流体运动和成分分析装置及方法

专利名称：流体运动和成分分析装置及方法
技术领域：
本发明涉及水质的测量，并且更具体地涉及用于测量流经一个管道的液体中悬浮固体的浓度的装置。
背景技术：
污水管排放物以及水净化的安全处理要求测量处理管线、下水道以及其它管道中的悬浮固体浓度。
含有少量悬浮固体的污水管排放物可以经过简化的处理或不处理。处理来自多个市区的污水管排放物的工厂可以根据来自每个市区的从进水管道测得的体积流量以及总的悬浮固体浓度来为这些市区开列帐单。
过去，在实验室中对载有固体的水进行侵入式的周期采样，并对其进行分析，以提供关于水的固体含量的所需信息。
已经提出了各种各样的方法，用于电子地测量在一定量液体中的总固体浓度，但是仍没有提供这样的仪器设备，以便用于在连续、实时的基础上同时地测量悬浮固体浓度以及流量。
本发明来源于试图提供一种用于污水管道和水处理工厂的更实际的仪器设备。

发明内容
本发明的首要和其次的发明目的就是提供一种非侵入式的方法和设备，用于连续地测量流过管道的液体中的总固体浓度以及该管道中各流体层的速度。
通过在管子或其它管道的内壁上放置声音发射器来实现这个以及其它有益目的。该发射器发射两对偏斜的发散射束，每对发散射束之一相对于该对发散射束中的另一个指向(aim at)下游。所发射的波形的回波信号被斩断为对应于沿着每个射束分布的管子中液体的离散体积或空洞(pocket)的采样。从该射束中接收到的多普勒频率偏移被翻译成该管子中多个流层中的固体的速度量度。使用简化算法以及冗余迭代程序将反向散射的回波信号的强度转换为固体浓度值，其中该冗余迭代程序在连续地自校正过程中使用从在相邻层上进行的前一次测量中得到的数据来调整校正参数。


图1为装配有流量和浓度传感器的管道的概略透视图；图2为其概略截面图；图3为该浓度、分布以及流速测量仪器的方框图；图4为该电子处理单元的方框图，以及图5为该传感器电路的方框图。
本发明优选实施例的描述现在参看附图，在图1和2中，悬浮固体的速度和浓度传感器1被安装在管子2的底部，该管子2中承载有其中含有悬浮固体4的污水3，并用图1中的箭头5表示流动方向。传感器中的压电陶瓷沿着指向不同方向的四个窄射束6、7、8、9发出含有短脉冲的声波。该射束被分为两对，其中第一束6、8向上游与垂直方向成角度L，该角度L大约20度；而每对中的第二束7、9向下游倾斜与第一束相同的角度。如图2中更具体所示，每对射束的平面相对于垂直方向及相对于另一对射束呈(aim at)横向角度。脉冲的回波信号从悬浮固体4被反向散射。由于这些固体相对传感器移动，因此这些回波信号在频率上会发生多普勒偏移。安装在传感器中央并指向垂直方向的第五陶瓷传感器10被用于测量流体的深度。如图3和4所示，该系统包括电处理单元11，该单元11接收来自传感器1的输入信号RCVS-SIG并将其转换为数字数据D-OUT，而该数字数字D-OUT被提供给数据处理器12。该系统将回波信号划分为采样的离散正则区间，这些采样对应于流动液体的不同的离散体积。从每个采样中测得的频率偏移中计算出速度。该结果为沿着由图2中的速度轮廓线13所示的射束的速度的线性分布曲线。沿着图2中的射束9所示的每个小划分14表示离散体积中的单独速度测量，通称为深度单元或采集器。从根据每对射束的上游和下游射束测得的速度数据中生成速度轮廓线13。
由于多普勒测量具有方向性，因此只能测量沿着发射和接收方向的速度分量。窄声束被用于精确地确定水平方向上的流速。也可以通过使用用于进行采样的选通时间来增强测量的准确性，其中该采样对应于在长度和直径上大约5厘米的小体积。避免了由于范围应变量而引起的返回能谱中的电位偏离。这就导致了对于流速的垂直和水平分布的测量非常精确。来自两对射束的速度数据被代入算法，该算法用以确定流过整个液体截面的流速的数学描述。该算法使得参数模型的基本功能适于实际数据。该结果推算出整个液体中所有点的流速。通过在整个截面部分区域将这些结果整合在一块，以确定排量。该方法的关键好处就在于该系统可以在不同的水力条件下准确地运行。当水力条件变化时，该变化将在贯穿水流深度的速度分布中显示出来。