聲學發射系統和用于預測溶解箱中的爆炸的方法與流程

本申請要求于2015年11月6日遞交的美國臨時專利申請No.62/252,221的權益，該臨時專利申請的全部內容通過引用結合于此。

技術領域

本文大體涉及化學制漿并且更具體地涉及在紙漿和造紙工業中使用的回收爐和溶解箱。

背景技術：

化學制漿將木質纖維素生物質轉化成各種長度的紙漿纖維。在紙漿和造紙工業中，木質纖維素生物質通常含有木屑；但是木質纖維素材料可能含有基于植物的生物質，其中蛋白質木質素與纖維素糖分子緊密相聯。通過處理，操作者可以分離纖維素紙漿纖維，以用于包括造紙在內的多種商業應用。

當例如木材為主要的木質纖維素材料時，生產可以從原木開始。剝皮機去除原木上的樹皮(或“剝皮”)，并且削片機將原木粉碎成小碎片。根據特定的處理和應用，操作者可以使用蒸汽和化學品對這些碎片進行預處理，以使木質纖維素生物質中的孔膨脹，或者操作者可以直接將干燥的碎片送入化學煮解器中。連續化學煮解器大致為圓柱形并且可以是幾層高。

在煮解器中，操作者通常將白液和蒸汽引入到煮解器的上部。在牛皮紙漿制造法中，“白液”通常由氫氧化鈉和硫化鈉溶液組成。在幾小時的過程中，隨著白液溶解木質素，被蒸煮的生物質移動經過煮解器。木質素是將生物質中的纖維素和半纖維素結合在一起的蛋白質。去除木質素允許操作者分離主要包含纖維素和半纖維素的纖維。由于木質素和其它輔助生物質化合物溶解在液體中，所以液體變黑并變成“黑液”。

在黑液溶液離開煮解器之后，設備將纖維素紙漿纖維與剩余的黑液分離。與白液含有氫氧化鈉和硫化鈉相反，黑液含有碳酸鈉和硫酸鈉。碳酸鈉和硫酸鈉是白液與煮解器中的木質素和其它化合物發生化學反應后的產物。產物-碳酸鈉和硫酸鈉-通常不大能用于煮解木質素。

雖然氫氧化鈉和硫化鈉通常是便宜的化學品，但是對于每一批新的木質纖維素生物質需要購買新的氫氧化鈉和硫化鈉的溶液，因此成本通常是高昂的。為此，許多化學紙漿廠使用熱解化學回收系統，以將至少一部分碳酸鈉和硫酸鈉轉化回有用的氫氧化鈉和硫化鈉。

來自化學煮解器的新的黑液通常是稀釋的和不可燃的。因此，為了制備用于熱解的黑液，操作者通常通過閃蒸箱或其它的蒸發步驟來匯集黑液，以增加黑液中濃縮的固體顆粒量。然后，在通過噴嘴將濃縮的黑液噴射到化學回收爐之前，操作者加熱濃縮的黑液。噴嘴產生粗大液滴。回收爐蒸發來自液滴中的殘留水分并且黑液中的固體化合物經歷部分熱解。殘留的無機化合物落到爐底并積聚在炭床中。炭床中的一些碳和一氧化碳可以用作將硫酸鈉轉化為硫化鈉的催化劑，然后可以從爐頂附近的煙道氣中收集硫化鈉。

炭床中的殘留無機化合物最終熔化并且作為熔融物流過回收爐底部處的一個或多個熔融物噴口。冷卻劑(通常為水)可以冷卻熔融物噴口。冷卻劑管可以集成到噴口本身，或者為輔助冷卻系統。輔助冷卻系統通常被稱為“水套”并且可以圍繞噴口的外部。從出口流出的熔融物落入到溶解箱中并與水或稀白液接觸以產生堿液。所得的堿溶液通常被稱為“綠液”。

在諸如牛皮紙漿制造法之類的硫酸鹽化學法中，綠液的主要成分通常是硫化鈉和碳酸鈉。然而，不同的化學工藝產生具有不同無機化合物的綠液。操作者通常收集綠液并將綠液輸送到苛化設備以進一步分離和濃縮硫化鈉和碳酸鈉，從而使白液再生。

當熔融物與溶解箱中的綠液相接觸時，熔融物爆炸并且發出一系列可聽見的噪音。這通常被業界人士稱為“響聲(banging)”。從噴口流出的熔融物通常介于750攝氏度(℃)至820℃之間，而綠液的平均溫度為約70℃至100℃。此外，熔融物通常含有諸如鈉之類的反應堿金屬，該堿金屬與水發生爆炸性反應。不受理論的束縛，巨大的溫差可以增強熔融物與綠液的反應，從而引起或有助于響聲。如果不加以調節，熔融物的突然流入可能會脹開溶解箱和回收爐，這對附近的操作人員構成了嚴重的危險。

為了控制響聲，常規的溶解箱通常在熔融物從噴口下落時擾亂熔融物。限流器可以是一個或多個粉碎噴射器，其使用高壓下的蒸汽或其它流體沖擊下落的熔融物以產生熔融液滴。這些液滴的體積比整體熔融流的體積小，爆炸通常不如熔融液作為連續的、不間斷的、未擾亂的流與綠液相接觸時強烈。通常，熔融物噴口的端部升高到綠液液面上方，并且隨著熔融物從噴口端部下落，粉碎噴射器擾亂下落的熔融物。

有時，熔融物可能在回收爐或噴口中過早冷卻并且降低或減小熔融物的流動速率。在這種不合時宜的狀態下，液體熔融物易于在障礙物后積聚。如果障礙物移開，則突然的熔融物流入可能會破壞粉碎噴射器的將熔融物擾亂成足夠小的液滴的能力。此外，如果大量涌入非常多，則熔融物可能流過噴口的側面并完全繞過粉碎噴射器。在其它情況下，粉碎噴射器可能失效。在這些情況下，與綠液相接觸的熔融物的體積的增加大大增強了響聲的爆炸強度和爆炸風險。

