用于检测和分析沉淀物的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种用于检测并且分析在液体承载系统中的沉淀物的方法和设备。具体地，所述方法包括步骤：在第一步骤中，由超声换能器向反射区发射超声发射信号，在第二步骤中，由检测模块来检测通过在所述反射区的区域中对所述超声发射信号的反射而获得的超声反射信号，在第三步骤中，响应于指定变量确定所检测到的超声反射信号的行进时间的分布，以及在第四步骤中分析所述分布，以便确定沉淀物是否至少部分沉积在所述反射区上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测和分析沉淀物的方法和设备
本专利技术涉及一种用于检测和分析在液体承载系统中的沉淀物的方法和设备。
技术介绍
例如发电厂、钢厂、制浆厂、或造纸厂的工厂常常包括用于传导或存储流体的装置，例如管道或液体容器。已知的问题是有机和无机物质沉淀在用于传导或存储流体的这些装置的内壁上，由此例如像污垢或水垢的沉淀物的累积至少部分地阻塞通过传导装置的流动，传导的或存储的流体可能受到污染。这是不希望发生的，其导致多个操作问题，例如设备的堵塞、化学品的无效使用、增大的效用成本、由于停工期导致的产量损失、腐蚀、和由于增大的污垢量而降质的产品。原则上但并非局限于此，可以区分一方面的污垢沉淀物与另一方面的水垢沉淀物。污垢沉淀物是有机沉淀物，其常常以生物薄膜的形式出现在含水的系统中。这种生物薄膜基本上由微生物组成，例如细菌、藻类、真菌类和原生动物。与此相反，水垢沉淀物由于无机物质而出现，已经确定其包括例如钙的复合物(碳酸盐、草酸盐、硫酸盐、硅酸盐)、铝的复合物(硅酸盐、氢氧化物、磷酸盐)、硫酸钡、放射性硫酸镭、和镁的硅酸盐。为了避免污垢沉淀物的累积，特别是生物薄膜的生长，将抗微生物剂添加到关注的流体中。通过添加基于丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸和天门冬氨酸的均聚物、共聚物和三元共聚物的化学沉淀物控制剂来去除水垢沉淀物。而且，化学沉淀物控制剂可以基于有机膦酸盐及其衍生物，以及聚磷酸盐。必须仔细且谨慎地实施这些抗微生物剂和化学沉淀物控制剂的剂量，因为它们极为昂贵并且引起健康危害。因而必须区分各类沉淀物，并确定各个沉淀物的厚度。在现有技术文献WO 2009/141135A1中公开了一种方法和设备，其用于流体容器内部的污垢或水垢沉淀物的特性的高精度测量。由超声换能器向流体容器内部的反射区域发射超声发射信号，借助评估反射区域的或覆盖反射区域的沉淀物的时域反射信号来测量超声换能器与反射区域之间的、或者超声换能器与反射区域上的沉淀物之间的距离。将测量的距离与参考距离相比较，参考距离是在反射区域上没有任何沉淀物的情况下的初始校准测量步骤中测量的。测量的距离与参考距离之间的差异是用于沉淀物的厚度的测量结果。该方法的缺点在于在超声换能器与反射区域之间的真实距离例如随流体容器内部的温度或压力而改变。因此，测量时在超声换能器与反射区域之间的当前距离不能由以前测量的参考距离来准确地定义。结果，沉淀物厚度的测量结果包括了取决于如压力和温度的操作条件的未知偏移。为了区分水垢和污垢沉淀物，现有技术文献W02009/141135A1进一步公开了一种设备，其包括两个不同的超声换能器，其中每一个超声换能器都与单独的反射区域协作。为两个反射区域提供不同的声阻抗。由于水垢和污垢沉淀物也具有不同的声阻抗，使得由一个超声换能器测量的时域反射信号的幅值与由另一个超声换能器测量的时域反射信号的幅值之间的比较能够区分污垢和水垢沉淀物。所述设备和方法的缺点在于必须为设备提供两个不同测量部，这导致较高的设备成本，增大的安装空间和进一步的误差源，因为操作条件并非在液体承载系统中的任何位置都相等，而是例如取决于沿流体管道的准确位置。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种方法和设备，用于检测及分析反射区中的沉淀物，其允许以增大的准确度和对操作条件较低的依赖性来检测沉淀物，并区分不同种类的沉淀物。而且，提供了一种更节省成本的紧凑且鲁棒的设备。