由于该系统直接测量速度分布，因此其适于水力方面的变化，并且生成表示新水力条件的流型，确保对于流速的精确估计。测量悬浮固体4的分布以及浓度源于电子处理单元11中频率测量电路的需求，以接收几乎恒定的输入电压。从传感器1发出的声音脉冲具有某一初始强度，当该声音脉冲穿过液体并且被悬浮物颗粒散射时，该初始强度会逐步减小。由传感器检测到的反射能量只是发射出来的一小部分。另外，被反向散射的返回强度也会根据，但不仅限于，能量反射点的范围、反射颗粒的密度以及水温而发生显著地变化。接收到的被削弱的信号RCV-SIG穿过放大器RCV-AMP，这使其达到频率测量电路所需的电平。信号强度的大量损失需要进行很大程度的放大。所需的放大程度就是信号强度损失的度量，并且相反也是反向散射强度的度量。由接收信号强度指示器RSSI提供所需的放大量。该测量有利于评估水柱中悬浮固体的浓度。换句话说，该反向散射信号的强度值被转换为悬浮固体的浓度值，并且接收信号的频率偏移被翻译成液体流中固体速度的指示。
该传感器输出信号RCV-SIG被发送给提供有隔离和阻抗匹配的接收耦合变换器RCV-XFMR。该信号被进一步放大并由高增益可选对数放大器RCV-AMP限制其带宽。该被放大的接收信号被提供给一对混频器FMIX，其中该信号被重复地与本机振荡器信号频率LO混合在一块。通过使得该混频器输出信号穿过一对低频滤波器LPF来得到所希望的基带信号，其中该基带信号为接收信号的差频以及本机振荡器频率。该基带信号包括目前的全部多普勒频谱，而不包括载波信号。该混频器为正交混频器，其中得到了同相和正交信号。两个信号都是相关器CORR所需要的，并对其进行基本数字信号处理。该同相和正交信号被一对先入/先出缓冲器FIFO缓存，并变成输出给数据处理器12的数据D-OUT的一部分。该回波信号也被提供给低通滤波器RSSI-LPF，接着被提供给缓冲器RSSI-BUFF，并被模-数转换器RSSI-ADC数字化。最后，它们被提供给数据处理器，作为输出信号D-OUT的一部分。
定时发生器TMG-GEN生成发射器和接收器所需的全部信号，例如传输信号、传输使能(信号)、以及用于混频器的本机振荡器正交信号。传感器发出的脉冲频率为1.2288MHz。发射器放大器XMT-AMP起到电源驱动器的作用，该电源驱动器缓冲了由定时发生器生成的逻辑电平信号，并驱动发射器输出变换器XMT-XFMR，该发送变换器还在电子处理单元与传感器之间提供隔离。
电流变换器CURR-XFMR检测该传输电流。其输出信号被定标并且被模-数转换器CURR-ADC数字化，并被用作数据处理器内部自检的一部分。全部定时发生器配置都被完全编程，并且被数据处理器下载至内部RAM上的定时发生器。
该数据处理器能够读回定时配置数据以及数字化后的电流检测数据。
图5中所示的传感器包括由电子处理单元控制的信号发送和接收多路复用器。由电子处理单元的定时发生器TMG-GEN生成的发射信号穿过提供了隔离和阻抗匹配的耦合变换器XFMR。该信号接着被可选的发送/接收开关T/R-SW6至T/R-SW10多路传输至五个射束之一。在传输相位的末端，该多路复用器被取消选定。当从压电陶瓷P-6至P-10接收到该回波信号时，它穿过了该开关以及被选中带通滤波器BPF-6至BPF-10之一，接着被传至前置放大器PA-6至PA-10，并在被提供给电子控制单元之前被宽带信号变换器XFMR转换为差分信号。热敏电阻T-SENSE被用于测量传感器的周围温度。该温度信号被放大器S-AMP定标(scale)并缓冲，被传感器控制XDCR-CTL数字化，并被提供给电子控制单元。
控制水柱中悬浮颗粒的反向散射的声学理论的如下简化公式标识出主要因素，该主要因素有助于从强度数据中确定悬浮固体浓度。
E＝SL+SV＝Constant-20log(R)-2αwR (等式1)其中E＝回波强度，SL＝发射功率，SV＝由于水柱中悬浮颗粒而导致的反向散射强度，αw＝描述被水吸收的能量的系数，R＝传感器与测量收集器之间的距离。
