專利名稱：混合層檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及液層檢測，尤其涉及一種基于超聲波技術(shù)，用于檢測液體儲罐中的混合層所處位置及分布狀態(tài)的混合層檢測裝置，屬于超聲波應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在工業(yè)生產(chǎn)中，液體儲罐里常含有多種成分。在這種情況下，有可能存在多種物質(zhì)混合的混合層。了解混合層在液體中的分布及混合層中各組分的分布，可以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。例如在油品行業(yè)，在原油生產(chǎn)中需要把原油中的油和水分離。而在油水分離過程中，存在著油和水的混合層，該狀態(tài)也稱為乳化層。需要對乳化層進(jìn)行破乳才能使油水比較充分的分離。所以破乳過程中，對乳化層的厚度及乳化程度的實時了解和掌控，可提高油水分離的生產(chǎn)效率和油品質(zhì)量。其他行業(yè)諸如食品、水處理等行業(yè)也都期望通過對混合層的了解來指導(dǎo)生產(chǎn)?，F(xiàn)有的技術(shù)，譬如運用射頻導(dǎo)納或者重力浮子等技術(shù)的檢測裝置，都不能很好地描述混合層的位置和混合層不同組分的分布狀態(tài)。舉例來說，在油品行業(yè)中，射頻導(dǎo)納檢測裝置的工作原理是把電極放入容器內(nèi)，測量電級和罐壁之間的電容值。作為兩極之間介質(zhì)的油和水介電常數(shù)相差很大，油層所產(chǎn)生的電容值很小，可以忽略，電容值的大小基本由水層的高度來決定。所以根據(jù)測量電容的大小就能算出容器內(nèi)水層的高度，這個電容值是個集中參數(shù)，它能表達(dá)容器中水層的高度，但不能反應(yīng)出混合層的位置及狀態(tài)。同樣，重力浮子裝置利用油水比重的不同，讓浮子懸浮在油水界面處，也只能反映水層的高度。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中無法詳細(xì)地描述混合層的位置及分布狀態(tài)的缺陷，提出一種基于超聲波技術(shù)的混合層檢測裝置，包括傳動裝置，與傳動裝置連接的傳送帶，設(shè)置在傳送帶上的超聲波探頭，所述超聲波探頭可以發(fā)射和接收超聲波，和超聲波成像裝置，超聲波成像裝置與超聲波探頭通過有線或無線方式連接。所述傳動裝置為一電機(jī)。所述傳送帶為鋼帶。所述傳送帶上設(shè)置兩個或兩個以上超聲波探頭。當(dāng)設(shè)置三個或三個以上超聲波探頭時，相鄰兩超聲波探頭之間的距離相等。所述距離為I米。所述超聲波探頭的發(fā)射方向與傳送帶的運動方向垂直。所述傳送帶連續(xù)移動。所述傳送帶以步進(jìn)方式移動。所述傳送帶豎直方向移動。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)勢在于現(xiàn)有技術(shù)無法詳細(xì)地描述混合層的位置及分布狀態(tài)。本實用新型的裝置能夠準(zhǔn)確地描述混合層的位置以及其中各組分的分布狀態(tài)。而且，由于混合層的內(nèi)部分布是實時變動的，通過同步移動一組等距的固定的超聲波探頭能在更少的時間內(nèi)，檢測整個液層，相較于單個探頭，縮短了檢測時間，提高了效率，也使得到的數(shù)據(jù)更貼近事實。工業(yè)生產(chǎn)中混合層的識別一直缺少有效的檢測裝置，本實用新型填補(bǔ)了這一空白，能夠為混合層的識別提供解決裝置。

