專利名稱:流料箱噴射速度量計(jì)用之方法及裝置的制作方法
本發(fā)明系關(guān)于測(cè)量流料箱噴射速度，以獲得最佳噴射流配合網(wǎng)速度。
S.M.Salomon在美國(guó)專利3，464，887號(hào)揭示制成一種敏感裝置，它能插入及從成片口濾網(wǎng)取出。SOlomon于美國(guó)專利3，509，022號(hào)提供一種類似形式的結(jié)構(gòu)。D.B.R.Hill在美國(guó)專利3，562，105號(hào)揭示一種成片口噴射流測(cè)量裝置，其中將一中空管元件置于流料箱噴射流中，以傳送壓力至壓力測(cè)量計(jì)或類似裝置。
J.F.Schmeeng在美國(guó)專利3，399，565號(hào)揭示其中一沖擊管可被移動(dòng)至成片口之原料流內(nèi)，管中之流體壓力提供原料流之速度指示。
全部上述各專利均需要與流料箱噴射流之某種實(shí)體接觸。
J.D.Parker在美國(guó)專利3，337，393號(hào)揭示其中包括利用成片口上游之壓力帽之一種流料箱噴射速度指示器。
Solomon在美國(guó)專利3，487，686號(hào)揭示利用在成片口輸送區(qū)之一對(duì)壓力傳感器，以測(cè)量來自流料箱噴射流之二信號(hào)間之時(shí)差。
S.Bauduin等人之論文“A paper Sheet Contactless Linear Speed Measurement”，(IFAC PRP Automation，vol.4，1980)揭示無接觸式測(cè)量直線速度之一種方法，其中利用一單獨(dú)信號(hào)激光轉(zhuǎn)送器而提供二光信號(hào)之相關(guān)之速度測(cè)量。
Daniel M.Shellhammer之論文“An Optical Correlation Flowmeter for Pulp Stock”(Tappi，May 1975，Vol.58，NO.5，PP.113-116)討論測(cè)量通過一管之水或類似物之流速之光學(xué)相關(guān)流速計(jì)。一種類似裝置揭示于Eur-Control U.S.A.Inc.(2579 Park Central Blvd.，Decatur，Gecrgia 30035)之Eur-Control Optical Flow Transmitter brochure B218，80a。
A.A.Rocheleau在美國(guó)專利3，620，914中揭示根據(jù)多普勒(Doppler)頻移測(cè)量速度之一種掃描系統(tǒng)。為測(cè)量多普勒頻移，需要一會(huì)聚單色光源，例如激光。此種系統(tǒng)之缺點(diǎn)是激光環(huán)境必須相當(dāng)強(qiáng)才能獲得強(qiáng)信號(hào)，并對(duì)操作人員能產(chǎn)生有危險(xiǎn)之環(huán)境。
本發(fā)明之目的為提供無接觸式噴射速度測(cè)定方法及裝置，以便較準(zhǔn)確地設(shè)定噴射流對(duì)網(wǎng)的速度比。
上述目的通過安裝于鄰接流料箱片口并位于箱噴射流上方之一對(duì)光敏感器而達(dá)到。二個(gè)光敏感器位于沿噴射流之方向間隔分開并以光學(xué)方式連于一單獨(dú)光源及一對(duì)敏感器。
光學(xué)交連由各分叉纖維光束以有利方式提供，故一單獨(dú)光源可用于至少二光敏感器。
進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)是利用強(qiáng)度可變化之白熾光源。
如下文所說明，利用纖維光束將濺射及類似現(xiàn)象的不利效果減至最小。
本發(fā)明之其他目的，特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)以及組織，結(jié)構(gòu)與操作將從下文參考附圖之詳細(xì)說明中充分了解。
圖1為位于流料箱噴射流上方并相互隔開之一對(duì)光敏感器之示意圖。
圖2為適用于本發(fā)明的流料箱的噴射端部之側(cè)面圖，顯示本發(fā)明之概略形式。
圖3為由一單獨(dú)光源提供輸入并輸出至一對(duì)光導(dǎo)二極管之一對(duì)分叉光纖維之放大圖。