该系统测得的回波强度E为相对强度，来自对于返回信号的压力振幅的直接测量。虽然该系统很清楚地识别出回波强度的变化，但是它无法确定仅仅是由于固体的存在而导致的反向散射强度的精确数量。必须去除影响最终强度的其它因素。
术语20log(R)为简单几何函数，用于说明该波束的球形传播。该术语可以被进一步定义为包括对于假设球形传播的近场校正。声速的精确了解对于确定给定测量收集器的范围是很关键的。该系统根据测得的时间和声速来计算范围。通过使用用户定义的盐度(对于污水环境，假设为0)以及在传感器头部测得的温度来计算声速。这里描述的方法假设该声速穿过水柱时为恒定。这在污水环境中是一个可靠的假设，因为水流的深度是有限的并且水流被充分混合。
不可能在由不同仪器进行的测量之间直接进行比较，除非该仪器已经在扫描场或实验室中被校正过以形成它们的性能特性。术语SL和常数Constant说明了这些不同并且也处理了悬浮质的特性。了解仪器性能特性对数据的影响以及通过场校准来校正这些差异的方式，对于该测量方法是很关键的。该方法使用测量的相对反向散射强度并使用专门设计的校正来弥补这种变化并确定悬浮固体的浓度。
最后的两个术语αw和SV是指被水吸收的声音能量以及相对反向散射强度。当声音能量穿过水的时候，它就会被水吸收，并且αw就是在这个过程中对损失的能量的量的度量。SV是我们感兴趣的术语-由于水柱中出现的固体而被反向散射的能量的量。固体数量的增加或减少都将影响SV的值。没有包括在等式1中的附加术语也必须被说明。该术语描述了由于悬浮质的散射和吸收而引起的声音信号的衰减。
实际上为了从测得的强度中导出水中总悬浮固体TSS的质量浓度，必须确定由于固体的存在而导致的真正的反向散射的声音强度。两个参数之间的关系可以表示如下
M(r)=(K<Prms<r)2<as>ρs<f>2e4r(αw+αs)]]>(等式2)其中M(r)＝回波强度，K＝发射功率，Prms＝由于水柱中悬浮颗粒导致的反向散射强度as＝颗粒半径，ρs＝颗粒密度αw＝描述被水吸收的能量的系数，αs＝描述被水吸收的能量的系数。
在该等式中，预期的质量浓度，M(r)为沉积物衰减系数αs的函数，其中该αs定义了固体的出现如何衰减了该返回信号。这些参数都是未知的。为了解决这个问题，需要使用数值法。计算质量浓度不需要使用数值αs。由此得出的数值M(r)被用于计算αs。该计算过程被嵌入在与传感器最接近的收集器中，用以导出沉积物衰减和质量浓度的最终值。接着沿剖面的连续收集器逐步地应用该方法。
这里提出的方法允许现场测量固体浓度，并通过使用上述表达式的简化方案来完成Log10M(r)＝Ks+S[dB+2r(αw+αs)](等式3)dB为测得的相对反向散射强度，用做球形传播以及任何可应用近场效应的校正。S为定义了固体浓度与颗粒大小之间的关系的相对反向散射系数。Ks为现场和仪器常数，用于校正在给定现场处的特定仪器的个体特性。其他术语与等式2中的相同，并且表示由于出现固体(αs)和水的吸收(αw)而导致的强度衰减。
已经发现由于被水吸收而损失或被衰减的声音能量的量取决于声波的频率(即，仪器的)、水的盐度和温度，如下αw=f91500[1.86SfTf(fT2+f2)+2.86ffT]]]>(等式4)其中αw＝水吸收系数，单位为奈培/米，
f＝仪器频率，单位为兆赫兹，S＝盐度，单位为ppt。
术语fT被称为张弛频率，并由下面的表达式给出fT=21.9×10(6-1520273+T)]]>(等式5)其中，T为以摄氏度为单位的水温。
使用这些公式，可以计算每米由于水吸收而导致的信号衰减，并因此，通过使用收集器的倾斜长度，可以导出穿过每个测量间隔或“收集器”的总的声音衰减。
当穿过水柱的声音碰到悬浮固体的颗粒时，固体介质的散射和吸收都会削弱该能量。散射度取决于频率与颗粒大小之间的关系。可以用波数k来表示频率，其中k=2πfVs]]>(等式6)其中f＝仪器频率，单位为赫兹Vs＝为盐度，单位为ppt。
