamiseksi paperikoneen vilraosalla ja/tai perälaatikossa, jossa menetelmässä pe-rälaatikon virtauskanavan seinämän ja/tai muodostusviiran tai viirojen 5 yhteyteen järjestetään sarja ultraääniantureita, joilla massasuspensioon kohdistetaan ultraäänlkenttä ja havaitaan massasuspenslosta saatavia kaikusignaaleja.

Lisäksi keksinnön kohteena on myös keksinnön mukaista menetelmää sovel-10 tava laite.

Keksinnön kohteena on myös keksinnön menetelmän ja laitteen uudet käytöt.

15 On ennestään tunnettua mitata ultraäänikalkumenetelmällä paperikoneen vilraosalla viiran päällä olevan massakerroksen paksuutta sijoittamalla anturikide viiran alle, jolloin viiran alapinnassa oleva veslkalvo toimii akustisen kontaktin antajana. Tämän tunnetun tekniikan osalta viitataan hakijan suomalaisiin patentteihin n:ot 35 621 ja 35 622.

20

Ennestään tunnetaan ns. akustisiin linsseihin perustuvia akustisia mikroskooppeja, joiden rakenteen ja toimintaperiaatteen osalta viitataan esimerkkinä artikkeliin Scientific American, Oct. 1979 "The Acoustic Microscope", Calvin F. Quate, ss. 58-65.

25 2 71018

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on kehittää uusi ultraäänikaiku-luotaukseen perustuva menetelmä ja laite sekä näiden käytöt, joilla saadaan informaatiota esim. perälaatikossa virtaavasta massasuspensiosta tai viiran päälle tai kahden viiran väliin muodostetusta massasuspen-5 siokerroksesta.

Rainanmuodostuksen hallinta paperikoneella on valmistettavan paperin ominaisuuksien ja laadun kannalta ratkaisevan tärkeä. Rainanmuodostuksen perustana on osaltaan perälaatikon läpi kulkeva massasuspensiovirtaus.

10 Eräitä tärkeitä rainan formaatioon vaikuttavia parametrejä ovat massan sakeus ja sen jakautuminen massasuspensiokerroksen paksuussuunnassa, massasuspensiokerroksessa olevat ilmakuplat ja kokonaisilmapitoisuus. Tärkeätä on myös tietää kuitukimppujen eli flokkien määrä ja kokoja-kautuma massasuspensiovirtauksen tai -kerroksen eri kohdilla.

15

Esillä oleva keksintö esittää uuden menetelmän ja laitteen sekä näiden käytöt, joilla saadaan aikaan entistä enemmän ja entistä käyttökelpoisempaa informaatiota massasuspensiovirtauksesta ja/tai massasuspensio-kerroksesta, josta viiralle tai kahden viiran välissä muodostetaan kui-20 turaina.

Nykyaikaiset painomenetelmät ja painokoneet asettavat entistä suurempia vaatimuksia paperille, sen rakenteelle ja pintaominaisuuksille. Tähän kehitystyöhön keksinnön menetelmän ja laitteen on tarkoitus tarjota te-25 hokas työkalu, jolla saadaan runsaasti ja tarkkaa informaatiota massa-suspensiovirtauksista ja rainanmuodostuksen eri vaiheista ja niiden eri parametreistä.

Edellä esitettyihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi kek-30 sinnön menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että menetel mässä sovelletaan anturijärjestelyä tai antureiden sarjaa, joka toimii akustisten linssien periaatteella ja että anturitai niiden sarjan eri antureiden fokuspisteet on sijoitettu massasuspensiovirtauksen poikki-suunnassa ja/tai -kerroksen paksuussuunnassa niin, että saadaan informaa-35 tiota kultuklmpuista, ilmakuplista, sakeusvaihteluista tai vastaavista parametreistä ja niiden vaihteluista massasuspensiovirtauksen olennaisesti poikkisuunnassa ja/tai massasuspensiokerroksen paksuussuunnassa.