在許多工廠中，操作員通常在處理設備中和處理設備之間移動以監測處理條件和輸出。溶解箱或回收爐中的爆炸對鄰近的人員造成嚴重的安全危險，并且由此引起的火災對工廠的其它部分中的人員造成嚴重的危險。這些爆炸還引起不受管制的量的污染物進入空氣和地下水中并且意味著顯著的生產損失。這種規模的爆炸可以使工廠停工數周至數月。

技術實現要素：

申請人設想了一種系統，在該系統中，聲發射傳感器放置在溶解箱中或其周圍。申請人已經發現，濾波到大于20KHz的計劃頻率范圍的聲發射易于在熔融物流入發生之前展現出獨特的模式或“預流入指征”。通過隔離所記錄的聲發射頻率來檢測預流入指征，在熔融物流入發生之前預測熔融物流入成為可能。一旦檢測到預流入指征，本文所公開的示例性系統可以修改工藝條件或遏制熔融物流入，從而防止或減輕可能有助于危及爆炸的失常情況。在其它示例性實施例中，操作者可以對熔融物控制機構(諸如美國專利No.9,206,548中所公開的限流器或限流板等)進行設定，以控制熔融流。測量來自于溶解箱中的熔融物響聲的聲發射事件可以進一步用于調節回收爐內的條件，從而控制進入溶解箱內的熔融物的量。

由設置在限流器和熔融物噴口附近的一個或多個聲發射傳感器檢測的熔融流可以通過“預流入指征”來證實，該“預流入指征”包括增大速率的聲發射，該聲發射具有的幅值基本上超過第一組處理波形200％以上并且具有的頻率大于20KHz。聲發射系統還可以包括一響應，該響應被配置為當聲發射系統檢測到預流入指征時調節熔融流。該響應可以包括限制熔融流、改變回收爐內的工藝條件或其組合。

爐爆炸的問題通過使用本文所公開的系統和方法的示例性實施例來緩解。在示例性實施例中，聲發射系統可以包括被配置為檢測聲發射的聲發射傳感器。聲發射傳感器可以包括具有諧振頻率的變換器，其中，變換器被配置為將聲波轉換為電信號。預放大器可以與變換器通信。預放大器通常被配置為放大電信號。預放大器轉而生成放大信號，并將放大信號傳遞給數據處理器。數據處理器可以被配置為將放大信號過濾為大于20KHz的計劃頻率范圍。數據處理器可以進一步評估計劃頻率范圍中的頻率以檢測預流入指征。一旦數據處理器檢測到預流入指征，則數據處理器可以啟動響應，該響應可以包括改變回收爐中的一個或多個操作條件或者激活安全裝置，以減少或防止熔融流與溶解箱中的綠液相接觸。

在示例性系統中，多個聲發射傳感器可以設置在溶解箱中及其周圍。例如，包括波導的聲發射傳感器可以設置在溶解箱的壁中。聲傳感器可以具有讀取端和第二端，該讀取端位于波導的端部處，該第二端與讀取端相對并且設置在溶解箱的外部。讀取端可以設置在溶解箱內。在某些示例性實施例中，兩個或更多個聲發射傳感器具有的波導可以延伸到綠液中。在其它示例性實施例中，聲發射傳感器可以具有設置在從限流器發射的流體內的波導。在又一些其它的示例性實施例中，聲發射傳感器可以具有設置在溶解箱內綠液液面上方以及限流器流體外部的波導。在其它示例性實施例中，聲發射傳感器可以鄰近溶解箱設置。

在正常操作條件下，限流器將從熔融物噴口流出的熔融物分散成熔融液滴。熔融液滴接著接觸綠液并且發出小的“響聲”。“響聲”包括可聽見的聲發射以及高于和低于人類聽覺范圍的聲發射。在這些正常操作條件下，每秒可能發生數百次小響聲。在該過程的示例性實施例中，聲發射傳感器檢測聲發射并將聲發射波轉換為電模擬信號。該信號可以轉成一系列預放大級，以隔離出大于20KHz的頻率范圍的期望的頻率，該預放大級之后是一個或多個高通、低通或帶通濾波級。該信號可以在被轉換成數字信號之前進一步細化。模數(A/D)轉換器可以將模擬信號轉換為數字信號。然后，數字信號可以被發送給諸如現場可編程門陣列(“FPGA”)之類的數據處理器，該FPGA可以使用連續計數法或者實施傅里葉變換法進行處理，從而簡化數字信號。傅里葉變換法可以是快速傅里葉變換法(“FFT”)或其它的傅里葉變換法。在其它示例性實施例中，FPGA可以使用其它的信號處理或變換方法(例如，通過使用均方根(“RMS”)法、標準偏差法、偏態法、峰度法、平均法、方差法，或者通過使用模糊邏輯法、神經網絡法和其它信號處理方法)來示出每個單獨的處理部分上的最大關聯。在又一些其它的示例性實施例中，數據處理器可以是專用集成電路(“ASIC”)。此外，示例性系統可以分析由多個聲發射傳感器產生的信號。

示例性系統可以連續地監測溶解箱內的超出熔融流的基線水平的熔融物流入。

示例性系統可以對來源于溶解箱中的聲發射的信號進行處理和分析，以預測熔融物流入并且啟動響應以防止熔融物流入。

另一個示例性系統可以基于來源于溶解箱中的聲發射的信號來調節回收爐中的操作條件。

又一個示例性系統和方法可以包括基于計算機的系統，該基于計算機的系統具有軟件，該軟件被配置為基于來自聲發射傳感器的信號輸入來監測溶解箱。基于計算機的系統可以具有所定義的狀況警報，以指示信號何時超過預定信號幅值閾值。