当乘积值kas(其中as为颗粒半径)小于0.5时，就会出现瑞利散射。这是在悬浮沉积物测量条件下通常被发现的范围。按照如下方式给出沉积物常数ζ1ζ1=Kαρsk4as3]]>(等式7)其中ρs＝沉积物的密度，单位为千克/立方米Kα＝与压缩性和密度相关的术语(一般数值为0.18)利用质量浓度Mr(千克/立方米)给出由于在范围r的区域中的固体的散射而引起的每米中的实际沉积物衰减α1(奈培/米)由下式表示α1＝Mr×ζ1(等式8)声音能量也被水柱中的沉积物吸收。下面的表达式(Urick，1948)被用于确定由于该吸收而导致的每米中的沉积物衰减α2(奈培/米)
α2=Mrk(σ-1)22ρs[ss2+(σ+δ)2]]]>(等式9)其中σ=ρsρw]]>s=94βαs[1+1βαs]]]>β=[kVs2Vw]12]]>其中ρs＝固体颗粒的密度ρw＝水的密度vw＝水的运动粘度上面的表达式适用于乘积kas的值，其大大小于1。在该区域，由于散射，衰减变得可以忽略不计，并且粘性吸收变得占据优势。
该方法将由于散射和吸收导致的衰减组成一个沉积物衰减系数SAC。该SAC可以由用户定义，或者也可以通过处理软件使用“额定”或“有效的”，颗粒大小与颗粒的具体比重(2.7)以及压缩性(0.18)的假定值组合在一块来计算。在两种情况下，需要不可避免地对输入值进行估计并且必须由软件的标准模块中的迭代操作来改进。
在实际中几乎不可能从第一原理中计算出用于沉积物自然群体的沉积物衰减系数。在软件中使用的方法是一个实用方法，其中使用实际观察到的数据来形成系数的可使用数值。因此，这就变成了有些理论上的问题，关于例如颗粒大小和压缩性的输入值是否正确。
控制数据处理器的计算机程序CP根据简化的等式3以及通过校准而导出的沉积物衰减值进行从所测得的反向散射强度中导出沉积物浓度所需的所有计算。该程序从未加工的系统数据文件中导入反向散射数据(用仪器数表示)以及辅助信息(例如温度，盐度等)。用户可以在键盘上输入特定位置的校正值(例如数值S和Ks)或者通过该程序从输入的数据中确定这些数值。用户也可以输入TSS值，其中可以通过对水进行采样并接着在实验室中对其进行分析来测得该TSS值。这些采样可以与系统数据同时进行，使得能够确定系统测得的数值与实际数值之间的直接校正。
接着，该程序从每个传感器下面的第一有效测量收集器中得到未加工的测得数据。使用迭代程序计算各种所需的参数并求解等式3，以得到传感器与第一收集器之间的间隔中以及第一整体收集器中的悬浮沉积物浓度(这里该系统无法获得数据)。接着再次将该计算后的固体浓度以及沉积物衰减提供给系统，以在下一个收集器中进行相对校正，这将接着通过使用类似的迭代法解决。重复该过程，直到最后的整个收集器都被解决了。软件接着转移至下一个数据集合体。
之后，该程序对该计算出的浓度进行显示，并将其与实际测得的浓度进行比较。接着计算出两组数据之间的实际误差也被显示作为深度和浓度的函数。用户接着调整不同的参数(S，Ks，以及SAC)以改进各组数据之间的相关性。因为这是一个迭代的过程，并且一些参数被初始给定源数值，因此用户对参数进行调整，以增加两组数据之间的相关性并将误差降至零，同时实时观测它们的动作的结果。
该方法可以被用在卫生污水管道环境中，并且除了流量测量以外，还可以提供历史和实时TSS测量。这将允许用户测量卫生污水管道系统中固体的总体的质量输运，以及水的大量输运。这里描述的方法通过使用来自多个射束的数据来完成。该方法能够查看流体中深度方向上固体浓度的空间分布以及总的固体浓度。
权利要求
1.一种设备，用于测量悬浮在流动液体中固体的浓度、分布以及速度，其中包括发射器，用于发射至少一个方向的声波束；至少一个检测器，用于接收从所述固体反向散射的所述波的回波信号；用于收集所述回波信号的测得强度值的装置；用于测量所述回波信号的多普勒频率偏移的装置；以及数据处理设备，包括用于将所述强度值转换为所述固体的浓度值的装置，以及用于将所述频率偏移翻译成所述固体速度度量的装置。
2.根据权利要求1的设备，其中所述流动液体被包括在一个管道中，该管道具有方向流，并且所述发射器和检测器位于所述管道内部。
3.根据权利要求2的设备，其中所述发射器从基本上相同的位置发出至少第一对所述波束，该所述对中的第二束相对于第一束指向下游并与所述第一束成纵向角。