3 71018

Keksinnön raukaisen laitteen ensimmäiselle suoritusmuodolle on puolestaan pääasiallisesti tunnusomaista se, että laite käsittää kombinaationa ultraääniantureiden sarjan, jossa kullakin anturilla on keskenään eri 5 pituinen fokusointietäisyytensä; mainittuihin antureihin kytketyt pulssigeneraattorit; raikroprosessoriyksikön; 10 sekvenssigeneraattorin, joka ohjaa mainittuja pulssigeneraattoreita ja jota puolestaan ohjaa mainittu mikroprosessori; vahvistus, tasasuuntaus ja suodatusyksiköt, joita ohjaa mainittu mikro-15 prosessori; ja mainittuun mikroprosessoriin kytketyn mittaustulosten ilmaisu- ja/tai analyy s iyksikön.

20 Keksinnön mukaisen laitteen toiselle suoritusmuodolle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että laite käsittää kombinaationa ultraäänianturin tai -antureita, jonka/joiden polttoväli ja fokusointi-etäisyys on järjestetty mekaanisesti ja/tai elektronisesti säädettäväksi 25 tutkittavan massasuspensiokerroksen paksuussuunnassa; mainittuun anturiin kytketyt pulssigeneraattorit; mikroprosessoriyksikön; 30 sekvenssigeneraattorin tai vastaavan, joka ohjaa mainittuja pulssigeneraattoreita ja jota puolestaan ohjaa mainittu mikroprosessori; vahvistustasasuuntaus- ja suodatusyksiköt, joita ohjaa mainittu mikro-35 prosessori; ja mainittuun mikroprosessoriyksikköön kytketyn mittaustulosten ilmaisu- ja/tai analyysiyksikön.

4 71018

Keksinnön mukaiselle käytölle on puolestaan pääasiallisesti tunnusomais-5 ta se, että laitetta käytetään kuitukimppujen läpimittojen ja/tai jakautumien rekisteröintiin paperikoneen perälaatikolla tai muodostusviiran päällä ja/tai kahden muodos-tusviiran välissä olevan rainan paksuussuunnassa ja/tai, 10 massasuspensiokerroksessa tai -virtauksessa olevien ilmakuplien rekisteröintiin ja/tai, massasuspensiokerroksen tai -virtauksen sakeuden tai sakeusvaihteluiden 15 rekisteröintiin ja/tai, anturi- ja mittauslaitteena paperikoneen erilaisissa säätöjärjestelmissä ja/tai 20 tutkimuslaitteena paperikoneisiin liittyvässä tutkimus- ja kehitystyössä.

Keksinnössä on ennestään tunnettu ympyrälevyn muotoinen pietsosähköinen kide korvattu koveralla, fokusoivalla ultraäänikiteellä niin, että ult-25 raääni-impulssi voidaan kohdistaa pieneen tilavuuselementtiin massasus pensiokerroksen tai -virtauksen sisälle haluttuun kohtaan esim. viiran pinnasta lukien. Näin ollen voidaan riittävän tiheään toistuvalla ultra-äänikaikuluotauksella yksityiskohtaisesti seurata massakerroksen pienimittakaavaista sakeusvaihtelua ennestään tunnetun optisen pohjanmittarln 30 toiminnan tapaan anturikiteen polttovälin määräämässä kohdassa massan sisällä. Käyttämällä riittävän korkeataajuista kidettä saadaan "polttopisteen" tilavuus erittäin pieneksi (yhden aallonpituuden kertaluokkaa) sekä luotauksen tolstotaajuus riittävän korkeaksi, niin että pienimpien-kin kuitukasautumien eli flokkien aiheuttamat sakeusvaihtelut voidaan 35 rekisteröidä.

5 71018 Käyttämällä keksinnön mukaisesti samanaikaisesti useita eri polttovälin omaavia fokusoituja ultraääniantureita voidaan rainanmuodostustapahtu-maa jatkuvasti seurata viiraosalla sen eri kohdissa kvantitatiivisesti eri kerroksissa alapinnasta yläpintaan saakka. Koska nykyisin on saata-5 vissa hyvin pienen polttovälin omaavia antureita, voidaan tällä tavoin mennä myös kahden viiran väliin ja rekisteröidä keksinnön menetelmällä rainanmuodostus kaksiviiraformereissa aina "kuivaviivalle" saakka, minkä jälkeen rainassa on liian paljon ilmaa, että ultraääni voisi siinä edetä.

10

Antureista saatujen kaikuintensiteettivaihtelujen antama informaatio käsitellään esim. mikroprosessoreilla eri tarkoituksiin sopivaksi siten, että tulokseksi saadaan esim: 15 - eri flokkikokojen suhteellinen määrä massan eri kerroksissa rainan sakeus sen eri kerroksissa mahdollisten ilmakuplien rekisteröinti eri kerroksissa tulosten esittäminen tv-monitorissa, joka havainnollistaa kerros-kuvauksella rainanmuodostustapahtuman.