溶解箱中的失常情況問題可以通過以下方法來解決，該方法包括以下步驟：將一個或多個聲發射傳感器插入通過溶解箱中的壁或頂；連續地監聽溶解箱中響聲的量和強度(“攻擊性”)，將該響聲傳輸到計算機系統，分析數據，與溶解箱的工藝條件進行對比并且一旦數據滿足計劃條件則返回輸出。

根據本文的實施例的裝置的特征在于，本文包括傳感器，該傳感器用于測量由熔融物與綠液相接觸而引起的聲發射。傳感器可以包括波導，該波導具有第一端和第二端，其中，第一端設置在溶解箱內部的一定位置處，并且第二端位于溶解箱的外部。第二端可以設置有壓電傳感器，該傳感器被配置為將所接收的聲發射轉換為模擬電信號。波導可以包括用于接收聲發射的非絕緣部分以及設置在非絕緣部分下游的絕緣部分。聲發射傳感器還可以包括用于對所接收的模擬電信號進行處理的預處理器。

根據本文的示例性方法包括以下步驟：通過聲發射傳感器來接收聲發射，該聲發射傳感器延伸到溶解箱的內部，該聲發射由溶解箱內部的熔融物和綠液的化學和熱反應所引起。該方法還可以包括以下步驟：將聲發射轉換成數字信號，將數字信號傳輸給計算機，以及用圖形將數字信號表示在頻譜上以產生圖形頻譜。然后，可以將圖形化的頻譜與指示正常操作條件的所存儲的頻譜進行比較，并且當圖形化的頻譜超過所存儲的頻譜200％以上時生成響應。

在另一個示例性實施例中，計算機可以產生數字輸出信號，該實施例配備有諸如在美國專利No.9,206,548中所述的限流板。

附圖說明

根據如附圖所示的、對本文的示例性實施例的以下更具體的描述，前述內容將變得顯而易見，其中，在不同視圖中相同的附圖標記指代相同的零件。附圖不一定按比例繪制，而是將重點放在示出所公開的實施例上。

圖1是設置在溶解箱周圍的多個聲發射傳感器的剖面側視圖。

圖2是聲發射傳感器的詳細剖視圖。

圖3是示出聲發射系統的示例性實施例的流程圖。

圖4是示意性地表示示例性預流入指征的圖形。

圖5A描繪了顯示器上的FFT輸出，其中，該輸出是表示作業基線水平的第一組處理波形。

圖5B描繪了顯示器上的FFT輸出，其中，該輸出具有超過基線200％以上的第二組處理波形。

具體實施方式

對優選實施例的以下詳細描述僅出于說明和描述的目的來得以闡述并且不旨在窮盡或限制本發明的范圍和精神。對實施例進行選擇和描述以更好地解釋本發明的原理及其實際應用。本領域的技術人員將認識到，在不脫離本發明的范圍和精神的情況下，可以對本說明書中公開的本發明做出許多改動。

相應的附圖標記表明若干視圖中相應的元件。雖然附圖表示根據本文的各種特征和部件的實施例，但是附圖并不一定是按比例繪制的，并且某些特征可能被放大以便本文的實施例更好地示出，并且這樣的示例不應被解釋為以任何方式限制本文的范圍。

在說明書中，對“一個實施例”、“實施例”、“示例性實施例”等的引用表示所述實施例可以包括特定的特征、結構或特性，但是每個實施例不一定包括特定的特征、結構或特性。此外，這樣的短語不一定指的是同一實施例。此外，當結合實施例描述特定的特征、結構或特性時，認為本領域的技術人員可以想到結合其它實施例來影響這樣的特征、結構或特性，無論是否被明確描述。

盡管為了清楚起見，在下面的描述中使用了特定的術語，但是這些術語僅旨在表示為了在附圖中進行說明而選擇的實施例的特定結構，而并不旨在限定或限制本文的范圍。

單數形式“一”、“一個”和“該”包括多個所指物，除非上下文另有明確規定。數值應當被理解為包括以下數值：當減少到相同數目的有效數字時相同的數值、以及與狀態值的差小于為了判定值本申請中所述的類型的常規測量技術的實驗誤差的數值。

本文所公開的所有范圍包括所引用的端點，并且可以單獨組合，例如，范圍“40分貝(‘dB’)至60dB”包括端點40dB和60dB以及所有的中間值。

如本文所使用的，可以應用近似語言來修飾任何定量表示，該定量表示可以在未導致與其相關的基本功能改變的情況下進行改變。因此，由諸如“約”和“基本”等的一個或多個術語修飾的值可以不限于所指定的精確值。修飾語“約”也應被認為是公開了由兩個端點的絕對值界定的范圍。例如，表述“約2至約4”也公開了“從2至4”的范圍。

應當注意，本文使用的許多術語是相對術語。例如，術語“上”和“下”在位置上彼此相對，即，在給定的取向上，上部件位于比下部件更高的高度，但是如果裝置被翻轉，則這些術語可以交換。就給定的結構而言，術語“入口”和“出口”與通過它們的流體流動有關，例如，流體通過入口流入該結構中并且通過出口流出該結構。術語“上游”和“下游”與流體流經各種部件的方向或者信號穿過各種部件的方向有關，即信號是相對于流體流動的方向或信號移動通過各種部件的方向，即信號在遇到下游部件之前遇到上游部件。

術語“頂部”和“底部”或“基部”用于指代與絕對基準(即，地球表面)有關的位置/表面，其中，頂部總是高于底部/基部。術語“向上”和“向下”也與絕對基準有關；向上的流動始終抵抗地球的重力。

圖1是示出溶解箱160的示意圖，該溶解箱包括延伸通過溶解箱160的壁162和頂部164的聲發射傳感器150。雖然圖1示出了單個熔融物噴口110和單個溶解箱160，但是將會理解，多個熔融物噴口110和溶解箱160可以沿著回收爐100延伸。聲發射傳感器150具有讀取端(222，圖2)和第二端(224，圖2)，該第二端與設置在溶解箱160外部的讀取端222相對。讀取端222設置在溶解箱160內。在其它示例性實施例中，聲發射傳感器150可以完全設置在溶解箱160內，使得讀取端222和第二端224兩者均設置在溶解箱160內。