圖4為光點(diǎn)之幾何形狀，尤其光點(diǎn)之長(zhǎng)度及寬度之示意圖。
圖5為光點(diǎn)與流動(dòng)方向失準(zhǔn)或成偏斜之示意圖。
圖6為顯示本發(fā)明之流量計(jì)與激光多普勒速計(jì)之校準(zhǔn)方格圖。
圖7為由于噴射速度變化所致之信號(hào)深度及偏斜之方格圖。
圖8為比較互相關(guān)法計(jì)算之噴射速度與由流料箱壓計(jì)算之噴射速度之方格圖。
圖9及10為制紙機(jī)自起動(dòng)至停機(jī)之運(yùn)轉(zhuǎn)之方格線條圖。圖9顯示自起動(dòng)至停機(jī)之恒定速度及圖10顯示在停機(jī)前具有各流量降低階段之運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖11為取自不同流速及片口開度之一系列運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)之方格圖。
圖12及圖13為顯示制紙機(jī)在不同流量及全部其他條件不變之情況運(yùn)轉(zhuǎn)之方格圖。
圖14為圖12及13之二次運(yùn)轉(zhuǎn)之速度互相關(guān)系數(shù)之方格圖。
圖15為敏感器在流料箱噴射流上方之距離在系統(tǒng)中所導(dǎo)致之誤差之方格圖。
圖16為各敏感位置相對(duì)流料箱噴射流之流動(dòng)方向之水平偏斜所導(dǎo)致之誤差之方格圖。
圖17為各敏感位置之垂直偏斜所導(dǎo)致之誤差之方格圖。
參閱圖1，本發(fā)明之互相關(guān)流量計(jì)測(cè)量流料箱之噴射流之表面及內(nèi)部形態(tài)自第一敏感器位置A移動(dòng)至直接在敏感器A下游之第二敏感器B所需之時(shí)間。利用此一時(shí)間θ及二敏感器間之距離，流動(dòng)速度能計(jì)算成V＝D/θ。互相關(guān)法為用于計(jì)算自各敏感器之輸出之過渡時(shí)間之技術(shù)。二敏感器分別具有直流成份fA(t)及fB(t)。在理想情況下，fB(t)將與fA(t)完全相同，延遲時(shí)間為θ，故fA(t)＝fB(t+θ)。
互相關(guān)函數(shù)比較比二信號(hào)并獲得在θ具有最大值之輸出R(t)ABRAB(t)＝ 1/(P) ∫POfA(t)fB(t+θ)dt，其中P為積分時(shí)段。等效數(shù)字演算式為RAB(k)＝ 1/(N)Σk = 1N]]>fA(k△t)fB(k△t+θ)在任何實(shí)際系統(tǒng)中，將有來自敏感器失調(diào)，信號(hào)畸變或外方電磁干擾引起之噪音。如果噪音以fN(t)代表，各敏感器輸出間之關(guān)系即變?yōu)閒A(t)＝fB(t+θ)+fN(t)。
將上述關(guān)系代入互相關(guān)函數(shù)方程式獲得RAB(t)＝ 1/(P) ∫POfA(t)〔fB(t+θ)+fN(t)〕dt。
分隔積分則成RAB(t)＝ 1/(P) ∫POfA(t)fB(t+θ)dt+ 1/(P) ∫POfA(t)fN(t)dt。
如果fA(t)與fN(t)無關(guān)時(shí)，第二積分將趨向零。然而，如果成份fA(t)包含與成份fN(t)成共閾模式之一噪音成份時(shí)，輸出RAB(t)將顯示在t＝θ有一強(qiáng)峰值。此種情況為有60HZ及120HZ干擾之特殊問題。函數(shù)fA(t)及fB(t)均具有頻譜寬度BW之高頻受限制之功率譜。以θ為中心之互相關(guān)函數(shù)RAB(t)之峰值之中點(diǎn)將具有1/BW之寬度。為獲得最大輸出RAB(θ)之準(zhǔn)確值，宜使峰值寬度1/BW盡可能狹窄。因此，頻帶寬度愈大，θ之測(cè)量值愈準(zhǔn)確。
時(shí)段θ之準(zhǔn)確性亦與積分區(qū)間P有關(guān)。P愈大，θ之變化愈小，然而，就速度測(cè)量而言，迅速響應(yīng)時(shí)間亦是需要的。積分區(qū)間P應(yīng)顧及此二因數(shù)而加以選擇。
高通濾波作用將改善在θ上P之銳度并消除低頻噪音。然而，選擇截止頻率時(shí)必須注意不影響信號(hào)強(qiáng)度或頻帶寬度。
