[其他]利用彈性波測量液面高度的方法及其所用裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 86100127
• 申請日: 1986-01-08
• 公開（公告）號: CN86100127A
• 公開（公告）日: 1986-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 安東尼奧·伯斯科洛
• 申請（專利權(quán)）人: 蒂特拉·迪弗工業(yè)研究聯(lián)合公司
• 主分類號: G01F23/28
• 分類號: G01F23/28
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利代理部
• 代理人: 劉建國

本發(fā)明涉及一種測量液面高度的方法。更確切地說，本發(fā)明的目的是利用彈性波測量液面高度，該彈性波最好是超聲波頻率，它在一個沿縱向運動的管子內(nèi)，每一個灌滿液體的容器都是由這個管子做成的。

本發(fā)明還涉及采用這種測量方法的裝置。本發(fā)明不只限于這種應(yīng)用，它還能用來測量裝在各種不同型式容器里的任何液體表面的高度。

例如，本發(fā)明的一個典型應(yīng)用可以是涉及裝牛奶的容器或其它由軟合成材料制造的容器方面的。

在本發(fā)明明確涉及的特殊方法中，這種容器是在它們被灌裝液體的同時做成的，也就是說，合成材料管（下文稱之為“卡片管”）是由這種材料的帶材做成的。

用已知的方法沿著母線將這種卡片管焊好，并將液體灌入到事先定好的高度，保持不變。

一個適當(dāng)?shù)难b置在低于液面的地方把卡片管切割成單個容器，并用已知的方法將其密封。

本發(fā)明的明確目標(biāo)是測量用合成材料帶材料做成的卡片管內(nèi)的液面高度，如前所述，卡片管是沿縱向運動的。

這種測量的重要就在于如果要使液體不溢出卡片管，液面高度就絕對不能超過某一預(yù)置的最大值。本發(fā)明特別適用于在無菌條件下測量液面高度。

迄今為止，對于這種應(yīng)用，現(xiàn)有技術(shù)采用的是在無菌區(qū)域內(nèi)使用動態(tài)插入元件（例如浮體）或靜態(tài)元件（例如傳導(dǎo)探頭），這種隨之而來的問題是維修保養(yǎng)和無菌操作。

因此，本發(fā)明的目的就是提供一種液面高度測量裝置，它不需要任何與液面接觸的工作元件，象浮體或類似的液面?zhèn)鞲衅鳌１景l(fā)明進一步的目的是將灌裝廠通常所用的進料管作為測量信號傳輸回路的一個元件。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)由于通過卡片管的信號衰減太大，用傳統(tǒng)的傳輸方法進行這種測量是不可能的。

事實上，在這種測量方法中，在卡片管相對的兩側(cè)面分別放置了一個信號發(fā)射器和一個信號接收器。因為卡片管是沿縱向連續(xù)運動的，所以發(fā)射器和接收器都不能與卡片管相接觸。

因此，在振蕩源（例如超聲波）、空氣、卡片管、液體、又一層卡片管和空氣之間的通路中沒有適當(dāng)?shù)穆曌杩蛊ヅ洹?/p>

聲阻抗的這種不匹配導(dǎo)致信號衰減120分貝的數(shù)量級。因此，以這種方式工作，無法進行任何測量。

本發(fā)明的目的就是要獲得聲波，特別是超聲波振蕩的一種傳播方法，其衰減后的信號值可以被測量并且保持可接受的信噪比。

在較佳實施例中，將進料管本身作為傳輸回路中的一個元件，達到了這一目的。

在這種方法中可以獲得適當(dāng)?shù)穆曌杩蛊ヅ洌允雇瓿蓽y量所需的足夠幅度的信號能夠傳輸。事實上，通過一個適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳎瑥椥圆ㄕ袷幙梢灾苯觽鬏斀o進料管。

根據(jù)本發(fā)明，通過放置在傳感器和進料管之間的阻抗匹配器，從傳感器到進料管的傳輸聲阻抗很方便很好地匹配。

本發(fā)明依靠進料管自身的徑向和撓性振蕩模式實現(xiàn)通過進料管的信號傳輸。這使得信號很好地傳輸?shù)焦嘌b的液體上。

事實上，在液體中彈性場只沿縱向傳播，因此，只有很小一部分能量由管子的縱向振蕩模式傳遞給液體，除非進料管具有的特性阻抗非常接近于液體的特性阻抗。例如使用彈性材料可以得到這樣的結(jié)果，但是這種材料不僅會產(chǎn)生很大的衰減而且也不適于制作進料管。

使進料管的表面徑向變形，可以在液體中引起縱向振蕩模。適當(dāng)?shù)剡x擇進料管的振蕩模式和聲波的傳播速度，可以獲得固有阻抗匹配。

根據(jù)本發(fā)明，采用了一種可以在現(xiàn)有進料管內(nèi)傳輸并能有效地將能量傳輸給液體的振蕩模式。

可以做到改變進料管的幾何尺寸，以使其阻抗幾乎與液體的阻抗相等。如果阻抗是以這種方式匹配的話，就會減少反向散射的發(fā)生，并且所傳輸?shù)拇蟛糠帜芰磕軌虻竭_卡片管的外表面。

本發(fā)明還采取措施消除由于駐波的存在而對進料管產(chǎn)生的影響，這是通過頻率調(diào)制來實現(xiàn)的，不過調(diào)制波限制在載波的百分之幾的范圍內(nèi)，并且其目的是在進料管表面上，取代一個周期內(nèi)駐波的最大值和最小值。用這種方式獲得了與行波同樣的平均結(jié)果。

卡片管發(fā)射的彈性場有很強的方向性。這一事實很重要，因為它能使測量具有很好的空間分辨率。

與空氣和液體之間的不連續(xù)相一致，其聲場強度的變化是非常急劇的，這時即使使用的接受器只是稍微具有一點兒方向性，也能得到精確的測量。

本發(fā)明以各種不同的方法接收卡片管發(fā)出的超聲波振蕩信號。

第一個較佳實施例是使用放置在卡片管附近的接收器陣;這種陣由許多平行于卡片管母線的單元組成。用這種方法獲得的分辨率是這種單元相互之間距離的函數(shù)。

由陣單元檢測到的信號，可以對陣的所有單元用并行方式處理，也可以用掃描方式處理。另外還可以使用二者結(jié)合的測量方法。