在又一些其它的示例性實施例中，聲發射傳感器150可以完全設置在溶解箱160的外部，使得讀取端222和第二端224兩者均設置在溶解箱160的外部。圖1示出了穿過溶解箱160設置的多個聲發射傳感器150。多個聲發射傳感器150可以用于提供附加的詳細信號數據。聲發射傳感器150可以膠接、緊固或以其它方式附接到溶解箱160的頂部164或壁162。在其它示例性實施例中，聲發射傳感器150可以與靠近或連通溶解箱160的管件相接合。在又一些其它的示例性實施例中，磁體可以將聲發射傳感器150與溶解箱160或管件相接合。

當熔融液滴130接觸綠液165時，熔融液滴130發出聲發射167。路人可以將這些聲發射167中的一些聽作可聽見的響聲。示例性聲發射傳感器150在傳輸放大信號311以用于進一步的處理之前可以檢測聲發射167、將聲發射167轉換成電模擬信號307(圖3)、并對信號307進行前置預放大。聲發射167可以是傳輸通過溶解箱160的音波或其它的能量波。

聲發射傳感器150可以包括壓電傳感器、微機電系統(“MEMS”)傳感器或被配置為檢測聲發射167并將聲發射167轉換為電信號307的其它聲傳感器。此外，聲發射傳感器150可以包括諸如寬帶聲發射濾波器之類的濾波器316(圖3)。在其它示例性實施例中，聲發射傳感器150可以包括窄帶聲發射濾波器。

如圖1所示，熔融物噴口110的第一端可以設置在回收爐100中、與回收爐相接合、或者朝回收爐100延伸，并且與熔融物噴口110的第一端相對的熔融物噴口110的第二端可以設置在溶解箱160中、與溶解箱160相接合、或者朝溶解箱160延伸。來自回收爐100的熔融物115向下流入到溶解箱160中。溶解箱160通常設置在罩蓋170的下方。限流器140發射擾亂熔融物115的流體145，以產生熔融液滴130。流體145通常是蒸汽。限流器140可以是噴灑噴嘴。

在所示的實施例中，聲發射傳感器150’延伸到由限流器140噴射的流體145中。流體145擴散的區域可被稱為限流器140的流路。至少一個聲發射傳感器150的波導125期望地延伸到溶解箱160內的液體中。在如圖1所示的示例性實施例中，液體是綠液165，但是將會理解，液體可以是在溶解箱160中使用的任何液體。至少一個其它的聲發射傳感器150’的波導125不接觸綠液165。

聲發射傳感器150’’被配置為檢測第一跡象的不平緩的熔融流。這是使用主從處理配置的聲發射傳感器150、150’和150’’的示例，其中，主傳感器(參見150’’)安裝在意向區域(例如，熔融物接觸流體的區域)附近，并且從屬或防護傳感器(參見150、150’)圍繞主傳感器(參見150’’)并消除從意向區域外部生成的噪音。例如，具有設置在限流器140的流路中的波導125的聲發射傳感器150’可以連續監測在限流器140的流路中產生的聲發射167。系統可以對信號進行如下處理并生成指示正常限流器操作條件的信號分布。數據處理器336(圖3)接著可以從由主傳感器(參見150’’)記錄的信號中減去正常限流器操作條件的信號分布，該主傳感器位于熔融物與綠液165相接觸的區域的上方。以這種方式，可以使用主-從技術從主傳感器150’’處生成的信號中消除不相關的背景噪音。

在其它示例性實施例中，防護傳感器(參見150、150’)可以檢測作業基線水平442(參見圖4)，該基線表示在防護傳感器的檢測區域中在正常操作條件下的第一速率熔融流。例如，具有設置在限流器140的流路中的波導125的聲發射傳感器150’可以連續監測在限流器140的流路中產生的聲發射167。與聲傳感器150’通信的數據處理器336可以寄存第一組處理波形432(圖4)，該波形指示限流器140的流路中的作業基線水平442。在熔融物流入發生之前，數據處理器336還可以寄存第二組處理波形433(圖4)，該波形超過作業基線水平442 200％以上。第二組處理波形433可以表示第二速率熔融流。在某些示例性實施例中，數據處理器336可以將從防護傳感器(參見150、150’)中產生的第一組處理波形432同從主傳感器(參見150’’)中產生的第一組處理波形432進行印證，以確認溶解箱160在正常操作條件下操作。在又一些其它的示例性實施例中，數據處理器336可以將從防護傳感器(參見150、150’)中產生的第二組處理波形433同從主傳感器(參見150’’)中產生的第二組處理波形433進行印證。通過比較第二組處理波形433，數據處理器可以確認預流入指征372(圖3)的存在，從而啟動阻止或遏制熔融物流入的響應。

熔融液滴130的平均溫度可以介于750℃至820℃之間。綠液165的平均溫度為約70℃至100℃。為了承受溶解箱160內的熱量并經受流體145，聲發射傳感器150可以具有由構造為承受高溫和高壓的材料制成的殼體151。示例包括鋁、雙相不銹鋼或常規不銹鋼。此外，根據溶解箱160內的平均溫度，具有設置在溶解箱160內的電子器件或換能元件的示例性聲發射傳感器150可以被配置為在100℃以上的溫度下或者在160℃以上的溫度下操作。具有設置在溶解箱外部的電子器件或換能元件的聲發射傳感器150可以被配置為50℃以上的溫度下操作。

