專(zhuān)利名稱(chēng)：流體密度測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在正常狀態(tài)下和在高壓力環(huán)境下都測(cè)量不同介質(zhì)(包括侵蝕性介質(zhì))的流體密度的裝置。作為示例，本發(fā)明可以應(yīng)用于化學(xué)和石油化工生產(chǎn)以及燃料和能源工業(yè)等中的原油和煤氣生產(chǎn)以及傳送系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
用于測(cè)量或確定流體密度的裝置本身是已知的。這種已知裝置的操作原理是例如基于應(yīng)用浸沒(méi)在密度待確定的流體中的低頻機(jī)械共振器。在這一點(diǎn)上，可以參考例如俄羅斯聯(lián)邦政府的專(zhuān)利No. 2 291 403、美國(guó)專(zhuān)利No. 4 922745、美國(guó)專(zhuān)利No. 6 389 891、美國(guó)專(zhuān)利No. 6 845 663。由于介質(zhì)(例如，流體)的質(zhì)量增加的影響，機(jī)械共振器的共振頻率會(huì)改變。已知裝置例如包括用于確定出現(xiàn)的共振頻率偏移的測(cè)量電路，其中出現(xiàn)的共振頻率偏移隨后被用于計(jì)算需要的密度值。已知的機(jī)械共振器例如包括音叉，音叉由于其對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)而防止振蕩傳遞到傳感器的主體，從而排除了周?chē)饘俨考?duì)共振器的頻率特性的影響。為了確定共振頻率，可以使用各種電子電路，例如共振器的幅頻響應(yīng)掃描器或在共振頻率下自觸發(fā)的正反饋系統(tǒng)。盡管性能令人滿(mǎn)意，但是已知裝置可能具有一個(gè)或多個(gè)以下缺點(diǎn)。首先，如果用于測(cè)量像水油混合乳液的由不互溶成分(非均質(zhì)混合物)所組成的流體的密度，則音叉周?chē)慕橘|(zhì)的屬性會(huì)引起共振特性的變化，從而引起共振頻率測(cè)量的不確定性，最終對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度產(chǎn)生不利影響。其次，由于堵塞氣體的出現(xiàn)會(huì)引起共振頻率的可觀且突然的改變，從而影響其均值并損及流體密度的確定，因此已發(fā)現(xiàn)已知裝置不適用于測(cè)量包含這種堵塞氣體的流體的
也/又?？紤]到以上缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種用于以提高的準(zhǔn)確度確定流體密度的裝置，尤其是針對(duì)像水油混合乳液的包括不互溶成分(從而形成非均質(zhì)混合物)的流體，或者具有堵塞氣體的流體。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的方面，提供一種用于確定流體密度的裝置，所述裝置包括-機(jī)械共振器，-驅(qū)動(dòng)器/接收器單元，被布置為向機(jī)械共振器提供激勵(lì)、檢測(cè)機(jī)械共振器對(duì)所述激勵(lì)的響應(yīng)并提供表示所述響應(yīng)的輸出信號(hào)，以及-估算單元，用于基于驅(qū)動(dòng)器/接收器單元的輸出信號(hào)來(lái)確定機(jī)械共振器的共振頻率，其特征在于-估算單元被布置為-根據(jù)輸出信號(hào)確定振蕩分布，并且-根據(jù)振蕩分布確定共振頻率估計(jì)，
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-基于共振頻率估計(jì)確定流體的密度。根據(jù)本發(fā)明的裝置能夠基于根據(jù)振蕩分布所獲得的共振頻率估計(jì)的確定而確定流體的密度。為了確定流體密度，根據(jù)本發(fā)明的裝置包括在使用期間至少部分浸沒(méi)到密度待確定的流體中的機(jī)械共振器。合適的機(jī)械共振器的示例是桿、音叉、T形共振器等。在一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)械共振器是具有安裝到所述裝置的驅(qū)動(dòng)器/接收器單元的基體的音叉。根據(jù)本發(fā)明的裝置中所應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)器/接收器單元被布置為在使用中執(zhí)行-向機(jī)械共振器提供激勵(lì)，-檢測(cè)機(jī)械共振器對(duì)所述激勵(lì)的響應(yīng)，-提供表示所述響應(yīng)的輸出信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)上述功能，驅(qū)動(dòng)器/接收器單元可以例如包括用于激勵(lì)機(jī)械共振器的激勵(lì)器(例如，電磁或壓電激勵(lì)器)。