水平测量系统技术方案

一种用来识别多相介质中的不同的相（１１－２０）的设备和方法，包括超声换能器的至少两个阵列（２６Ａ、２６Ｂ），超声换能器的至少两个阵列能够发射和接收穿过分离它们的介质的超声。该方法和设备可用于定位诸如油分离器的容器中的相界面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用来检测包含在容器中的不同材料之间的界面的位置、例如用来测量 容器内材料的水平的水平测量系统和设备以及方法。
技术介绍
例如用于测量容器内材料的水平的水平测量系统是熟知的。也已知，通过在不同 位置测量容器包含物的密度以形成容器和包含物的密度分布图，以便识别指示边界区域的 密度变化，从而定位容器内的不同材料之间的边界。例如，在W0 00/22387中已经提出通 过提供伽玛辐射源的轴向分布的阵列和检测器的轴向分布的阵列，来测量介质的密度分布 图，其中伽玛辐射源的轴向分布的阵列给出所述辐射的准直射束，检测器的轴向分布的阵 列布置成使得被研究的介质在该源和该检测器之间延伸。通过监视检测器接收到的辐射， 可以确定介质从每个射束吸收的辐射量，因此可检测介质密度的变化。W0 00/22387的系统 的一个缺点是需要利用放射性物质，这因此产生为了保证安全工作的健康和安全问题。GB 1524303描述了通过细长构件用于确定不同密度的液体之间的边界的设备，沿 该细长构件沿长度布置有一系列外壳，每个外壳之间具有空间，被研究的介质可通过细长 构件的壁中的穿孔进入该空间。每个外壳包括超声发射器和检测器，并且每个外壳的端部 充当反射器，来使得来自下一个相邻外壳的发射器的波穿过外壳之间的空间中的介质，被 反射回到该下一个相邻外壳。这种类型的布置的一个缺点是，由于需要在每个外壳之间提 供竖直空间，竖直分辨率受到限制。W003/012379描述用来监视介质成分的设备，该设备包括用来插入所述介质中 的细长构件，所述构件具有沿其长度的至少一部分间隔布置的超声波的发射器和接收器的 阵列；和将发射的超声波反射到接收器的反射器装置，所述反射器装置由所述构件支撑但 与所述构件横向间隔开，由此，当所述细长构件插入到所述介质中时，所述介质占据所述细 长构件和所述反射器装置之间的空间，并且所述发射器、接收器和反射器装置布置成使得 被发射的超声波在途中穿过所述介质达到接收器，并且监视装置根据超声波从发射器到达 与其关联的接收器所花费的时间提供信号。US 4565088描述一种用来检测脱盐容器中成分的变化的设备，其中超声探头向着 布置成在汲取管内竖直行进的镜子发射声音。该镜子引导从汲取管出来的声能朝向容器内 布置成离开汲取管的反射器，使得该能量被反射回镜子，并且沿汲取管向上被探头接收。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用来确定容器内的含有物的水平的改进的方法、用于执 行该方法的设备和系统。根据本专利技术的第一方面，一种确定容器内的两种材料之间的界面的位置的方法包 括以下步骤(a)提供能够发射超声通过所述材料的至少一种的多个第一超声换能器，所述第5一换能器位于第一细长外壳内，沿该外壳的纵轴线彼此间隔开；(b)提供能够接收由所述第一超声换能器发射的超声并且响应于该超声而产生电 信号的多个第二超声换能器，所述第二换能器位于第二细长外壳内，沿该外壳的纵轴线彼 此间隔开；(c)所述第一超声换能器的每一个与所述第二超声换能器的对应的一个关联以形 成发射器_接收器对，使得由所述对的一个构件发出的超声可以被所述对的另一构件接收 并且在所述对的另一构件中产生电信号；(d)将第一和第二外壳定位在容器内，使得由第一换能器的至少一个发射的超声 能够被至少一个对应的第二换能器检测到，并且使得包含换能器的第一和第二外壳至少部 分地浸在包含在容器中的材料的至少一种中；(e)从多于一个的所述第一超声换能器发射超声到关联的对应第二超声换能器， 并且监视所述第二超声换能器的每一个响应于所述第一超声换能器发射的超声而产生的 信号；(f)对比每一个第二超声换能器产生的信号或根据所述信号计算的参数与相邻的 第二换能器产生的对应信号或从其计算的参数，以确定位于第一外壳和第二外壳之间的材 料的声学特性是否在相邻的第二换能器的位置之间改变。