此項(xiàng)研究之一種結(jié)構(gòu)利用包括經(jīng)透鏡聚焦在噴射流上之發(fā)光二極管光源之敏感器，所反射之信號(hào)被聚焦在與發(fā)光二極管相匹配之光電二極管上。在此種結(jié)構(gòu)下，強(qiáng)信號(hào)僅能在發(fā)光二極管及光電二極管均處于各自之焦點(diǎn)時(shí)獲得。各敏感器之定位具有臨界性，以及噴射角度之任何變化均需將敏感器再定位。由于發(fā)光二極管之低功率，故必須設(shè)置各敏感器于極接近噴射流之位置。如前文所述，此種情況產(chǎn)生多噪音信號(hào)以及濺射作用將時(shí)常遮蔽透鏡并完全阻擋信號(hào)。
參閱圖2及3，藉提供給例如PIN二極管式一對(duì)敏感器一光源光交連的分叉式光纖維束，上述缺點(diǎn)被克服，緩和定位靈敏度。采用強(qiáng)度能變化之白熾燈作為光源。此事解決低功率光源問題，及光纖維將濺射效應(yīng)減至最小。
來自光電二極管之信號(hào)被200HZ之高通濾波器濾波，放大及貯存供以后分析。在分析方面，采用FFT全能型二波道析譜儀進(jìn)行資材分析。
在圖2及3中，概括以10指示之資料箱之噴射端包括形成噴射流14之成片口12，噴射流被送至輥18所攜帶之長(zhǎng)網(wǎng)16上，為清晰起見，輥18示于流料箱成片口12之右側(cè)面非緊靠成片口之下方位置。圖1之敏感器位置A及B示于噴射流14上方依流動(dòng)方向間隔分開。
光纖維結(jié)構(gòu)體20藉流料箱噴射流14之反射作用交連一白熾燈之光源至光電二極管之一對(duì)光敏感器24及26。
如圖3所清晰顯示，光纖維結(jié)構(gòu)體20包括一對(duì)光纖維束28及30。每一光纖維束均為分叉式，如32-38處所示。故光源28饋入分叉部份32及36而發(fā)出一對(duì)光束至流料箱噴射流，同時(shí)分叉部份34及38自噴射流傳送反射光至相應(yīng)光電二極管24及26。
再參閱圖2，各光電二極管所產(chǎn)生之電信號(hào)在加至例如200HZ高通濾波器42之前，被饋至前置放大器40。經(jīng)濾波之信號(hào)然后被放大器44放大并饋至數(shù)據(jù)記錄器46與析譜儀48。
在此項(xiàng)研究中，對(duì)本發(fā)明之相關(guān)速度計(jì)進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)，以決定在不利環(huán)境中之準(zhǔn)確性、線性以及定位作用對(duì)速度測(cè)量之影響。
在此等試驗(yàn)中，有關(guān)準(zhǔn)確性、線性及定位誤差之試驗(yàn)先在一流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室流動(dòng)回路中進(jìn)行。下文所說明之全部結(jié)果均經(jīng)激光多普勒速度計(jì)校準(zhǔn)。信號(hào)穿入噴射流深度及噴射流表面特性對(duì)相關(guān)速度之效用亦經(jīng)決定。隨后，速度計(jì)與一實(shí)驗(yàn)性制紙機(jī)共同操作，以長(zhǎng)期研究在該種環(huán)境中之操作。自下文之討論將明了，其結(jié)果曾與計(jì)算之流料箱流動(dòng)速度及在流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室之試驗(yàn)結(jié)果相比較。
最后一組試驗(yàn)在一大型流動(dòng)迴路進(jìn)行，以比較互相關(guān)法所獲之速度與由畢托管測(cè)值所計(jì)算之速度。全部此等結(jié)果亦說明于下文中。
確定測(cè)量誤差時(shí)，曾確定互相關(guān)系數(shù)及信號(hào)對(duì)噪音比，互相關(guān)系數(shù)XCC是信號(hào)fA(t)及fB(t)形成相關(guān)峰值RAB(θ)之程度之計(jì)量值。互相關(guān)系數(shù)由下式計(jì)算XCC=RAB(θ)(RAA(O)·RBB(O))12]]>其中〔1〕值為相同之信號(hào)，及〔O〕值為不具相似性信號(hào)。