根據(jù)本發(fā)明的裝置中所應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)器/接收器單元進(jìn)一步被配備為檢測(cè)機(jī)械共振器對(duì)激勵(lì)器的響應(yīng)。機(jī)械共振器會(huì)響應(yīng)于激勵(lì)器而經(jīng)歷位移，并振蕩或振動(dòng)。機(jī)械共振器的這種振蕩或振動(dòng)可以由驅(qū)動(dòng)器/接收器單元(例如振蕩傳感器)檢測(cè)到。振動(dòng)或振蕩可以例如由速度傳感器或加速度傳感器(例如加速度計(jì))或位移傳感器確定。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，為檢測(cè)共振器的振蕩或振動(dòng)，各種實(shí)施方式是可行的。在一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)器/接收器單元包括被布置為既提供激勵(lì)(在以激勵(lì)模式即作為激勵(lì)器操作時(shí))又提供檢測(cè)(在以檢測(cè)模式即作為傳感器操作時(shí))的壓電元件。驅(qū)動(dòng)器/接收器單元進(jìn)一步被布置為提供表示機(jī)械共振器對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)的輸出信號(hào)。作為示例，輸出信號(hào)可以是與機(jī)械共振器的位移或速度或加速度成比例的電信號(hào)，該信號(hào)例如由驅(qū)動(dòng)器/接收器單元的傳感器提供。根據(jù)本發(fā)明的裝置進(jìn)一步包括用于確定機(jī)械共振器的共振頻率估計(jì)的估算單元。 根據(jù)本發(fā)明，共振頻率估計(jì)由估算單元根據(jù)從驅(qū)動(dòng)器/接收器單元的輸出信號(hào)所確定的振蕩分布來(lái)確定。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，在機(jī)械共振器應(yīng)用于像例如水油混合乳液的包括不互溶成分 (從而形成非均質(zhì)混合物)的流體或具有堵塞氣體的流體的情況下，共振器可以在不同場(chǎng)合以不同頻率振蕩或振動(dòng)。因此，監(jiān)控一段時(shí)間內(nèi)機(jī)械共振器的振動(dòng)行為，可以得到振蕩分布，而不是具體(共振)頻率下的單個(gè)具體振蕩。根據(jù)這種振蕩分布，根據(jù)本發(fā)明的裝置中所應(yīng)用的估算單元可以確定流體的共振頻率的估計(jì)。根據(jù)本發(fā)明，振蕩分布根據(jù)驅(qū)動(dòng)器/接收器單元的輸出信號(hào)來(lái)確定。在本發(fā)明的內(nèi)涵范圍內(nèi)，振蕩分布可以例如包括但不限于在輸出信號(hào)中觀測(cè)到的振蕩周期的分布。同樣，在本發(fā)明的內(nèi)涵范圍內(nèi)，輸出信號(hào)的頻譜(例如，通過(guò)對(duì)輸出信號(hào)應(yīng)用傅立葉變換而獲得)，即表示機(jī)械共振器的振動(dòng)或振蕩的頻率內(nèi)容的譜，可以被認(rèn)為是振蕩分布。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，振蕩的特征在于振蕩周期(或持續(xù)時(shí)間)或者振蕩頻率(頻率是周期的倒數(shù))。這樣，振蕩分布可以等同地由頻率分布或振蕩周期分布來(lái)表示。正如以下更詳細(xì)描述的，振蕩分布可以以不同的方式獲得。作為示例，使用計(jì)數(shù)器和比較器，可以在特定周期 (或者預(yù)定的或者連續(xù)的)期間由估算單元監(jiān)控從驅(qū)動(dòng)器/接收器單元獲得的輸出信號(hào)，因而每個(gè)周期的持續(xù)時(shí)間(或表示持續(xù)時(shí)間的數(shù)字)被存儲(chǔ)在例如估算單元的存儲(chǔ)單元中。根據(jù)振蕩分布，估算單元可以進(jìn)一步確定共振頻率估計(jì)(例如，根據(jù)振蕩分布的峰值或中值或均值)，并確定機(jī)械共振器周?chē)牧黧w的密度值(例如，基于所測(cè)量的/所確定的共振頻率估計(jì)與標(biāo)稱(chēng)共振頻率(即在沒(méi)有被浸沒(méi)時(shí)機(jī)械共振器的共振頻率)之間的差)。