[發明專利]基于超聲導波的液體粘滯系數檢測裝置及方法

有效

• 申請號: 201210248592.X
• 申請日: 2012-07-18
• 公開（公告）號: CN102854090A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 吳斌;徐秀;高博;劉秀成;何存富
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N11/00
• 分類號: G01N11/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

1.基于超聲導波的液體粘滯系數檢測裝置，其特征在于：其包括有磁致伸縮傳感器（3），與磁致伸縮傳感器（3）相連進行數據處理的綜合功能模塊（7），一端插入到磁致伸縮傳感器（3）中心位置的用于置于待測液體（1）中的金屬探桿（2）;所述的磁致伸縮傳感器（3）為圓柱形，其在金屬探桿（2）外側從內到外依次為鐵鈷帶（6）、塑料套筒（5）、線圈（4），所述的鐵鈷帶（6）為沿磁致伸縮傳感器（3）周向布置尺寸均勻的四段；金屬探桿（2）與鐵鈷帶（6）通過環氧膠黏結；綜合功能模塊（7）中激勵接收裝置（8）與磁致伸縮傳感器（3）相連；激勵接收裝置（8），溫度測量裝置（9），浸潤深度測量裝置（10）三者與數據處理模塊（11）相連，向數據處理模塊（11）提供接收信號及測量必要參數；數據處理模塊（11）與結果顯示模塊（12）相連，對計算所得結果及相關參數進行顯示。

2.一種基于超聲導波的液體粘滯系數的檢測方法，其特征在于：采用權利要求1所述的基于超聲導波的液體粘滯系數檢測裝置，將金屬探桿置于待測液體中，采用超聲導波技術，即激勵接收裝置（8）中產生激勵簡諧電信號，并將該信號發射給磁致伸縮傳感器（3），磁致伸縮傳感器（3）中線圈（4）由于電磁效應產生磁場，而金屬探桿（2）處在磁場中會延磁化方向發生幾何尺寸的變化，產生振動并延金屬探桿（2）傳播，從而在金屬探桿中產生超聲導波用于粘滯系數的檢測；利用金屬探桿（2）中導波能量衰減系數隨不同液體粘滯系數變化而變化的檢測原理進行粘滯系數的測定；具體為磁致伸縮傳感器（3）及激勵接收裝置（8）激勵并接收導波在空氣中的參考回波信號及浸潤液體后的實際回波信號，將檢測到的回波信號傳送到數據處理模塊（11），同時輔助模塊溫度測量裝置（9）、浸潤深度測量裝置（10）也將輔助參數同時傳送到數據處理模塊（11），數據處理模塊（11）綜合各種參數及信息，將參數帶入公式η=4πρf(L/InRF)²計算得到粘滯系數初步結果，其中，η為粘滯系數值，RF為相對反射系數,其表達式為RF=A_emb／A_air,其中A_emb，A_air分別為浸入液體后和浸潤液體前金屬探桿（2）的端面回波幅值，由數據處理模塊（11）通過分析激勵接收裝置（8）接收到的導波信號獲取;ρ為液體密度，通過數據處理模塊（11）中的數據庫中直接讀取用于計算；L為導波桿浸潤長度，通過浸潤深度測量裝置（10）測得；f為頻率，主要指激勵接收裝置（8），通過磁致伸縮傳感器（3），在金屬探桿（2）中產生的超聲導波的激勵頻率；再根據溫度測量裝置（9）測得的液體溫度參數，通過修正公式logη=a+b/T得到粘滯系數的最終結果，公式中a，b為特征系數，通過標定確定其值，T為絕對溫度值。

3.權利要求2所述的一種基于超聲導波的液體粘滯系數的檢測方法，其特征在于：具體檢測方法步驟如下：

1）搭建整體的檢測系統，傳感器（3）與綜合功能模塊連接（7）；在空氣耦合狀態下，接收導波在金屬桿（2）中的反射信號并將該信號作為參考信號進行存儲；

2）將金屬探桿（2）浸入被檢測液體（1）中，同樣接收當前耦合狀態下的反射信號；通過當前檢測信號的端面回波與參考信號的端面回波信號的最大幅值計算得到相對反射系數RF，具體表達式為RF=A_emb／A_air；數據處理模塊（11）進行計算，得出液體的粘滯系數；

檢測液體分層時，將金屬探桿逐步深入浸潤到待檢測液體中，當出現粘滯系數的躍變，則可判斷液體出現分層現象。