參照圖1、圖3和圖4，聲發射傳感器150連續檢測聲發射167，并且數據處理器336可以連續地處理或變換數字信號以準備信號分析(例如，分析處理信號以檢測預熔融物流入指征372)。在其它示例性系統中，聲發射傳感器150可以以諸如10毫秒(“ms”)、一秒、或六十秒等的時間區間對聲發射167進行采樣。一旦被處理，數據處理器336輸出輸出信號O。輸出信號O可以被傳輸給計算機338和顯示器339。輸出信號O包括表示第一速率熔融流的第一組處理波形432(即，作業基線水平442)。根據顯示器339的標度，第一組處理波形432可以看起來具有基本恒定的幅值。在顯示器339(參見用于顯示器輸出的圖4、圖5A和圖5B)上，具有基本恒定的幅值的第一組波形432可以看起來映射到表示第一組波形432的平均幅值的基本水平的直線。顯示器339可以進一步輸出浮動閾值F，該浮動閾值F是具有由信號的時均測量值確立的幅值的閾值。在圖4中，浮動閾值F表示輸出信號O在時間區間期間的平均幅值。該第一組處理波形432表示作業基線水平442，該作業基線水平基于來自一個或多個聲發射傳感器150的輸入來指示正常的、平緩的熔融流和限流器流體流。正常的平緩的熔融流可以包括第一速率熔融流。基線442可以進一步指示所謂的回收爐活動。在其它示例性實施例中，在每個熔融物噴口110的出口附近放置的聲發射傳感器150’將檢測第一跡象的不平緩熔融流、熔融物流入和限流器140的問題。

在突然的熔融物流入之前，處理信號368的幅值可以基本低于作業基線水平，隨后第二組處理波形433的幅值基本高于作業基線水平442，例如，比作業基線水平442高100％、150％以上、至少200％、200％、至少300％、300％以上、至少500％或500％以上。第二組處理波形433可以由一個或多個幅值峰值461表征。第二組處理波形433的幅值峰值461基本上超過作業基線水平442的平均幅值至少200％。第二組處理波形433可以表示第二速率熔融流。預流入指征372包括第二組波形433，該波形基本上超過作業基線水平442至少200％。在又一些其它的示例性實施例中，第二組波形433中的一個或多個幅值峰值461還可以包括預流入指征372。在又一些其它的示例性實施例中，預流入指征372可以包括第二組波形433中的基本上超過作業基線水平442的三個或更多個幅值峰值461。在又一些其它的示例性實施例中，預流入指征372可以包括第二組波形433中的基本上超過作業基線水平442的至少五個幅值峰值461。

在導致熔融物流入的條件下，聲發射167的頻率可以低于一個或多個熔融物噴口110處的作業基線水平442。也就是說，一旦被預處理和被處理，輸出信號O還可以包括第三組處理波形441，該波形的幅值低于作業基線水平442的平均幅值。在包括顯示器339或用戶界面的系統中，可以不描繪第三組處理波形441，或者第三組處理波形441可以表示為第一組處理波形432中的間隙。較低速率的聲發射167與在其它情況下會導致較低速率的聲發射167的工藝條件無關。示例性系統305可以將來源于聲信號傳感器150’的處理信號368與來源于聲信號傳感器150的處理信號368進行比較，以確定較低速率的聲發射167是否是當前溶解箱或回收爐工況的預期結果，其中，該聲信號傳感器150’設置在限流器140和熔融物噴口110附近，該聲信號傳感器150穿過溶解箱160設置。如果較低速率的聲發射167(和所得到的第三組處理波形441)不是當前溶解箱或回收爐工況的預期結果，則較低速率的聲發射167可能指示熔融流噴口阻擋，或者指示回收爐100中的波動熔融流，并且還可能包括預流入指征372。

如圖4所示，預流入指征372可以包括初始預流入指征372_a和即將發生的預流入指征372_b，初始預流入指征的特征在于第三組處理波形441具有不是工藝條件的預期結果的較低速率的聲發射167，即將發生的預流入指征372_b的特征在于第二組處理波形433具有的一個或多個幅值峰值461超過第一組處理波形432200％以上。在某些示例性系統中，數據處理器336一旦檢測到初始預流入指征372_a則可以啟動響應(諸如警報等)或工藝條件的改變，或者啟動熔融物遏制。在其它示例性系統中，數據處理器336可以響應于檢測到初始預流入指征372_a而觸發第一警報。

在其它示例性實施例中，顯示器339可以顯示由第一組處理波形432的平均幅值定義的第一浮動閾值479和由第二組處理波形433定義的第二浮動閾值480。預流入指征372還可以包括從第一浮動閾值479到第二浮動閾值480的轉變(參見372_b)，其中，第二浮動閾值480超過第一保持閾值479至少100％。也就是說，預流入指征372可以包括浮動閾值F增加了100％以上。

應當理解，使用任何信號處理公式來變換以下聲發射信號以預測熔融物流入的做法被認為在本文的范圍內：該信號高于20KHz并且源自溶解箱中的響聲。20KHz頻率代表人類聽覺的上限。將進一步認識到，使用任何信號處理公式來變換以下聲發射信號以預測熔融物流入的做法被認為在本文的范圍內：該信號高于100KHz并且源自溶解箱中的響聲。

在其它示例性實施例中，預流入指征372可以包括幅值衰減預流入指征372_c，其中，兩個或更多個幅值峰值461在設定的時間單位內超過閾值483。閾值483可以是電壓閾值、浮動閾值、系統檢查閾值或由用戶或儀器設定的其它閾值，預流入指征372可以與這些閾值進行比較。例如，當顯示器339以一秒的分辨率顯示輸出信號O時，幅值衰減預流入指征372_c每秒可以包括超過閾值483的兩個或更多個幅值峰值461。在顯示器339每隔10ms顯示輸出信號O的實施例中，幅值衰減預流入指征372_c每10毫秒可以包括超過閾值483的兩個或更多個幅值峰值461。幅值峰值461超過閾值483越大，則熔融物流入將越可能引起溶解箱爆炸(參見531，圖5B)。