圖1表示水層中的油滴示意圖；圖2表示圖1情況下的超聲波回波情況示意圖；圖3表示圖1情況下的超聲波回波成像示意圖；圖4表示實施例的混合層檢測裝置檢測混合層時的示意圖，其中，A—液體罐壁B一懸浮顆粒、或液滴C一超聲波；圖5表示實施例裝置得到的回波曲線示意圖；圖6表示實施例裝置得到的回波成像示意圖；圖7表示混合層檢測裝置示意圖，其中，1-電機(jī)2-絲桿3-絲母4-安裝法蘭5超聲波探頭6—鋼帶7—超聲波成像裝置；圖8表示混合層檢測裝置放入液體罐內(nèi)測量時的示意圖。
具體實施方式
下面通過具體實施例結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步描述。本實用新型的混合層檢測裝置包括一組間隔等距的超聲波探頭、連接鋼帶、傳動裝置，所述超聲波探頭固定在鋼帶上，沿著和液面平行的方向發(fā)射超聲波；所述傳動裝置帶動所述的鋼帶和超聲波探頭沿著和液面垂直的方向移動。在使用本實用新型的混合層的檢測裝置時操作如下沿著和液面相交的方向由鋼帶固定連接的等距的一組超聲波探頭進(jìn)行移動探測，在移動過程中，所述超聲波探頭在鋼帶的聯(lián)動下沿著和液面平行的方向發(fā)射超聲波，通過收集超聲波的回波生成液體的縱切面超聲波圖像，通過所述超聲波圖像確定混合層的位置及分布狀態(tài)。其中，根據(jù)不同的使用需求，鋼帶可以連續(xù)移動或步進(jìn)移動。在移動的過程中，超聲波探頭可以持續(xù)發(fā)射超聲波以獲得連續(xù)圖像；所述和液面相交的方向優(yōu)選為和液面垂直的方向。在一般情況下，液面位于水平方向，則超聲波探頭優(yōu)選在豎直方向上移動。但當(dāng)超聲波探頭不適宜在豎直方向上移動時，比如液體儲罐本身傾斜導(dǎo)致超聲波探頭不能豎直移動，則超聲波探頭可以傾斜移動，不影響最終的成像。在生成超聲波圖像(簡稱成像)時，優(yōu)選以高亮度表示大幅回波，以低亮度表示小幅回波。為了滿足成像的要求，超聲波探頭發(fā)射的超聲波的波長小于反射界面尺寸的兩倍，優(yōu)選小于界面尺寸。在此情況下，將超聲波探頭發(fā)射的超聲波的頻率設(shè)置在2-lOMHz的范圍內(nèi)能適應(yīng)通常的工業(yè)應(yīng)用需求。本實用新型所述的混合層可以位于液體儲罐所儲存的液體中的任何位置，比如底部、中部、或者頂部。本實用新型所述的混合層指的是一相為液體的混合層，比如油水乳化層(兩相均為液體)、固液混合層(一相為液體，另一相為固體)、或者混有固體顆粒的油水乳化層(一相為液體，另兩相分別為液體和固體)。本實用新型利用了超聲波探測的原理設(shè)計出混合層檢測裝置，該混合層檢測裝置能夠?qū)σ后w進(jìn)行檢測成像，來獲知混合層的分布位置及混合層中各組分的分布狀態(tài)。通過超聲波探頭沿著平行于液面的方向(一般情況下是水平方向)發(fā)射超聲波，并通過傳動裝置帶動鋼帶和超聲波探頭在和液面相交的方向(優(yōu)選豎直方向)移動，超聲波探頭經(jīng)過一個行程的移動，發(fā)射的超聲波束對它經(jīng)過的區(qū)域就完成一次檢測。對一組超聲波探頭的回波信號進(jìn)行分析處理，就能還原出檢測區(qū)域內(nèi)混合層的分布位置和混合層中各組分的分布狀態(tài)圖。超聲波探頭檢測后能得知混合層的分布位置和混合層中各組分的分布，依據(jù)是超聲波的反射回波信息。所以產(chǎn)生回波是成像的基礎(chǔ)，而產(chǎn)生反射回波的條件有兩個。其一是回波產(chǎn)生在兩種不同介質(zhì)形成的界面(例如油水乳化層中水中的油滴或油中的水滴，都存在油水界面)，并且產(chǎn)生界面的兩種物質(zhì)聲阻抗差大于千分之一。其二是發(fā)射的超聲波波長要比反射界面的尺寸(即油滴的球面大小)要小。理論上當(dāng)波長大于界面尺寸的兩倍，則更容易發(fā)生衍射和散射，起不到反射的效果。換句話說，波長越小，能分辨的反射物越小。有界面反射區(qū)域和無界面反射區(qū)域的表現(xiàn)出來的差異在于前者能產(chǎn)生一定幅度的回波，而后者無回波。