[发明专利]用于确定流体的流属性的设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于确定流体的流属性的设备、方法和计算机程序。

背景技术

S. Sudo等人的论文“Detection of small particles in fluid flow using a self-mixing laser”， Optics Express, Vol. 115, Issue 13, pp. 8135-8145公开了一种通过使用具有极高光学灵敏度的激光二极管泵浦的薄片固体激光器的自混合激光多普勒测量来检测流体流中的小颗粒的实时方法。由来自在稀样本流中移动通过小直径玻璃管的小颗粒的重新注入散射光调制的激光输出的不对称功率谱被观察并且显示出反应流体流的速度分布，该速度分布遵从泊肃叶（Poiseuille）定律。流体流的速度分布与该不对称功率谱的依存性被确定并且用于基于测量的不对称功率谱确定流体流的速度分布。

这种方法具有的缺点为只有在流体流具有小的光学厚度时，可以确定流体流。对于更大的光学厚度，无法确定流体流。

发明内容

本发明的目的是提供用于确定流体的流属性的设备、方法和计算机程序，其允许确定更大光学厚度的流体的流属性。

在本发明的一方面中，提供了一种用于确定流体的流属性的设备，其中该设备包括：

- 距离和速度确定单元，其用于确定流体的元到该距离和速度确定单元的距离并且用于同时确定元的速度，该距离和速度确定单元包括具有激光器腔体的激光器，其中该距离和速度确定单元调适为，通过将在激光器腔体内生成的激光辐射引导到流体用于被流体反射并且通过将反射辐射与激光器腔体内的辐射混合而生成自混合干涉信号，并且基于所生成的自混合干涉信号确定距离和速度，

- 流确定单元，其用于基于所确定的距离和速度的至少其一确定流体的流属性。

由于流体的元到该距离和速度确定单元的距离以及元的速度同时被确定，所述元所在之处与该距离和速度确定单元的距离以及这些元在这些距离处具有的速度已知。这允许基于所确定的距离和速度的至少其一确定流体的流属性。例如，如果流体的光学厚度小，使得不一定需要元的所确定的距离用于确定期望流属性，例如因为激光辐射可以深深地穿透到流体内使得足以用于确定期望流属性的速度被确定，该流确定单元可以仅仅基于所确定的速度确定流属性。然而，如果光学厚度使得所确定的速度不足以用于确定流属性，例如因为激光辐射无法穿透流体内足够深，该流确定单元可以使用所确定的速度和所确定的距离用于确定流属性。因而，即使光学厚度大，通过使用同时确定的速度和距离而可以确定流属性。

该距离和速度确定单元调适为，通过将在激光器腔体内生成的激光辐射引导到流体用于被流体反射以及通过将反射辐射与激光器腔体内的辐射混合而生成自混合干涉信号。激光器腔体内的这种混合引起激光功率的波动，该波动可以作为自混合干涉信号被检测。这种自混合干涉信号依赖于流体的元的速度和距离，其中该距离和速度确定单元调适为根据所生成的自混合干涉信号确定流体的这些元的距离和速度。

同时确定流体的元的距离和速度是指相同的被元反射的反射辐射被用于确定这个元的距离和速度，即这个元的所确定的距离和速度同时描述这个元的距离和速度。

流体的元为例如流体本身的元和/或添加到流体的元。

流确定单元调适为基于所确定的距离和速度的至少其一确定流体的流属性，这是指距离、速度、或者距离和速度二者被用于确定流体的流属性。

优选的是，该流确定单元调适为确定最大流速度和体积流量（volume flow）的至少其一作为流体的属性。体积流量优先地定义为在预定义时间间隔内流动经过流体的截面的流体体积。因而，体积流量也可以看作是体积流率。

另外优选的是，该距离和速度确定单元调适为：

- 根据该自混合干涉信号确定多普勒频率，

- 确定所确定的多普勒频率的最大多普勒频率，

- 根据所确定的最大多普勒频率确定流体的元的最大流速度，

其中该流确定单元调适为确定该最大流速度作为流属性。这允许容易地且高精确度地确定最大流速度。

另外优选的是，该流确定单元调适为：

- 提供定义最大流速度和体积流量之间的关系的体积流量函数，

- 通过使用该体积流量函数和该最大流速度，确定该体积流量作为流属性。

另外优选的是，该设备还包括流宽度确定单元，其用于根据元的所确定的距离确定流的宽度。