在一個(gè)實(shí)施例中，估算單元可以包括計(jì)算單元(例如，包括微控制器或微處理器等)，用于根據(jù)共振分布確定共振頻率估計(jì)，并基于共振頻率估計(jì)確定流體的密度。在一個(gè)實(shí)施例中，估算單元包括用于獲得振蕩分布的測(cè)量單元。測(cè)量單元可以例如包括被布置為接收所述輸出信號(hào)并將其與預(yù)定值(例如，零)相比較的比較器、計(jì)數(shù)器、 計(jì)數(shù)器狀態(tài)寫(xiě)寄存器(一般而言是存儲(chǔ)單元)和高頻振蕩器。在一個(gè)實(shí)施例中，比較器的輸出可以連接至計(jì)數(shù)器狀態(tài)寫(xiě)寄存器。通過(guò)對(duì)輸出信號(hào)的周期期間出現(xiàn)的脈沖(例如，由高頻振蕩器提供)進(jìn)行計(jì)數(shù)，獲得可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元中的振蕩周期值。通過(guò)在較長(zhǎng)的時(shí)間段期間重復(fù)該過(guò)程，可以獲得表示響應(yīng)于激勵(lì)而出現(xiàn)的振蕩周期的分布的振蕩分布。測(cè)量單元和計(jì)算單元可以與微處理器一起設(shè)計(jì)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，這種微處理器可以進(jìn)一步應(yīng)用于將例如機(jī)械共振器的振蕩周期的均值確定為共振頻率估計(jì)?？商娲鼗蚋郊拥兀⑻幚砥骺梢允褂枚嗪瘮?shù)概率密度分布曲線(xiàn)估算機(jī)械共振器的振蕩周期的至少兩個(gè)值。這種曲線(xiàn)(例如多項(xiàng)式)可以例如通過(guò)曲線(xiàn)擬合被用于估算振蕩分布，并且例如確定振蕩周期的一個(gè)或多個(gè)峰值。根據(jù)本發(fā)明的裝置可以進(jìn)一步包括傳感器，以測(cè)量機(jī)械共振器或流體的特性，例如共振器或流體的溫度或流體的壓力。根據(jù)本發(fā)明的裝置可以進(jìn)一步包括用于顯示振蕩分布和/或所確定的流體密度的顯示器。由于參考以下詳細(xì)描述并結(jié)合附圖進(jìn)行考慮時(shí)本發(fā)明變得更好理解，因此本發(fā)明的這些和其它方面將更容易認(rèn)識(shí)，附圖中相同的附圖標(biāo)記指代相同的部件。


圖1示意性描繪根據(jù)本發(fā)明的裝置的實(shí)施例。圖2示意性描繪根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一實(shí)施例。圖3a示意性描繪第一非均質(zhì)流體的振蕩分布。圖北示意性描繪第二非均質(zhì)流體的振蕩分布。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及用于測(cè)量流體密度的裝置。用于確定流體密度的已知裝置例如包括被布置為檢測(cè)例如被激勵(lì)器激勵(lì)的機(jī)械共振器的振蕩的傳感器(因此傳感器和激勵(lì)器可以合并在驅(qū)動(dòng)器/接收器單元中)以及通過(guò)確定機(jī)械共振器共振頻率的改變而確定所測(cè)量介質(zhì)(例如，流體)的密度的估算單元。根據(jù)本發(fā)明(其實(shí)施例在圖1中示意性描繪)的裝置與已知裝置的不同之處在于，其包括被布置為確定振蕩分布的估算單元。通過(guò)分析機(jī)械共振器的振蕩分布，可以以統(tǒng)計(jì)方式獲得關(guān)于機(jī)械共振器周?chē)谋粶y(cè)量介質(zhì)(例如，流體) 的密度波動(dòng)的有效信息。結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確度得以提高的流體密度測(cè)量。具體而言，已注意到根據(jù)本發(fā)明的裝置可以在針對(duì)像水油混合乳液的包括不互溶成分(從而形成非均質(zhì)混合物)的流體或具有堵塞氣體的流體而確定流體密度時(shí)提供提高的準(zhǔn)確度。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的裝置包括機(jī)械共振器100和用于向共振器施加激勵(lì)、檢測(cè)共振器對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)并提供表示所述響應(yīng)的輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)器/接收器單元110。作為示例，驅(qū)動(dòng)器/接收器單元可以包括用于激勵(lì)共振器和/或檢測(cè)共振器的響應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)壓電元件。