20

Sopivimmat kidegeometriat, taajuudet ja lähetinvastaanotin-kideyhdistel-mät vaihtelevat sovellutuskohteen mukaisesti.

Keksinnön avulla saadaan mahdollisimman täydellinen kuva rainanmuodos-25 tustapahtumasta alkaen jo perälaatikosta esim. sen huuliosalta ja päättyen "kuiva"- alueelle. Täten voidaan entistä tehokkaammin kehittää paperikoneen viiraosan rakennetta rainanmuodostuksen optimoimiseksi. Keksinnön menetelmää ja laitetta voidaan käyttää myös paperikoneen eri osien säätöön ja on- line mittauksiin.

30

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuviossa esitettyyn keksinnön erääseen sovellutusesimerkkiin, jonka yksityiskohtiin keksintöä ei ole rajoitettu.

35 Kuvio 1 esittää kaaviollisesti poikkileikkauskuvana keksinnössä sovellettavaa fokusoivaa ultraäänianturia.

, 71018 o

Kuvio 2 esittää kaaviollisesti ultraäänianturisarjan sovitusta viiran yhteyteen sekä mittauslaitteen elektroniikkaosan lohkokaaviota.

Kuviossa 1 keksinnön mukainen anturi 100 on sovitettu anturin ohi nopeu-5 della v kulkevan muodostusviiran 10 yhteyteen. Viiran 10 päällä on mas-sasuspensiokerros W, jonka paksuussuuntaa on merkitty x:llä. Massasus-pensiokerroksesta W muodostetaan viiran 10 päälle sinänsä tunnetusti paperi- tai kartonkiraina veden poistuessa viiran 10 silmien läpi. Massasuspensiokerroksen W yläpintaa on merkitty S:llä. Massasuspensio-10 kerroksessa W on kuituja, lisä- ja täyteaineita sekä vettä.

Rainanmuodostuksessa yleisesti tapahtuu niin, että massasuspensiokerros W alkaa ensin tietyssä määrin huopautua viiraa 10 vasten olevalta puoleltaan, jonka huopautuneen kerroksen läpi vesi poistuu edelleen. Huo-15 pautumisella tarkoitetaan sitä, että kuituverkosto "lukkiutuu" niin, että kuidut eivät pääse ainakaan merkittävissä määrin liikkumaan toistensa suhteen.

Keksinnön mukaisessa, myöhemmin tarkemmin selostettavassa menetelmässä 20 käytetään fokusoivaa ultraäänianturia 100, joka käsittää tavanomaisen pietsosähköisen kiteen 14 ja sen päälle sijoitetun, esimerkiksi alumiinia olevan akustisen liesin 13, jossa on linssimäinen pinta 19, joka on esim. olennaisesti pallokalotin muotoinen. Tämän pinnan 19 yläpuolella on vesitila 16, jossa oleva vesi tai muu sopiva neste, kuten öljy toimii 25 kytkentänesteenä. Anturin 100 yläpuolen suojakalvo 11 toimii muodostus- viiran 10 alapintaa vasten. Viiran 10 läpi poistuva vesi, jota on havainnollistettu viittein Wa, toimii luontaisesti kytkentänesteenä, jonka avulla saadaan aikaan luotettava akustinen kytkentä ultraäänikiteen 15 ja massasuspensiokerroksen W välille.

30

Anturin 100 muodolle on tärkeätä se, että sen yläpinta (suojakalvo 11) on suora ja reunat terävät. Näin saadaan tiukka akustinen kytkentä viiraan ja väliin muodostuva nestekalvo kuten vesikalvo toimii tehokkaasti. Joka tapauksessa ilman kulkeutuminen viiran 10 ja anturin väliin on estettävä, 35 sillä ilma tuhoaa hyvän akustisen kytkennän.

, 71018

Fokusoiva anturi 100 keskittää ultraääni-impulssinsa tiettyyn, pienet dimensiot omaavaan tilaelementtiin AV^ massasuspensiokerroksen W sisällä. Kuviossa 1 tilaelementin AV^ etäisyyttä viiran 10 tasosta on merkitty X^tllä. Massasuspensiokerroksen W paksuutta on merkitty X^rllä.