把這種差異性用圖像的方式來表現(xiàn)出來，就是成像。在成像中，確定產(chǎn)生反射的界面坐標(biāo)位置，并用不同的亮度來區(qū)別于無反射區(qū)域，就能把檢測范圍內(nèi)的反射界面描繪出來。在本實用新型的原理描述中，把超聲波探頭發(fā)射方向稱為X軸，傳動裝置帶動探頭移動的方向為Y軸。1、反射界面坐標(biāo)位置的確定X坐標(biāo)的確定可以根據(jù)同一脈沖波的發(fā)射波和反射波的時間差來得到反射界面到探頭的距離。Y坐標(biāo)的確定，由于超聲波束水平檢測，在產(chǎn)生反射回波那一時刻，反射界面的Y坐標(biāo)和探頭所處的Y坐標(biāo)一致。所以確定探頭的位置就能得知反射界面的Y坐標(biāo)。探頭位置的確定可以設(shè)定傳動裝置來解決。2、反射界面的成像有反射界面區(qū)域區(qū)別于無反射界面區(qū)域的特征，在于反射界面處有一個一定幅度的反射回波。在成像中用明暗度來表示回波幅度的大小，回波幅度大的位置亮度高，無反射區(qū)域成暗黑色。那么結(jié)合位置坐標(biāo)，就能將反射界面描繪出來。以油品行業(yè)中的油水乳化層來舉例。當(dāng)一束超聲波在不同位置對油水乳化層檢測時，遇到水層中的油滴(如圖1所示)，在油滴的前表面一部分超聲波反射，另一部分超聲波透射達(dá)到油滴的后表面，再次進(jìn)行反射和透射?；夭ㄇ闆r如圖2所示，在界面處有反射的位置顯示的是一個凸起的回波。這個凸起的回波在水平軸上的距離是根據(jù)同一脈沖波的發(fā)射和反射回波時間差計算得出。在成像中用亮度來代表凸起回波的幅度，就還原成油滴的表面形狀(如圖3所示)。亮度高的地方反射強(qiáng)，代表為油水界面，暗色地方為無界面反射，為單一的水或油區(qū)域。用明暗的差別就區(qū)分了有界面區(qū)域和無界面區(qū)域。由此將水中油滴的表面勾勒出來。如圖4所示，基于超聲波技術(shù)的混合層檢測裝置，包括傳動裝置，與傳動裝置連接的傳送帶，設(shè)置在傳送帶上的超聲波探頭，超聲波探頭可以發(fā)射和接收超聲波，和超聲波成像裝置，與超聲波探頭通過有線或無線方式連接。傳動裝置為一電機(jī)。傳送帶為鋼帶，傳送帶上設(shè)置兩個或兩個以上超聲波探頭。當(dāng)設(shè)置三個或三個以上超聲波探頭時，相鄰兩超聲波探頭之間的距離相等，且距離可設(shè)置為為一米。超聲波探頭的發(fā)射方向與傳送帶的運動方向垂直。傳送帶連續(xù)移動，傳送帶以步進(jìn)方式移動或者傳送帶豎直方向移動。在不同位置得到的回波按照探頭所在位置分別記錄下來，并在超聲波成像裝置7內(nèi)成像，就得到如圖5所示的一組回波曲線。用亮度來代表回波幅度，就得到經(jīng)過檢測的縱切面內(nèi)完整的剖面圖(如圖6所示)。檢測線越密，則得到圖形的細(xì)節(jié)越清晰。如圖7所示，與傳動裝置連接的傳送帶，設(shè)置在傳送帶上的超聲波探頭5，超聲波探頭5可以發(fā)射和接收超聲波，和超聲波成像裝置7，與超聲波探頭通過有線或無線方式連接。傳動裝置可設(shè)為一電機(jī)1，傳送帶為鋼帶6，其中絲桿2通過電機(jī)的帶動，帶動傳送帶6連續(xù)移動，傳送帶以步進(jìn)方式移動或者傳送帶豎直方向移動。在不同位置得到的回波按照探頭所在位置分別記錄下來，并在超聲波成像裝置7內(nèi)成像，絲桿2還鏈接絲母3。如圖8所示，經(jīng)過檢測，無反射回波的區(qū)域都為暗黑色，可以確定為非混合層。有反射回波區(qū)域，則根據(jù)圖像中的明暗特征，可以了解混合層中懸浮顆粒B(可以是液體，也可以是固體，或者固液混合物)的輪廓、位置及分布密度。由此即可認(rèn)識混合層在液體儲罐內(nèi)的分布位置及混合層內(nèi)各組分的分布狀態(tài)。本實施例裝置進(jìn)一步關(guān)注的是成像圖像的質(zhì)量要求，即分辨率。