圖2示出了聲發射傳感器250，其中，聲波167(圖1)使波導225振動。聲發射傳感器250被配置為連續地檢測聲發射167。聲發射傳感器250具有波導225，該波導與變換器285相接合。在所描繪的實施例中，變換器285是壓電晶體，但是應當理解，可以使用本領域中已知的其它變換器。波導225具有從變換器285延伸到讀取端222的長度L1。

保護套227可以使波導長度的一部分L3免受溶解箱260內的熔融物飛濺、液體飛濺以及溫度和壓力。波導的暴露部分L2可以直接暴露于溶解箱265內的綠液165。操作者可以將波導225插入通過設置在溶解箱260的壁262或頂部164的入口套管229。絕緣體228可以密封入口套管229中的開口并且使波導225隔離于溶解箱壁262和套筒229，以使與響聲檢測無關的背景信號最小化。

如圖2和圖3所示，聲波167接觸波導225，波導225振動并且以機械的方式將聲波167傳遞給變換器285。聲發射傳感器250可以具有閾值水平。閾值水平是閾值幅值，該閾值幅值與聲發射167的幅值相比較。聲發射傳感器250可以被配置為寄存幅值大于閾值水平或者小于閾值水平的聲發射167。變換器285接著將高于閾值水平的聲發射167轉換為初始電信號307。變換器285和相聯的電子器件通常在殼體220內受到保護。

預放大器221接著可以放大信號307。后續放大器(參見313)可以在數據處理器336接收預處理信號318之前進一步放大信號307。雖然本文中并沒有限制聲發射傳感器250具有預裝的預放大器221，但是典型的聲發射傳感器250通常具有預裝的預放大器221。預放大器221通常可以將信號307放大約40至60分貝(“dB”)。諸如高通、低通、或帶通濾波器之類的濾波器316接著可以將信號過濾到高于20KHz的計劃頻率范圍。在其它示例性實施例中，濾波器316可以將信號過濾到高于100KHz的計劃頻率范圍。A/D轉換器326接著可以將模擬信號307轉換為數字信號312。數據處理器366接收放大和過濾的數字信號311、317、312(即，預處理信號318)并且執行處理或信號變換法356以產生處理信號368。數據處理器366可以進一步被配置為檢測預流入指征372。聲發射傳感器250可以包括用于完整的信號處理的電子器件，電子器件可以包括放大器313、濾波器316、A/D轉換器326、數據處理器366和顯示器339。在聲發射傳感器250不包括所有處理元件的其它示例性實施例中，電纜223可以將信號傳輸給下一個信號處理器。在又一些其它的示例性實施例中，聲發射傳感器250可以以無線的方式傳輸信號。

盡管聲發射傳感器250可以被配置為檢測聲發射的范圍，但是聲發射傳感器250通常具有諧振頻率。即，聲發射傳感器250通常被配置為在諧振頻率下提供高分辨率的電信號。盡管聲發射傳感器250可以檢測聲波167并且傳輸諧振頻率之上或之下的信號307，但是這些非諧振信號的細節比在諧振頻率下檢測到的細節相對較少。在壓電傳感器中，壓電晶體的厚度限定傳感器的諧振頻率。在示例性實施例中，聲發射傳感器250具有的諧振頻率可以高于20KHz并且期望高于100KHz。

壓電傳感器通常還具有使壓電晶體失去其壓電特性的溫度。在聲發射傳感器250是壓電傳感器的實施例中，期望選擇被配置為在溶解箱260的典型溫度下工作的壓電傳感器。

圖3是表示用于檢測溶解箱260中的響聲的模式的示例性聲發射系統305的流程圖。一個或多個聲發射傳感器250連續地檢測聲發射367。信號變換器385將聲發射367轉換為電模擬信號307。預處理器335接著對信號307進行預處理。信號307在應用信號變換法356之前經歷預處理的順序是無關緊要的。預處理器335可以包括濾波器316、放大器313、A/D轉換器326或計算機338。信號預處理可以包括少于所有列出的預處理器335的一個或多個預處理器335、或多種類型的選擇預處理器335。例如，預處理可以包括在聲發射傳感器250中將信號預放大40dB至60dB以及在設置于聲發射傳感器250外部的放大器中進一步放大信號兩者；然而，布置在聲發射傳感器250內部的預放大器和布置在聲發射傳感器250外部的放大器均被認為是用于預處理和預處理器335的放大器313。

濾波器316產生濾波信號317。濾波器316可以是模擬濾波器、高通濾波器、低通濾波器、帶通濾波器、數字濾波器或在信號處理中使用的其它濾波器。濾波器316濾除不期望的低頻(高通濾波器)、不期望的高頻(低通濾波器)或不期望的高頻和低頻兩者(帶通濾波器)。操作者可以手動選擇所需的濾波器316。在本文所公開的示例性系統中，操作者可以隔離出介于100KHz和300KHz之間的信號頻率。該范圍足夠高以避開大多數機械噪音，但也足夠低以檢測離源頭足夠遠的聲發射167。這可以允許操作者將聲發射傳感器150放置在溶解箱壁262中或溶解箱260附近。在其它示例性實施例中，可以自動設定濾波器316。可以以這種方式濾除低于20KHz的不期望的頻率(例如，與預測突然的熔融物流入無關的頻率)。在其它示例性實施例中，可以以這種方式濾除低于100KHz的不期望的頻率。

不受理論的束縛，可以期望高通濾波器濾除液體噪音，該液體噪音可來自流體的湍流、流體的沸騰和泄漏。高通濾波器可以進一步濾除來自與該系統接觸的機械零件的機械噪音。周期噪音(例如，來自往復或旋轉機械的重復噪音)也可以用高通濾波器濾除。低通濾波器可用于濾除電磁噪音。申請人已經發現，機械噪音的頻率通常低于由溶解箱260中的最高頻率范圍的響聲爆發出的聲發射。