5

Keksintö perustuu ultraäänikaikuluotaukseen ja fokusoivien antureiden 100 sarjan (akustisten linssien) käyttöön siten, että linssipinnalle 19 palautuva kaiku heijastuu pääasiallisesti juuri linssien 19 fokuksisis-ta, siis tilaelementistä AV^, jonka fysikaalisista parametreistä täten 10 saadaan informaatiota.

Kuviossa 1 on kaaviollisesti esitetty kuitukimppu eli flokki F etäisyydellä X^ viirasta 10. Flokin F pituutta on merkitty l:llä. Rainan W edetessä nopeudella v ultraäänianturin 100 fokuksen kohdalla olevan tila-15 elementin AV^ ohi, saadaan flokin kohdalta aikana tQ = 1/v voimakkaampi kaiku, mihin perustuen flokki, siis sen pituus 1 ja sijainti paksuussuun-nassa X^ saadaan havaituksi.

Pietsokiteen 14 akustiseen linssiin 13 nähden vastakkaiselle puolelle on 20 sovitettu taustakappale 15, joka vaimentaa kiteen 14 aperiodiseksi. Taus-takappaleen 15 materiaalina käytetään esimerkiksi muovia (sopiva on esim. ARALDIT-muovi(TM)), johon on sekoitettu sopivassa suhteessa wolframijau-hetta. Näin aikaansaadaan voimakkaasti vaimentava tausta. Anturi 100 on sijoitettu runkokoteloon 12, jonka yhteydessä on sähköinen liitin 18, 25 johon on liitetty kiteeseen 14 kytketyt johtimet 17. Akustisen linssin 13 linssipinta 19 omaa kaarevuussäteen R, joka määrää linssin 13 fokuksen sijainnin x-akselin suunnassa.

Kuviossa nuoli Ij havainnollistaa anturista lähtevää ultraäänikenttää 30 ja I tilavuuselementistä AV^ heijastuvaa kaikua. Käytännössä sekä lähtevä ultraäänikenttä että kaiku kohdistuvat keilamaisesti fokukseen ja heijastuvat siitä vastaavasti keilamaisesti linssipinnalle 19. Jos linssipinta 19 on pallopinta, on fokus AV^ pieni rengas- tai pallo-elementti. Voidaan myös käyttää ympyräsylinteripinnan osan muotoista 35 akustista linssiä, jonka fokus on vastaavasti viivamainen, joka viiva on sopivimmin kohtisuorassa massasuspensiokerroksen W etenemissuuntaan v · t nähden.

8 71018

Mitä suurempaa ultraäänen taajuutta £ käytetään, sitä pienempi fokus ja tarkempi resoluutio saadaan aikaan. Käytännössä keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetyn ultraäänen taajuus on yleensä alueella f = 4-20 MHz.

5 Kuten myöhemmin kuvion 2 selostuksen yhteydessä tarkemmin selviää, käytetään keksinnössä ultraääniantureiden 100 sarjaa, jossa eri ultraääniantureilla 100 on eri pituiset fokusetäisyydet, jotka jakautuvat sopi-vimmin tasavälein tnassasuspensiokerroksen W paksuudelle Xg.

10 Koska massasuspension W kerrospaksuudet Xg ovat yleensä varsin pieniä, tyypillisesti esim. välillä 2-50 mm, on anturin 100 fokusetäisyyden oltava varsin lyhyt. Fokusetäisyyden X^ tekeminen kovin lyhyeksi saattaa kuitenkin tuottaa käytännön vaikeuksia. Tämän johdosta kuvion 1 mukaisesti akustisen linssin 13,19 päällä on käytetty vesiviivettä, siis ve-15 sitilaa 16, joka on suojakalvon 11 alapuolella ja jonka avulla fokus-etäisyys tulee kasvatetuksi mitalla Xq.

Keksinnössä käytettävä ultraäänianturi voi olla esim. seuraavassa viitteessä esitetyn kaltainen: IEEE 1982, Ultrasonics Symposium (San Diego) 20 Proceedings Voi 2: "Elastic Constants Measurement in the Acoustic Microscope", D.A. Sinclair, I.R. Smith ja H.K. Wickrasmasinghe ss.

644-649.

