[发明专利]通过振动波的反射来测量流体性质

说明书

描述了系统和技术，该系统和技术利用振动换能器和反射器，该反射器与振动换能器间隔开以在振动换能器和反射器之间形成用于容纳流体的腔体，其中，使振动换能器振动以在腔体中产生波，该波从振动换能器的表面传播通过腔体中的流体，并被反射器反射以在腔体中产生反向传播波。基于振动换能器处产生的波结合反射器处产生的反向传播波，确定反射器返回给振动换能器的能量的指示。基于所确定的、返回给振动换能器的能量的指示，确定流体的一种或多种材料性质。

技术领域

本公开涉及获得材料的物理和流变性质的测量值，包括获得材料的零剪切粘度的测量值。

背景技术

在牛顿流体中，剪切应力与剪切速率成正比，比例常数是流体的粘度。因此，粘度作为单个参数可用于建模或限定流体的剪切应力与剪切速率之间的关系，从而建模或限定牛顿流体的流动特性。水是牛顿流体的示例。

在非牛顿流体中，剪切应力与剪切速率之间的关系并不是那么简单。发现流体的表观粘度随例如剪切应力或剪切速率变化。呈现非牛顿特性的流体包括番茄酱、蛋黄酱和油漆。对这些类型流体的流动的研究是“流变学”的领域。

传统上使用流变仪或粘度计来确定牛顿流体和非牛顿流体的流变性质。

这些装置利用了多种测量技术，但一种首选的方法是向流体提供振动刺激并测量流体的机械响应，以确定诸如储能模量、损耗模量、粘度和损耗角正切(loss tangent)等粘弹性参数。

在这样的装置中，测试流体被保持在两个受控表面之间的间隙中。一个或另一个表面的振动引起剪切波，该剪切波通过流体传播。根据现有技术，这些装置在两种明确定义的模式下工作。

第一种模式是“间隙模式”。在这种模式下，发射波的波长相较于保持样本的两个表面之间的间隙更长。对于分析至关重要的剪切速率仅由驱动表面处的速度和间隙的长度确定，并且速度场在很大程度上不受传播波的影响。

第二种模式是“表面载荷模式”。在这种模式下，间隙很大，使得从驱动表面发出的波在到达第二表面之前消散，并且样本中形成的速度分布遵循波理论。

发明内容

除了如上所述的“间隙模式”和“表面载荷模式”之外，发明人还确定了第三种模式。在本公开中，该第三种模式被称为腔体模式，并且本公开的技术利用了腔体模式。

本发明的各方面包括如所附独立权利要求所述的方法、系统和其上存储有指令的计算机可读介质，其中，该系统可以实施为设备和/或工具箱。

例如，作为本发明的第一方面，提供了一种方法，该方法为：使用振动换能器和反射器来确定粘弹性流体的材料性质，该反射器与振动换能器间隔开以形成用于容纳流体的腔体；使振动换能器振动以在腔体中产生波，该波从振动换能器的表面传播通过腔体中的流体；通过反射器反射从振动换能器的表面传播的波，以在腔体中产生反向传播波；基于振动换能器处产生的波结合反射器处产生的反向传播波，确定反射器返回给振动换能器的能量的指示；基于所确定的、返回给振动换能器的能量的指示，确定流体的一种或多种材料性质。

作为本发明的第二方面，提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质具有存储在其上的指令，这些指令在由系统的处理器执行时使系统执行上述方法。