如在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)7, 725, 270中描述的那些， 圖9中的 等值線圖清晰地示出不在常規(guī)系統(tǒng)中進(jìn)行建丨見(jiàn)_幾對(duì)角線頻率的存在。等 值線圖中的非對(duì)角線要素被零階貝塞爾函數(shù)U; ? 的第一導(dǎo)數(shù)的 根產(chǎn)生的方程完美地建模。
[0157] 如圖10-12所示，針對(duì)在347m/s下移動(dòng)的從右到左的聲波執(zhí)行類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)。在兩 種情形（從左到右和從右到左）下，明顯存在反射波。如圖所示，波數(shù)軸線超過(guò)尼奎斯特極 限并進(jìn)入可被認(rèn)為是負(fù)波數(shù)的區(qū)域中。
[0158] 圖13-15中示出的下組數(shù)據(jù)，用于從左到右和從右到左傳播的聲波。圖13中的真 實(shí)2DFFT數(shù)據(jù)揭示保持?jǐn)?shù)據(jù)超過(guò)尼奎斯特極限的原因一貝塞爾函數(shù)影響正和負(fù)波數(shù)象限。
[0159] 對(duì)圖13中的數(shù)據(jù)執(zhí)行本文所公開(kāi)的處理步驟。為了執(zhí)行這些步驟，使用本文所公 開(kāi)的CBPSM波動(dòng)方程生成針對(duì)從左到右的傳播速度和從右到左的傳播速度的一組理論曲 面。為了所述實(shí)踐，以1. 0m/S為級(jí)針對(duì)兩個(gè)方向建立300m/s到400m/s的傳播流動(dòng)范圍， 表示一組基本的10, 〇〇〇 (100x100)曲面。圖16和17中示出這些曲面中的每一個(gè)相對(duì)于收 集用于圖13中的曲面的2DFFT數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。
[0160]圖13中的數(shù)據(jù)被收集用于流體的零速率流動(dòng)。因此，預(yù)計(jì)兩個(gè)傳播的聲波將具有 相同的傳播速度。圖17中可清晰地看到，最大關(guān)聯(lián)發(fā)生在兩個(gè)軸線的347m/s處。
[0161] 相同的算法隨后應(yīng)用到具有非零流動(dòng)速率的流體。針對(duì)具有5. 5m/s流動(dòng)速率和 347m/s音速的流體獲取圖18和19中顯示的數(shù)據(jù)。
[0162] 從圖19,順著流體流動(dòng)的傳播速度被發(fā)現(xiàn)為352m/s，而逆著流體流動(dòng)的傳播速度 被發(fā)現(xiàn)為341m/s。使用本文所公開(kāi)的公式，這些參數(shù)對(duì)應(yīng)于5. 5m/s流動(dòng)速率和346. 5m/s 音速，其與輸入?yún)?shù)極為一致。
[0163] 在圖20和21中，高流量被建模。從圖21，順著流體流動(dòng)的傳播速度被發(fā)現(xiàn)為 355m/s，而逆著流體流動(dòng)的傳播速度被發(fā)現(xiàn)為338m/s。使用本文所公開(kāi)的公式，這些參數(shù)對(duì) 應(yīng)于9.Om/s流動(dòng)速率和346. 5m/s音速，其與輸入?yún)?shù)極為一致。
[0164] 雖然已經(jīng)在上述說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)了本發(fā)明的若干實(shí)施方案，但本領(lǐng)域技術(shù)人員理 解，受益于上述描述和相關(guān)附圖中所呈現(xiàn)的教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將能想出本發(fā) 明的許多修改和其他實(shí)施方案。因此應(yīng)理解本發(fā)明不限于上文公開(kāi)的具體實(shí)施方案，并且 許多修改和其他實(shí)施方案旨在包括在所附權(quán)利要求書(shū)的范圍之內(nèi)。此外，雖然本文以及所 附的權(quán)利要求書(shū)中采用特定的術(shù)語(yǔ)，但是它們僅以一般和描述性意義使用，并且不是為了 限制所述發(fā)明，或所附的權(quán)利要求書(shū)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于測(cè)量在含有流體的導(dǎo)管內(nèi)傳播的多個(gè)聲波的疊加的系統(tǒng)，所述導(dǎo)管具有縱 向長(zhǎng)度，其中所述流體在流動(dòng)方向上流動(dòng)穿過(guò)所述導(dǎo)管，并且其中所述多個(gè)聲波中的至少 一個(gè)聲波由流動(dòng)穿過(guò)所述導(dǎo)管的所述流體生成，所述系統(tǒng)包括： 多個(gè)換能器，其沿著所述導(dǎo)管的所述縱向長(zhǎng)度的至少一部分大致平行于所述流動(dòng)方向 定位，其中所述多個(gè)換能器中的每個(gè)換能器包括用于感測(cè)在所述流動(dòng)方向上流動(dòng)穿過(guò)所述 導(dǎo)管的流體的速率的裝置，其中所述多個(gè)換能器中的每個(gè)換能器還包括用于感測(cè)所述多個(gè) 聲波傳播穿過(guò)所述流體的速度的裝置，并且其中所述多個(gè)換能器中的每個(gè)換能器被定位在 相對(duì)于所述導(dǎo)管上的預(yù)定參考點(diǎn)的間隔位置，所述間隔位置對(duì)應(yīng)于所述換能器與所述參考 