如在美国专利号7, 725, 270中描述的那些， 图9中的 等值线图清晰地示出不在常规系统中进行建丨見_幾对角线频率的存在。等 值线图中的非对角线要素被零阶贝塞尔函数U; ? 的第一导数的 根产生的方程完美地建模。
[0157] 如图10-12所示，针对在347m/s下移动的从右到左的声波执行类似的实验。在两 种情形（从左到右和从右到左）下，明显存在反射波。如图所示，波数轴线超过尼奎斯特极 限并进入可被认为是负波数的区域中。
[0158] 图13-15中示出的下组数据，用于从左到右和从右到左传播的声波。图13中的真 实2DFFT数据揭示保持数据超过尼奎斯特极限的原因一贝塞尔函数影响正和负波数象限。
[0159] 对图13中的数据执行本文所公开的处理步骤。为了执行这些步骤，使用本文所公 开的CBPSM波动方程生成针对从左到右的传播速度和从右到左的传播速度的一组理论曲 面。为了所述实践，以1. 0m/S为级针对两个方向建立300m/s到400m/s的传播流动范围， 表示一组基本的10, 〇〇〇 (100x100)曲面。图16和17中示出这些曲面中的每一个相对于收 集用于图13中的曲面的2DFFT数据的关联。
[0160]图13中的数据被收集用于流体的零速率流动。因此，预计两个传播的声波将具有 相同的传播速度。图17中可清晰地看到，最大关联发生在两个轴线的347m/s处。
[0161] 相同的算法随后应用到具有非零流动速率的流体。针对具有5. 5m/s流动速率和 347m/s音速的流体获取图18和19中显示的数据。
[0162] 从图19,顺着流体流动的传播速度被发现为352m/s，而逆着流体流动的传播速度 被发现为341m/s。使用本文所公开的公式，这些参数对应于5. 5m/s流动速率和346. 5m/s 音速，其与输入参数极为一致。
[0163] 在图20和21中，高流量被建模。从图21，顺着流体流动的传播速度被发现为 355m/s，而逆着流体流动的传播速度被发现为338m/s。使用本文所公开的公式，这些参数对 应于9.Om/s流动速率和346. 5m/s音速，其与输入参数极为一致。
[0164] 虽然已经在上述说明书中公开了本发明的若干实施方案，但本领域技术人员理 解，受益于上述描述和相关附图中所呈现的教导，本发明所属领域技术人员将能想出本发 明的许多修改和其他实施方案。因此应理解本发明不限于上文公开的具体实施方案，并且 许多修改和其他实施方案旨在包括在所附权利要求书的范围之内。此外，虽然本文以及所 附的权利要求书中采用特定的术语，但是它们仅以一般和描述性意义使用，并且不是为了 限制所述发明，或所附的权利要求书。
【主权项】
1. 一种用于测量在含有流体的导管内传播的多个声波的叠加的系统，所述导管具有纵 向长度，其中所述流体在流动方向上流动穿过所述导管，并且其中所述多个声波中的至少 一个声波由流动穿过所述导管的所述流体生成，所述系统包括： 多个换能器，其沿着所述导管的所述纵向长度的至少一部分大致平行于所述流动方向 定位，其中所述多个换能器中的每个换能器包括用于感测在所述流动方向上流动穿过所述 导管的流体的速率的装置，其中所述多个换能器中的每个换能器还包括用于感测所述多个 声波传播穿过所述流体的速度的装置，并且其中所述多个换能器中的每个换能器被定位在 相对于所述导管上的预定参考点的间隔位置，所述间隔位置对应于所述换能器与所述参考 点之间的纵向距离； 用于对所述多个声波在它们在所述导管内传播时的所述叠加进行建模的装置，其中用 于对所述叠加进行建模的所述装置与所述多个换能器中的每个换能器通信，并且其中用于 对所述叠加进行建模的所述装置被配置来： 从每个换能器接收时域信号； 给所述时域信号分配位置值，所述位置值指示生成所述时域信号的所述换能器的所述 间隔位置；并且 存储时域信号阵列及其对应的位置值， 其中，在存储选定数量的时域信号后，用于对所述叠加进行建模的所述装置被配置来 处理所述时域信号阵列，以便产生所述多个声波在它们在所述导管内传播时的相位的模 型，并且 其中使用以下波动方程来对所述多个声波的所述叠加进行建模其中： Ψ =从右到左（RL)或从左到右（LR)移动穿过所述导管的所述波的相位， rw=所述导管的半径， z =相对于所述导管内的所述流体流动方向测量的所述波的水平位置， t =自生成所述波以来经过的时间， N =所述声波的振幅， JD =第一类的圆柱形贝塞尔函数， Μμ1 =校准系数， f =所述声波的频率， c =所述导管内的所述声波的速度，并且 k =与所述声波相关的波数。2. 如权利要求1所述的系统，其中用于对所述叠加进行建模的所述装置被配置来： 生成与每个换能器相关的频域信号； 形成用于所述多个换能器的二维时域和空间域矩阵，所述矩阵包括与每个相应的换能 器相关的时域和频域信号； 对所述二维时域和空间域矩阵执行二维快速傅立叶变换（2DFFT);并且 使所述2DFFT的结果与由所述波动方程建模的结果关联。