信號(hào)對(duì)噪音比S/N系根據(jù)下式以噪音之自相關(guān)函數(shù)RNN(O)除信號(hào)自相關(guān)函數(shù)RAA(O)之平均值而計(jì)算S/N＝ (RAA(O))/(RNN(O))光點(diǎn)幾何形狀方面，參閱圖4，信號(hào)fA(t)及fB(t)為二光點(diǎn)在流料箱噴射流表面上之背向散射之交流成份。各光點(diǎn)具有一有限面積，故自其上所測(cè)量之各信號(hào)將為發(fā)生在各自面積中之瞬時(shí)平均值。各光點(diǎn)之形狀及對(duì)準(zhǔn)將影響各信號(hào)之品質(zhì)及準(zhǔn)確性。
增加光點(diǎn)橫跨流動(dòng)方向(X方向)之寬度提供敏感器之較大視界，具有比能被互相關(guān)連者更多之相似點(diǎn)。此舉增加相關(guān)程度或關(guān)系數(shù)XCC及信號(hào)對(duì)噪音比光點(diǎn)寬度被限于敏感器之視場(chǎng)，及此舉不能達(dá)到進(jìn)一步增加視場(chǎng)之目的。
減小沿流動(dòng)方向(Z方向)之光點(diǎn)長(zhǎng)度使光點(diǎn)之平均面積變狹而增加頻帶寬度。此舉提供在RAB(θ)上一銳峰值，然而，如果長(zhǎng)度被減少太多時(shí)，將影響信號(hào)強(qiáng)度。
參閱圖5，各光點(diǎn)在流動(dòng)方向(亦即Z方向)之失準(zhǔn)導(dǎo)致給分隔距離D引入一余弦誤差，并減小互相關(guān)系數(shù)XCC。如果失準(zhǔn)充分大時(shí)，各光點(diǎn)將不具有沿噴射流之相似點(diǎn)及相關(guān)程度將為零。當(dāng)然，增加光點(diǎn)寬度有助于減輕此一問題。
光敏感器在流料箱噴射流上方之定位導(dǎo)致與光點(diǎn)及余弦誤差相關(guān)之若干誤差。在決定此等誤差之試驗(yàn)中，使用直徑1.982mm之一圓形光點(diǎn)及各敏感器間隔成5.974mm。所研究之參數(shù)為自噴射流表面之距離，水平向偏斜，垂直向偏斜及敏感器間隔。
敏感器至噴射流表面之距離如果保持某種限度時(shí)，不導(dǎo)致互相關(guān)速度中之明顯誤差。此點(diǎn)系因使用光纖維，光纖維保持遠(yuǎn)比透鏡為恒定之光點(diǎn)尺度。當(dāng)敏感器被移離噴射流表面時(shí)，光點(diǎn)尺度即開始增加，使有效頻帶寬度變狹及相關(guān)尖峰變寬?；ハ嚓P(guān)系數(shù)XCC亦減小，產(chǎn)生一較低信號(hào)對(duì)噪音比。在距噴射流表面約6.35mm時(shí)，光點(diǎn)開始重疊。此次重疊作用使各敏感器之平均面積相向移動(dòng)，導(dǎo)致敏感器之間隔距離表現(xiàn)上似乎較小及速度增加。如圖15所示。
如前文所述，敏感器對(duì)流動(dòng)方向之水平向偏斜產(chǎn)生距離D之余弦誤差，并因減少可互相關(guān)連之各光點(diǎn)面積而降低信號(hào)對(duì)噪音比，其中的距離是下式所示之D′D′＝DCOSφ從研究中，證實(shí)余弦誤差在與互相關(guān)法之采樣間隔相誤差相比較下可忽略不計(jì)。峰值RAB(θ)之定位作用在到達(dá)敏感器對(duì)準(zhǔn)限度之前不受此偏斜之影響。隨各光點(diǎn)之相似性面積之減小而降低之信號(hào)對(duì)噪音比與預(yù)期之性能一致，如圖16所示。
各敏感器位置間之分隔距離對(duì)根據(jù)本發(fā)明制成之裝置之操作極具臨界性。敏感器位置間隔之增加將使噴射流之表面特性具有較多時(shí)間在各光點(diǎn)之間變化。此種情況將增加信號(hào)對(duì)噪音比，直至相互關(guān)系最后消失。減小敏感器位置間隔提供較佳之相互關(guān)系，但在各感測(cè)器位置間之較小過渡時(shí)間之情況下，相關(guān)儀器將在所測(cè)量計(jì)時(shí)間延遲θ中具有較大不確定性。
保持測(cè)量周期不確定性于0.5%內(nèi)之最小間隔可由下式計(jì)算Dmin＝100PV/N最小間隔亦受光點(diǎn)之尺度及形狀限制。
