CN103930777A - 用于对蒸汽质量和流动进行声音监视的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于对承载流动蒸汽的管路（12）或导管中的蒸汽质量和流动进行非侵害监视的装置和方法。通过与管路直接接触（20）或与之远离地（16）测量由流动蒸汽在蒸汽输送导管中所生成的声音振动，将所测量的声音振动（32，34，36）转换为管路的自然谐振振动的频谱特性，并且监视一个或多个所选择谐振频率（36）的振幅和/或频率，管路中蒸汽质量的变化得以确定。蒸汽流动速率和蒸汽质量反向相关，并且在获得了适当校准曲线时根据蒸汽质量的变化来计算蒸汽流动速率的变化。

Description

用于对蒸汽质量和流动进行声音监视的装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年3月7日提交的题为“Method And ApparatusFor Acoustic Steam Quality Monitoring”的美国临时专利申请号61/449，791的权益，由此其全文内容在此针对其所有公开和教导特别通过引用结合于此。

有关联邦权益的声明

本发明在美国能源局所授予的合同编号DE-AC52-06NA25396下以政府支持而做出。

技术领域

本发明总体上涉及使用蒸汽的油回收，尤其涉及蒸汽质量和流动的非侵害的实时测量。

背景技术

重油是世界石油储备的实质性部分。常规的生产方法无法回收这种油中的很大部分，这部分是因为储层条件下的高粘度抑制了向生产井的流动。因此，通过常规生产所进行的最终回收经常低于10%。蒸汽注入是使用最为广泛的用于刺激重油生产的方法，目前占到大约80%。使用蒸汽作为热传输介质的好处在于在其凝结为水时释放大量热量。当蒸发（或凝结）的潜热有每磅1000BTU时，非常少量的蒸汽输送大量的能源。除了其能够以恒定、可控的温度传递热量的能力之外，其它优势包括蒸汽的安全、无毒以及不易燃烧的特性。

蒸汽驱涉及以有效速率向储层中注入具有充分质量的两相蒸汽。然而，生成蒸汽的成本很高，大约占到所有蒸汽驱操作成本的一半。由于高的蒸汽成本以及获得发生器许可的困难，有必要对所注入蒸汽的使用进行优化。然而，传递至储层的蒸汽质量很大程度上是未知的，这使得蒸汽质量测量对于是原油开采和储层管理都很重要。这样的测定在使用蒸汽的其它产业中也很重要。

水在饱和条件下能够作为气体或液体存在。潮湿的蒸汽能够包含气体和液体成分，这被本领域技术人员称之为两相流动。表达被称作蒸汽质量的每一相位的质量的常见方法是气体相位的质量流动速率与总质量流动速率之比，并且作为小于1的数字或者作为百分比而给出。作为表面分布线路中的蒸汽传递系统效率的决定因素的蒸汽质量测量已经使用各种方法得以进行。一种技术基于蒸汽通过面积收缩时的压降测量，并且需要利用管线内的压力测量设备进行准确的压力测量。另一种方法使得蒸汽通过孔口渗出至管路之外，以便生成被检测的声音能量。所检测信号的振幅与蒸汽质量相关。然而，该方法产生了不必要的噪声并且将蒸汽释放到环境之中。用于确定蒸汽质量的电容测量也需要附加的温度或压力测量设备，其中测量装置被插入蒸汽输送管线。为确定蒸汽质量，针对包含插入到蒸汽输送管路中的孔口的金属片的两侧上差分压力波动的测量也需要通过管路中的开孔进行连接的压力测量设备。

光学在线测量系统也已经被用于确定蒸汽质量。多个波长的辐射能量从发射器经由管路中的光学窗口到检测器而通过蒸汽。通过将被蒸汽流动所吸收的针对每个波长的辐射能量的数量进行比较，能够实时地在连续的基础上确定蒸汽质量的准确测量结果。

由于这些方法需要蒸汽输送管路的渗透或者将设备插入管路之中，所以都没有提供一种能够安装在一个位置并且因此易于在没有明显管道变化的情况下移动至另一位置的用于监视蒸汽质量的简单且非侵害的方法，经常导致这些方法不适于在现场使用。而且，蒸汽管道以超出4000F进行操作，并且测量设备必须抵受高温。