共振器可以例如由脈沖信號(hào)激勵(lì)，其中脈沖信號(hào)例如由高頻振蕩器提供。用于激勵(lì)機(jī)械共振器的信號(hào)還可以包括噪聲信號(hào)(即，包括多個(gè)不同頻率成分的信號(hào))，從而以不同的頻率激發(fā)機(jī)械共振器。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的裝置進(jìn)一步包括估算單元120，估算單元被布置為-根據(jù)所述輸出信號(hào)確定振蕩分布，-根據(jù)振蕩分布確定共振頻率估計(jì)，并且-基于共振頻率估計(jì)確定流體密度。在一個(gè)實(shí)施例中，估算單元被布置為通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)器/接收器單元所接收的輸出信號(hào)進(jìn)行采樣根據(jù)輸出信號(hào)來(lái)確定振蕩分布。實(shí)踐中，機(jī)械共振器可以被設(shè)計(jì)為使得其操作共振頻率在1000到10000Hz之間的范圍內(nèi)(因此具有0. 1-1. Oms之間的振蕩周期)。在使用音叉作為共振器的情況下，這可以主要通過(guò)改變音叉尖頭的截面和長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。選擇該頻率范圍是例如基于以下考慮。振蕩頻率應(yīng)當(dāng)盡可能低，以增大流體壁層的有效厚度，這降低了被測(cè)量流體的非均質(zhì)性的影響。然而，這會(huì)導(dǎo)致音叉尖頭的長(zhǎng)度增加，使得在流動(dòng)時(shí)穩(wěn)定性降低，當(dāng)音叉被設(shè)置在包含油水氣流動(dòng)的管路中時(shí)，整個(gè)結(jié)構(gòu)變得龐大且不可用于現(xiàn)實(shí)環(huán)境。這解釋了通常使用共振頻率不低于1200Hz的音叉的原因?；跈C(jī)械共振器的預(yù)期頻率范圍，可以確定合適的采樣頻率，用于對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行采樣。優(yōu)選地，采樣頻率等于或高于共振器的預(yù)期響應(yīng)的奈奎斯特頻率。在獲得這種采樣的輸出信號(hào)(估算單元可以例如包括用于這種采樣的專(zhuān)用測(cè)量單元)時(shí)，可以通過(guò)對(duì)采樣的輸出信號(hào)應(yīng)用傅立葉變換 (例如，離散傅立葉變換)而獲得頻譜(一般而言是振蕩分布)。根據(jù)所述頻譜，估算單元 (或估算單元的計(jì)算單元)可以將例如頻譜的峰值確定為共振頻率估計(jì)?；诠舱耦l率估計(jì)，估算單元可以通過(guò)將共振頻率估計(jì)與共振器的參考共振頻率(例如，應(yīng)用于空氣或密度已知的流體中的共振器的共振頻率)進(jìn)行比較而得出所檢查的流體的密度。為了考慮溫度因素，可以進(jìn)一步提供例如半導(dǎo)體或鉬電阻溫度計(jì)的溫度傳感器，以測(cè)量共振器周?chē)? 或機(jī)械共振器本身的溫度。圖2示意性描繪根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一實(shí)施例。該裝置包括固定到隔膜2的機(jī)械共振器(例如，音叉1)以及包括接收壓電元件3和發(fā)射壓電元件4的驅(qū)動(dòng)器/接收器單元(例如，雙壓電元件)。接收壓電元件3和發(fā)射壓電元件4連接至包括前置放大器5(其輸入連接至接收壓電元件幻、相位校正電路6和末級(jí)放大器7 (其輸出鏈接至發(fā)射壓電元件4)的電子電路。在所示的示例中，末級(jí)放大器7進(jìn)一步連接至形成輸出脈沖的比較器8。 比較器8通過(guò)計(jì)數(shù)器復(fù)位脈沖形成器9連接至計(jì)數(shù)器10，并且連接至計(jì)數(shù)器狀態(tài)寫(xiě)寄存器 11。計(jì)數(shù)器鏈接至高頻振蕩器12的輸出。計(jì)數(shù)狀態(tài)寫(xiě)寄存器11的輸出連接至被布置為基于寫(xiě)寄存器的輸出而確定振蕩分布的測(cè)量塊13。測(cè)量塊13進(jìn)一步鏈接至具有顯示單元15 的計(jì)算單元14。機(jī)械共振器進(jìn)一步被提供有溫度傳感器16。如圖2所描繪的實(shí)施例的元件5-14可以被認(rèn)為是如何實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的裝置中所應(yīng)用的估算單元的示例。在圖2中示意性描繪的裝置中，流體的密度測(cè)量通過(guò)振蕩分布的(統(tǒng)計(jì))分析來(lái)執(zhí)行，其中振蕩分布可以通過(guò)監(jiān)控振蕩周期歷史來(lái)推出。機(jī)械共振器(音叉)由于驅(qū)動(dòng)器/ 接收器單元例如通過(guò)電子電路(元件5、6、7)控制發(fā)射壓電元件4所施加的激勵(lì)而以共振