Seuraavassa selostetaan kuvioon 2 viitaten keksinnön mukaisen menetel-25 män kokonaistoteutus sekä siihen kuuluva elektroniikkaosa.

Kuvion 2 mukaisesti kuviossa 1 esitettyjä ultraäänikiteitä 100 on liitetty viiran 10 kulkusuunnassa peräkkäin ja/tai rinnakkain N kappaletta. Antureita on merkitty kuviossa 2 viitenumeroin 101,102,103...100+N.

30 Kullakin kiteellä 101-100+N on oma fokuksensa eri etäisyyksillä X^ mas-sasuspensiokerroksen W paksuussuunnassa X. Anturin 101 fokusetälsyyttä on merkitty X^:llä, anturin 102 X^illa, anturin 103 X^rlla ja anturin 100+N X^tllä. Ensimmäisen anturin 101 fokusointietäisyys X^ on viiran 10 läheisyydessä, kun taas viimeisen anturin 100+N fokusointietäisyys on 35 massasuspensiokerroksen W yläpinnalla S tai sen läheisyydessä. Täten saadaan keksinnön mukaista menetelmää käyttäen tutkittavat tilaelementit, joihin anturien 101-100+N fokukset on keskitetty, siis tilaelemen- 9 71018 tit AV^, AV2, AV^... AVn, sijoitetuksi riittävän pienin portain AX massasuspensiokerroksen W paksuussuunnassa X. Näin ollen keksinnön mu-^ kaisesti saadaan massasuspensiokerros S ultraäänikaikuluodatuksi ker-roskuvauksen periaatteella.

5

Anturit 101-100+N on sovitettu runkoon 90, joka on sijoitettu viiran 10 alapuolelle. Runko 90 voidaan järjestää traversoimaan paperikoneen poik-kisuunnassa niin, että saadaan informaatiota ja rainanmuodostukseen liittyvien parametrien rekisteröintiä myös massasuspensiokerroksen W ja 10 viiran 10 poikkisuunnassa.

Toinen mahdollisuus on sijoittaa anturisarjoja 101-100+N useita rinnakkain ja suorittaa havainnointia käymällä läpi kukin anturisarja ajallisesti peräkkäin.

15

Kuvion 2 mukaisesti laitteen elektroniikkaosaan kuuluu mikroprosessori 30, jonka tehtäväksi on järjestetty suuri osa laitteen toimintaan ja sen ohjaukseen liittyvistä toiminnoista. Mikroprosessori 30 ohjaa perustaa-juudellaan sekvenssigeneraattorla 20, joka puolestaan ohjaa pulssigene-20 raattoreita 21,22,23, joita on N kappaletta kuvion 2 mukaisesti kytkettynä toimimaan peräkkäin. Pulssigeneraattorit 21,22,23... antavat herätteen ultraääniantureille 101-100+N. Antureilta 101-100+N saatavat kai-kupulssit johdetaan esivahvistimille 31,32,33..., joita on myös N kappaletta. Esivahvistimissa 31,32,33... kaikupulssisignaalit vahvistetaan 25 ja johdetaan aikaohjatuille vahvistimille 41,42,43..., joita mikroprosessori 30 ohjaa. Vahvistimien 41,42,43... annot on kytketty lohkohin 51,52,53..., jotka kuvaavat tasasuuntausta, alipäästösuodatusta ja vahvistusta (skaalaus). Lohkojen 51,52,53... annot on puolestaan kytketty lohkojen 61,62,63 ottoihin. Lohkot 61,62,63... kuvaavat Sample & Hold-30 vahvistimia, joiden annot on kytketty mikroprosessoriin 30.

Mikroprosessorilohko 30 kuvaa myös tarpeellisia Interfaceja, siis ottoja ja antoja sekä D/A- ja A/D-muuntimia. Mikroprosessori 30 on yhdistetty monitoriin 50, jolla saatu informaatio muutetaan optisesti havaittavaan 35 muotoon. Monitoriin 50 on kytketty printteri 60 tai vastaava, josta saadaan havaittujen parametrien sopiva printtaus P. Lisäksi mikroprosessoriin 30 on kytketty FFT-prosessori (FFT= Fast Fourier Transform) ja flok- 10 71018 kikokoanalyysin suorittava taajuusanalysaattori 70. Laitteen tehonsyöttö-yksikköä kuvaa lohko 80.