擾流信號(hào)損失不影響RAB(θ)峰值之位置。故在信號(hào)對(duì)噪音比被顯著降低之前，不成為互相關(guān)函數(shù)中之一重要因數(shù)。光點(diǎn)尺度對(duì)信號(hào)起濾波及均化效果，故其Z寬度能用于根據(jù)下式計(jì)算近似最大敏感器位置分離Dmax＝j(luò)w，故D值之限度為jw≥D≥100PV/N信號(hào)穿入噴射流導(dǎo)致另外之誤差。此等誤差為(1)信號(hào)損失-低互相關(guān)系數(shù)XCC;
(2)自噴射流底部之反射作用-RAB(θ)位移及/或加寬;及(3)垂直速度剖面平均化-較狹頻帶寬度及RAB(θ)位移。
第一誤差(1)不直接影響互相關(guān)函數(shù)之時(shí)間位置，其主效應(yīng)為減小信號(hào)強(qiáng)度，僅在具有極小擾流之無阻礙解答中具有重要性。
在第二誤差來源(2)中，信號(hào)之一部分經(jīng)噴射流傳送至其底部并被反射回敏感器。如果噴射流之底部表面以略異于頂部表面之速度流動(dòng)時(shí)，信號(hào)fA(t)及fB(t)之關(guān)系變?yōu)閒A(t)=A0fB(t+θ1)+A1fB(t+θ2).A0+A1]]>相關(guān)函數(shù)為RAB(t)=1P∫0PfA(t)[A0fB(t+θ1)+A1fB(t+θ2)A0+A1]dt]]>=A0P(A0+A1)∫0PfA(t)fB(t+θ1)dt]]>+A1P(A0+A1)∫0PfA(t)fB(t+θ2)dt]]>此種情況將產(chǎn)生在θ1及θ2之峰值。在二表面流動(dòng)具有近似之相同速度下，僅一峰值將出現(xiàn)于相關(guān)函數(shù)中，但將隨時(shí)間而加寬及位移。
圖7顯示激光多普勒速度計(jì)所測(cè)量計(jì)之垂直速度剖面。請(qǐng)求在相同條件下以相關(guān)法所獲之速度重疊示于圖中，如果噴射流之頂部表面距其中心為1.626mm時(shí)，在該點(diǎn)上之相關(guān)速度應(yīng)為7.95m/s測(cè)量之速度為8.08m/s相差1.6%，可部份歸因于下方表面反射。當(dāng)量計(jì)之溶液變?yōu)檩^不透明時(shí)，此一誤差來源可忽略不計(jì)。
第三及最后穿入誤差來源(3)為平均作用。此次誤差在飽合顆粒物之流動(dòng)中具有重要性，及實(shí)際上為廣義之表面反射誤差，在含有紙漿纖維或他種反射作用介質(zhì)之流體中，光點(diǎn)將穿入并提供來自各階段之顆粒之背向散射信號(hào)。最強(qiáng)之信號(hào)將來自接近表面處，但來自就不同速度移動(dòng)之各不同深度之信號(hào)將導(dǎo)致誤差至信號(hào)內(nèi)。此一信號(hào)之相關(guān)函數(shù)為RAB(t)=1P(A0+A1+A2+···+An)[A0∫0PfA(t)fB(t+θ1)dt]]>+A1∫0PfA(t)fB(t+θ2)dt···+A∫0PfA(t)fB(t+θn)dt].]]>及平均峰值RAB(θ′)為RAB(θ′)=A0RAB(θ1)+A1RAB(θ2)+A2RAB(θ3)+···+AnRAB(θn)A0+A1+A2+···An]]>溶液愈不透明，穿入深度愈小，及時(shí)間延展將較狹。
圖7亦顯示0.3%軟木紙漿溶液之相關(guān)速度。表面速度與測(cè)量速度間之差為5.2%。此種情況顯示還較水中速度為大之噴射流內(nèi)之平均穿入，預(yù)計(jì)在深度樣本有較大速度差時(shí)會(huì)如此。如果需測(cè)量噴射流平均速度時(shí)，此誤差合乎需要。增加光源28之功率將提供較大穿入深度及速度之較真實(shí)之平均值。
下表為上文所討論之研究之誤差分析概要。
表1誤差分析概要不確定性%誤差來源 “正常”“最壞情況”信號(hào)處理采樣 +0.29 +0.49頻帶寬度 +0.01 +1.67(估計(jì))
敏感器定位至噴射流距離 0 +3.13水平向偏斜 +0.06 +3.13垂直向偏斜 0 +1.56間隔分離 +0.29 +0.49流量穿入深度 +1.50 +4.39(與表面速度相較)最大不確定性% 2.15% 15.39%如果流量穿入深度誤差被補(bǔ)償或?yàn)樗枵?，正常操作之不確定性百分率能被降至0.65%。