对于现场蒸汽注入操作而言蒸汽流动速率或蒸汽质量参数的近似测量是足够的，并且使用廉价的、易于维护且易于自动化的设备在多个位置进行非侵害测量的能力是具有价值的。

发明内容

本发明的实施例通过提供一种用于实时监视蒸汽质量的装置和方法而克服了现有技术的缺陷和限制。

本发明实施例的另一个目标是提供一种用于实时地对蒸汽质量进行非侵害监视的装置和方法。

本发明实施例的又另一个目标是提供一种用于在沿蒸汽管路的选定位置以及在沿蒸汽管路的其它选定位置对蒸汽质量进行非侵害监视的装置和方法。

本发明的再另一个目标是提供一种用于实时地对蒸汽流动进行非侵害监视的装置和方法。

本发明的其它目标、优势和新颖特征将在随后的描述中部分给出，并且部分在审阅下文之后对于本领域技术人员将会变得显而易见或者可以通过实践本发明而习得。本发明的目标和优势可以利用所附权利要求中特别指出的手段和组合而得以实现和获得。

为了实现以上和其它目标并且依据本发明的用途，如这里所体现并宽泛描述的，这里的用于在蒸汽流动的管路中的选定位置监视蒸汽质量的方法包括步骤：在选定位置检测由通过管路流动的蒸汽在管路中所生成的声音；从管路的自然谐振振动频谱确定至少一个声音频率；并且监视处于该至少一个声音振动频率的峰值振幅；由此从处于至少一个声音振动频率的峰值振幅的变化获得蒸汽质量的变化。

在本发明的另一个方面并且依据其目标和用途，这里的用于在蒸汽流动的管路中的选定位置监视蒸汽质量的装置包括：压电换能器，其用于在该选定位置检测通过管路流动的蒸汽在管路中所生成的声音；信号处理器，其用于从该压电换能器接收信号并且从管路的自然谐振振动频谱确定至少一个声音频率；和微处理器，其用于监视处于来自该信号处理器的至少一个声音振动频率的峰值振幅；由此从处于至少一个声音振动频率的峰值振幅的变化获得蒸汽质量的变化。

在本发明的又另一个方面并且依据其目标和用途，这里的用于在蒸汽流动的管路中的选定位置监视蒸汽质量的装置包括：与管路间隔开来的检测器，其用于在该选定位置检测通过管路流动的蒸汽在管路中所生成的声音；信号处理器，其用于从该检测器接收信号并且从管路的自然谐振振动频谱确定至少一个声音频率；和微处理器，其用于监视处于来自该信号处理器的至少一个声音振动频谱的峰值振幅；由此从处于至少一个声音振动频率的峰值振幅的变化获得蒸汽质量的变化。

在本发明的另一个方面并且依据其目标和用途，这里的用于在蒸汽流动的管路中的选定位置监视蒸汽质量的方法包括步骤：在该选定位置检测通过管路流动的蒸汽在管路中所生成的声音；从管路的自然谐振振动频谱确定至少一个声音频率；并且监视处于至少一个声音振动频谱的峰值频率；由此从处于至少一个声音振动频率的峰值频率的变化获得蒸汽质量的变化。

在本发明的另一个方面并且依据其目标和用途，这里的用于在蒸汽流动的管路中的选定位置监视蒸汽质量的装置包括：压电换能器，其用于在该选定位置检测通过管路流动的蒸汽在管路中所生成的声音；信号处理器，其用于从该压电换能器接收信号并且从管路的自然谐振振动频谱确定至少一个声音频率；和微处理器，其用于监视处于来自该信号处理器的至少一个声音振动频谱的峰值频率；由此从处于至少一个声音振动频率的峰值频率的变化获得蒸汽质量的变化。

在本发明的又另一个方面并且依据其目标和用途，这里的用于在蒸汽流动的管路中的选定位置监视蒸汽质量的装置包括：与所述管路间隔开来的检测器，其用于在该选定位置检测通过管路流动的蒸汽在管路中所生成的声音；信号处理器，其用于从该检测器接收信号并且从管路的自然谐振振动频谱确定至少一个声音频率；和微处理器，其用于监视处于来自该信号处理器的至少一个声音振动频谱的峰值频率；由此从处于至少一个声音振动频率的峰值频率的变化获得蒸汽质量的变化。