Kuvion 2 mukaisesti on ajateltu käytettäväksi antureiden 100 sarjaa 5 101-100+N, jolla kullakin anturilla 100 on oma polttovälletäisyytensä X^-X^. Keksinnössä voidaan kuitenkin soveltaa optiikasta tunnettua Fresnelin linssin tapaista akustista linssijärjestelyä, jossa on koaksi-aaliset koverat rengaspinnat, joilla kullakin on oma polttovälinsä, siis eri fokusointipisteensä.

10

Keksinnön mukaisen menetelmän ja laitteen yhteydessä voidaan soveltaa myös korrelaatiotekniikkaa esim. niiden periaatteiden mukaisesti, joita on esitetty Fl-patenttihakemuksessa n:o 813259 (Eino Härkönen). Tämän hakemuksen mukainen kaikuluotausmenetelmä on tarkoitettu massasuspensio-15 virtauksen nopeuden mittaamiseen esim. paperikoneen perälaatikon jakoput-kistossa, mutta vastaavaa korrelaatiotekniikkaa voidaan soveltaa myös esillä olevassa keksinnössä.

Keksinnön mukaista menetelmää ja laitetta voidaan käyttää myös paperi-20 koneen perälaatikossa esim. sen huullkartiossa massasuspensiovirtauk-sen sakeusvaihteluiden ja/tai turbulenssin havainnointiin. Tällöin keksinnön mukainen anturisarja tai paperikoneen poikkisuunnassa useita rinnakkaisia anturisarjoja sovitetaan esim. huulikartio-osan seinämän yhteyteen ja näistä anturisarjöistä kohdistetaan fokusoituja ultra-25 ääni-impulesisarjoja massasuspensiovirtauksen poikkisuunnassa, sopivim- min tasajaolla edellä selostettujen periaatteiden mukaisesti. Keksinnön mukaista menetelmää ja laitetta voidaan käyttää myös perälaatikon muiden massasuspensiovlrtauekanavlen yhteydessä, esim. jakotukissa, jako-putkistossa, tasauskammiossa ja/tai turbulenssigeneraattorlssa, etenkin 30 perälaatikon tutkimus- ja kehitystyön yhteydessä.

Keksinnön periaatteista ja sovellutuskohteista mainittakoon vielä seu-raava. Kuten kuvion 1 yhteydessä selvitettiin, saadaan flokklen koko (kuviossa 1 flokin F pituus 1) rekisteröidyksi flokin antaman kaiku-35 signaalin keston Tq perusteella. Pääperiaatteena on se, että mitä enemmän kultuja anturin 100 fokuksen kohdalla olevassa tilaelementissä Δ V on, sitä suurempi on ultraäänikalun intensiteetti. Kaikusignaalien Π 71018 integraali kuvaa sakeutta, koska integrointiaika, siis kunkin anturin 100 herätepulssin ja kaikupulssin mittausaika on varsin lyhyt.

Keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella voidaan myös havaita 5 massasuspensiokerrokeessa W olevien ilmakuplien määrä, koko ja jakautuma. Tämä tieto on tärkeä käytännön paperintekijälle. Mainitusta tiedosta voidaan myös laskea massasuspensiokerroksen W ilmapitolsuus. Ilma-kuplien läpimitta on yleensä luokkaa n. 0,1 mm. Täten keksinnön mukaisen laitteen resoluutio riittää ilmakuplienkin havaitsemiseen. Keksinnön mu-10 kainen menetelmä ja laite tarjoaa tärkeän työkalun paperikoneen kehitystyössä.

Paperikoneella keksinnön mukaista menetelmää ja laitetta voidaan käyttää osana suljetuissa säätöjärjestelmissä. Keksinnön mukaisen menetelmän ja 15 laitteen avulla voidaan osaltaan ohjata retentioaineiden määrää, säätää rintapöydän vedenpoistoa ja perälaatikon syöttökulmia sekä massan koko-naissakeutta. Sovellettaessa keksinnön mukaista menetelmää ja laitetta kaksiviiraosilla, voidaan keksintöön perustuen säätää vedenpoistoa eri suuntiin, kun saadaan tietoa sakeusjakautumasta massasuspensiokerroksen 20 W paksuussuunnassa X.

Kussakin anturisarjassa 90 on antureita 100 useita. Yleensä anturien lukumäärä N on välillä N = 5-20, sopivimmin N « 10.

