[發明專利]多相流體密度和濃度超聲陣列檢測方法

無效

• 申請號: 201210321362.1
• 申請日: 2012-09-03
• 公開（公告）號: CN102788738A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 徐春廣;閻紅娟;肖定國;潘勤學;楊柳;李喜朋;劉釗
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N9/24
• 分類號: G01N9/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術領域

本發明屬于無損檢測技術領域，具體涉及多相流體和超聲換能器陣列檢測技術，是一種實時高精度檢測多相流體密度、濃度等特性的方法。?

二、背景技術

多相流體密度和濃度超聲陣列檢測方法是一種可以實時檢測多相流體密度和濃度的無損檢測技術，它利用高頻超聲波和被測多相流體相互作用，獲取多相流體的濃度、密度等特性參數，在航空航天、工業機械、生物醫學、化工和水利學等多方領域都有廣泛的應用，如石油鉆井時泥漿顆粒的濃度以及油井內油氣水三相流中氣、水兩相的含量，河流泥沙的含量，選礦和洗煤時礦漿和煤漿的濃度等，因此對多相流特性的檢測具有重要的現實意義。?

多相流體密度和濃度超聲陣列檢測方法使用頻段為0.1MHz-100MHz的超聲波，測量多相流體密度、濃度等。因為超聲波的頻率越高，分辨率越高，但穿透能力就越差，射入物體后引起的散射效應也就越嚴重，由此導致接收的透射聲波信號較小，因此檢測時需合理選擇相應頻率的換能器。通過計算各頻率換能器發射的超聲波入射被測多相流體中聲場的變化，有效調整換能器陣列的相對位置，獲取透射聲波信號，計算多相流體的密度、濃度等特性參數，得到高精度的流體特性參數。?

法國巴黎皮埃爾和瑪麗·居里大學Jean?Le?Rond?D’Alembert國際聯合實驗室Michael?Baudoin教授等根據聲波幅度的擾動和顆粒的散射建立Burgers模型，研究聲沖擊波在硅納米顆粒懸浮液中傳播，懸浮液濃度的變化以及顆粒與液體間流速的變化等均會引起散射場的變化。上海理工大學蘇明旭、蔡小舒等使用多次回波反射法測量兩相流的密度和濃度等。東北大學孫遠廣等使用兩發兩收超聲法檢測液固兩相流固相濃度及沉降速度，兩路接收信號存在較強的干擾信號。尚未發現使用一發多收的超聲陣列檢測多相流體的密度和濃度。?

三、發明內容

本發明目的是提供一種高精度多相流體密度和濃度超聲陣列檢測方法，用于實時檢測多相流體的濃度、密度等特性參數。?

本發明的多相流體密度和濃度超聲陣列檢測方法包括：超聲波束垂直入射到多相流體中，超聲波換能器陣列接收來自于多相流體內部的反射或透射超聲波信號。利用反射或透射聲波信號，計算多相流體的聲阻抗和聲波在多相流體中傳播的速度，得到并實時顯示多相流體的密度和濃度等特性參數。?

四、附圖說明

圖1多相流液體密度和濃度檢測裝置示意圖。?

圖2多相流液體透射系數檢測示意圖。?

五、具體實施方式

根據多相流密度、濃度等參數選擇相應的超聲波換能器，將換能器安裝在步驟一所述的超聲陣列檢測裝置上，所有可用于更換的超聲波換能器均為水浸式換能器。多相流位于樣品池內。圖1為檢測裝置示意?圖，各部分為：樣品池、高頻超聲波換能器、高頻超聲收發卡、數據處理裝置等。?

多相流的聲阻抗：?

Z＝ρc????（1）?

式中：ρ——多相流體的密度；?

c——超聲波在多相流體中的傳播速度。?

依據測量得到阻抗和聲速即可得到多相流的密度。當超聲波由測量樣品池的一側垂直入射到多相流時，利用聲波的透射和反射特性，在樣品池另一側使用高頻超聲換能器接收透射波信號（示意圖2），換能器接收聲壓幅值和換能器發射聲壓幅值為：。?

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