本发明实施例的益处和优势包括提供了一种用于从直接与管路相接触或与之远离进行的声音测量对该管路中流动的蒸汽的蒸汽质量和流动速度进行无侵害地监视的装置和方法，但是并不局限于此。在某些频率，这样的声音测量可以通过管路隔离来进行。

附图说明

结合于说明书之中并形成其一部分的附图图示了本发明的实施例，并且连同描述一起用来对本发明的原则进行解释。在附图中：

图1是本发明的装置实施例的示意性表示，其图示了使用麦克风、通过缓冲杆与管路间隔开来的超声换能器或者与管路直接接触的超声换能器中的至少一个在蒸汽管路中进行的声音测量。

图2A是使用麦克风获得的作为频率函数的从包含流动蒸汽的管路所发出的声音的快速傅里叶变换（FFT）的典型图形；图2B是使用具有缓冲杆的换能器获得的作为频率函数的从包含流动蒸汽的管路管壁中的声音的快速傅里叶变换的典型图形；并且图2C是使用直接接触换能器获得的作为频率函数的从包含流动蒸汽的管路管壁中的声音的快速傅里叶变换的典型图形。

图3A是从由便携式蒸汽发生器作为时间函数而生成的压力和温度测量结果所得出的蒸汽流动速率的图形，图3B是当蒸汽速率在1066和1128桶/天（bbl/day）之间变换时作为时间函数的来自通过缓冲杆耦合至蒸汽输送管路的压电换能器的输出的图形；并且图3C是针对单个谐振峰值作为时间（蒸汽流动速率）的函数的谐振峰值频率的图形。

图4A是作为时间函数的蒸汽速率（左侧纵坐标）和蒸汽质量（右侧纵坐标）的图形，在性质上图示出了这两个量之间的反向关系；而图4B是示出作为蒸汽流动速率的函数的蒸汽质量数据的最小二乘拟合，其在数量上图示了这两个量之间的方向关系。

具体实施方式

当蒸汽，特别是潮湿蒸汽通过管路流动时，以其范围处于低的可听到至高于正常听力之间的频率在管路中生成由流动引起的振动。当蒸汽质量有所变化时，在管路中所生成的频谱随之变化。本发明的实施例包括一种用于对承载流动蒸汽的管路和管道中的蒸汽质量和流动进行非侵害监视的装置和方法。通过直接与管路相接触或者与之隔离地测量由流动蒸汽在蒸汽输送管道内所生成的声音振动，将所测量的声音振动转换为管路的自然谐振振动的频谱特性，并且监视一个或多个选定谐振峰值的振幅和/或谐振频率，允许对管路中蒸汽流动速率的变化进行测量。

如以下将更为详细讨论的，并且如1995年6月6日授予Redus等人的美国专利号5，421，209的等式（9）中所给出的，蒸汽质量和蒸汽流动速率反向相关。因此，如果测量或以其它方式获知了蒸汽质量或蒸汽流动速率中的任一个，则另一个也被获知。

现在将详细参考本发明的实施例，其示例在附图中进行图示。在附图中，相似结构将使用相同的附图标记进行标示。将要理解的是，附图是用于对本发明的特定实施例进行描述的目的而并非意在将本发明局限于此。现在转向图1，示出了本发明的用于允许对输送流动蒸汽14的蒸汽管路12中的振动进行检测的实施例10。具有-49dB敏感度的宽带（100Hz-120kHz）铅笔型麦克风16与管路12间隔开来，并且被用来在不使用声音收集设备的情况下在2英寸的距离检测空气中从管路12所发出的声音。低带宽（-100Hz-10kHz）麦克风对于该用途将是有效的。抛物面反射器18能够进一步增强检测能力并且将间隙距离（stand-off distance）增加至-100英尺（ft）。麦克风16可以被置于管路12的数英寸（>2in）之内以避免被蒸汽输送管路12的热量所影响。麦克风16可用于对管路的长度进行扫描或者在不必向任何管路上安装设备的情况下快速检测蒸汽发生机构中的许多位置。当多条蒸汽输送管路被封闭包装时，使得麦克风与特定管路更为接近会是有用的，这使得来自相邻管路的信号不会对测量结果形成干扰。比单个麦克风具有更强指向性的定向麦克风或相控阵列麦克风系统在这样的干扰状况中会是有用的。相控阵列系统包括以周期性模式进行排列的多个麦克风并且允许电子器件对准在管路的更宽区域之上而无需在抛物面接收器或定向麦克风的情况下移动传感器。