7頻率F振蕩。一般而言，音叉共振器的頻率在1200-5000HZ的范圍內(nèi)。結(jié)果，在放大器7的輸出處產(chǎn)生周期為T(mén) = 1/F的AC電壓(即，可以應(yīng)用于確定振蕩分布的輸出信號(hào))。該周期依賴(lài)于共振器所浸沒(méi)的介質(zhì)的密度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以在某些個(gè)周期期間監(jiān)控共振器的振蕩或振動(dòng)，從而針對(duì)每個(gè)周期而確定周期的長(zhǎng)度(或者，確定表示長(zhǎng)度的值)。根據(jù)如圖2所述的實(shí)施例，每個(gè)周期的長(zhǎng)度可以測(cè)量如下。高頻振蕩器12可以以例如16MHz 的頻率連續(xù)產(chǎn)生高頻脈沖。在每次測(cè)量之前，計(jì)數(shù)器復(fù)位脈沖形成器9例如基于檢測(cè)到周期的開(kāi)始(例如，當(dāng)共振器的位移對(duì)應(yīng)于中立位置時(shí))或者當(dāng)輸出信號(hào)(例如，表示共振器的位移或速度或加速度)值為零或?yàn)轭A(yù)定值時(shí)，將計(jì)數(shù)器10復(fù)位為零態(tài)。計(jì)數(shù)器10在每個(gè)周期期間對(duì)輸入的高頻脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。在出現(xiàn)計(jì)數(shù)器復(fù)位脈沖之前，例如由來(lái)自比較器8 的輸出脈沖將從計(jì)數(shù)器獲得的數(shù)據(jù)定入寫(xiě)寄存器11 ( 一般而言，是存儲(chǔ)單元)中。這導(dǎo)致在寫(xiě)寄存器11中寫(xiě)入與振蕩周期T成比例的二進(jìn)制數(shù)字。寄存器內(nèi)容被記錄到測(cè)量塊13 的存儲(chǔ)器中，并且被記錄到計(jì)算單元14中。然后，迭代地重復(fù)該過(guò)程多個(gè)周期，最終得到振蕩分布(在所描述的實(shí)施例中是振蕩周期分布)。在積累數(shù)據(jù)時(shí)，微處理器會(huì)(例如，在實(shí)施例的顯示單元15上)產(chǎn)生如圖所示的表示所測(cè)量的周期的長(zhǎng)度分布并且由于流體密度隨時(shí)間改變而得到的圖表。圖表或圖表數(shù)據(jù)可以通過(guò)例如計(jì)算周期長(zhǎng)度的均值而進(jìn)一步(例如，由計(jì)算單元14)被應(yīng)用于估算流體 (例如非均質(zhì)介質(zhì)，例如像水油混合浮液的包括不互溶成分，或堵塞氣體)的密度。計(jì)算單元14可以例如應(yīng)用用于確定平均或均值周期長(zhǎng)度的一個(gè)或多個(gè)概率標(biāo)準(zhǔn)。值得注意的是， 所計(jì)算的周期長(zhǎng)度值可以被認(rèn)為是以上所述的共振頻率估計(jì)的倒數(shù)。因此，使用概率標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定表示在測(cè)量中觀測(cè)到的周期長(zhǎng)度的值，可以被認(rèn)為是根據(jù)振蕩分布確定共振頻率估計(jì)的示例。當(dāng)音叉(一般而言是機(jī)械共振器)被浸沒(méi)到流體中并被激勵(lì)時(shí)，其以介質(zhì)密度所確定的頻率振蕩。結(jié)果，可以在比較器8的輸出處產(chǎn)生具有相應(yīng)頻率的信號(hào)。該信號(hào)的兩個(gè)正前峰之間的距離可以例如等于周期的長(zhǎng)度。如果流體是均質(zhì)介質(zhì)，則其密度恒定，并且振蕩周期(因此，周期的長(zhǎng)度)穩(wěn)定。因此，在這種情況下，振蕩分布曲線(xiàn)會(huì)縮窄為豎直線(xiàn)。 其在時(shí)間軸(橫坐標(biāo))上的位置在不需要任何附加估算的情況下就完全確定了所需的流體