下表說明前述各方程式中所用符號(hào)之意義。
表1符號(hào) 說明A，B 敏感器位置A0，A1…… 放大因數(shù)，代表背向散射信號(hào)之該一部份之幅度BW 頻帶寬度D 敏感器位置間之距離j 對(duì)應(yīng)于敏感器位置間之時(shí)間延遲θ之采樣K 在范圍N′內(nèi)，對(duì)應(yīng)于時(shí)間t之采樣N 采樣總數(shù)P 信號(hào)被積分之區(qū)間RAB互相關(guān)函數(shù)RXX(O) 在時(shí)間t＝0之自相關(guān)信號(hào)之值V 噴射速度W Z(流動(dòng))方向之光點(diǎn)寬度
φ 敏感器位置不與噴射流平行之角度θ 敏感激光多普勒器位置A與B間時(shí)間延遲互相關(guān)流量計(jì)與激光多普勒速度計(jì)之校準(zhǔn)示于圖6中。水之互相關(guān)速度是各測(cè)量值中之準(zhǔn)確性最低者，并具有0.99870之線性。使用原料之速度之線性為0.99987，與激光多普勒速度計(jì)所測(cè)量之速度之線性相同?；ハ嚓P(guān)速度中之誤差在各低噴射速度時(shí)較大，尤其在水噴射流。此次誤差部份是由于較低頻率擾流所致之變狹頻帶寬度之結(jié)果，以及在水之情況中，部份由于自噴射流之各下方表面之反射所致。互相關(guān)系速度之偏斜與激光多普勒速度計(jì)之比較示于圖7中，圖中顯示與收集激光多普勒速度計(jì)信號(hào)之點(diǎn)相比較之互相關(guān)信號(hào)穿入噴射表面之平均深度。當(dāng)噴射速度改變時(shí)，噴射流內(nèi)之各信號(hào)收集點(diǎn)將在最后座標(biāo)圖中位移及偏斜。因在原料之互相關(guān)較在水接近激光多普勒速度計(jì)信號(hào)收集點(diǎn)，故其偏斜應(yīng)較小，此點(diǎn)可自圖7明了。信號(hào)穿入噴射流愈深，偏離理論值之程度愈小。
參閱圖8，互相關(guān)噴射速度與由制紙機(jī)之流料箱壓力所計(jì)算之噴射速度相比較。如圖中所示，各曲線具有相似形狀，但與理論噴射速度略有不同。圖9及10之線條方格圖如前文簡(jiǎn)單所述，均是制紙機(jī)自起動(dòng)至停機(jī)之運(yùn)轉(zhuǎn)。此等方格圖顯示用作連續(xù)讀出裝置，對(duì)輕微速度變化之反應(yīng)，圖9所示為連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，圖10則顯示在運(yùn)轉(zhuǎn)末期具有分級(jí)降低流量之運(yùn)轉(zhuǎn)。
前述大型流動(dòng)迴路之結(jié)果示于圖11，12，13及14中。
圖11顯示自具有不同流動(dòng)速率及成片口開度之一系列21次運(yùn)轉(zhuǎn)所獲數(shù)據(jù)之比較，各測(cè)量值在各較低速度極良好相對(duì)應(yīng)，在較高速度具有若干明顯變化。此種情況系歸因于畢托管測(cè)量噴射流之中心及互相關(guān)法測(cè)量表面所致。在較高速度時(shí)，表面與中心速度間之差將較大。此次數(shù)據(jù)之線性回歸分析提供0.9572之相關(guān)系數(shù)。
圖12及13是機(jī)器之流料箱分別不具有成片口唇部及具有 1/4 ″成片口唇部時(shí)之噴射速度與流量之對(duì)照?qǐng)D。流動(dòng)速率經(jīng)加以變化，全部其他條件保持不變。所獲數(shù)據(jù)與圖11之?dāng)?shù)據(jù)大致相對(duì)應(yīng)。圖12及13所示之?dāng)?shù)據(jù)分別具有0.9979及0.9987之相關(guān)系數(shù)。圖10為相關(guān)系數(shù)與圖12及13之二次運(yùn)轉(zhuǎn)速度之對(duì)照方格圖。當(dāng)噴射速度增加時(shí)，敏感器位置間之表面變化較小，因此獲得較大相關(guān)性。由于噴射流表面上之高頻擾流，信號(hào)之頻帶寬度亦被增加之速度加寬。