4.根据权利要求3的设备，进一步包括第二对所述波束，其与所述第一对波束成横向角。
5.根据权利要求1的设备，进一步包括装置，用于生成所述回波信号的采样，所述回波信号对应于沿着所述波束分布的所述液体的离散体积。
6.根据权利要求5的设备，其中所述用于转换的装置包括通过输入现场特定环境信息来校准所述强度值的装置。
7.根据权利要求5的设备，其中所述用于转换的装置进一步包括用于输入从前一次测量中所得到的悬浮固体浓度值的装置。
8.根据权利要求7的设备，其中所述现场特定环境信息包括水温、盐度和声音系统常数、以及浓度与颗粒大小之间的回波信号分配比率。
9.根据权利要求6的设备，其中所述数据处理设备进一步包括程序装置，用于在使用从沿着相同波束的两个体积中的另一个中获得的数值来转换来自所述体积之一的强度值时，调整至少一个校正参数。
10.根据权利要求6的设备，其中所述用于校正的装置包括用于自动输入信息的装置，以及用于手动输入信息的装置。
11.根据权利要求5的设备，其中所述用于转换的装置包括用于根据如下公式计算在范围r上单位体积的固体质量浓度M(r)的装置Log10M(r)＝Ks+S[dB+2r(αw+αs)]其中Ks为现场和仪器常数，S为相对反向散射系数，其定义了固体浓度与颗粒大小之间的关系，dB为测得的相对反向散射系数，αw为水衰减系数，αs为由于固体的存在而引起的衰减系数。
12.根据权利要求11的设备，其中所述用于转换的装置进一步包括装置，用于使用获得的M(r)值与所述体积之一，以计算所述衰减系数αs；以及装置，用于在将所述强度值转换为M(r)值时，为远离所述发射器的下一个所述体积输入αs。
13.根据权利要求4的设备，进一步包括装置，用于生成所述回波信号的采样，所述回波信号对应于沿着所述波束分布的所述液体的离散体积。
14.根据权利要求13的设备，其中所述用于转换的装置包括通过输入现场特定环境信息来校准所述强度值的装置。
15.根据权利要求13的设备，其中所述用于转换的装置进一步包括用于输入从前一次测量中所得到的浓度值的装置。
16.根据权利要求15的设备，其中所述现场特定环境信息包括水温、盐度和声音系统常数、以及浓度与颗粒大小之间的回波信号分配比率。
17.根据权利要求14的设备，其中所述处理设备进一步包括程序装置，用于在使用从沿着相同波束的两个体积中的另一个中获得的数值来转换来自所述体积之一的强度值时，调整至少一个校正参数。
18.根据权利要求14的设备，其中所述用于校正的装置包括用于自动输入信息的装置，以及用于手动输入信息的装置。
19.根据权利要求13的设备，其中所述用于转换的装置包括用于根据如下公式计算在范围r上单位体积的固体质量浓度M(r)的装置Log10M(r)＝Ks+S[dB+2r(αw+αs)]其中Ks为现场和仪器常数，S为相对反向散射系数，其定义了固体浓度与颗粒大小之间的关系，dB为测得的相对反向散射强度，αw为水衰减系数，以及αs为由于固体的存在而引起的衰减系数。
20.根据权利要求19的设备，其中所述用于转换的装置进一步包括装置，用于使用获得的M(r)值与所述体积之一，以计算所述衰减系数αs；以及装置，用于在将所述强度值转换为M(r)值时，为远离所述发射器的下一个所述体积输入αs。
21.一种方法，用于测量悬浮在流动液体中的固体的浓度、分布以及速度，其包括发射至少一个方向的声波束穿过所述液体；检测器接收从所述固体反向散射的所述波的回波信号；收集所述回波信号的测得强度值；测量所述回波信号的多普勒频率偏移；将所述强度值转换为所述固体的浓度值，以及将所述频率偏移翻译成所述固体速度的度量。
22.根据权利要求21的方法，其中所述流动液体被包括在一个管道中，该管道具有方向流，并且所述发射器和检测器位于所述管道内部。
23.根据权利要求22的方法，其中所述发射步骤包括从基本上相同的位置发出至少第一对所述波束，该所述对中的第二束相对于第一束指向下游并与所述第一束成纵向角。
24.根据权利要求23的方法，进一步包括发射第二对所述波束，其与所述第一对波束成横向角。