也/又。在流體為非均質(zhì)介質(zhì)的情況下，其密度會(huì)變化，因此音叉會(huì)位于密度波動(dòng)的流中。 結(jié)果，振蕩周期(或振蕩周期的長(zhǎng)度)開(kāi)始在特定范圍內(nèi)變化，這使得振蕩周期分布展寬。 輕微非均質(zhì)細(xì)分散流體(例如，水油混合物)的典型振蕩分布如圖3a所示。圖3a以作為振蕩周期長(zhǎng)度(T)的函數(shù)的輸出信號(hào)示意地描繪振蕩周期的出現(xiàn)或概率密度(D)。分布曲線(xiàn)(T)的最大值確定了初步近似的均值流體密度。進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)分析可以例如通過(guò)分析概率偏差進(jìn)一步增強(qiáng)結(jié)果的有效性，可以估算機(jī)械共振器的趨勢(shì)分析或甚至是運(yùn)行順序。顯著非均質(zhì)流體(例如，油氣混合物)的典型振蕩分布示于圖北中。分布最大值的位置(T1、D)可以用于確定哪一個(gè)表示液相，哪一個(gè)表示氣相。區(qū)分出與油相關(guān)的部分 (較長(zhǎng)周期)后，可以估算其密度。以下提及根據(jù)本發(fā)明的裝置的實(shí)施方式的一個(gè)示例-音叉共振器，叉長(zhǎng)度40mm，相應(yīng)的直徑4mm，-具有壓電元件的雙壓電元件驅(qū)動(dòng)，元件的直徑10mm，厚度0.2mm ；
-音叉材料-不銹鋼；-傳感器的操作頻率-大約3800Hz。-在電子電路中使用標(biāo)準(zhǔn)的微芯片和微處理器。以上所述的裝置已在不同的流體(具體是水、礦物油、溶劑、化學(xué)制劑、液化氣)中進(jìn)行了測(cè)試，在所有的測(cè)試流體中都觀測(cè)到了該裝置的性能穩(wěn)定且可靠。這里已根據(jù)需要公開(kāi)了本發(fā)明的詳細(xì)實(shí)施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，所公開(kāi)的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的示例，本發(fā)明可以以各種形式體現(xiàn)。因此，這里所公開(kāi)的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制，而是僅作為權(quán)利要求的基礎(chǔ)以及用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員在事實(shí)上以任意合適的詳細(xì)結(jié)構(gòu)以各種方式采用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。進(jìn)一步地，這里所使用的術(shù)語(yǔ)和短語(yǔ)并不意在限制，而是提供對(duì)本發(fā)明的可理解的描述。這里所使用的術(shù)語(yǔ)多個(gè)被定義為兩個(gè)或兩個(gè)以上。這里所使用的術(shù)語(yǔ)另一個(gè)被定義為至少第二個(gè)或更多個(gè)。這里所使用的術(shù)語(yǔ)包括和/或具有被定義為包括(即開(kāi)放性的語(yǔ)言，并不排除其它元件或步驟)。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制權(quán)利要求或本發(fā)明的范圍。在互不相同的權(quán)利要求中記載特定措施的基本事實(shí)不表示這些措施的結(jié)合不能被有益地使用。這里所使用的術(shù)語(yǔ)聯(lián)結(jié)被定義為連接，但不必須是直接連接，也不必須是機(jī)械連接。單個(gè)處理器或其它單元可以履行權(quán)利要求中記載的若干功能。
權(quán)利要求
1.一種用于確定流體密度的裝置，所述裝置包括 機(jī)械共振器，驅(qū)動(dòng)器/接收器單元，被布置為向所述機(jī)械共振器提供激勵(lì)、檢測(cè)所述機(jī)械共振器對(duì)所述激勵(lì)的響應(yīng)并提供表示所述響應(yīng)的輸出信號(hào)，以及估算單元，用于基于所述驅(qū)動(dòng)器/接收器單元的輸出信號(hào)來(lái)確定所述機(jī)械共振器的共振頻率，其特征在于所述估算單元被布置為 根據(jù)所述輸出信號(hào)確定振蕩分布， 根據(jù)所述振蕩分布確定共振頻率估計(jì)，并且基于所述共振頻率估計(jì)確定所述流體的密度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述估算單元包括計(jì)算單元，所述計(jì)算單元用于 根據(jù)所述振蕩分布確定所述共振頻率估計(jì)，并且基于所述共振頻率估計(jì)確定所述流體的密度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述估算單元包括用于根據(jù)所述輸出信號(hào)確定振蕩分布的測(cè)量單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述輸出信號(hào)表示所述共振器的響應(yīng)的采樣。