根据本专利技术的第二方面，一种用来确定容器内的两种材料之间的界面的位置的设 备包括(a)能够发射超声通过所述材料的至少一种的多个第一超声换能器，所述第一换 能器位于第一细长外壳内，沿该外壳的纵轴线彼此间隔开；(b)能够接收由所述第一超声换能器发射的超声并且响应于该超声而产生电信号 的多个第二超声换能器，所述第二换能器位于第二细长外壳内，沿该外壳的纵轴线彼此间 隔开；(c)所述第一超声换能器的每一个与所述第二超声换能器的对应的一个关联以形 成发射器_接收器对，使得由所述对的一个构件发出的超声可以被所述对的另一构件接收 并且在所述对的另一构件中产生电信号；(d)用于所述第一和第二外壳的安装装置，所述安装装置能够将所述第一和第二 外壳相对彼此维持在一位置，使得发射器_接收器对的每一个与发射器_接收器对的另一 个对齐，并且使得由第一换能器的至少一个发射的超声能够被至少一个对应的第二换能器 检测到；(e)用来将第一和第二外壳安装在容器内的安装装置，使得包含换能器的第一和 第二外壳的至少一部分可浸在包含在容器中的材料的至少一种中；(f)信号和数据处理装置，该信号和数据处理装置能够对比第二超声换能器产生 的信号或根据所述信号计算的参数以确定位于第一外壳和第二外壳之间的任何材料的声 学特性是否在任何发射器_接收器对之间改变。优选地，所述多个第一和第二换能器各布置在线性阵列中。在本说明书中，如涉及声音由换能器接收而使用的“接收”、“接收器”等应当理解 为包括“检测”和“检测器”的含义。超声换能器优选地包括压电材料。压电材料能够响应 于适当电压或电压变化而产生且发射声振动，并且当被适当的声振动激励时它也能够产生6电信号。合适的压电材料包括压电聚合物和晶体。第一和第二换能器可以为类似类型并 且优选地为类似类型。第一和第二换能器优选地包括压电晶体。可以根据辐射期望穿过 的材料选择超声波的频率。为了测量液体系统内的水平，所用频率的优选范围是从20kHz 到25MHz。气相材料可能需要低频发射，例如1-lOOkHz，而对于液体系统中的测量，所用频 率可能优选地在2到10MHz，更优选地在l-5MHz。换能器可被选择成以彼此相同的频率发 射，或它们的一个或更多个可以以不同于其它换能器的频率发射声音。换能器的一个或更 多个可以能够发出/发射和接收一定范围内的不同频率。至少一个发射器-接收器换能器 对可适于以多个不同频率发射和接收声音。可以周期性地激励换能器以发出适于在换能器 和外壳的表面引起流体的空穴作用的频率的波，以便清洁换能器和相邻外壳的表面，并且 避免污垢和矿物鳞片的积累。用于这种清洁的频率的实际上限是大约10MHz。也可选择换 能器以发射和/或检测超声频谱外的振动，例如可听见的范围内的频率和向下到1Hz的频 率。作为另外的替代方案，每个换能器适于发射和接收的频率可以在设备上的不同位置处 不同。例如，当该设备意图用于油分离容器中的相识别时，位于容器的上部的外壳或汲取管 的端部处的换能器可以被调谐而以选定发射穿过气相的频率发射声音，而离开上部较远的 换能器可以被调谐到适于发射通过液相的频率。作为另外的替代方案，可以布置至少一个 另外的换能器阵列，该至少一个另外的换能器阵列能够发射和接收具有与第一和第二多个 换能器所发射和接收的声音不同的特性的声音。该另外的阵列可以与第一和/或第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定容器内的两种材料之间的界面的位置的方法，该方法包括以下步骤：（ａ）提供能够发射超声通过所述材料的至少一种的多个第一超声换能器，所述第一换能器位于细长的第一外壳内，沿该细长的第一外壳的纵轴线彼此间隔开；（ｂ）提供能够接收由所述第一超声换能器发射的超声并且响应于该超声而产生电信号的多个第二超声换能器，所述第二换能器位于细长的第二外壳内，沿该细长的第二外壳的纵轴线彼此间隔开；（ｃ）所述第一超声换能器的每一个与所述第二超声换能器的对应的一个关联，以形成发射器－接收器对，使得由所述发射器－接收器对的一个构件发出的超声被所述发射器－接收器对的另一构件接收并且在所述发射器－接收器对的另一构件中产生电信号；（ｄ）将第一外壳和第二外壳定位在容器内，使得由第一换能器的至少一个发射的超声能够被至少一个对应的第二换能器检测到，并且使得包含换能器的第一外壳和第二外壳至少部分地浸在包含在容器中的材料的至少一种中；（ｅ）从多于一个的所述第一超声换能器发射超声到对应的第二超声换能器，并且监视所述第二超声换能器的每一个响应于所述第一超声换能器发射的超声而产生的信号；（ｆ）对比接收第二超声换能器产生的信号或根据所述接收第二超声换能器产生的信号计算的参数与不同的接收超声换能器产生的信号或根据所述不同的接收超声换能器产生的信号计算的参数，以确定位于该第一外壳和该第二外壳之间的材料的声学特性是否在被对比的接收换能器之间改变。