其它适用的可商业获得的间隙振动检测器包括光纤系统、激光多普勒振动计以及电容和电磁传感器。

直接接触的振动检测测量结果被用来对间隙检测器的测量结果进行验证。由于管路12的表面很热（>400℉），所以碟形铌酸锂压电晶体（1MHz中心频率，5mm直径）20被直接耦合至管路表面22作为振动检测器。铌酸锂在这样的温度下具有长的寿命，而钛酸铋压电陶瓷可以在高达800℉的工作温度被用于直接接触测量。作为替换，具有圆柱体石英缓冲杆（5mm直径和1cm长度）26的压电换能器（锆酸铅-钛酸铅）碟片（500kHz中心频率）24被插入在换能器24和管路表面22之间。石英具有低导热性并且因此提供了良好的温度绝缘以保护压电晶体。然而，即使使用缓冲杆26，压电振动检测器也因为压电属性的退化而不适于在高于400℉的温度下长期使用。可以使用循环流体散热器（图1中未示出）来延长晶体寿命。压电碟片24在背面被加载以载钨环氧基树脂（tungsten-loaded epoxy）以加宽其频率响应。也能够使用具有必要频率带宽的其它超声换能器。为了检测振动，铌酸锂晶体20或换能器-缓冲杆组件24、26仅需要在轻微压力下与管路表面22形成物理接触以实现与管路12的声音耦合，而无需耦合凝胶。用于相对管路固定换能器-杆体系统的机械固定件（图1中未示出）足以应对该测量。

如所提到的，无需为了提供对振动测量传感器的访问而在去除蒸汽输送管路上的热绝缘的情况下进行测量，这是因为小于10kHz的频率在没有过多衰减的情况下可通过这样的绝缘良好地传送。

当存在过多的输送蒸汽的管路，阀门或管路分段彼此非常靠近而因此妨碍了间隙测量设备的安装或对特定兴趣区域进行振动测量时，直接接触的振动测量是特别有用的。由于并不需要耦合凝胶或环氧基树脂，所以换能器能够被轻易去除并且移动至另一位置。

来自麦克风或接触测量换能器的信号首先分别使用放大器28、30和32进行放大，并且随后被引向多通道、12比特、100kHz带宽的A/D转换器34。如果需要来自多个位置的测量结果，则本系统能够被轻易扩展至32个或更多的单独通道。具有集成或单独DSP（数字信号处理器）的微处理器36对来自每个通道的信号进行分析并且提供诸如USB或以太网38的输出。DSP系统对于处理来自相控阵列麦克风系统的信号而言足够快速。数字振动数据的FFT（快速傅里叶变换）由DSP在小于100μs内执行，并且确定振动频谱。这些振动频率与被通过管路的蒸汽流动所激发的管路（管道）12的各种自然谐振频率相关。依据本发明的实施例，蒸汽在其流动时与管路表面相互作用，将蒸汽具有的分子能量传输到管路表面，管路表面进而激发并放大被检测的管路的自然频率。以高流动速率，流动的紊流属性也会由于涡旋脱落和其它耦合现象而增强对管路的这种能量耦合。导致这种流动所引发的振动的机制已经被广泛研究并且被充分理解。各种谐振频率的振幅以及谐振峰值频率因此与蒸汽流动速率和蒸汽质量相关。峰值的振幅由于其更易于测量而可以作为更好的指示。输出可以为诸如图形、LCD屏幕上所显示的数字、在超出蒸汽质量的标示范围时的警报信号或者针对适当反馈控制的输入之类的各种形式，由此能够对节流阀进行调节以控制蒸汽流动。

