[發明專利]用于非侵入式確定管道內部的流體的聲學特性的方法

有效

• 申請號: 201180051477.7
• 申請日: 2011-09-06
• 公開（公告）號: CN103189719A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: D·N·森哈;C·F·奧斯特豪特;A·喬杜里
• 申請（專利權）人: 洛斯阿拉莫斯國家安全股份有限公司
• 主分類號: G01F17/00
• 分類號: G01F17/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 張偉;王英

相關申請的交叉引用

本申請要求2010年9月3日提交的美國臨時專利申請號61/379898“Method?for?Noninvasive?Determination?Of?Acoustic?Properties?Of?Fluids?Inside?Pipes”的權益，在此為了它公開和教導的所有內容，專門通過引用將該專利申請的全部內容并入本文。

關于聯邦政府權利的陳述

利用根據美國能源部所頒發的合同No.DE-AC52-06NA25396下的政府支持做出本發明。政府擁有本發明中的某些權利。

技術領域

本發明通常涉及用于確定流經管道的流體的構成的方法，更具體地，涉及用于非侵入式地確定流經厚壁管道的流體的聲速和聲衰減的方法和用于確定流體的構成的導管。

背景技術

確定容器中的或流經導管和管道的流體的聲學特性在很多工業中，特別是在石油生產中是重要的，因為這些特性可用于確定流體構成。一般，利用穿過被機器加工到管道壁中的特殊窗口附著到管道的傳感器來進行聲學測量（例如，液體中的聲速和聲吸收），其中傳感器元件與流體物理接觸，或傳感器元件被直接安裝在流體中。在這樣的情況下，該傳感器或該窗口遭受流體的污染，使長期操作和維護變得困難。而且，如果傳感器被放置在流體內部或穿過該壁侵入到液體中，則它可能影響流型（flow?pattern)并污損對流型的損壞很敏感的測量。

已使用具有10μs持續時間的高電壓脈沖信號來在被附著到適應管道的外部曲率的彎曲延遲線的超聲換能器中激發聲波，該聲波在橫穿管道中的流體之后由第二換能器檢測。通過所接收的信號的閾值檢測來測量脈沖的渡越時間，這是困難的，由于在容器壁中的多次反射并且還由于穿過壁本身的聲的傳播。對于用于渡越時間度量的正確閾值檢測需要100個信號的平均值，根據該渡越時間度量來確定流體聲速和隨后的流體構成。

發明內容

本發明的實施例通過提供用于確定管道內部的流體的構成的非侵入式方法來克服現有技術的缺點和限制。

本發明的額外的目的、優點和新穎特征將在接下來的描述中部分地被闡述，且對于檢查了下文后的本領域技術人員來說將部分地變得清楚，或可通過實踐本發明來學習本發明的額外的目的、優點和新穎特征?？山柚谔貏e在所附權利要求中指出的手段和組合來實現和獲得本發明的目的和優點。

為了實現前述和其它目的，且根據如在本文中體現和廣泛描述的本發明的目的，用于非侵入式地確定流經具有壁和外表面的管道的包括油和水的多相流體的構成的方法于此包括：使用與管道的外表面超聲通信的發射換能器來生成超聲頻率啁啾信號（ultrasonic?frequency?chirp?signal）；在啁啾信號穿過所述多相流體之后，在與管道的外表面超聲通信的與發射換能器完全（diametrically）相對的接收換能器上接收所生成的頻率啁啾信號，其中響應于此而生成電信號；接收電信號；通過將所接收的信號與所生成的頻率啁啾信號進行相乘來對頻率啁啾并且得到差別頻率來進行解啁啾（dechirping），根據該差別頻率來確定頻率啁啾信號的總渡越時間；確定頻率啁啾信號在管道的壁中的時間延遲；以及從總渡越時間減去時間延遲以確定頻率啁啾信號穿過多相流體的傳播時間，根據該傳播時間來確定多相流體的構成。

在本發明的另一方面中并且根據其目的和意圖，用于非侵入式地確定流經具有壁和外表面的管道的包括油和水的多相流體的構成的方法于此包括：使用與管道的外表面超聲通信的發射換能器生成超聲頻率啁啾信號；在啁啾信號穿過所述多相流體之后，在與管道的外表面超聲通信的與發射換能器完全相對的接收換能器上接收所生成的頻率啁啾信號，其中響應于此而生成電信號；接收電信號；將所發射的信號與所接收的信號互相關，其中生成互相關峰值；選擇最高峰值，該最高峰值對應于頻率啁啾信號的總渡越時間；確定頻率啁啾信號在管道的壁中的時間延遲；以及從總渡越時間減去時間延遲以確定頻率啁啾信號穿過所述多相流體的傳播時間，根據傳播時間來確定所述多相流體的構成。