[发明专利]检测管道内的液体特性和对泵进行控制的方法

说明书

本发明涉及对液体比重和粘稠度变化的检测，更确切地说本发明不仅仅涉及废水处理设备中的污水检测，而且还可响应该检测结果对泵进行控制。

在废水处理中，污水泵仅用于在各级处理过程之间输送这些污水，而且为了正确控制某阶段的处理需要保持正确的污水比重。在静态条件下，倾向于将其分成淤渣相和水相，在从发生这种分离的机体中进行抽吸时，倾向于使液相‘穿过’淤渣并将其先于淤渣泵出。而且在某些情况下，污水的比重还可能过大。这样就很难在指定的容器中保持恰当的污水比重，但是目前我们没有发现任何能从市场上买到的可以可靠检测由污水泵泵出的污水比重之装置。类似的问题还发生在泵出的液体呈混合相或比重可变的领域。

在用声学方法检测污水比重方面已经做出了很多努力，但是由于泵的噪声、无法预测与泵相连的管件对声的响应、以及由普通污水导致的很高的声吸收等原因而使该方法还存在许多问题。

在US4145917中提出了一种用装到容器壁上的传感器向液体发射脉冲式超声波波能量来检测液体特性和根据这些脉冲测出特性曲线的方案。

已经发现用超声波技术可以对与泵相连的管件中之液体性质进行可预测的、可靠的和快速的检测。

按照本发明，提供一种通过向容器施加脉冲式超声波能来检测容器中液体性质变化的方法，其中容器是管件，脉冲施加到管壁上后绕管壁传播，根据这种传播检测管壁的余振效应，分析所说余振效应的至少一个参数从而根据管内液体的性质确定已发生变化的液体的特征，和把由此得到的特征与存储的数据进行比较以确定所说液体的性质，所述超声波能的频率非常高，而其波长与管子的截面尺寸相比则很小并且其波谱处在与泵有关的噪声波谱之上。

本发明还涉及一种对泵抽吸“穿过”之液体时的状态进行控制、或对其它不希望的液相或比重异常状态给出指示的方法。

通过以下参照附图进行的描述将使本发明的其它特征变得更清晰，其中：

图1是表示本发明有代表性的装置的示意图；

图2和3是通过特定装置响应污水液体比重变化得到的响应谱图；和

图4是表示本发明一个实施例中的信号处理的简化流程图。

参照图1，在废水厂中用支撑件10和12将两个高频超声波传感器2和4设置在与泵8相连的输入管6的两个相对侧上，所述高频超声波传感器2和4具有相同的谐振频率，该频率一般为150KHz，可以通过磁铁14或夹紧件把支撑件10和12装到管子上。虽然图中示出了两个分别向管子施加超声波能并拾取响应信号的分离传感器，但是也可以象在其它超声波波领域中采用既发射又接收超声波波的共用传感器那样，使用通过适当地设置把同传感器相连的接收电路与发射电路彼此绝缘而构成的单个传感器。

如下面将要描述的那样，脉冲发生器16向发射传感器2提供脉冲，在图中所示的实例中，发生器产生具有明显间隔且持续时间为1微秒的单向2000伏峰-峰值脉冲以便控制管子产生的余振并提供所需的数据，所述管子与受监视的传感器耦接。实际上，在一个普通的设备中，可以实现每秒钟提供50或更多脉冲，但只需很少的数量例如每秒钟10个脉冲就能提供足够的控制信息。在所示的实施例中，是通过微控制器18来控制脉冲发生器的，所述脉冲发生器可以是能提供所需脉冲幅值和宽度的任何发生器，而所述微控制器18还对从接收传感器4接收到的信号进行信号处理控制，接收传感器4的信号送到前置放大器20并在前置放大器中调成传感器的谐波频率，然后为后序处理提供合适的电平。前置放大器20通常包括用于消除150KHz载波分量和提供输出信号的检测器，所述输出信号是经模数转换器进行过数字化处理的信号。检测器可以是简单的幅值检测器，但优选用相位检测器从信号中提取附加信息，特别是对零交叉位置。可以将模数转换器设在微控制器18中作为与发生器16和继电器22相连的接口，继电器22与泵控制电路24相连。

已经发现，当传感器的谐振频率高到足以避免由泵8产生的噪声而引起的干扰时，管6内的液体性质和比重对接收传感器输出的信号幅值有很大的影响。通常，所产生的几厘米量级的超声波能波长与管子的截面尺寸相比很小，所以管子对超声波能不起波导的作用。在超声波能与管内的物质发生作用的情况下，与管内物质的性质和比重有关的超声波能在很大程度上围绕管壁传播，如图2和图3中的图形所示，这两个图表示从与图1相同的装置中的传感器4输出的前置放大信号。