可以在微处理器上采用频谱分析仪来直接提供能够被用于追踪谐振峰值及其振幅的频谱。

图2A、2B和2C是出于比较的目的同时测量的分别来自间隙麦克风、压电换能器和缓冲杆/压电换能器组合的作为频率函数的FFT幅度的图形进行。该频谱使用DSP中对所实时记录的振动振幅数据的FFT处理而获得。数据被绘制为瀑布状以显示在蒸汽通过管路时作为时间函数的频谱变化。蒸汽从定位在距测量位置大约100英尺的拖车上的便携式蒸汽发生器获得。蒸汽速率和蒸汽质量数值也针对该便携式蒸汽发生器而获得。这三个测量在其频谱方面提供了几乎相同的结果。例如，在所有测量中都在大约3和5kHz的FFT谱中观察到峰值，并且是如上文所提到的由蒸汽流动和质量所激发的管路谐振。除了由于铌酸锂换能器的敏感度在较高频率有所增加产生的大约8和9kHz的较强峰值（较高振幅）之外，直接接触的铌酸锂晶体测量也示出了两个大约3和5kHz的峰值。这些峰值的频率位置与管路尺寸（直径、管壁厚度和管路材质）相关并且（图2所示的）频率峰值对于这些特定的测量和配置是特定的。具有不同几何形状或尺寸的管路将具有不同的谐振特性。对于给定类型的蒸汽输送管路（通常这些是标准管路并且使用最为普遍）而言，将具有相关联的谐振峰值并且可以对这些频率的振幅进行监视。大多数谐振峰值能够被用于蒸汽质量测量，虽然其敏感度可能随峰值稍有变化。一旦生成了校准曲线，这些峰值的振幅和/或频率可以与蒸汽流动速率和蒸汽质量相关联，因为如以上所提到的以及以下所图示的，二者反向相关。数据显示管路振动的频率内容在频率小于大约10kHz时发出更大声音；然而，这可以基于管路尺寸而有所变化。对于当前测量而言，使用25kHz作为频率上限值，这是因为在该频率以上几乎没有发现振动活动。图2中所给出的结果清楚示出了间隙和直接接触振动测量提供了相同的由流动所引发的管路谐振频率信息。

图3A和3B将便携式蒸汽发生器所产生的蒸汽速率（从压力和温度测量所得出）和从压电晶体-缓冲杆组合所获得的测量结果进行比较。来自麦克风和铌酸锂晶体的测量结果显示了与以上所给出的讨论相一致的类似结果。对于该测量而言，任意选择了5kHz的谐振峰值，并且对其振幅进行监视。当蒸汽速率在1066至1128桶/天之间变化时，（规范化）测量结果以大约40分钟的周期被示出。蒸汽速率的该微小变化对应于蒸汽质量（74-76%）大约2%的变化。蒸汽质量遵循如该便携式蒸汽发生器所提供的蒸汽速率的倒数。该微小范围说明了本发明的敏感度。基于声音的非侵害测量和蒸汽发生器所产生的实际数值之间的关联非常一致（图3A和3B），其中声音数据和蒸汽速率数值的变化显示了近乎相同的表现。测量位置处的确切蒸汽速率预计与定位在几乎100英尺远的蒸汽发生器所产生的稍有不同，并且因此并不期待两个测量结果之间的完全关联。然而，所观察到的强关联表示在蒸汽输送管路中的流动所引起的谐振振动确实能够被用于蒸汽速率或蒸汽质量的测量。对于蒸汽速率的较大变化而言，预计谐振峰值振幅和频率的变化会发生更大偏移。在这样的情况下，更易于对对应于任意谐振峰值的频率进行追踪并且这些也可以被用于蒸汽质量和蒸汽速率的测量。图3C示出了随-2.6kHz的单个谐振峰值的蒸汽流动速率变化而偏移的谐振峰值频率的数据。这种情况下的频移很小，原因在于蒸汽流动速率变化被确定为很小。如部分在以上所讨论的，谐振频率的偏移由与管路表面耦合的流动和多普勒偏移引起。因此，任意所观察的管路谐振峰值的峰值频率位置或者其振幅中的任一个可以被用于与蒸汽质量或蒸汽流动速率相关联的测量。对于更高质量的数据而言，信号平均是有利的。对于峰值频率位置追踪而言，可以使用窄带通滤波器来减少数据波动。图1所示的DSP和微处理器实时执行数据平滑和数据滤波。

图4A和4B示出了蒸汽流动速率和蒸汽质量之间的关系。该测量结果由便携式蒸汽发生器基于压力和温度的热力学测量而生成。图4A示出了这两个测量结果反向关联，因为一个是另一个的反向版本，而图4B则是作为蒸汽质量的函数的蒸汽流动速率的图形。图中的实心圆是实际测量结果而实线则是数据的最小二乘拟合。该拟合可以通过简单等式而被表示为蒸汽质量=-21.587+109234.109234.01/蒸汽流动速率。因此，一个参数的测量结果提供了另一参数的测量结果，并且当前的声音测量与两个参数都相关。