放大器313放大信號的幅值以產生放大信號311。放大器313可以是模擬放大器、預放大器、數字放大器或在信號處理中使用的其它放大器。放大器可以預放大從變換器385中產生的信號307。信號307可以在被過濾之后被進一步放大，并且A/D轉換器326接著可以將模擬信號轉換為數字信號312。處理步驟的順序改變被認為在本文的范圍內。

應當理解，一些或所有的預處理器335可以居于聲發射傳感器250中(例如，在單個殼體251內，在單個電路板上等)。在其它示例性實施例中，預處理器335可以作為聲發射傳感器250外部的單獨設備居于系統中。

預處理器335產生預處理信號318。數據處理器366接收預處理信號并且應用信號變換法356以生成處理信號368。處理信號368可以作為輸出信號O從數據處理器中輸出。數據處理器366可以是現場可編程門陣列(“FGPA”)。在又一些其它的示例性實施例中，數據處理器366可以是專用集成電路(“ASIC”)。數據處理器366接收處理信號318并且可以執行作為信號變換法356的連續計數分析。

在其它示例性實施例中，數據處理器366可以進行作為信號變換法356的快速傅里葉變換法(“FFT”)。在其它示例性系統中，信號變換法356可以包括均方根(“RMS”)法、標準偏差法、偏態法、峰度法、平均法、方差法，或者信號變換法可以使用模糊邏輯法、神經網絡和其它的信號處理方法，以產生處理信號368。數據處理器366可以被進一步被配置為在輸出輸出信號O之前檢測預流入指征372。

輸出信號O接著可以被發送到計算機338，該計算機338可以被配置為確認預流入指征372并且在顯示器339或其它用戶界面上顯示輸出信號O。作為示例，輸出信號O可以被顯示為連續頻譜顯示、長時間包絡線，或者輸出信號O可以通過僅顯示超過預定閾值的信號部分(例如，超過第一組處理波形432的部分)來顯示。

在某些示例性實施例中，顯示器339可以如下顯示經處理的信號：處理信號是以線性描繪并表示為電壓的整流的時間平均聲發射信號。顯示器339可以進一步顯示處理信號的能量，其中，處理信號的能量被評估為電壓平方的函數對時間的積分。還可以顯示信號強度，其中，信號強度被測量為與伏-秒成比例的單位中的整流聲發射信號的面積。在又一些其它的示例性實施例中，顯示器339可以僅顯示超過閾值的處理信號。

閾值可以是用戶可調節的、固定的、或浮動的閾值。浮動閾值作為噪音輸出的函數隨時間變化。浮動閾值可以用于在背景噪音較高并變化的情況下將背景噪音與聲發射事件區分開。電壓閾值是電子比較器上的電壓水平，使得幅值大于該水平的信號將被識別。

顯示器339可以每隔10毫秒(“ms”)、一秒、60秒、或由操作者選擇的任何其它時間區間來顯示計數趨勢分辨率。所有其它趨勢(快速傅里葉變換法、均方根等)均期望以一秒的分辨率顯示。因為聲發射傳感器150連續地檢測聲發射167，所以只要聲發射傳感器150仍然保有功能，總時間趨勢可以持續諸如多年。

在其它示例性實施例中，當計算機338識別到預流入指征372時，計算機338可以啟動響應353。響應353可以包括改變工藝條件，諸如使用例如在美國專利No.9,206,548中所公開的限流板約束或阻擋熔融流。在其它實施例中，響應353可以包括調節回收爐內的工藝條件。改變回收爐內的工藝條件可以包括調節燃燒速率、黑液流速、空氣流速、空氣流路、黑液流路、溫度、壓力和反應物濃度。改變工藝條件可以包括：諸如通過約束熔融物噴口110中的熔融物流速或者通過防止熔融物噴口110的熔融物115進入溶解箱160等，將指示熔融物流入的第二速率熔融流變成指示作業基線水平442的第一速率熔融流。軟件可以被配置為啟動響應353。在其它實施例中，響應353可以包括增大離開限流器140的流體速率。在又一些其它實施例中，響應353可以包括觸發一個或多個警報。所公開的響應353與控制熔融流的其它常用方法的組合被認為在本文的范圍內。

在某些示例性實施例中，數據處理器366可以居于計算機338中。在其它示例性實施例中，設置在計算機338外部的數據處理器可以諸如通過使用對信號進行變換的信號變換法356開始處理預處理信號318，并且接著將變換信號傳輸給計算機338，以用于預流入指征檢測。在又一些其它的示例性實施例中，計算機338可以包括預處理器335并且執行一些或所有的信號預處理步驟。在又一些其它的示例性實施例中，計算機338可以應用信號變換法356。

圖5A描繪了可以在顯示器339上看到的FFT輸出信號O。輸出信號O是表示溶解箱160中的作業基線水平442(圖4)的第一組處理波形532。在所示的實施例中，預處理信號318已經被過濾為100KHz以上。這遠遠超出了人類聽覺和檢測通過空氣傳輸的音頻波的麥克風的范圍。用戶可以將閾值583設定在例如20處。在所示的標度中，第一組處理波形532具有偶然的、隨機分布的、超過閾值的峰值578。這些偶然超過閾值的峰值578’一般超過閾值583的次數取決于閾值設定在何處以及指定的時間段。例如，當顯示器339每隔一秒顯示幅值峰值578時，偶然超過閾值的峰值578’每分鐘可能不超過閾值583幾次以上。在所示的實施例中，閾值583被設定在20處并且顯示分辨率被設定為一秒。通常，偶然超過閾值的峰值578’在連續三秒內不會超過閾值583。因為處理信號368(圖3)是高于20KHZ的信號并且背景噪音已經在預處理335期間被濾除，所以偶然超過閾值的峰值578’表示不會危及溶解箱的結構完整性的正常熔融物響聲或周期性的較少的熔融物流入。第一組處理波形532和作業基線水平442包括這些偶然超過閾值的峰值578’。應當理解，偶然超過閾值的峰值表示正常的熔融物響聲活動。對這些偶然超過閾值的峰值的描繪會根據特定的溶解箱環境以及用戶為了顯示輸出O所選擇的速率和標度而變化。顯示器339可以進一步顯示浮動閾值F(圖4)，該浮動閾值F表示在指定的時間區間輸出信號O的平均幅值。

