根据对液体的一系列反射测量，计算出描述液体中颗粒的颗粒大小分布的参数。在每次反射测量中，在液体中产生信号波束，测量一个特性的值，如测量在信号波束中一个颗粒上的反射的幅度。使用最大似然估计，对颗粒大小分布的参数进行估计，其基于测量值的概率随测量值的变化的表达式。使用的该表达式包括一个第一因子，其用于具有该测量值的反射形成其一部分的反射测量的概率，该第一因子由第二因子修正，该第二因子用于没有具有该特性的占多数的值的反射，该反射会屏蔽该测量值而形成该反射测量的一部分的概率。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种方法和装置，其利用肉眼可见的颗粒，如水中的油滴或沙粒对超声波脉冲的反射，来确定液体中颗粒大小分布的信息。欧洲专利申请No.0801305描述了用于描述悬浮液特性的装置。该装置在液体中产生波束形式的超声波脉冲。液体中各个颗粒对脉冲的反射形成了回波。如果颗粒在一个给定位置，反射的幅度和颗粒的大小一一对应。因此，通过测量不同大小的颗粒对连续脉冲的反射，测量了不同的幅度。该已知装置对不同幅度的反射发生次数的计数绘制直方图。直方图包括关于颗粒大小分布的信息，即，随颗粒大小而变化的颗粒的浓度。进而利用颗粒大小分布的信息，例如，可以确定液体中颗粒的总浓度。欧洲专利申请No.0801305描述了从幅度分布中提取有关大小的信息的技术。采用一个用于不同幅度的反射发生的概率的表达式。该表达式把颗粒大小分布和概率相关联。如果反射颗粒一直在光束中的同一个位置，具有特定幅度的反射的数目就和具有引起该幅度的大小的那部分颗粒的数目成正比。然而，关于颗粒大小分布的信息在整个幅度范围上是模糊的，因为一个颗粒的反射幅度除了依赖于颗粒的大小外，还依赖于颗粒在波束中的位置。颗粒距离反射的波束中心越远，幅度越小。该用于具有特定幅度的反射测量的概率的表达式在幅度分布上模糊了颗粒大小分布，以表达这种效果。使用最大似然技术，对颗粒大小分布的参数进行估计，使这样表达的实际测量的颗粒数目的概率最大。因此，模糊被消除。具体而言，选择参数，使得测量所得的具有不同幅度范围中的幅度的反射数目和预测数目之间的差值的平方和最小。该和是测量所得的反射的组合的概率指示，当然可以使用其他的概率指示，例如不同测量幅度的概率的乘积。所采用的该技术的先决条件是可以区分各个颗粒的反射。如果对若干个颗粒的反射不加区分地测量，一部分反射就会受到屏蔽。因此，较大颗粒的反射会使较小颗粒的反射不可见，但是，如果较大颗粒比较小颗粒距波束中心的距离远得多，较小颗粒的反射也会屏蔽较大颗粒的反射。因此，本技术只有在浓度足够低的情况下才能给出可靠结果。可以通过使颗粒不可区别测量的体积最小来提高最大可用浓度，例如通过使用聚焦波束或小的接收回波的时间窗口。然而，该技术的应用是有限的。这就是为什么对各个颗粒分开观察的要求限制该技术的应用的原因。本专利技术的目的在于利用适用于较高浓度的超声波测量来描述液体中颗粒大小分布的特性。本专利技术基于这样的认识，即可以使用统计模型来修正漏掉的颗粒的效果，因此，已知的测量技术也可用于较大浓度。本专利技术提供了一种根据权利要求1的方法。在该方法中，使用最大似然技术对颗粒大小分布的参数进行估计，其使用具有两个因子的反射幅度测量概率的表达式。第一个因子表示具有值A的反射为其一部分的反射测量的概率Po(A)，其不依赖于发生较大值的反射时该值是否被屏蔽。该第一因子基本上对应于现有技术中使用的整个概率表达式。根据本专利技术所使用的表达式中的第二因子是不存在具有该特性的占多数的值的反射，该反射会屏蔽该测量值而形成该反射测量的一部分的概率。因此，在对参数的估计中考虑了屏蔽效果。这样，最大似然估计共同考虑扩散和屏蔽的效果。参考以下附图，对本专利技术的这些以及其他目的和有益方面将进行描述附图说明图1示出了用于描述液体特性的装置。图2示出了不同幅度的反射数目。图3示出了重建的颗粒大小分布。图4示出了计算所得的浓度。图5示出了估计颗粒大小分布的参数的方法的流程图。图1示出了一种用于描述液体特性的装置。该装置包括一个液体通道11、一个控制单元10、一个信号发生器12、一个超声波换能器14、一个检测器16和一个计算单元18。控制单元10和信号发生器12、检测器16以及计算单元18连接。信号发生器12的一个输出和换能器14连接。检测器16的一个输入和换能器14连接。检测器16的一个输出和计算单元18连接。换能器14和通道11连接以产生超声波束。