點(diǎn)之間的縱向距離； 用于對(duì)所述多個(gè)聲波在它們?cè)谒鰧?dǎo)管內(nèi)傳播時(shí)的所述疊加進(jìn)行建模的裝置，其中用 于對(duì)所述疊加進(jìn)行建模的所述裝置與所述多個(gè)換能器中的每個(gè)換能器通信，并且其中用于 對(duì)所述疊加進(jìn)行建模的所述裝置被配置來(lái)： 從每個(gè)換能器接收時(shí)域信號(hào)； 給所述時(shí)域信號(hào)分配位置值，所述位置值指示生成所述時(shí)域信號(hào)的所述換能器的所述 間隔位置；并且 存儲(chǔ)時(shí)域信號(hào)陣列及其對(duì)應(yīng)的位置值， 其中，在存儲(chǔ)選定數(shù)量的時(shí)域信號(hào)后，用于對(duì)所述疊加進(jìn)行建模的所述裝置被配置來(lái) 處理所述時(shí)域信號(hào)陣列，以便產(chǎn)生所述多個(gè)聲波在它們?cè)谒鰧?dǎo)管內(nèi)傳播時(shí)的相位的模 型，并且 其中使用以下波動(dòng)方程來(lái)對(duì)所述多個(gè)聲波的所述疊加進(jìn)行建模其中： Ψ =從右到左（RL)或從左到右（LR)移動(dòng)穿過(guò)所述導(dǎo)管的所述波的相位， rw=所述導(dǎo)管的半徑， z =相對(duì)于所述導(dǎo)管內(nèi)的所述流體流動(dòng)方向測(cè)量的所述波的水平位置， t =自生成所述波以來(lái)經(jīng)過(guò)的時(shí)間， N =所述聲波的振幅， JD =第一類(lèi)的圓柱形貝塞爾函數(shù)， Μμ1 =校準(zhǔn)系數(shù)， f =所述聲波的頻率， c =所述導(dǎo)管內(nèi)的所述聲波的速度，并且 k =與所述聲波相關(guān)的波數(shù)。2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中用于對(duì)所述疊加進(jìn)行建模的所述裝置被配置來(lái)： 生成與每個(gè)換能器相關(guān)的頻域信號(hào)； 形成用于所述多個(gè)換能器的二維時(shí)域和空間域矩陣，所述矩陣包括與每個(gè)相應(yīng)的換能 器相關(guān)的時(shí)域和頻域信號(hào)； 對(duì)所述二維時(shí)域和空間域矩陣執(zhí)行二維快速傅立葉變換（2DFFT);并且 使所述2DFFT的結(jié)果與由所述波動(dòng)方程建模的結(jié)果關(guān)聯(lián)。3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中用于對(duì)所述疊加進(jìn)行建模的所述裝置被配置來(lái)識(shí)別 所述2DFFT的所述結(jié)果與由所述波動(dòng)方程建模的所述結(jié)果之間的最大關(guān)聯(lián)。4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，基于所述2DFFT的所述結(jié)果與由所述波動(dòng)方程建模 的所述結(jié)果之間的所述最大關(guān)聯(lián)，用于對(duì)所述疊加進(jìn)行建模的所述裝置被配置來(lái)計(jì)算在所 述導(dǎo)管內(nèi)在所述流體流動(dòng)方向上的聲音傳播以及逆著所述流體流動(dòng)方向的聲音傳播。5. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，基于所述導(dǎo)管內(nèi)的所述計(jì)算的聲音傳播，用于對(duì)所 述疊加進(jìn)行建模的所述裝置被配置來(lái)計(jì)算所述導(dǎo)管內(nèi)的流體流動(dòng)速率和音速中的至少一 個(gè)。6. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中與每個(gè)換能器相關(guān)的所述時(shí)域信號(hào)指示在所述流動(dòng) 方向上流動(dòng)穿過(guò)所述導(dǎo)管的所述流體的感測(cè)速率以及所述聲波傳播穿過(guò)所述流體的感測(cè) 速度。7. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中用于對(duì)所述疊加進(jìn)行建模的所述裝置還被配置來(lái)： 對(duì)從每個(gè)相應(yīng)的換能器獲取的所述時(shí)域信號(hào)執(zhí)行一維快速傅立葉變換（1DFFT);并且 生成針對(duì)每個(gè)相應(yīng)的換能器的歸一化的時(shí)域信號(hào)， 其中所述歸一化的時(shí)域信號(hào)被包括在所述二維時(shí)域和空間域矩陣中。8. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中多個(gè)聲波包括第一聲波和第二聲波。9. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)換能器包括2個(gè)換能器。10. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)換能器包括至少64個(gè)換能器。11. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)換能器包括至少128個(gè)換能器。12. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)換能器中的每個(gè)換能器與相鄰換能器縱 向間隔開(kāi)分離長(zhǎng)度。13. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述分離長(zhǎng)度范圍是約0. 5英寸至約3. 5英寸。14. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述分離長(zhǎng)度范圍是約1. 0英寸至約3. 0英寸。15. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述分離長(zhǎng)度范圍是約1. 5英寸至約2. 5英寸。16. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中用于對(duì)所述多個(gè)聲波的所述疊加進(jìn)行建模的所述 裝置包括具有處理器的計(jì)算機(jī)。17. 如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述處理器包括用于處理從所述多個(gè)換能器接收 的數(shù)據(jù)集的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并且其中所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器以采樣率處理所述數(shù)據(jù)集。18. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述導(dǎo)管包括外表面，并且其中所述多個(gè)換能器能 夠可拆卸地安裝在所述導(dǎo)管的所述外表面上。19. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)換能器互相連接以形成大致線性的換能 器陣列。20. -種用于測(cè)量在含有流體的導(dǎo)管內(nèi)傳播的多個(gè)聲波的疊加的方法，其中所述流體 在流動(dòng)方向上流動(dòng)穿過(guò)所述導(dǎo)管，并且其中所述多個(gè)聲波中的至少一個(gè)聲波由流動(dòng)穿過(guò)所 述導(dǎo)管的所述流體生成，所述方法包括： 提供多個(gè)換能器，所述多個(gè)換能器沿著所述導(dǎo)管的縱向長(zhǎng)度的至少一部分大致平行于 所述流動(dòng)方向定位，其中所述多個(gè)換能器中的每個(gè)換能器包括用于感測(cè)在所述流動(dòng)方向上 流動(dòng)穿過(guò)所述導(dǎo)管的流體的速率的裝置，其中所述多個(gè)換能器中的每個(gè)換能器還包括用于 感測(cè)所述多個(gè)聲波傳播穿過(guò)所述流體的速度的裝置，并且其中所述多個(gè)換能器中的每個(gè)換 能器定位在相對(duì)于所述導(dǎo)管上的預(yù)定參考點(diǎn)的間隔位置，所述間隔位置對(duì)應(yīng)于所述換能器 與所述參考點(diǎn)之間的縱向距離； 從每個(gè)相應(yīng)的換能器接收時(shí)域信號(hào)； 給所述時(shí)域信號(hào)分配位置值，所述位置值指示生成所述時(shí)域信號(hào)的所述換能器的所述 間隔位置； 存儲(chǔ)時(shí)域信號(hào)陣列及其對(duì)應(yīng)的位置值；以及 處理所述數(shù)據(jù)集陣列，以便產(chǎn)生所述多個(gè)聲波在它們?cè)谒鰧?dǎo)管中傳播時(shí)的所述疊加 的模型， 其中使用以下波動(dòng)方程來(lái)對(duì)所述多個(gè)聲波的所述疊加進(jìn)行建模其中： Ψ =從右到左（RL)或從左到右（LR)移動(dòng)穿過(guò)所述導(dǎo)管的所述波的相位， rw =所述導(dǎo)管的半徑， z =相對(duì)于所述導(dǎo)管內(nèi)的所述流體流動(dòng)方向測(cè)量的所述波的水平位置， t =自生成所述波以來(lái)經(jīng)過(guò)的時(shí)間， N =所述聲波的振幅， JD =第一類(lèi)的圓柱形貝塞爾函數(shù)， Μμ1 =校準(zhǔn)系數(shù)， f =所述聲波的頻率， c =所述導(dǎo)管內(nèi)的所述聲波的速度，并且 k =與所述聲波相關(guān)的波數(shù)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種用于測(cè)量在含有流體的導(dǎo)管內(nèi)傳播的多個(gè)聲波的疊加的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)具有沿著所述導(dǎo)管的壁大致平行于流動(dòng)方向定位的多個(gè)換能器。所述系統(tǒng)包括用于對(duì)多個(gè)聲波在它們?cè)谒鰧?dǎo)管內(nèi)傳播時(shí)的疊加進(jìn)行建模的裝置。
【IPC分類(lèi)】G01F1/34
【公開(kāi)號(hào)】CN105339766
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201480026479
【發(fā)明人】肯尼思·查爾斯·麥吉爾
【申請(qǐng)人】佐治亞大學(xué)制度董事會(huì)
【公開(kāi)日】2016年2月17日
【申請(qǐng)日】2014年3月11日
【公告號(hào)】CA2905290A1, US20140278154, WO2014159331A1