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 2007-11-13 0722256.5一种确定容器内的两种材料之间的界面的位置的方法，该方法包括以下步骤(a)提供能够发射超声通过所述材料的至少一种的多个第一超声换能器，所述第一换能器位于细长的第一外壳内，沿该细长的第一外壳的纵轴线彼此间隔开；(b)提供能够接收由所述第一超声换能器发射的超声并且响应于该超声而产生电信号的多个第二超声换能器，所述第二换能器位于细长的第二外壳内，沿该细长的第二外壳的纵轴线彼此间隔开；(c)所述第一超声换能器的每一个与所述第二超声换能器的对应的一个关联，以形成发射器-接收器对，使得由所述发射器-接收器对的一个构件发出的超声被所述发射器-接收器对的另一构件接收并且在所述发射器-接收器对的另一构件中产生电信号；(d)将第一外壳和第二外壳定位在容器内，使得由第一换能器的至少一个发射的超声能够被至少一个对应的第二换能器检测到，并且使得包含换能器的第一外壳和第二外壳至少部分地浸在包含在容器中的材料的至少一种中；(e)从多于一个的所述第一超声换能器发射超声到对应的第二超声换能器，并且监视所述第二超声换能器的每一个响应于所述第一超声换能器发射的超声而产生的信号；(f)对比接收第二超声换能器产生的信号或根据所述接收第二超声换能器产生的信号计算的参数与不同的接收超声换能器产生的信号或根据所述不同的接收超声换能器产生的信号计算的参数，以确定位于该第一外壳和该第二外壳之间的材料的声学特性是否在被对比的接收换能器之间改变。2.权利要求1的方法，其中第一换能器向对应的第二换能器发射超声脉冲，该对应的 第二换能器在接收该脉冲时被激励而发射回到开始的第一换能器。3.根据权利要求2的方法，其中脉冲发生器为每个发射换能器提供编码序列的脉冲， 并且相邻发射换能器的脉冲编码是不同的。4.根据权利要求1-3的任何一项的方法，其中相邻发射换能器被激励以在不同时间发射。5.根据权利要求1-4的任何一项的方法，其中第一发射器-接收器对之间的超声能量 的渡越时间与相邻的发射器_接收器对之间的超声能量的渡越时间对比。6.根据权利要求1-5的任何一项的方法，其中第一发射器-接收器对之间的超声能量 的衰减与相邻的发射器_接收器对之间的超声能量的衰减对比。7.根据权利要求6的方法，其中所述第一超声换能器包括超声发射器的线性阵列 Tn_Tn+x，其中η是从1到χ的整数，并且χ是阵列中的发射器的数量，所述第二超声换能器包 括超声接收器的线性阵列Rn_Rn+x，所述发射器和接收器形成多个发射器_接收器对TRn，并 且第一外壳和第二外壳都放置在容器中，彼此对齐且平行，取向成使得所述外壳向着该容 器的底部延伸，T1和R1最靠近该容器的底部，其中步骤(f)包括以下步骤i.测量由接收换能器Rn接收的信号的波幅An; .对比An与预定波幅iii.如果An> Al则测量TOFn，其中TOFn是Tn和Rn之间的声音渡越时间；iv.如果An< A^则将TRn记录为位于具有高的声音衰减性质的材料相内；v.对于每个TRn重复步骤i-iv，直到η= χ ；vi.对比TOF1^PTOFlri ；Vii.如果TOFn+1 > TOFn+P1^^!」记录材料相边界位于TR1^n TRn+1之间，其中P是代表重 要因子的预定值。8.根据权利要求7的方法，其中，在从TR1开始的序列中对每一个TR1^A行步骤i-iv。9.根据权利要求7或权利要求8的方法，还包括以下步骤viii.对比TOF1^PT0F...

【专利技术属性】
技术研发人员：TJ帕廷顿，PD费通比，K詹姆斯，P杰克森，
申请(专利权)人：约翰森马瑟公开有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]