表1之概要誤差分析提供在各敏感器良好對(duì)準(zhǔn)之正常操作情況下及其中信號(hào)極接近損失之“最壞情況”下之預(yù)期誤差。此等誤差系假定6mm之敏感器間隔及直徑之光點(diǎn)之情況而計(jì)算。所測(cè)量之介質(zhì)系假定以2與20m/s間之速度流動(dòng)之一種較不透明性溶液?；ハ嚓P(guān)法系根據(jù)在3分鐘之間采樣1024次。
根據(jù)本發(fā)明互相關(guān)噴射速度測(cè)量法適用于流料箱噴射流之測(cè)量，完全不擾亂噴射流，并能以最小量之設(shè)備及維護(hù)在極不利情況下可靠操作。
當(dāng)各元件恰當(dāng)對(duì)準(zhǔn)時(shí)，準(zhǔn)確性比大多數(shù)現(xiàn)有噴射速度測(cè)量計(jì)方法為佳。即使有某種程度之失調(diào)時(shí)，信號(hào)一般將在讀數(shù)中之誤差變得明顯之前丟失。
根據(jù)本發(fā)明制成之裝置測(cè)量表面速度。如果需要測(cè)量噴射流之中心速度時(shí)，必須有一相關(guān)因子，然而，就大多數(shù)用途而言，速度之相對(duì)變化為最重要之參數(shù)，及在此等用途中根據(jù)本發(fā)明制成之裝置極準(zhǔn)確。
從以上之討論，顯然明了，圖2及3之光纖維元件28及30系可調(diào)整式，安裝成在間隔，水平向及垂直向偏斜以及在流料箱噴射流上方之位置方面進(jìn)行調(diào)整。亦可明了，光源28之強(qiáng)度可加以變化而增加或減小穿入噴射流之深度。
雖然本發(fā)明已參照一種特定例示性具體實(shí)例及工作系統(tǒng)之試驗(yàn)結(jié)果之方格圖加以說明，但精于本藝之人士可悟及本發(fā)明之多種變化及變體而不脫離本發(fā)明之精神及范圍。因此，本發(fā)明之專利范圍應(yīng)包含可合理及適當(dāng)包括于本發(fā)明之范圍內(nèi)之全部此等變化及變體。
權(quán)利要求
1.測(cè)量液體噴射流之速度之裝置包括安裝成靠近液體噴射流之發(fā)光裝置，其中包括光束裝置，光束裝置可工作而發(fā)出一對(duì)光束在沿噴射方向之預(yù)定間隔位置上至噴射流，并接收被噴射流反射之光束；與光束裝置成光學(xué)式交連之光敏感裝置，光敏感裝置可工作而產(chǎn)生代表來自二光束之反射光之電信號(hào)；連接于光敏感裝置之高通濾波裝置，以濾除低于預(yù)定頻率之電信號(hào)成份；連接于高通濾波裝置之放大裝置，以放大經(jīng)濾波之信號(hào)；及連接于放大裝置之分析裝置，分析裝置可工作而互相關(guān)經(jīng)放大之信號(hào)之交流成份，并獲得代表噴射流之速度之輸出。
2.根據(jù)上述權(quán)項(xiàng)之第1項(xiàng)之裝置，在其中，發(fā)光裝置包括一光源及一對(duì)分叉式光纖維束，每一光纖維束將光源經(jīng)流料箱光交連于光敏感裝置。
3.根據(jù)上述權(quán)項(xiàng)之第2項(xiàng)之裝置，在其中，光敏感裝置包括與各光纖維束成光交連之一對(duì)光電二極管。
4.根據(jù)上述權(quán)項(xiàng)第2項(xiàng)之裝置，在其中，光束裝置包括可調(diào)整式架座裝置，以調(diào)整各光纖維束間之間隔。
5.根據(jù)上述權(quán)項(xiàng)第2項(xiàng)之裝置，在其中，光束裝置包括可調(diào)整式架座裝置，以調(diào)整各光纖維束間之水平向偏斜。
6.根據(jù)上述權(quán)項(xiàng)第2項(xiàng)之裝置，在其中，光束裝置包括可調(diào)整式架座裝置，以調(diào)整各光纖維束間之垂直向偏斜。
7.根據(jù)上述權(quán)項(xiàng)第2項(xiàng)之裝置，在其中，光束裝置包括可調(diào)整式架座裝置，以調(diào)整各光纖維束間在噴射流表面上方之間隔。
8.根據(jù)上述權(quán)項(xiàng)第1項(xiàng)之裝置，進(jìn)一步包括連接于光敏感裝置與高通濾波器間之電流放大器。
9.根據(jù)上述權(quán)項(xiàng)第1項(xiàng)之裝置，在其中，分析裝置包括-FFT全能二波道析譜儀。
