Система и способ измерения параметров потока для газовых и жидкостных приложений - заявка 2015139935 на патент на изобретение в РФ

1. Система для измерения наложения множества звуковых волн, распространяющихся внутри канала, содержащего текучую среду, причем канал имеет продольную длину, при этом текучая среда протекает через канал в направлении потока, и при этом по меньшей мере одна звуковая волна из множества звуковых волн сгенерирована текучей средой, протекающей внутри канала, при этом система содержит:
множество датчиков, расположенных по существу параллельно направлению потока вдоль по меньшей мере части продольной длины канала, в котором каждый датчик из множества датчиков содержит средство для измерения скорости потока текучей среды внутри канала в направлении потока, причем каждый датчик из множества датчиков дополнительно содержит средство для измерения скорости, с которой множества звуковых волн распространяются в текучей среде, и при этом каждый датчик из множества датчиков размещен с промежутками по отношению к заранее определенной опорной точке на канале, при этом размещение с промежутками соответствует расстоянию в продольном направлении между датчиком и опорной точкой;
средство для моделирования наложения множества звуковых волн при их распространении внутри канала, в котором средство для моделирования наложения находится в коммуникации с каждым датчиком из множества датчиков, и в котором средство для моделирования наложения сконфигурировано для:
приема сигнала временной области от каждого датчика;
назначение переменной позиционирования сигналу временной области, указывающей на определенное положение датчика, который сгенерировал сигнал во временной области; и
хранения массива сигналов временной области и соответствующих им переменных позиционирования,
при этом помимо хранения выбранного числа сигналов временной области, средство для моделирования наложения сконфигурировано для обработки массива сигналов временной области для выработки модели фаз множества звуковых волн при их распространении в вышеуказанном канале, и
в котором наложение множества звуковых волн смоделированы с использованием волновых уравнений:
, и
,
где Ψ - фаза волны, движущейся справа-налево (RL) или слева-направо (LR) через канал,
rw - радиус канала,
z - горизонтальное положение волны, измеренное относительно направления потока текучей среды внутри канала,
t - время, прошедшее с момента генерирования волны,
N - амплитуда звуковой волны,
J0 - цилиндрическая функция Бесселя первого рода,
Mcal - коэффициент калибровки,
f - частота звуковых волн,
c - скорость звуковых волн внутри канала, и
k - волновое число, связанное со звуковыми волнами.
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что средство для моделирования наложения сконфигурировано для:
генерирования сигнала частотной области, связанного с каждым датчиком;
формирования двумерной матрицы временной и пространственной областей для множества датчиков, содержащей сигналы временной и частотной областей, связанные с соответствующим датчиком;
выполнения двумерного быстрого преобразования Фурье (2DFFT) двумерной матрицы временной и пространственной областей; и
корреляции результатов двумерного БПФ с результатами, смоделированными с использованием волновых уравнений.
3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что средство для моделирования наложения сконфигурировано для определения величины максимальной корреляции между результатами двумерного БПФ и результатами, смоделированными с использованием волновых уравнений.
4. Система по п. 3, отличающаяся тем, что на основе максимальной корреляции между результатами двумерного БПФ и результатами, смоделированными с использованием волновых уравнений, средство для моделирования наложения сконфигурировано для вычисления распространения звука в направлении потока текучей среды, и распространения звука против направления потока текучей среды внутри канала.
5. Система по п. 4, отличающаяся тем, что исходя из вычисленного распространения звука внутри канала, средство для моделирования наложения сконфигурировано для вычисления по меньшей мере одного из: скорости потока текучей среды и скорости звука внутри канала
6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что сигнал временной области, связанный с каждым датчиком, является показателем измеренной скорости потока текучей среды через канал в направлении потока, и скорости, с которой звуковые волны распространяются в текучей среде.