25 Yhden mittaussekvenssin aika T on siis yhden luotauksen ottama aika on -3 -5 luokkaa T = 10 - 10 s. Keksinnön menetelmässä akustisten linssien polttopisteen tilavuuselementln V dimensiot ovat käytetyn aallonpituuden luokkaa. Jos käytetyn ultraäänen taajuus f = n. 10 MHz, tämä vastaa resoluutiota n. 0,1 mm, jolloin pystytään ilmaisemaan pienimmätkin kuitu-30 kimput eli flokit. Ennestään tunnetun optisen flokkimittarin resoluutio on ollut luokkaa 0,2 mm ja tällä on pystytty rekisteröimään myös viiran markkeeraus.

Eräs keksinnön vaihtoehtoinen toteutus on sellainen, että edellä seloste-35 tun anturisarjän, jossa käytetään kiinteäpolttovälisiä antureita, asemesta käytetään viiran tasoon nähden periodisesti liikuteltavaa anturia, jossa polttopisteen etäisyyttä viirapinnasta, siis massakerroksen paksuussuun- 12 71018 nassa, voidaan säätää. Käytännössä tämä säätö voidaan toteuttaa esimerkiksi siten, että anturin ja viiran välisen kontaktinestepatsaan korkeutta säädetään anturia laskemalla tai nostamalla sitä ympäröivässä lieriössä sopivaa värähtelymekanismla käyttäen. Toinen vaihtoehtoinen mahdollisuus on 5 korvata edellä mainittu kiteen mekaaninen siirto käyttämällä palkallaan olevaa kidettä, joka on järjestetty sinänsä tunnetulla tavalla elektronisesti fokusoitavaksi massasuspenelokerrosten eri kohtien tutkimista varten.

10 Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaihdella.

Claims (13)

13 7101 8

1. Ultraäänlkaikuluotaukseen perustuva menetelmä rainanmuodostukeen ja/tai massasuspensiovirtauksen seuraamiseksi paperikoneen vllraoealla ja/tal perälaatikossa, jossa menetelmässä perälaatikon virtauskanavan seinämän ja/tai muodostusvllran (10) tai viirojen yhteyteen järjestetään 5 earja ultraääniantureita (100), joilla massasuspensloon kohdistetaan ultraäänikenttä ja havaitaan massasuspensiosta (W) saatavia kaikueig-naaleja, tunnettu siitä, että menetelmässä sovelletaan anturi-järjestelyä tai antureiden sarjaa (101-100+N), joka toimii akustisten linssien periaatteella ja että anturin tai niiden sarjan eri antureiden 10 (100) fokusplsteet (Δ V) on sijoitettu massasuspensiovirtauksen poikki- suunnassa ja/tal -kerroksen (W) paksuussuunnassa (X) niin, että saadaan informaatiota kultukimpulsta (F), Ilmakuplista, sakeusvaihtelulsta tai vastaavista parametreistä ja niiden vaihteluista massasuspenslovlrtauk-sen olennaisesti poikklsuunnassa ja/tai massasuspensiokerroksen (W) pak-15 suussuunnassa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että anturisarjassa (90) on eri fokusetälsyyden (X^-X^j) omaavien antureiden lukumäärä N - 5-20, eopivimmin n. 10. 20

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetyn ultraäänen taajuus f on alueella 4 MHz - 20 MHz.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu 25 siitä, että fokusoiva pietsosähkökide (14), jolla ultraäänikenttä syn nytetään, on järjestetty toimimaan sekä lähettlmenä että massasuspensio-vlrtauksesta tai -kerroksesta (W) heijastuneen ultraäänikaiun vastaan-ottimena.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä käytetään ultraäänianturelden sarjaa (101-100+N,90), jossa kullakin anturilla on oma fokusointletälsyytensM (X^,X^,X^...X^), jotka maseasuspenslokerrosta (W) kalkuluodattaessa on sijoitettu sopivalle jaolle esim. tasajaolle (4X) massasuspensiokerrok-35 sen (W) paksuussuunnassa (X). 14 71 01 8