3. 如权利要求2所述的系统，其中用于对所述叠加进行建模的所述装置被配置来识别 所述2DFFT的所述结果与由所述波动方程建模的所述结果之间的最大关联。4. 如权利要求3所述的系统，其中，基于所述2DFFT的所述结果与由所述波动方程建模 的所述结果之间的所述最大关联，用于对所述叠加进行建模的所述装置被配置来计算在所 述导管内在所述流体流动方向上的声音传播以及逆着所述流体流动方向的声音传播。5. 如权利要求4所述的系统，其中，基于所述导管内的所述计算的声音传播，用于对所 述叠加进行建模的所述装置被配置来计算所述导管内的流体流动速率和音速中的至少一 个。6. 如权利要求1所述的系统，其中与每个换能器相关的所述时域信号指示在所述流动 方向上流动穿过所述导管的所述流体的感测速率以及所述声波传播穿过所述流体的感测 速度。7. 如权利要求2所述的系统，其中用于对所述叠加进行建模的所述装置还被配置来： 对从每个相应的换能器获取的所述时域信号执行一维快速傅立叶变换（1DFFT);并且 生成针对每个相应的换能器的归一化的时域信号， 其中所述归一化的时域信号被包括在所述二维时域和空间域矩阵中。8. 如权利要求1所述的系统，其中多个声波包括第一声波和第二声波。9. 如权利要求1所述的系统，其中所述多个换能器包括2个换能器。10. 如权利要求1所述的系统，其中所述多个换能器包括至少64个换能器。11. 如权利要求1所述的系统，其中所述多个换能器包括至少128个换能器。12. 如权利要求1所述的系统，其中所述多个换能器中的每个换能器与相邻换能器纵 向间隔开分离长度。13. 如权利要求12所述的系统，其中所述分离长度范围是约0. 5英寸至约3. 5英寸。14. 如权利要求12所述的系统，其中所述分离长度范围是约1. 0英寸至约3. 0英寸。15. 如权利要求12所述的系统，其中所述分离长度范围是约1. 5英寸至约2. 5英寸。16. 如权利要求1所述的系统，其中用于对所述多个声波的所述叠加进行建模的所述 装置包括具有处理器的计算机。17. 如权利要求16所述的系统，其中所述处理器包括用于处理从所述多个换能器接收 的数据集的模数转换器，并且其中所述模数转换器以采样率处理所述数据集。18. 如权利要求1所述的系统，其中所述导管包括外表面，并且其中所述多个换能器能 够可拆卸地安装在所述导管的所述外表面上。19. 如权利要求18所述的系统，其中所述多个换能器互相连接以形成大致线性的换能 器阵列。20. -种用于测量在含有流体的导管内传播的多个声波的叠加的方法，其中所述流体 在流动方向上流动穿过所述导管，并且其中所述多个声波中的至少一个声波由流动穿过所 述导管的所述流体生成，所述方法包括： 提供多个换能器，所述多个换能器沿着所述导管的纵向长度的至少一部分大致平行于 所述流动方向定位，其中所述多个换能器中的每个换能器包括用于感测在所述流动方向上 流动穿过所述导管的流体的速率的装置，其中所述多个换能器中的每个换能器还包括用于 感测所述多个声波传播穿过所述流体的速度的装置，并且其中所述多个换能器中的每个换 能器定位在相对于所述导管上的预定参考点的间隔位置，所述间隔位置对应于所述换能器 与所述参考点之间的纵向距离； 从每个相应的换能器接收时域信号； 给所述时域信号分配位置值，所述位置值指示生成所述时域信号的所述换能器的所述 间隔位置； 存储时域信号阵列及其对应的位置值；以及 处理所述数据集阵列，以便产生所述多个声波在它们在所述导管中传播时的所述叠加 的模型， 其中使用以下波动方程来对所述多个声波的所述叠加进行建模其中： Ψ =从右到左（RL)或从左到右（LR)移动穿过所述导管的所述波的相位， rw =所述导管的半径， z =相对于所述导管内的所述流体流动方向测量的所述波的水平位置， t =自生成所述波以来经过的时间， N =所述声波的振幅， JD =第一类的圆柱形贝塞尔函数， Μμ1 =校准系数， f =所述声波的频率， c =所述导管内的所述声波的速度，并且 k =与所述声波相关的波数。
【专利摘要】本发明公开一种用于测量在含有流体的导管内传播的多个声波的叠加的系统，所述系统具有沿着所述导管的壁大致平行于流动方向定位的多个换能器。所述系统包括用于对多个声波在它们在所述导管内传播时的叠加进行建模的装置。
【IPC分类】G01F1/34
【公开号】CN105339766
【申请号】CN201480026479
【发明人】肯尼思·查尔斯·麦吉尔
【申请人】佐治亚大学制度董事会
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2014年3月11日
【公告号】CA2905290A1, US20140278154, WO2014159331A1