[发明专利]采用超声波照射表征玻璃熔体的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及表征流体，更具体而言，本发明涉及通过用超声照射玻璃熔体而表征玻璃熔体。

背景技术

通过玻璃熔体的受控冷却而形成高质量的玻璃。但是，玻璃熔体可能含有杂质如固体和气体包含物以及通常称为条纹(cord)的小体积偏离密度(deviating density)和化学组成。具体而言，条纹的形成导致局部区域具有不同的折射率。局部区域具有不同的折射率可能使得所得的玻璃不适用于多种精确用途。

通常，通过在工艺的各个阶段对玻璃采样或通过安装实时(in-line)传感器如热电偶来测定玻璃熔体的特征。在高温、工业玻璃制备工艺中，熔融的玻璃通常含于和/或流过内封的管道，该管道外部周界全部被隔热，这使得根本不可能采样。

另一方面，有少量实时传感器能够在加工玻璃使用的高温中持续工作。虽然已使用热电偶测量一些工艺中玻璃熔体的温度，但是使用热电偶是不理想的，因为热电偶以不可接受的速率裂化。此外，在玻璃熔体中插入传感器可能会腐蚀该传感器，产生流动中断，或者使系统产生不可接受的热损失，从而降低了产品质量。

发明内容

本发明系统非侵害性地表征玻璃熔体，其中，可响应于所检测的特性而对玻璃熔体工艺参数实施校正的程序或修改，以生产具有标称特征的所得玻璃。即，本系统提供一种对玻璃熔体特征的增加的知识，该知识允许工艺参数被相应地调整，从而增加所得的产品的品质。

更具体而言，本系统可提供一种通过将声波通过容器外表面与玻璃熔体相耦合而表征玻璃熔体的方法，该容器保持一定体积的玻璃熔体，该声波从该玻璃熔体内的杂质反射，检测反射的声波，并测定或检测玻璃熔体中对应于所检测的反射的声波的杂质(包括气体和固体)的存在。

在另一个构型中，用于表征玻璃熔体的系统包括用来容纳玻璃熔体的容器、与该容器的外表面耦合的用于使来自第一转换器的声波与该玻璃熔体声学耦合的第一声波导，与难熔金属容器的外表面耦合的用于使来自该玻璃熔体的反射声波与第二转换器声学耦合的第二声波导，该反射声波与玻璃熔体中的杂质相符，其中，该第一波导和第二波导都不与玻璃熔体直接接触。

应理解，前述一般描述和下文详细描述都仅仅是对本发明的示例性说明，仅仅是为理解所要求保护的本发明的性质和特征提供一概览或框架。

提供附图以更进一步了解本发明，附图也加入并构成本说明书的一部分。附图并不必定成比例，为了清楚起见，各元件的大小可失真。附图阐述了部分的一个或多个实施方式，它们与说明书一起解释了本发明的原理和操作。

附图说明

图1是用于检测和/或表征本发明一个实施方式的玻璃熔体的装置的横截面图。

图2是图1装置中波导和用于容纳玻璃熔体的容器的壁之间的耦合的横截面近视图。

图3是图1装置中耦合波导与用于容纳玻璃熔体的容器的壁的另一方法的横截面近视图。

图4是作为试验设置中声通路的温度的函数的声信号的传播时间的曲线图。

图5是使用了图1所述检测/表征装置的示例性玻璃生产系统的示图。

图6是显示随着时间推移作为样品(记录)的函数的检测转换器输出电压的曲线图。

具体实施方式

声音是通过介质如液体或空气行进或传播的一种振动。振源是介质的重复性扰动。例如，铃在击打时发生振动。铃的两侧相对于它周围的空气移动，随着一侧向外移动首先在空气中产生一高压区域，然后随着该侧向内移动而产生一低压区域。高压和低压区域已知分别为压缩和稀薄区域，它们通过介质通过影响空气相邻分子以波的形式传播：空气中的一个分子响应于交替的高压和低压来回移动，反过来又作用于相邻的分子，该相邻的分子又作用于它的相邻分子，依次类推。因此，高压和低压区域通过介质以具有确定的速度和波长的波的形式传播。

本发明公开了一种利用基本的脉冲-回声技术来表征熔融玻璃的方法：由高频脉冲发生器产生电脉冲，并由合适的转换器(例如通过第一波导与玻璃熔体声学耦合的压电转换器)将其转换成声波。超声波通过波导传播，并通过含有该熔体的容器传入玻璃熔体中。在熔体中，如果存在杂质的话，声波衰减并被散射，并被从边界反射。可通过经第二波导与玻璃熔体声学耦合的第二转换器检测该反射的波，其中，该声波可被转换回电信号。放大该信号，并采用适当的数据获取系统对其处理。例如，可使用例如可测量参数如声波的通过时间、幅度和频率的计算机处理该信号。这些参数传递关于熔融玻璃介质的物理和几何学特征的信息，如超声波衰减、杂质(气泡)存在、熔体中的流动物质、熔体的温度等。