[发明专利]从声信号识别液体流变特性

说明书

本公开涉及用于从由液体流过管产生的声信号来识别液体的流变特性的方法和装置。示例实施例包括一种识别在管(101)中流动的液体的流变特性的方法，该方法包括：使用传感器(105)检测由在管中流动的液体产生的声信号，所述传感器附接到从管(101)的壁延伸到液体中的杆(104)；对声信号进行采样以提供采样的声信号；对采样的声信号进行转换以生成采样的频谱；将采样的频谱与来自数据库的存储的频谱相关联，所述数据库具有存储的具有预定流变特性的液体的频谱；以及基于存储的频谱识别液体的流变特性。

技术领域

本发明涉及用于从由液体流过管产生的声信号来识别液体的流变特性的方法和装置。

背景技术

测量过程和产品参数的能力是许多制造过程的关键方面。现代制造业依靠不断的测量来保证始终如一的产品质量。制造过程中液体状态的一项重要测量是其流变特性，它影响液体在运输和处理过程中的行为，并提供例如在液体中发生的反应进程的指示。测量液体的流变特性往往涉及与生产线环境分开的取样和测试，限制了对产品参数变化做出反应的能力。测量液体流变特性的传统方法将涉及取少量样本并使用锥板黏度计测量其对不同剪切率的响应。这种测量可以提供液体基本流变特性的指示，基于的模型可以表示为：

其中τ为剪切应力，为剪切率，τ₀为屈服剪切应力，n为流动指数，k为液体的黏稠度k。对于理想的牛顿液体，屈服剪切应力为0，流动指数为1，使得剪切应力随剪切率线性增大。非牛顿液体的流动指数可以大于或小于1，通常称为剪切变稠或剪切变稀液体。液体也可能表现出屈服剪切应力，这是引起流动所需的剪切应力。液体也可能表现出更复杂的特性，例如与施加的剪切率的时间相关关系。

流体的声感应可以为被动的或主动的。被动感应涉及感应流体流动本身产生的声信号，而主动感应涉及注入声信号并检测该信号是如何受到流体的影响的。被动声感应可以用于检测多相流体流中的流态，例如如US 5,353,627中所公开的在液体和空气的混合物的不同流态之间进行区分以及WO 2010/094809 A1中所公开的被动感应用于检测管中发生的事件。主动感应可以用于检测液体的流速，例如如US 5,741,980、US 2013/0345994 A1和US 7,290,450 B2中所公开的。主动声发射传感器，其最常见的设置是超声波或多普勒测速传感器，已被证明可以对诸如流速、充气程度或固体含量等因素提供可靠的预测，并且适用于牛顿和非牛顿流体[Rahman等人，Kotzé等人]。被动声发射传感器也可以通过采用管内水听器[Khulief和Khalifa]或通过根据来自一系列传感器的信号识别声模式[Li和Zhou]用于水管中的泄漏检测。被动声感应往往集中在多相系统上[Hou等人，O'Keefe等人，Finfer等人]。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种识别在管中流动的液体的流变特性的方法，该方法包括：

使用传感器检测由在管中流动的液体产生的声信号，所述传感器附接到从管壁延伸到液体中的杆；

对声信号进行采样以提供采样的声信号；

转换采样的声信号以生成采样的频谱；

将采样的频谱与来自存储的液体频谱数据库的存储的频谱相关联，其中液体具有预定的流变特性；以及

基于存储的频谱识别液体的流变特性。

本发明的优点是能够自动确定液体的流变特性，而不必取液体的代表性样本。而是，通过被动声感应和计算机实现的声信号与已知液体数据库的匹配来进行确定。该技术可能的详细程度将取决于数据库的大小以及测量的声信号与存储的具有已知流变特性的液体的声信号之间的匹配精度。本发明能够在基本水平上区分牛顿液体和非牛顿液体，以及液体是剪切变稠还是剪切变稀，这可能是生产环境中液体流动过程控制的重要参数。诸如稠度和屈服剪切应力等其他重要参数的测定也是可能的。

杆可以延伸到管的内部体积的中心，这往往使从液体流动获得的声信号最大化。