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ultraäänianturin tai -antureiden polttopisteen etäisyyttä tutkittavan massakerroksen paksuussuunnaeea säädetään anturin paikkaa mekaanisesti periodisestl muuttamalla ja/tai fokusoimalla anturikidettä elek- 5 tronisesti eri polttoväleille.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukaisen menetelmän soveltamiseen tarkoitettu laite, tunnettu siitä, että laite käsittää kombinaationa 10 ultraääniantureiden (100) sarjan (101-100+N,90), jossa kullakin anturilla (100) on keskenään eri pituinen fokusolntletäisyytensä (R); mainittuihin anturelhln (100) kytketyt pulssigeneraattorit (21,22,23...); mikroprosessoriyksikön (30); sekvensslgeneraattorin (20), joka ohjaa mainittuja pulssigeneraattoreita (21,22,23...) ja jota puolestaan ohjaa mainittu mikroprosessori (30); 20 vahvistus-, tasasuuntaus- ja suodatusykslköt (31,32,33...,41,42,43..., 51,52,53...,61,62,63...), joita ohjaa mainittu mikroprosessori (30); ja 25 mainittuun mikroprosessoriin (30) kytketyn mittaustulosten ilmaisu-ja/tai analyysiyksikön (50,60,70).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että kussakin fokusoivassa ultraäänianturissa (100) sen pletsosähkölsen 30 kiteen (14) toiselle puolelle on kytketty akustinen linssi (13,19), jossa on kovera tietyn fokusointietäisyyden (R) omaava llnssipinta (19), ja että mainitun kiteen (14) akustiseen linssiin (13) nähden vastakkaiselle puolelle on järjestetty taustakappale (15), joka vaimentaa mainitun kiteen (14) aperioldiseksi. 35

9. Jonkin patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laite, tunnettu siltä, että kunkin kiteen (100) runkokoteloon (12) on kytketty suojaksi- is 71018 vo (11), joka on järjestetty toimimaan muodostusviiran (10) sisäpintaa vasten siten, että mainitun viiran (10) kautta poistuva vesi toimii akustisena kytkentänesteenä.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 7-9 mukainen laite, tunnettu sii tä, että fokusointietäisyyden pidentämiseksi akustisen linssin (13) linssiplnnan (19) yhteyteen on sijoitettu nestetila (16), jonka läpi fokusoitu ultraääni-impulssit sekä kaikusignaalit on sovitettu kulkemaan linseipinnalta (19) ja linssipinnalle (19). 10

11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukaisen menetelmän soveltamiseen tarkoitettu laite, tunnettu siitä, että laite käsittää kombinaationa ultraäänianturin tai -antureita, jonka/joiden polttoväli ja fokusointietäi-15 syys on järjestetty mekaanisesti ja/tai elektronisesti säädettäväksi tutkittavan massasuspensiokerroksen paksuussuunnassa; mainittuun anturiin kytketyt pulssigeneraattorit (21,22,23...); 20 mikroprosessoriyksikön (30); sekvenssigeneraattorin (20) tai vastaavan, joka ohjaa mainittuja pulssi-generaattoreita (21,22,23...) ja jota puolestaan ohjaa mainittu mikroprosessori (30); 25 vahvistus tasasuuntaus- ja suodatusyksiköt, joita ohjaa mainittu mikroprosessori (30); ja mainittuun mikroprosessoriyksikköön (30) kytketyn mittaustulosten ilmaisu-30 ja/tai analyysiyksikön (50,60,70).

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite käsittää mekanismin, jolla periodisesti muutetaan anturin polttopisteen etäisyyttä ja anturin säteilypinnan ja tutkittavan kohteen välisen 35 kontaktinestekerroksen vahvuutta.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukaisen menetelmän ja/tai jonkin 16 71018 patenttivaatimuksen 7-12 mukaisen laitteen käyttö kuituklmppujen läpimittojen ja/tal jakautumien rekisteröintiin paperikoneen perälaatlkolla tai muodostusvilran (10) päällä ja/tai kahden 5 muodostusvilran välissä olevan rainan paksuussuunnassa ja/tal, massasuspensiokerroksessa (W) tai -virtauksessa olevien ilmakuplien rekisteröintiin ja/tal, 10 massasuspeneiokerroksen tai -virtauksen sakeuden tai sakeusvaihteluiden rekisteröintiin ja/tai, anturi- ja mittauslaitteena paperikoneen erilaisissa säätöjärjestelmissä ja/tai 15 tutkimuslaitteena paperikoneisiin liittyvässä tutkimus- ja kehitystyössä. 17 71018