已经出于说明和描述的目的给出了本发明的以上描述，而其并非意在是穷举的或者将本发明限制为所公开的确切形式，并且显然可能借助于以上教导而进行许多修改和变化。实施例是为了对本发明的原则及其实际应用进行最佳解释而被选择并描述以因此而使得本领域其他技术人员能够最佳地对各个实施例及其所预见到的适于特定用途的各种修改的本发明加以利用。本发明的范围意在由所附权利要求进行限定。

Claims (46)

1.一种用于在蒸汽流动的管路中的选定位置监视蒸汽质量的方法，其特征在于，包括步骤：

在选定位置检测由通过管路流动的蒸汽在管路中所生成的声音；

从管路的自然谐振振动频谱确定至少一个声音频率；并且

监视处于所述至少一个声音振动频率的峰值振幅；

由此从处于所述至少一个声音振动频率的峰值振幅的变化获得蒸汽质量的变化。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，进一步包括从蒸汽质量的变化计算蒸汽流动速率的变化的步骤。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述检测管路中所生成的声音的步骤使用麦克风来实现。

4.根据权利要求3的方法，其特征在于，该麦克风包括抛物面反射器。

5.根据权利要求3的方法，其特征在于，该麦克风从铅笔麦克风、定向麦克风和相控阵列麦克风中进行选择。

6.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述检测管路中所生成的声音的步骤使用激光多普勒振动仪来实现。

7.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述检测管路中所生成的声音的步骤使用与管路声音接触的压电换能器来实现。

8.根据权利要求7的方法，其特征在于，该压电换能器从铌酸锂、锆酸铅-钛酸铅和钛酸铋晶体中进行选择。

9.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述检测管路中所生成的声音的步骤使用与缓冲杆声音接触的压电换能器来实现，所述缓冲杆与管路声音接触。