在圖5B中，FFT輸出信號O包括轉變到第二組處理波形533的第一組處理波形532。在所示的實施例中，預處理信號318已經被過濾到100KHz以上。第二組處理波形533包括在指定的時間段內始終超過閾值583的幅值峰值561模式。例如，在圖5B中，閾值583被設定在20處，并且顯示器339顯示每秒的幅值峰值。

預流入指征372可以包括幅值峰值561的模式。此外，預流入指征372可以包括周期預流入指征372_d，其特征在于在一段時間區間內重復幅值衰減預流入指征(參見372_c，圖4)。在所示的實施例中，周期預流入指征372_d包括至少五個幅值衰減預流入指征C₁、C₂、C₃、C₄和C₅。在所示的實施例中，周期預流入指征372_d發生在約三個小時的時間段。然而，應當理解，周期預流入指征372_d可以包括至少兩個幅值衰減預流入指征372_c。本文所述的系統可以在檢測到任何預流入指征372時啟動工藝條件的改變。在所示的實施例中，系統一旦檢測到周期預流入指征372_d則觸發第一警報或工藝條件的改變并且一旦檢測到延長的預流入指征372_e時則觸發第二警報或工藝條件的改變。

預流入指征372可以包括延長的預流入指征372_e。圖5B中示出在時間區間E內的延長的預流入指征372_e。延長的流入前指征372_e在分辨率區間內具有多個幅值峰值561并且可能不一定顯示幅值衰減預流入指征372_c或周期預流入指征372_d。應當理解，時間區間E可以根據特定溶解箱160的配置和條件以及聲發射傳感器150的采樣頻率、數據處理器366和輸出信號O的分辨率而變化。例如，在所示的輸出信號O中，時間區間E發生約一小時四十五分鐘。不管延長的預流入指征372_e是如何描繪或顯示的，延長的預流入指征372_e指示熔融物流入即將發生或目前正在發生。系統或系統中的計算機可以響應于檢測到延長的預流入指征372_e而啟動改變工藝條件或者遏制熔融物。如果在檢測到延長的預流入指征372_e時并未遏制熔融流，則爆炸531可能即將發生。一旦調節工藝條件或遏制熔融物流入，第二組處理波形533可以轉變回指示作業基線水平442的第一組處理波形532。

預流入指征372還可以包括計數趨勢和快速傅里葉變換趨勢，其中，計數趨勢描繪了在快速傅里葉變換趨勢的頻帶超過第一組處理波形432 300％以上之前的、的溶解箱160中的遞減的響聲強度。

此外，預測溶解箱中的熔融物流入的示例性方法可以包括以下步驟：使用聲傳感器檢測源自溶解箱內的熔融物響聲的聲發射；將聲發射轉換成初始電信號；放大初始電信號以產生放大信號；將放大信號過濾到高于20KHz的計劃頻率范圍；輸出計劃頻率范圍內的第一輸出信號，其中，第一輸出表示在沒有熔融物流入的情況下溶解箱內的作業基線水平442；輸出基本上超過第一輸出信號200％以上的第二輸出信號，其中，第二輸出信號包括信號峰值，并且其中，第二信號輸出中的三個或更多個信號峰值包括預流入指征；響應于預流入指征減少進入到溶解箱內的熔融流。

示例性系統可以包括：溶解箱，其鄰近回收爐，其中，熔融物噴口流體連通回收爐和溶解箱；熔融物，其設置在熔融物噴口中，其中，熔融物以第一速率通過熔融物噴口從回收爐流動到溶解箱中，并且其中，熔融物接觸溶解箱內的液體從而生成聲發射；聲發射傳感器，其具有讀取端，該讀取端被定向為檢測源自溶解箱的聲發射，其中，聲發射傳感器具有變換器，變換器與讀取端進行信號通信，并且其中，變換器被配置為將聲發射轉換為初始電信號；預處理器，其被配置為放大、過濾和數字化初始電信號以產生頻率大于20KHz的預處理信號，其中，預處理器設置在變換器的下游；數據處理器，其與預處理器進行信號通信，其中，數據處理器被配置為使用變換方法變換預處理信號以產生輸出信號，其中，輸出信號包括表示第一速率的經處理的第一組波形和表示第二速率熔融流的第二組波形，經處理的第二組波形具有的幅值峰值超過經處理的第一組波形200％以上，以包括預流入指征。

另一示例性系統可包括：溶解箱，其鄰近回收爐；熔融物噴口，其具有靠近回收爐的第一端以及與第一端相對的靠近溶解箱的第二端，其中，熔融物噴口構造成接收來自回收爐的熔融物并將熔融物輸送到溶解箱；聲發射傳感器，其具有讀取端，讀取端被配置為檢測源自與溶解箱中的液體相接觸的熔融物的聲發射，并且其中，聲發射傳感器具有變換器，變換器與讀取端進行信號通信，并且其中，變換器被配置為將聲發射轉換為初始電信號；預處理器，其被配置為放大、過濾和數字化初始電信號以產生頻率大于20KHz的預處理信號，其中，預處理器設置在變換器的下游；數據處理器，其與預處理器進行信號通信，其中，數據處理器被配置為使用變換方法變換預處理信號以產生輸出信號，其中，輸出信號包括經處理的表示第一速率熔融流的第一組波形和表示第二速率熔融流的第二組波形，經處理的第二組波形具有的幅值峰值超過經處理的第一組波形200％以上，以包括預流入指征。

雖然已經參照本發明的示例性實施例具體地示出并描述了本發明，但是本領域的技術人員將理解，在不脫離由所附權利要求限定的本發明的范圍的情況下，可以在形式和細節上做出各種改變。