25.根据权利要求21的方法，进一步包括生成所述回波信号的采样，所述回波信号对应于沿着所述波束分布的所述液体的离散体积。
26.根据权利要求25的方法，其中所述转换步骤包括通过输入现场特定环境信息来校准所述强度值。
27.根据权利要求25的方法，其中所述转换步骤进一步包括用于输入从前一次测量中得到的悬浮固体浓度值。
28.根据权利要求27的方法，其中所述现场特定环境信息包括水温、盐度和声音系统常数，以及浓度与颗粒大小之间的回波信号分配比率。
29.根据权利要求26的方法，进一步包括，在使用从沿着相同波束的两个体积中的另一个中获得的数值来转换来自所述体积之一的强度值时，调整至少一个校正参数。
30.根据权利要求26的方法，其中所述校正包括自动输入信息，以及手动输入信息。
31.根据权利要求25的方法，其中所述转换包括根据如下公式计算在范围r上单位体积的固体质量浓度M(r)Log10M(r)＝Ks+S[dB+2r(αw+αs)]其中Ks为现场和仪器常数，S为相对反向散射系数，其定义了固体浓度与颗粒大小之间的关系，dB为测得的相对反向散射强度，αw为水衰减系数，以及αs为由于固体的存在而引起的衰减系数。
32.根据权利要求31的方法，其中所述转换步骤进一步包括使用获得的M(r)值与所述体积之一，以计算所述衰减系数αs；以及在将所述强度值转换为M(r)值时，为远离所述发射器的下一个所述体积输入αs。
33.根据权利要求24的方法，进一步包括对所述回波信号进行采样，所述回波信号对应于沿着所述波束分布的所述液体的离散体积。
34.根据权利要求33的方法，其中所述转换步骤包括通过输入现场特定环境信息来校准所述强度值。
35.根据权利要求33的方法，其中所述转换步骤进一步包括用于输入从前一次测量中得到的浓度值。
36.根据权利要求35的方法，其中所述现场特定环境信息包括水温、盐度和声音系统常数，以及浓度与颗粒大小之间的回波信号分配比率。
37.根据权利要求34的方法，其中所述数据处理设备进一步包括程序，用于在从沿着相同波束的两个体积中的另一个中获得的数值来转换来自所述体积之一的强度值时，调整至少一个校正参数。
38.根据权利要求34的方法，其中所述校正步骤包括自动输入信息，以及手动输入信息。
39.根据权利要求33的方法，其中所述转换步骤包括根据如下公式计算在范围r上单位体积的固体质量浓度M(r)Log10M(r)＝Ks+S[dB+2r(αw+αs)]其中Ks为现场和仪器常数，S为相对反向散射系数，其定义了固体浓度与颗粒大小之间的关系，dB为测得的相对反向散射强度，αw为水衰减系数，以及αs为由于固体的存在而引起的衰减系数。
40.根据权利要求39的方法，其中所述转换步骤进一步包括使用获得的M(r)值与所述体积之一，以计算所述衰减系数αs；以及在将所述强度值转换为M(r)值时，为远离所述发射器的下一个所述体积输入αs。
全文摘要
一种遥感器以及相关的数据处理器，对来自依靠在输送管(2)或管道内壁上的多波束(6－10)声音多普勒发射器/接收器(1)的反相散射信号进行并行分析。返回信号的范围选通允许对反相散射信号数据的离散体积进行单独的分析，其中该信号数据对应于水和悬浮固体(4)的小单个体积或采集器的分布、浓度以及流速。从测得的多普勒频率偏移得出每个采集器的速度。估计相对固体密度，作为反相散射信号的测得强度的函数。通过将现场特定环境信息输入到分析计算机程序中来校正该强度数据，其中该环境信息为例如温度、盐度、声音系统常数、浓度与粒度之间的反相散射信号译码比率，以及从物理采样及前面的实验室分析中得到的被同时测量的浓度值。该程序在连续的自校正过程中使用冗余迭代程序，其中该程序使用从前面对相邻层的测量中得到的数据来调整校正参数。该设备和方法均提供了对于管道或通道液体流(3)中的悬浮固体的分布、浓度以及速度的历史及实时测量。
文档编号G01F1/20GK1934423SQ200480038837
公开日2007年3月21日 申请日期2004年11月23日 优先权日2003年11月24日
发明者米夏埃尔·A·梅特卡夫, 约翰·M·兰德 申请人:泰拉丁艾斯科公司