1、X軸向分辨率從圖5上看，發(fā)射的脈沖超聲波在界面處產(chǎn)生反射，由于單個脈沖波有一定的寬度，所以兩個反射回波過于接近時，這兩個反射回波就會疊加，形成一個更大的回波。因此無法區(qū)分前后兩個反射界面。造成這種現(xiàn)象的原因有單個懸浮顆粒過小，造成前后兩個反射界面過于接近；或者相鄰的兩個懸浮顆粒過于接近也能造成這種現(xiàn)象。理論上要把前后兩個反射回波徹底區(qū)分開來，需要這兩個反射界面之間的距離大于二分之一的脈沖寬度。因此超聲波脈沖寬度越窄，則X軸向的分辨率越高，據(jù)此可以根據(jù)實際的應(yīng)用需求將脈沖寬度調(diào)整在合適的范圍內(nèi)。2、Y軸向分辨率當(dāng)超聲波探頭做Y軸向移動時，水平超聲波束以一定的波束寬度照射上下兩個相鄰的懸浮顆粒。要在所成的圖像中區(qū)分上下兩個顆粒，那么兩個顆粒之間的間隙必須能識另IJ，這是一個必要條件。也就是說，探頭必須在某一位置時，超聲波束恰好穿過兩個顆粒之間的間隙，在波形圖上沒有任何反射回波，那么成像的圖像中兩個高亮度的顆粒之間有這么一條暗色的區(qū)域把兩個顆粒的影像隔開。因此超聲波波束越窄，則能夠穿過的間隙越窄，得到的Y軸向的分辨率越高，同樣可以據(jù)此按照實際需求將波束調(diào)整在合適的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種混合層檢測裝置，其特征在于，包括傳動裝置，與傳動裝置連接的傳送帶，設(shè)置在傳送帶上的超聲波探頭，所述超聲波探頭可以發(fā)射和接收超聲波，和超聲波成像裝置，所述超聲波成像裝置與超聲波探頭通過有線或無線方式連接。
2.如權(quán)利要求1所述的混合層檢測裝置，其特征在于，所述傳動裝置為一電機(jī)。
3.如權(quán)利要求1所述的混合層檢測裝置，其特征在于，所述傳送帶為鋼帶。
4.如權(quán)利要求1-3任一所述的混合層檢測裝置，其特征在于，所述傳送帶上設(shè)置兩個或兩個以上超聲波探頭。
5.如權(quán)利要求4所述的混合層檢測裝置，其特征在于，當(dāng)設(shè)置三個或三個以上超聲波探頭時，相鄰兩超聲波探頭之間的距離相等。
6.如權(quán)利要求5所述的混合層檢測裝置，其特征在于，所述距離為I米。
7.如權(quán)利要求1所述的混合層檢測裝置，其特征在于，所述超聲波探頭的發(fā)射方向與傳送帶的運動方向垂直。
8.如權(quán)利要求1所述的混合層檢測裝置，其特征在于，所述傳送帶連續(xù)移動。
9.如權(quán)利要求1所述的混合層檢測裝置，其特征在于，所述傳送帶以步進(jìn)方式移動。
10.如權(quán)利要求8或9所述的混合層檢測裝置，其特征在于，所述傳送帶豎直方向移動。
專利摘要本實用新型涉及一種混合層檢測裝置，包括傳動裝置，與傳動裝置連接的傳送帶，設(shè)置在傳送帶上的超聲波探頭，超聲波探頭可以發(fā)射和接收超聲波，和超聲波成像裝置，超聲波成像裝置與超聲波探頭通過有線或無線方式連接。本實用新型的裝置能夠準(zhǔn)確地描述混合層的位置以及其中各組分的分布狀態(tài)。而且，由于混合層的內(nèi)部分布是實時變動的，通過同步移動一組等距的固定的超聲波探頭能在更少的時間內(nèi)，檢測整個液層，相較于單個探頭，縮短了檢測時間，提高了效率，也使得到的數(shù)據(jù)更貼近事實。工業(yè)生產(chǎn)中混合層的識別一直缺少有效的檢測裝置，本實用新型填補(bǔ)了這一空白，能夠為混合層的識別提供解決裝置。
文檔編號G01N29/02GK202903739SQ20122059367
公開日2013年4月24日 申請日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者周雷, 張樺 申請人:北京古大儀表有限公司