利用声压测量管道中的流体参数的装置和方法

摘要

利用沿管道12的预定轴向位置x1、x2、x3所布置的声压传感器14、16、18的空间阵列来测量管道12中至少一个流体的至少一个参数。压力传感器14、16、18在线20、22、24上提供声压信号P₁(t)、P₂(t)、P₃(t)，将这些信号提供给信号处理逻辑电路60，逻辑电路60利用声空间阵列信号处理技术在沿管道12纵轴声信号传播的方向上来确定管道12中流体(或混合物)的声速。可以利用众多的空间阵列处理技术来确定声速a_mix。将声速a_mix提供给逻辑电路48，逻辑电路48计算当前的混合物组分，例如水的容积率、或与声速a_mix有关的混合物或流体的任何其他参数。逻辑电路60还可以确定流体的马赫数Mx。测量的声压信号P₁(t)、P₂(t)、P₃(t)与那些用于超声波流量计的信号相比是较低频率(和较长波长)的信号，因此更能容许流体中的非均质。不需要显在的声源，并因此可以利用被动收听来工作。如果关于系统声特性的某个信息是已知的，可以利用任何传感器间距并利用较少的两个传感器来实现本发明。

主权项

1.一种装置，用于至少测量管道内流体或流体混合物的声速，包括：至少两个压力传感器的空间阵列，沿管道布置在不同的轴向位置处，并且每个传感器测量相应轴向位置处管道内的声压，每个所说传感器提供一个声压测量值信号，代表在一个对应的所说传感器的轴向位置处的管道内的声压值；和信号处理器，响应于所说压力信号，并将所述压力测量值组合起来以提供代表管道内流体或流体混合物声速的信号；其中所述信号处理器包括求解下列方程以获得所述声速的逻辑部分：$P(x_N,t)=({\mathrm{Ae}}^{-i{k}_r{x}_N}+{\mathrm{Be}}^{+i{k}_l{x}_N})e^{\mathrm{i\omega t}}$ 其中P(xN，t)是沿管道在轴向位置xN处的声压场，A、B分别是基于频率的右和左行波的合成振幅，t是时间，i是-1的平方根，ω是频率，单位为弧度/秒，并且kr、kl分别是右侧和左侧行波的波数。