7. Система по п. 2, отличающаяся тем, что средство для моделирования наложения дополнительно сконфигурировано для:
выполнения одномерного быстрого преобразования Фурье (1DFFT) сигнала временной области, полученного от каждого соответствующего датчика; и
генерирования нормированного сигнала временной области для каждого соответствующего датчика,
при этом нормированный сигнал временной области включен в двумерную матрицу временной и пространственной областей.
8. Система по п. 1 отличающаяся тем, что множество звуковых волн содержит первую и вторую звуковые волны.
9. Система по п. 1, отличающаяся тем, что множество датчиков содержит 2 датчика.
10. Система по п. 1, отличающаяся тем, что множество датчиков содержит по меньшей мере 64 датчика.
11. Система по п. 1, отличающаяся тем, что множество датчиков содержит по меньшей мере 128 датчиков.
12. Система по п. 1, отличающаяся тем, что каждый датчик из множества датчиков по отношению к соседним датчикам размещен с промежутками в продольном направлении посредством разделительного отрезка.
13. Система по п. 12, отличающаяся тем, что длина разделительного отрезка находится в пределах от около 12,7 мм (0,5 дюйма) до около 88,9 мм (3,5 дюйма).
14. Система по п. 12, отличающаяся тем, что длина разделительного отрезка находится в пределах от около 25,4 мм (1,0 дюйма) до около 76,2 мм (3,0 дюйма).
15. Система по п. 12, отличающаяся тем, что длина разделительного отрезка находится в пределах от около 38,1 мм (1,5 дюйма) до около 63,5 мм (2,5 дюйма).
16. Система по п. 1, отличающаяся тем, что средство для моделирования наложения множества звуковых волн содержит вычислительное средство с процессором.
17. Система по п. 16, отличающаяся тем, что процессор содержит аналого-цифровой преобразователь для обработки наборов данных, полученных от множества датчиков, и при этом аналого-цифровой преобразователь обрабатывает наборы данных со скоростью отбора проб.
18. Система по п. 1, отличающаяся тем, что канал содержит внешнюю поверхность, и отличающаяся тем, что множество датчиков съемно монтируемы на внешней поверхности канала.
19. Система по п. 18, отличающаяся тем, что множество датчиков взаимосвязаны для формирования по существу линейной матрицы датчиков.
20. Способ измерения наложения множества звуковых волн, распространяющихся внутри канала, содержащего текучую среду, причем через канал текучая среда протекает в направлении потока, и при этом по меньшей мере одна звуковая волна из множества звуковых волн сгенерирована текучей средой, протекающей внутри канала, и который включает:
предоставление множества датчиков, расположенных по существу параллельно направлению потока вдоль по меньшей мере части продольной длины канала, в котором каждый датчик из множества датчиков содержит средство для измерения скорости потока текучей среды внутри канала в направлении потока, причем каждый датчик из множества датчиков дополнительно содержит средство для измерения скорости, с которой множество звуковых волн распространяются в текучей среде, и при этом каждый датчик из множества датчиков размещен с промежутками по отношению к заранее определенной опорной точке на канале, при этом размещение с промежутками соответствует расстоянию в продольном направлении между датчиком и опорной точкой;
получение сигнала временной области каждого соответствующего датчика;
назначения переменных позиционирования сигналу временной области, указывающего на определенное положение датчика, который сгенерировал сигнал временной области;
хранение массива сигналов временной области и соответствующих им переменных позиционирования; и
обработку массива наборов данных для выработки модели наложения множества звуковых волн при их распространении внутри канала,
в котором наложение множества звуковых волн моделируется с использованием волновых уравнений:
, и
,
где Ψ - фаза волны, движущейся справа-налево (RL) или слева-направо (LR) через канал,
rw - радиус канала,
z - горизонтальное положение волны, измеренное относительно направления потока текучей среды внутри канала,
t - время, прошедшее с момента генерирования волны,
N - амплитуда звуковой волны,
J0 - цилиндрическая функция Бесселя первого рода,
Mcal - коэффициент калибровки,
f - частота звуковых волн,
c - скорость звуковых волн внутри канала, и
k - волновое число, связанное со звуковыми волнами.
Наверх