本专利技术的目的由一种用于检测并且分析反射区上的沉淀物的方法来实现，所述反射区尤其位于液体承载系统的内部，所述方法包括步骤:在第一步骤中，由超声换能器向反射区发射超声发射信号；在第二步骤中，由检测模块检测通过在所述反射区的区域中对所述超声发射信号的反射而获得的超声反射信号；在第三步骤中，响应于指定变量确定所检测到的超声反射信号的行进时间的分布，以及在第四步骤中分析所述分布，以便确定沉淀物是否至少部分沉积在所述反射区上。由此有利地可以通过响应于指定变量分析行进时间的分布来容易且可靠地确定沉淀物是否沉积在反射区上。而且，如果检测到沉淀物的存在，可以区分不同种类的沉淀物，例如像水垢或污垢沉淀物。这是可能的，因为发现相对于变量(称为分布)描绘的行进时间信号的特性在通过沉淀物的厚度和种类的可测量方式中改变。而且，分布的特性取决于由沉淀物覆盖的范围，以至于甚至可以通过分析分布的位置和形状来确定由于沉淀物层的反射区的覆盖率。例如，可以确定反射区仅部分还是全部由沉淀物层覆盖。优选地，在第四步骤中分析分布以分析分布是否包括平稳点(stationary point)、拐点、断点、极点和/或间断。具体地，在第四步骤中确定平稳点、拐点、断点、极点和/或间断的位置。根据另一个实施例，在第四步骤中分析分布的位置、梯度和/或曲率。有利地，分布的形式包括与沉淀物在反射区上的特性有关的信息像沉淀物的种类、厚度、覆盖度等。可以通过确定特性，尤其是分布的重要数学条件来简单地评估这些信息。指定变量优选地包括超声换能器的发射参数、检测模块的检测参数和/或分析单元的分析参数，在第四步骤中修改它们。本专利技术的上述目的还由一种用于检测并且分析反射区中的沉淀物的方法来实现，所述反射区尤其位于液体承载系统的内部，所述方法包括步骤:在第一步骤中，由超声换能器向反射区发射超声发射信号；在第二步骤中，由检测模块检测通过在所述反射区中对所述超声发射信号的反射而获得的超声反射信号；在第三步骤中，由分析单元分析所检测到的超声反射信号是否包括不同行进时间，以便确定污垢沉淀物和/或水垢沉淀物是否沉积在所述反射区上。这个方法是本专利技术的另一个主题或者本专利技术的优选实施例。根据本专利技术，由此有利地可以在不使用两个单独的测量部或者不必执行用于确定参考距离的校准测量的情况下，区分污垢和水垢沉淀物。污垢沉淀物的声阻抗相比于水垢沉淀物的声阻抗实质上较低。如果反射区由污垢沉淀物的累积物覆盖，那么超声发射信号的小部分由污垢沉淀物反射，其中，所述超声发射信号的主要部分由例如由金属构成的反射区反射。结果，检测到的超声反射信号包括具有由于超声发射信号在污垢沉淀物的反射而出现的较低幅值的第一峰值，以及由于超声发射信号在反射区中的其他反射面的反射而出现的具有较高幅值的第二峰值，例如在液体承载系统的液体管道或容器的壁的内表面。第一峰值在第二峰值的时间意义上的上游，因为在检测模块与污垢沉淀物的反射面之间的距离(第一距离)小于在检测模块与反射面之间的距离(第二距离)。结果，第一峰值的行进时间(具体地，超声反射信号的第一上升沿)短于第二峰值的行进时间(具体地，超声反射信号的第二上升沿)，因为两个峰值都由于超声发射信号的同一第一边沿而出现。这表示所检测到的超声反射信号包括至少两个不同的行进时间。相反，如果以水垢沉淀物覆盖了反射区，就基本上仅在水垢沉淀物的反射面反射超声发射信号。在这种情况下，就不能测量到由于超声发射信号在其他反射面的反射而出现的第二峰值，以使得检测到的超声反射信号仅包括一个行进时间，其对应于在检测模块与水垢沉淀物的反射面之间的第一距离。具体地，本专利技术意义上的用词“沉淀物”代表任何种类的有机或无机污染物和沉淀物，其出现在液体承载系统中，例如管道或容器。诸如此类的沉淀物例如以薄膜的形式出现(也称为“污垢”)。这些主要在与固相的分界本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测并且分析反射区(10)上的沉淀物(33)的方法，所述反射区尤其位于液体承载系统(11)的内部，所述方法包括以下步骤：－在第一步骤中，由超声换能器(12)向所述反射区(10)发射超声发射信号(20)；－在第二步骤中，由检测模块(13)来检测通过在所述反射区(10)的区域中对所述超声发射信号(20)的反射而获得的超声反射信号(21)；－在第三步骤中，响应于指定变量(50)来确定所检测到的超声反射信号(21)的行进时间(22)的分布(23)；－在第四步骤中，分析所述分布(23)，以便确定沉淀物(33)是否至少部分地沉积在所述反射区(10)上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.22 EP 11010109.41.