用于使用多普勒光谱进行无损颗粒检测的装置和方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103154721A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103154721103154721A(43)申请公布日2013.06.12(21)申请号201180048270.4(74)专利代理机构永新专利商标代理有限公司(22)申请日2011.09.0672002代理人陈松涛夏青(30)优先权数据61/379,8812010.09.03US(51)Int.Cl.G01N29/34(2006.01)(85)PCT申请进入国家阶段日2013.04.03(86)PCT申请的申请数据PCT/US2011/0505052011.09.06(87)PCT申请的公布数据WO2012/031291EN2012.03.08(71)申请人洛斯阿拉莫斯国家安全股份有限公司地址美国新墨西哥(72)发明人D·N·森哈权权利要求书2页利要求书2页说明书8页说明书8页附图9页附图9页(54)发明名称用于使用多普勒光谱进行无损颗粒检测的装置和方法(57)摘要描述了一种对是否在管道或油井或气井中流动的流体中悬浮固体颗粒进行无损检测的装置和方法。流经导管并包括固体颗粒物的流体的体积受到附接在管道外部的换能器的超声振动的固定频率的影响。通过换能器检测从移动固体颗粒的声音的散射得到的返回多普勒频移信号。通过选择与导管壁的厚度模式共振对应的频率，所使用的高频高于在生产位置中存在的外部和环境噪声，并且通过该壁传输的声音被最大化。将发射的信号与多普勒信号组合以提供灵敏的颗粒检测。信号的幅值和多普勒频移用于确定颗粒大小的分布和颗粒的速率。CN103154721ACN1035472ACN103154721A权利要求书1/2页1.一种用于对悬浮在管道中流动的流体中的至少一个颗粒进行无损检测的装置，所述管道具有轴和壁，所述装置包括：第一换能器，在沿着所述管道的轴的选择位置处与所述管道的外表面振动通信，信号发生器，用于向所述第一超声换能器提供具有至少一个选择频率的选择信号，其中在所述流体中生成振动，并且所述振动的至少一部分在所述流体的流动方向上；第二换能器，与所述管道的外表面振动通信并且设置在沿着所述轴的所述选择位置处的所述第一换能器旁边，以检测来自所述至少一个颗粒的散射振动信号；以及用于监测所检测的来自所述至少一个颗粒的散射信号与所述第一换能器生成的选择振动信号之间的多普勒频移的模块；由此检测到所述至少一个颗粒。2.根据权利要求1所述的装置，其中用于监测所述多普勒频移的所述模块包括同相和正交解调器，所述同相和正交解调器用于确定来自所述至少一个颗粒的所述散射信号与所述第一换能器生成的所述选择振动信号之间的相移，从而确定所述至少一个颗粒的行进方向。3.根据权利要求1所述的装置，还包括：第三换能器，与所述管道的外表面振动通信并且与所述第一换能器径向相对，以检测从所述第一换能器引导至所述液体中的振动；信号发生器，用于向所述第一换能器提供频率啁啾信号，所述频率啁啾信号具有比在所述液体中生成的振动从所述第一换能器到达所述第三换能器的时间更少的持续时间；以及信号处理器，用于接收所述啁啾信号；由此检测到所述管道的壁中的谐振。4.根据权利要求3所述的装置，其中所述信号处理器对所接收的啁啾信号进行快速傅立叶变换。5.根据权利要求3所述的装置，其中所述至少一个选择频率与所述管道的所述壁中的谐振对应。6.根据权利要求1所述的装置，其中所生成的振动的频率>1MHz。7.根据权利要求3所述的装置，其中所述第一换能器、所述第二换能器以及所述第三换能器包括压电换能器。8.根据权利要求2所述的装置，其中所述同相和正交解调器还确定所述散射信号的幅值，根据所述幅值来确定所述颗粒的数量。9.一种用于对在管道中流动的流体中的至少一个颗粒进行无损检测的方法，所述管道具有轴和壁，所述方法包括：在所述流体的流动方向上，在所述流体中生成具有至少一个选择频率的振动；检测来自所述至少一个颗粒的散射振动信号；以及监测来自所述至少一个颗粒的所述散射振动信号与所生成振动的选择频率之间的多普勒频移；由此检测到所述至少一个颗粒。10.根据权利要求9所述的方法，其中在所述流体中生成振动的所述步骤是使用第一2CN103154721A权利要求书2/2页换能器来执行的，所述第一换能器在沿着所述管道的轴的选择位置处与所述管道的外表面振动通信并且以所述至少一个选择频率进行驱动。11.根据权利要求10所述的方法，其中检测来自所述至少一个颗粒的散射振动信号的所述步骤是使用第二换能器来执行的，所述第二换能器与所述管道的外表面振动通信并且设置在沿着所述轴的所述选择位置处的所述第一换能器旁边。12.根据权利要求9所述的方法，还包括确定所述至少一个颗粒的行进方向的步骤。13.根据权利要求12所述的