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述計(jì)算單元被布置為應(yīng)用傅立葉變換以根據(jù)所述振蕩分布確定所述共振頻率估計(jì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-3所述的裝置，其中所述振蕩分布包括根據(jù)所述輸出信號(hào)推出的振蕩周期。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述振蕩周期分布包括，通過(guò)確定所述輸出信號(hào)中多個(gè)連續(xù)振蕩周期的持續(xù)時(shí)間，并以陣列存儲(chǔ)表示所述持續(xù)時(shí)間的值，而根據(jù)所述輸出信號(hào)推出的振蕩周期值的陣列。
8.根據(jù)權(quán)利要求2-7中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述計(jì)算單元進(jìn)一步被布置為根據(jù)所述振蕩分布確定共振峰值。
9.根據(jù)權(quán)利要求2-8中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述計(jì)算單元被布置為，使用多函數(shù)概率密度分布曲線(xiàn)，根據(jù)所述振蕩分布確定至少兩個(gè)共振峰值。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，進(jìn)一步包括用于顯示所述振蕩分布的顯不器。
11.根據(jù)權(quán)利要求2-10中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述計(jì)算單元包括微處理器，所述微處理器用于根據(jù)所述振蕩分布確定所述共振頻率估計(jì)，并且基于所述共振頻率估計(jì)確定所述流體的密度。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中 所述機(jī)械共振器的振蕩周期在0. 1-1. Oms的范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求2-10中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述計(jì)算單元被布置為確定所述機(jī)械共振器的振蕩周期的均值。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，進(jìn)一步包括諸如溫度傳感器或壓力傳感器的傳感器，用于測(cè)量所述流體或所述機(jī)械共振器的特性。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述驅(qū)動(dòng)器/接收器單元包括用于向所述機(jī)械共振器提供激勵(lì)的電磁激勵(lì)器或壓電激勵(lì)器。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述驅(qū)動(dòng)器/接收器單元進(jìn)一步包括用于檢測(cè)所述機(jī)械共振器對(duì)所述激勵(lì)的響應(yīng)的壓電傳感器。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述機(jī)械共振器包括具有安裝到所述驅(qū)動(dòng)器/接收器單元的基體的音叉、桿或T形共振器。
全文摘要
描述了一種用于確定流體密度的裝置。所述裝置包括機(jī)械共振器，被布置為向所述機(jī)械共振器提供激勵(lì)、檢測(cè)所述機(jī)械共振器對(duì)所述激勵(lì)的響應(yīng)并提供表示所述響應(yīng)的輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)器/接收器單元，以及估算單元。所述裝置的估算單元被布置為i、根據(jù)所述輸出信號(hào)確定振蕩分布，ii、根據(jù)所述振蕩分布確定共振頻率估計(jì)，并且iii、基于所述共振頻率估計(jì)確定所述流體的密度。根據(jù)本發(fā)明的裝置能夠更準(zhǔn)確地確定像水油混合乳液的包括不互溶成分(從而形成非均質(zhì)混合物)的流體或具有堵塞氣體的流體的流體密度。
文檔編號(hào)G01N9/00GK102428357SQ201080018889
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月29日
發(fā)明者安德烈·蘇斯托夫, 弗拉基米爾·徳洛布科夫, 弗拉基米爾·梅爾尼科夫 申請(qǐng)人:內(nèi)斯特國(guó)際有限公司, 安德烈·蘇斯托夫, 弗拉基米爾·德洛布科夫, 弗拉基米爾·梅爾尼科夫