10.根据权利要求9的方法，其特征在于，所述压电换能器从铌酸锂、锆酸铅-钛酸铅和钛酸铋晶体中进行选择。

11.根据权利要求1的方法，其特征在于，进一步包括生成所检测的管路中所生成的声音的快速傅里叶变换的步骤。

12.一种用于在蒸汽流动的管路中的选定位置监视蒸汽质量的装置，其特征在于，包括：

压电换能器，其用于在所述选定位置检测通过管路流动的蒸汽在管路中所生成的声音；

信号处理器，其用于从该压电换能器接收信号并且从管路的自然谐振振动频谱确定至少一个声音频率；和

微处理器，其用于监视处于来自所述信号处理器的所述至少一个声音振动频率的峰值振幅；

由此从处于所述至少一个声音振动频率的峰值振幅的变化获得蒸汽质量的变化。

13.根据权利要求12的装置，其特征在于，所述压电换能器从铌酸锂、锆酸铅-钛酸铅和钛酸铋晶体中进行选择。

14.根据权利要求12的装置，其特征在于，进一步包括与所述管路声音接触的缓冲杆。

15.根据权利要求12的装置，其特征在于，所述信号处理器包括数字信号处理器，通过该数字信号处理器生成所检测声音的快速傅里叶变换。

16.根据权利要求15的装置，其特征在于，所述数字信号处理器包括频谱分析仪。

17.一种用于在蒸汽流动的管路中的选定位置监视蒸汽质量的装置，其特征在于，包括：

与所述管路间隔开来的检测器，其用于在所述选定位置检测通过管路流动的蒸汽在管路中所生成的声音；

信号处理器，其用于从所述检测器接收信号并且从所述管路的自然谐振振动频谱确定至少一个声音频率；和

微处理器，其用于监视处于来自所述信号处理器的所述至少一个声音振动频谱的峰值振幅；

由此从处于所述至少一个声音振动频率的峰值振幅的变化获得蒸汽质量的变化。

18.根据权利要求17的装置，其特征在于，所述检测器包括麦克风。

19.根据权利要求18的装置，其特征在于，所述麦克风包括抛物面反射器。

20.根据权利要求18的装置，其特征在于，所述麦克风从铅笔麦克风、定向麦克风和相控阵列麦克风中进行选择。

21.根据权利要求17的装置，其特征在于，所述检测器包括激光多普勒振动仪。

22.根据权利要求17的装置，其特征在于，所述信号处理器包括数字信号处理器，通过该数字信号处理器生成所检测声音的快速傅里叶变换的。

23.根据权利要求22的装置，其特征在于，所述数字信号处理器包括频谱分析仪。

24.一种用于在蒸汽流动的管路中的选定位置监视蒸汽质量的方法，其特征在于，包括步骤：

在所述选定位置检测通过管路流动的蒸汽在管路中所生成的声音；

从管路的自然谐振振动频谱确定至少一个声音频率；并且

监视处于所述至少一个声音振动频率的峰值频率；

由此从处于所述至少一个声音振动频率的峰值频率的变化获得蒸汽质量的变化。

25.根据权利要求24的方法，其特征在于，进一步包括从蒸汽质量的变化计算蒸汽流动速率的变化的步骤。

26.根据权利要求24的方法，其特征在于，所述检测管路中所生成的声音的步骤使用麦克风来实现。

27.根据权利要求26的方法，其特征在于，所述麦克风包括抛物面反射器。

28.根据权利要求26的方法，其特征在于，所述麦克风从铅笔麦克风、定向麦克风和相控阵列麦克风中进行选择。

29.根据权利要求24的方法，其特征在于，所述检测管路中所生成的声音的步骤使用激光多普勒振动仪来实现。

30.根据权利要求24的方法，其特征在于，所述检测管路中所生成的声音的步骤使用与管路声音接触的压电换能器来实现。

31.根据权利要求30的方法，其特征在于，所述压电换能器从铌酸锂、锆酸铅-钛酸铅和钛酸铋晶体中进行选择。

32.根据权利要求24的方法，其特征在于，所述检测管路中所生成的声音的步骤使用与缓冲杆声音接触的压电换能器来实现，所述缓冲杆与管路声音接触。

33.根据权利要求32的方法，其特征在于，所述压电换能器从铌酸锂、锆酸铅-钛酸铅和钛酸铋晶体中进行选择。

34.根据权利要求24的方法，其特征在于，进一步包括生成所检测的管路中所生成的声音的快速傅里叶变换的步骤。

35.一种用于在蒸汽流动的管路中的选定位置监视蒸汽质量的装置包括：

压电换能器，其用于在所述选定位置检测通过管路流动的蒸汽在管路中所生成的声音；

信号处理器，其用于从所述压电换能器接收信号并且从所述管路的自然谐振振动频谱确定至少一个声音频率；和

微处理器，其用于监视处于来自所述信号处理器的所述至少一个声音振动频率的峰值频率；

由此从处于所述至少一个声音振动频率的峰值频率的变化获得蒸汽质量的变化。

36.根据权利要求35的装置，其特征在于，所述压电换能器从铌酸锂、锆酸铅-钛酸铅和钛酸铋晶体中进行选择。

37.根据权利要求35的装置，其特征在于，进一步包括与所述管路声音接触的缓冲杆。

38.根据权利要求35的装置，其特征在于，所述信号处理器包括数字信号处理器，通过该数字信号处理器生成所检测声音的快速傅里叶变换。

39.根据权利要求38的装置，其特征在于，所述数字信号处理器包括频谱分析仪。

40.一种用于在蒸汽流动的管路中的选定位置监视蒸汽质量的装置包括：

与所述管路间隔开来的检测器，其用于在所述选定位置检测通过管路流动的蒸汽在管路中所生成的声音；

信号处理器，其用于从所述检测器接收信号并且从所述管路的自然谐振振动频谱确定至少一个声音频率；和

微处理器，其用于监视处于来自所述信号处理器的所述至少一个声音振动频率的峰值频率；

由此从处于所述至少一个声音振动频率的峰值频率的变化获得蒸汽质量的变化。

41.根据权利要求40的装置，其特征在于，所述检测器包括麦克风。

42.根据权利要求41的装置，其特征在于，所述麦克风包括抛物面反射器。

43.根据权利要求41的装置，其特征在于，所述麦克风从铅笔麦克风、定向麦克风和相控阵列麦克风中进行选择。

44.根据权利要求40的装置，其特征在于，所述检测器包括激光多普勒振动仪。

45.根据权利要求40的装置，其特征在于，所述信号处理器包括数字信号处理器，通过该数字信号处理器生成所检测声音的快速傅里叶变换。

46.根据权利要求45的装置，其特征在于，所述数字信号处理器包括频谱分析仪。