一种用于检测并且分析反射区(10)上的沉淀物(33)的方法，所述反射区尤其位于液体承载系统(11)的内部，所述方法包括以下步骤: 一在第一步骤中，由超声换能器(12)向所述反射区(10)发射超声发射信号(20)； 一在第二步骤中，由检测模块(13)来检测通过在所述反射区(10)的区域中对所述超声发射信号(20)的反射而获得的超声反射信号(21)； 一在第三步骤中，响应于指定变量(50)来确定所检测到的超声反射信号(21)的行进时间(22)的分布(23)； 一在第四步骤中，分析所述分布(23)，以便确定沉淀物(33)是否至少部分地沉积在所述反射区(10)上。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在第四步骤中分析所述分布(23)以分析所述分布(23)是否包括平稳点、拐点、断点、极点和/或间断。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在第四步骤中分析所述分布(23)的位置、梯度和/或曲率和/或所述平稳点、所述拐点、所述断点、所述极点和/或间断的位置。4.一种用于检测并且分析反射区(10)上的沉淀物(33)的方法，所述方法尤其是根据前述权利要求中的任一项，所述方法包括以下步骤: 一在第一步骤中，由超声换能器(12)向所述反射区(10)发射超声发射信号(20)； 一在第二步骤中，由检测模块(13)来检测通过在所述反射区(10)的区域中对所述超声发射信号(20)的反射而获得的超声反射信号(21)； 一在第三步骤中，由分析单元(14)分析所检测到的超声反射信号(21)是否包括不同的行进时间(22)，以便确定污垢沉淀物和/或水垢沉淀物(33)是否沉积在所述反射区(10)上。5.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述第三步骤中确定所检测到的超声反射信号(21)的行进时间(22)的分布(23)，并且在第四步骤中分析所述分布(23)以分析所述分布(23)是否包括间断(24)。6.根据权利要求5所述的方法，其中，修改所述超声换能器(12)的发射参数、所述检测模块(13)的检测参数和/或所述分析单元(14)的分析参数，以便在所述第四步骤中发现所述分布(23)中的间断(24)。7.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述第三步骤中由所述分析单元(14)的放大器(15)放大所检测到的超声反射信号(21)，其中，在所述第四步骤期间调整所述放大器(15)的增益(46)，以便发现所述间断(24)，优选至少在检测到所述间断(24)之前连续增大所述增益(46)。8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，在所述第三步骤中与所检测到的超声反射信号(21)的检测的时间(25)相关地确定所述行进时间(22)，其中，根据所检测到的超声反射信号(21)超过阈值(26)的时间来确定所述检测的时间(25)，其中，在所述第四步骤期间调整所述阈值(26)，以便发现所述间断(24)，优选至少在检测到所述间断(24)之前连续减小所述阈值(26)。9.根据权利要求6至8中的任一项所述的方法，其中，在所述第一步骤中由所述超声换能器(12)以一输出功率发射所述超声发射信号(20)，其中，在所述第四步骤期间增大所述输出功率，以便发现所述间断(24)，优选至少在检测到所述间断(24)之前连续增大所述输出功率。10.根据权利要求6至9中的任一项所述的方法，其中，在第五步骤中确定所述间断(24)的区域中所述分布(23)...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·赛德，C·弗洛肯，P·比尔甘斯，M·舒尔茨，
申请(专利权)人：亚什兰许可和知识产权有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US