在工作中，其中漂浮有颗粒的液体流经通道11。控制单元10触发连续反射测量，每次测量中信号发生器12产生一个脉冲，其由换能器14转换为通道11中的超声波。换能器14获取脉冲的反射并将所得信号输入检测器16。检测器16选择对应于所产生脉冲的一个特定时间窗口中出现的信号。根据液体中的声速，时间窗口定义一个颗粒可以引起反射的区域。检测器16测量时间窗口中反射信号(如果存在的话)的幅度，并将测量的幅度值输入计算单元18。计算单元18收集幅度的直方图信息。为此，计算单元利用若干幅度范围并累计各个范围中已产生的反射幅度的反射测量的计数。进行了大量的反射测量后，计算单元18根据直方图信息计算有关颗粒大小分布的其他信息。图2示出了液体的直方图仿真示例，液体中存在不同浓度的颗粒，其中每种情况下的颗粒大小分布fD(D)是相同的(也就是说，每种情况下，对每个值D，大小处于D和D+dD之间的那部分颗粒数目是fD(D)dD)。可以看出，随着浓度增加，除了反射数目增加以外，幅度分布的形状也发生改变。图3中以虚线示出了对颗粒大小分布的估计，对于不同的若干个浓度，其可以根据已知技术从幅度直方图计算而得。图中还示出了实际的分布。已知技术不考虑浓度对幅度分布形状的影响。结果是，估计的颗粒大小分布互不相同，在较高浓度共偏离实际的颗粒大小分布。本专利技术提供了对估计颗粒大小分布的已知技术的改进，因此可以修正颗粒浓度的影响。该改进基于一种认识，即图2中的直方图形状偏差是反射测量中出现但在计数中漏掉的反射幅度的屏蔽的结果，漏掉的原因是在同一次反射测量中，出现了一个或多个具有较大幅度的反射。为此，用一个表达式表示概率分布P(A)dA，其是反射测量得到一个处于A和A+dA之间的无限小的间隔中的测量幅度的概率分布。该表达式的形式为P(A)＝Po(A)Q(A)其中，Po(A)对应于未屏蔽的概率分布，即，不考虑该反射是否被另一个幅度较大的反射屏蔽时出现该反射的概率。因子Q(A)表示在同一次反射测量中没有颗粒引起幅度大于或等于A的反射的概率。因子Po(A)对应于现有技术中所使用的概率分布，其是实际测量位于A到A+dA的间隔中幅度A的全部概率分布P(A)(即，忽略反射被屏蔽的可能性)。该因子Po(A)可以根据颗粒大小分布fD(D)以已知的方式表示。例如，该因子的一个表达式为Po(A)＝C∫dDfD(D)G(A|D)Vmeas(D)其中，C是颗粒的浓度(单位体积内颗粒的平均数量)。G(A|D)是如果大小为D的颗粒产生可检测的反射，可检测到幅度为A的反射的条件概率。条件概率G(A|D)表示大小为D的颗粒在距波束中心的不同距离引起不同反射幅度的效果。Vmeas(D)是大小为D的颗粒在其中产生可检测的反射的液体总体积。该体积在深度上用测量中反射被接受的时间窗口定义，而在水平上由波束强度衰减到产生的发射的幅度不再大于噪声级别An的点来定义。在经常出现的高斯分布波束中，体积Vmeas(D)可以表示为Vmeas(D)＝πΔzlog(AO(D)/An)/2k其中，Δz是反射被接受的深度间隔，k是标准方差，其由波束强度随着距波束中心的距离的变化而衰减的速率确定。AO(D)是如果颗粒位于波束中心，大小为D的颗粒所能产生的反射的最大幅度。对于高斯波束，条件概率G(A|D)可以表示为G(A|D)＝1/{A*log(AO(D)/A本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于测量描述液体中颗粒的颗粒大小分布的参数的方法，该方法包括如下步骤：－进行一系列的反射测量，在每次反射测量中，在液体中产生信号波束，测量在信号波束中颗粒上的反射的特性值（Ａ）；－根据这些测量值（Ａ）的组合进行这些参数的最大似然估计，其基于随这些测量值的变化而改变的这些测量值的概率的表达式，该表达式包括用于该测量值的反射形成其一部分的反射测量的概率的第一因子，该第一因子由第二因子（Ｑ）修正，该第二因子用于没有具有该特性的支配值的反射，该反射会屏蔽这些测量值而形成该反射测量的一部分的概率。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔诺威廉弗雷德里克福尔克尔，
申请(专利权)人：荷兰应用科学研究会TNO，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]
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