10.根據(jù)上述權(quán)項(xiàng)第1項(xiàng)之裝置，進(jìn)一步包括連接于放大裝置之貯存裝置，以貯存各經(jīng)放大信號(hào)所代表之?dāng)?shù)據(jù)。
11.測(cè)量液體噴射流之速度之裝置包括沿噴射方向間隔分開安裝在噴射流表面上方之一對(duì)分叉式光纖維束，每一光纖維束包括面對(duì)噴射流之第一端部、第二端部及第三端部;光交連于各光纖維束之第二端部之一對(duì)光電二極管;光學(xué)式交連于各光纖維束之第三端部而產(chǎn)生二光束之一光源，各光束之?dāng)?shù)部份被噴射流反射并被導(dǎo)引至各光電二極管，以使各光電二極管產(chǎn)生具有代表包括表面型態(tài)之噴射流型態(tài)之交流成份之各電信號(hào);連接于各光電二極管之一電流放大器，以放大各電信號(hào);連接于電流放大器之一高通濾波器，以通過具有高于一預(yù)定截止頻率之各電信號(hào);連接于高通濾波器之放大裝置，以放大各經(jīng)濾波之信號(hào);及連接于放大裝置之分析裝置，以互相函數(shù)比較法而決定各電信號(hào)之交流成份間之時(shí)間延遲。
12.根據(jù)上述權(quán)項(xiàng)第11項(xiàng)之裝置，裝置配合可產(chǎn)生流料箱噴射流之制紙機(jī)流料箱。
13.根據(jù)上述權(quán)項(xiàng)第11項(xiàng)之裝置，在其中，分析裝置包括能根據(jù)下式演算之一析譜儀RAB(t)＝ 1/(P) ∫POfA(t)fB(t+θ)dt其中fA(t)及fB(t)代表在各光纖維束上游及下游產(chǎn)生之交流成份，P為預(yù)定積分區(qū)間，θ代表fA(t)與fB(t)間之時(shí)間延遲，及RAB(t)為互相關(guān)輸出及在θ具有最大值。
14.測(cè)量液體噴射流之速度之方法，其步驟包括導(dǎo)引一對(duì)光束至一液體噴射流上而產(chǎn)生沿噴射流之流動(dòng)方向成間隔之各光點(diǎn)，以使各光束被反射;敏感所反射之光及產(chǎn)生具有代表噴射流之型態(tài)之交流成份之一對(duì)代表信號(hào);濾除預(yù)定之低頻成份;及互相關(guān)連各經(jīng)濾波信號(hào)所代表之各型態(tài)而決定該對(duì)信號(hào)間之時(shí)間延遲作為在各光點(diǎn)之預(yù)定間隔中之噴射流之速度。
15.根據(jù)上述權(quán)項(xiàng)第14項(xiàng)之方法，在其中，濾波步驟經(jīng)進(jìn)一步規(guī)定成濾除低于200HZ之全部頻率。
16.根據(jù)上述權(quán)項(xiàng)第14項(xiàng)之方法，進(jìn)一步包括放大各經(jīng)濾波信號(hào)之步驟。
17.根據(jù)上述權(quán)項(xiàng)第16項(xiàng)之方法，進(jìn)一步包括記錄各經(jīng)放大信號(hào)之步驟。
18.根據(jù)上述權(quán)項(xiàng)第14項(xiàng)之方法，進(jìn)一步包括調(diào)整各光點(diǎn)之流動(dòng)方向之尺度而改變互相關(guān)性之步驟。
19.根據(jù)上述權(quán)項(xiàng)第14項(xiàng)之方法，進(jìn)一步包括調(diào)整各光束之光強(qiáng)度而改變穿入噴射流之深度及測(cè)量速度之深度之步驟。
專利摘要
例如制紙機(jī)之流料箱噴射流之液體噴射速度由互相關(guān)的交流信號(hào)測(cè)量，此交流信號(hào)由一對(duì)光電二極管接收一對(duì)光束所產(chǎn)生。光由單獨(dú)光源——白熾燈供給，并由安裝在噴射流上方并依流動(dòng)方向間隔分開的一對(duì)分叉光纖維導(dǎo)引，各交流成分被過濾，消除低頻，并放大及隨后在頻譜儀中分析。
文檔編號(hào)G01P3/36GK85103950SQ85103950
公開日1987年3月4日 申請(qǐng)日期1985年5月21日
發(fā)明者丹尼·巴克 申請(qǐng)人:美商貝洛特公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan