CN104471370A - 改进的悬浮沉积物计量表 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于测量流体的悬浮沉积物的至少一个参数值的装置。所述装置包括反向散射换能器模块、存储单元和计算单元。所述反向散射换能器模块包含源模块和接收器模块。所述源模块传输具有不同的固定表征测量频率的至少三个声学信号，而所述接收器模块测量回声信号的至少三个回声电平值，所述至少三个回声电平值与所述至少三个声学信号对应。所述存储单元存储具有预定悬浮沉积物参数值的数据集合的预定回声电平值的数据集合。所述计算单元自所述数据集合和所述至少三个回声电平值导出至少一个悬浮沉积物参数值。

Description

改进的悬浮沉积物计量表

技术领域

本发明涉及用于确定流体中的悬浮沉积物的浓度的系统和方法。

背景技术

测量水的低和高的悬浮沉积物浓度(SSC)的水监视技术可用以优化或改进用于各种工业应用的制程。

在一应用中，水监视技术用于监视水质量，其中监视位于靠近建筑工地处，在建筑工地处，水中的悬浮沉积物的任何增加可为对于自然的危害，诸如珊瑚、鱼类或海草。在另一应用中，水监视技术用于对水力发电厂的入口和/或出口中的悬浮沉积物的实时控制，以防止对水力发电厂的部分的损坏，诸如泵、涡轮机轴封、阀门和闸门。在又一应用中，此等水监视技术用于控制水处理厂的污水的吸入。

不同的声反向散射(ABS)技术存在，以测量悬浮沉积物的浓度以用于监视水的质量。此等方法常常需要校准，其中流体的样本经采用以用于分析流体样本的悬浮沉积物。分析包括将如回声电平(EL)的反向散射强度测量结果转换为悬浮沉积物浓度(SSC)数据。

此采样需要定期地进行，以避免对于悬浮沉积物的不同组成提供同一测量值。同一测量值可自具有某些颗粒大小的不同悬浮沉积物获得。悬浮沉积物的组成可在诸如自然波动的情形中变化，其中进入水中的不同的土壤流失在工业制程中改变或在住户中改变从而影响自所述住户的污水排放。

EP 0 989 397 Al公开用于确定分散颗粒的特性的过程。此过程涉及将声波或光波引导至颗粒的分散中，且测量对于特定频率的波的衰减以提供衰减频谱。所测量的衰减频谱接着与一组基于理论的所计算衰减频谱比较，以确定对应于所测量衰减频谱的颗粒大小分布。

US 4 706 509公开悬浮液中的固体的浓度和颗粒大小分布的同时测量，此是通过用多个频率的超声波激励悬浮液来实现。最低频率的波长大于待预期的最大颗粒的直径，且最高频率的波长小于待预期的最小颗粒的直径。固体颗粒的维度频谱划分为多个维度间隔。各别固体浓度是通过测量用于照射的每一频率的辐射吸收和将其表示为吸收系数的乘积的总和来确定，其特定的为具有未知颗粒浓度的频率和维度间隔。此情况产生方程式的线性系统，此系统关于未知浓度来求解。

发明内容

本发明的目标为提供测量流体中的悬浮沉积物的改进方法。

本发明提供一种用于测量流体的悬浮沉积物的至少一个参数值的装置。此测量装置被称作沉积物计量表。

流体在此处指代液体，但其也可指代气体。沉积物具有具不同大小的多个颗粒。

沉积物参数的一些实例包括沉积物的浓度、沉积物的颗粒函数的中值大小和沉积物的颗粒函数的斜率，但沉积物的其他参数也是可能的。

术语“中值”在此处指代已依序排列的一组数目中的中间数目，或指代已依序排列的一组测量结果中的测量结果。术语“中值”也指代平均值或平均量或数字。

装置包括反向散射换能器模块、存储单元和计算单元。

反向散射换能器模块包含源模块和接收器模块。

源模块经提供以用于传输具有不同的固定表征测量频率且具有预定信号电平的至少三个声学信号。

不同于声学信号或光波经引导为分散且测量波的衰减的衰减测量结果，本发明的声学信号意欲引导于使用者感兴趣的悬浮沉积物处且意欲被回送。声学信号随着其在流体中行进至沉积物而经历能量或衰减。沉积物接着散射声学信号且也朝向换能器模块反向散射声学信号，由此声学信号进一步衰减。反向散射的声学信号也被称作回声信号。

接收器模块测量所述至少三个回声信号的至少三个回声电平值，所述至少三个回声电平值与所述至少三个声学信号对应。

一般而言，用于描述或表征沉积物的沉积物参数的数目为3。此等三个沉积物参数也表示三个未知数。因此，用于获得关于沉积物的信息的声学信号的数目也为3。

事实上，声学信号中的一或多者可能并不获得关于沉积物的信息。声学信号可具有并不自沉积物产生反向散射信号的频率。因此，三个以上声学信号可用以表征沉积物。

存储单元对于沉积物计量表的不同操作频率存储具有预定悬浮沉积物参数值的相应数据集合的预定回声电平值的数据集合。换言之，存储单元对于沉积物计量表的不同操作频率具有各种预定回声电平值。每一预定回声电平值具有相应的预定悬浮沉积物参数值。

计算单元根据存储单元的所存储数据集合且根据来自接收器模块的所测量回声电平值导出一或多个悬浮沉积物参数值。计算单元比较所测量回声电平值与具有预定悬浮沉积物参数值的所存储相应数据集合的预定回声电平值的所存储数据集合以导出沉积物参数值。

测量装置具有用于产生准确沉积物读数的简单设计的优点。

预定悬浮沉积物参数值的数据集合常常包括至少一个浓度悬浮沉积物参数值，和/或悬浮沉积物的颗粒函数的至少一个中值参数值，和/或悬浮沉积物的颗粒函数的至少一个斜率参数值。此等沉积物参数常常用以描述沉积物。

计算单元常常包括用于通过导出回声信号的至少一个参数值来检测放置于声学信号的信号路径中的气泡的存在的模块。

如果气泡的存在被检测到，则使用者可被呈现警告消息。

回声信号的参数值可包含回声信号的频谱的相位参数值。相位参数值可使用快速傅立叶转化技术来导出。仅用于沉积物的相位参数值通常处于典型的预定范围内。当相位参数值在此范围外时，此指示相位参数值已移位且此位移可通过流体中的气泡引起。

回声信号的频谱的参数值也可包含回声信号的频谱的振幅参数值。此振幅参数值也可使用快速傅立叶转化技术来导出。主振幅参数值通常出现在声学信号的操作频率下。当有义振幅出现在较高谐波或较低次谐波频率下时，此也指示气泡的存在。在较高谐波频率下的振幅将通过气泡的振荡效应引起，而在次谐波频率下的振幅将通过声波与气泡之间的非线性相互作用产生。有义振幅被定义为大于预定阈值的振幅。

本发明也提供一种确定流体的悬浮沉积物的至少一个参数的方法。

所述方法包括提供具有预定悬浮沉积物参数值的相应数据集合的预定回声电平值的数据集合的步骤。主电脑可用以产生此等数据集合。

在此之后，具有不同的固定表征测量频率的至少三个声学信号被引导于使用者感兴趣的流体的悬浮沉积物处。

声学信号在流体中行进至沉积物，其中沉积物散射且反射回声学信号。经反射的声学信号被称作回声信号。

与所述至少三个声学信号对应的至少三个回声信号的至少三个回声电平接着得以测量。

悬浮沉积物的至少一个参数值稍后根据具有预定悬浮沉积物参数值的所提供相应数据集合的预定回声电平值的所提供数据集合且根据所述至少三个回声电平的测量结果导出。

预定悬浮沉积物参数值的数据集合常常包含预定浓度悬浮沉积物参数值，和/或悬浮沉积物的颗粒函数的预定中值参数值，和/或悬浮沉积物的颗粒函数的预定斜率参数值。此等参数值是容易理解的且常常用以描述沉积物。

所述方法常常包括检测气泡在声学信号的信号路径中的存在的步骤。气泡可影响使用者感兴趣的沉积物的读数。

如果气泡的存在被检测到，则使用者可被呈现警告消息。

气泡的存在的检测通常包括导出回声信号的频谱的至少一个相位参数值的步骤。回声信号的相位参数值通常属于预定范围内。当相位参数值处于此范围外时，相位参数值已移位且此可通过放置于沉积物计量表的测量路径中的气泡引起。

气泡的存在的检测也可包括导出回声信号的频谱的至少一个振幅值的步骤。主振幅常常出现在声学信号的操作频率下。当有义振幅出现在(例如)较高谐波频率下时，此指示气泡的存在。有义振幅大于预定阈值。

所述三个回声电平也可自所测量电信号转换以用于沉积物参数值的容易计算。

所述至少一个悬浮沉积物参数的导出常常考虑归因于流体的衰减的效应，和/或归因于悬浮沉积物的颗粒大小的衰减的效应，和/或悬浮沉积物的浓度的效应。这些是为了沉积物的更准确测量而进行的。

附图说明

图1说明悬浮沉积物计量表，

图2说明图1的悬浮沉积物计量表的换能器头，换能器头包括多个换能器，

图3说明图2的换能器头的操作场，

图4说明图2的换能器头的换能器中的一者的接收灵敏度曲线图，

图5说明图2的换能器头的换能器中的一者的发射灵敏度曲线图，

图6说明用于测量悬浮沉积物浓度(SSC)的方法的流程图，

图7说明使用图1的沉积物计量表来确定悬浮沉积物参数的方法的流程图，

图8说明图7的方法的图1的沉积物计量表的所存储值的表格，

图9说明图7的方法的测量值的范围，

图10说明用于检测气泡的方法的悬浮沉积物的反向散射信号的测量点，

图11说明图10的反向散射信号的相位的视图，

图12说明图10的反向散射信号的相位的另一视图，

图13说明检测气泡的存在的另一方法的图1的悬浮沉积物计量表的反向散射信号的信号频谱，

图14说明用于检测气泡的存在的图1的悬浮沉积物计量表的反向散射信号BS的又一信号频谱，和

图15说明用于检测气泡的存在的图1的悬浮沉积物计量表的反向散射信号BS的另一信号频谱。

具体实施方式

在以下描述中，细节得以提供以描述本发明的实施例。然而，熟习此项技术者应显而易见，实施例可在无此等细节的情况下实践。

展示于诸图中的实施例的一些部件具有类似部件。类似部件具有与基本符号或与字母符号相同的名称或类似的部件号。此等类似部件的描述也通过参考其他类似部件来应用(在适当之处)，由此在不限制本发明的情况下减少文字的重复。

图1展示悬浮沉积物计量表10。沉积物计量表10包含处理器15、存储器单元17和换能器头20。处理器15连接至存储器单元17且连接至换能器头20。沉积物计量表10也包括气泡检测器18。

如图2中所见，换能器头20包括换能器41、换能器42、换能器43和换能器44。换能器41、42、43和44中的每一者具有声源和声接收器。

在使用中，悬浮沉积物计量表10用于确定流体的悬浮沉积物的一或多个参数或特性。参数的实例为悬浮沉积物的浓度。悬浮沉积物也被称作悬浮材料。流体在此处指代液体，诸如水。

为了操作效率，换能器41、42、43和44常常与流体进行物理接触。使用者朝向流体含有悬浮沉积物的区域或体积引导换能器41、42、43和44，其中流体区域是使用者感兴趣的。

换能器41、42、43和44的声源意欲将具有各种不同频率的源声学信号的短脉冲传输至使用者感兴趣的流体区域。

源声学信号的所传输脉冲的脉宽和频率是根据预期存在于流体区域中的悬浮沉积物的预期颗粒大小来选择。源声脉冲接着与所述悬浮沉积物相互作用，其中悬浮沉积物散射源声脉冲且将源声脉冲反射回至换能器41、42、43和44的声接收器。换言之，悬浮沉积物将源声脉冲反向散射至所述声接收器。所反射的声脉冲也被称作回声信号、原始信号，或反向散射信号。

在一个实例中，换能器41产生具有操作频率0.5MHz(兆赫)的声学信号，而换能器42产生具有操作频率1MHz的声学信号。换能器43产生具有操作频率2MHz的声学信号，且换能器44产生具有操作频率4MHz的声学信号。

在另一实例中，源声脉冲具有约几米的传输范围、约10微秒的脉宽，以及用于测量具有范围为约2mm(毫米)至约20μm(微米)的直径的颗粒大小的范围为约0.250MHz(兆赫)至约5MHz的频率。

气泡检测器18起作用以检测气泡在流体中的存在，这可以影响悬浮沉积物的读数。

图3展示对应于悬浮沉积物计量表10的换能器头20的换能器41、42、43和44的声纳换能器11的声学信号的操作区域或场。

操作区域可以大致划分为两个区域，即近场50和远场54。近场50放置于换能器11与远场54之间。远场54包括测量区间55。

测量区间55指代含有流体的悬浮沉积物的一部分的体积，所述体积是使用者感兴趣的。沿着源自换能器11至测量区间的线径向地测量的测量区间的长度定义需要延伸遍及测量区间的声学信号的频率的循环的数目，以确保测量区间含有声学信号以用于反向散射声学信号。

在一个实施中，悬浮沉积物位于距换能器11的表面至少30cm(厘米)处。测量区间55的长度为3cm。在此实例中，对于具有频率1MHz的声学信号，用于延伸遍及测量区间的脉冲的数目为约20个循环，而对于具有频率4MHz的声学信号，用于延伸遍及测量区间的脉冲的数目为约80个循环。

换能器11充当引导在所述沉积物部分处的声学信号的来源。换能器11的形状和尺寸对悬浮沉积物的空间分辨率具有影响，且也对与声学信号相关联的反向散射信号的特性具有影响。

近场50中的声学信号与远场54中的声学信号相比通常分析起来更复杂。在远场54中，声源的声学信号可以被处理且被视为源自点源。如果换能器11具有圆形形状，则远场54中的其声学信号的相互作用体积可以近似为具有锥形形状，其中锥形形状的尖端位于换能器11处。另一方面，在近场50中，声源的声学信号可以被视为以窄列发射至近场50。

在一般意义上，声纳换能器11也可以产生特定的非锥形波束图案。测量区间55也可以位于近场50中，而非位于远场54中。

参考换能器41、42、43和44的声接收器，其测量回声信号的强度，所述回声信号与换能器41、42、43和44的声源的源声学信号相关联。强度数据包含幅值数据和相移数据。幅值数据也被称作强度数据。

声接收器以毫伏(mV)测量源声学信号的反向散射信号BaS。毫伏值接着通过使用下文所示的等式对于相关频率应用特定换能器灵敏度SE而转换为dB(分贝)值。

EL[db]＝20log₁₀(BaS)+SE   (2)，

其中

EL＝(所接收)回声电平，

BaS＝所测量反向散射信号

SE＝换能器灵敏度

换能器灵敏度SE的值展示于接收灵敏度曲线图51中，接收灵敏度曲线图51说明于图4中。换能器灵敏度SE也被称作换能器响应性。换能器响应性被定义为输出信号参考输入信号的增益。

回声电平EL也被称为反向散射信号的强度。

以类似方式，源电平SL的分贝值对于通过换能器用1MHz频率所产生的信号使用发射灵敏度曲线图52来计算，发射灵敏度曲线图52说明于图5中。

回声信号的所测量强度可使用下文所示的被称作“声音导航和测距”(SONAR)方程式的数学方程式来描述。

EL＝SL-TL+BS   (1)，

其中

EL＝(所接收)回声电平，

SL＝源电平，

TL＝发射损耗，且

BS＝反向散射强度。

考虑流体中声音的速度、声音传播特性和悬浮沉积物的散射强度，源电平SL信号与悬浮沉积物的特性之间的关系可发展。此关系取决于源电平SL信号的频率。

来自具有恒定浓度的流体中的悬浮沉积物颗粒的均匀场的反向散射信号的回声电平EL被视为与在源电平SL信号的声源与悬浮沉积物的颗粒之间的距离成反比地变化且根据对于归因于流体和归因于悬浮沉积物颗粒的衰减的相关因子变化。

反向散射信号的回声电平EL可由此与悬浮沉积物的浓度和颗粒大小且与在声学信号的发射与声学信号的反向散射信号的接收之间的时间延迟相关。

用于上文所述的关系的数学关系模型展示于下文中。

$\begin{array}{c}\mathrm{EL}=\mathrm{SL}+C-20\log \left(\mathrm{\ηR}\right)-2{\mathrm{\α}}_{w}R-2\left[\mathrm{\Σ}\left(C_1\frac{{\mathrm{\χ}}_i{\mathrm{SSC}}_i}{a_i{\mathrm{\ρ}}_s}\right)\right]R\\ +10\log \left(\mathrm{\ψ}\frac{\mathrm{c\τ}}{2}\right)+10\log \mathrm{\Σ}\left(C_2{a}_i^2{f}_{\#,i}^2{N}_i\right)\end{array}---\left(3\right),$

其中

EL＝(所接收)回声电平，

SL＝源电平，

C＝取决于换能器的系数，

R＝声源与测量区间之间的距离，所述区间定义为两个距离Rl与R2之间的范围，其中此两个距离Rl及R2的选择得以小心地进行以确保测量区间含有用于测量所要信息(例如，颗粒混合物)的感兴趣的悬浮沉积物，

η＝f(R,a_t)＝近场校正，

a_w＝f(f_R,S,T,etc)＝归因于流体的吸收，其中

f_R＝频率，S＝盐度，且T＝温度，

ψ＝换能器的固体张角，

SSC_i＝第i个分式的悬浮沉积物浓度，

c＝f(f_R,S,T,etc)＝声速，

τ＝所发射信号的持续时间，

N_i＝每单位体积的颗粒的数目，

a_i＝颗粒半径，

x_i＝规格化的总散射横截面，

f_#,i＝形状函数，

ρ_s＝沉积物的密度，

C₁＝沉积物浓度的函数，且

C₂＝沉积物浓度的函数。

方程式(3)考虑信号归因于扩频、归因于流体及归因于悬浮沉积物的发射损耗或衰减。

详言之，术语20log(ηR)表示归因于扩频的发射损耗TL的的组份。术语2α_wR表示归因于流体的发射损耗TL的另一组份。术语表示归因于悬浮沉积物的发射损耗TL的又一组份。

术语 $10\log \left(\mathrm{\ψ}\frac{\mathrm{c\τ}}{2}\right)+10\log \mathrm{\Σ}\left(C_2{a}_i^2{f}_{\#,i}^2{N}_i\right)$ 表示源电平SL信号的反向散射强度BS。

系数或参数C₁及C₂也被定义为沉积物浓度的函数，而非沉积物浓度的恒定值，以用于改进在较宽范围的悬浮沉积物浓度(SSC)值内确定回声电平EL的准确性。

参考存储器单元17，其用以存储具有相应沉积物参数的所确定回声电平EL的表格。

处理器15起作用以根据所确定回声电平EL确定悬浮沉积物的参数。

参考悬浮沉积物，悬浮沉积物可用三个沉积物参数来描述，即悬浮沉积物浓度参数连同中值参数和悬浮沉积物的颗粒函数的斜率参数。此解释于下文中。

用于确定悬浮沉积物参数的不同方法是可能的。

图6展示用于使用多频率声反向散射(ABS)测量悬浮沉积物浓度(SSC)的计量方法的流程图112。

流程图112包括将声脉冲的三个不同信号传输至感兴趣的流体的悬浮沉积物的步骤，其中所述三个信号具有三个相应频率。在此之后，与所述三个不同信号相关联的反向散射信号得以测量。

图7展示使用沉积物计量表10来确定悬浮沉积物参数的方法的流程图115在下文描述。

所述方法包括准备步骤和操作步骤。

准备步骤包含在步骤117中使用用于悬浮沉积物参数的各种预定值的方程式(3)计算用于预定源电平SL信号的多个回声电平EL值。

在步骤119中，接着将此等值存储于沉积物计量表10的存储器单元15中。

图8展示沉积物参数的所存储数据集合的表格120。

表格120包含若干列的数据。所述数据包括

-悬浮沉积物的SSC值的范围的一列数据，

-沉积物的颗粒函数的中值的范围的相应列的数据，

-沉积物的颗粒函数的斜率值的范围的相应列的数据，

-用于具有频率0.5Mhz的源信号的回声电平的范围的相应列的数据，

-用于具有频率1.2Mhz的源信号的回声电平的范围的相应列的数据，

-用于具有频率2.5Mhz的源信号的回声电平的范围的相应列的数据，和

-用于具有频率5.0Mhz的源信号的回声电平的范围的相应列的数据。

参考操作步骤，其包含在步骤121中将具有沉积物计量表10的三个不同的相应频率的三个源电平SL信号发送至悬浮沉积物。

在步骤123中，沉积物计量表10稍后测量与所述三个源电平SL信号相关联的三个回声电平EL值。

图9展示所测量回声电平EL值的范围的表格124。

在步骤125中，使用存储器单元15中的所存储值，接着估计悬浮沉积物的三个参数。

所述三个沉积物参数表示三个未知因子。具有三个不同的相应频率的三个源电平SL信号接着足以获得所述三个沉积物参数的值。

在步骤125中，对于具有在用于具有频率0.5Mhz的源信号的146.7(dB)至147.2(dB)范围之间的读数的所测量回声电平，悬浮沉积物的悬浮沉积物浓度(SSC)参数接着被估计为在1.0(kg/m3)与1.1(kg/m3)之间，其中沉积物的颗粒函数的中值大小参数被估计为在53μm(微米)与55μm之间且沉积物的颗粒函数的斜率参数被估计为在0.0161与0.0162之间。

使用者常常传输具有相应的不同频率(其可为四个或五个不同频率)的三个以上不同信号，以确保所要信息自此等信号获得。当声学信号的频率中的一者并不对于沉积物的特定颗粒大小产生反向散射信号时，所述频率可能不产生反向散射信号。当此发生时，反向散射信号的测量将不含有任何所要信息。

用于确定悬浮沉积物参数的以上方法也可包括用于检测悬浮沉积物中的气泡的步骤。气泡的存在可不利地改变所测量或所确定的沉积物参数值。

图10和11说明检测流体的测量区间中的气泡的方法的悬浮沉积物的反向散射信号的相位的评估。

所述方法包括如图10中所示采用反向散射信号的离散测量值130的步骤。

处理器15接着提供离散测量值130的傅立叶转化(诸如，快速傅立叶转化(FFT))，以便评估其相位频谱。相位频谱中的测量频率的相位值对于无气泡的流体具有典型预定范围的值。自此等相位值的偏差指示气泡的存在。

图11展示悬浮沉积物的反向散射信号的不同相位，即不具有气泡的悬浮沉积物的相位140和具有气泡的悬浮沉积物的移位相位135。

图12展示悬浮沉积物的反向散射信号的相位的另一视图。图12展示仅来自悬浮沉积物的反向散射信号的典型相位的实线145、仅来自气泡的反向散射信号的移位相位的虚线147，和来自悬浮沉积物和气泡两者的反向散射信号的移位相位的虚线连接线150。

当气泡的存在被检测到时，使用者被警告或警示此。

此允许使用者在气泡被检测到时采取适当行动。气泡可不利地影响所确定的悬浮沉积物参数值。

图13至15展示藉由计算检测气泡的存在的另一方法的悬浮沉积物的反向散射信号的傅立叶转化所导出的不同的信号振幅谱。

振幅谱接着经分析以识别振幅谱中在较高谐波频率下的有义振幅值的出现，其中所述出现指示气泡在流体中的存在。有义振幅值大于存储于沉积物计量表10的存储器单元15中的预定阈值。

图13展示悬浮沉积物的反向散射信号的信号振幅谱160。信号仅自流体的悬浮沉积物反向散射。反向散射信号与具有操作频率120kHz的声源信号AS相关联。振幅谱160展示本质上无较高谐波频率的一主频率120kHz。

图14展示反向散射信号的信号振幅谱162。信号仅自流体的气泡反向散射。反向散射信号与具有操作频率120k kHz的声学信号AS相关联。振幅谱162展示主频率120kHz和包括较高谐波频率240kHz和较高谐波频率360kHz的较高谐波频率。

图15展示反向散射信号的信号振幅频率谱165。信号自流体的悬浮沉积物且自气泡反向散射。反向散射信号与具有操作频率120kHz的声学信号AS相关联。振幅谱165展示主频率120kHz和包括较高谐波频率240kHz和较高谐波频率360kHz的较高谐波频率。

气泡的此检测接着用以警告使用者所测量的沉积物浓度归因于气泡的存在可为不正确的。

此步骤允许使用者采取关于气泡的适当步骤。气泡可不利地影响所确定的悬浮沉积物参数值。

在一般意义上，检测气泡的步骤可与确定悬浮沉积物的浓度的步骤并行或同时进行。检测气泡的步骤也可在确定悬浮沉积物的浓度的步骤之前或之后进行。

实施例也可在特征或元件的以下列表组织为条目的情况下得以描述。条目列表中所公开的特征的各别组合分别被视为也可与本发明的其他特征组合的独立的标的。

1.一种用于测量流体的悬浮沉积物的至少一个参数值的装置，所述装置包含

反向散射换能器模块，其包含

-源模块，其用于传输具有不同的固定表征测量频率的至少三个声学信号，以及

-接收器模块，其用于测量回声信号的至少三个回声电平值，所述至少三个回声电平值与所述至少三个声学信号对应，

存储单元，其存储具有预定悬浮沉积物参数值的数据集合的预定回声电平值的数据集合，

计算单元，其用于根据具有所述预定悬浮沉积物参数值的数据集合的所述预定回声电平值的数据集合且根据所述至少三个回声电平值导出至少一个悬浮沉积物参数值。

2.根据条目1所述的装置，其中

所述预定悬浮沉积物参数值的数据集合包含至少一个浓度悬浮沉积物参数值。

3.根据条目1或条目2所述的装置，其中

所述预定悬浮沉积物参数值的数据集合包含所述悬浮沉积物的颗粒函数的至少一个中值参数值。

4.根据上文所提及的条目中的一者所述的装置，其中所述预定悬浮沉积物参数值的数据集合包含所述悬浮沉积物的所述颗粒函数的至少一个斜率参数值。

5.根据上文所提及的条目中的一者所述的装置，其中

所述计算单元包含用于通过导出所述回声信号的至少一个参数值来检测气泡在所述声学信号的信号路径中的存在的模块。

6.根据条目5所述的装置，其中

所述回声信号的所述参数值包含所述回声信号的相位参数值。

7.根据条目5所述的装置，其中

所述回声信号的所述参数值包含所述回声信号的频谱的振幅参数值。

8.一种确定流体的悬浮沉积物的至少一个参数的方法，所述方法包含

提供具有预定悬浮沉积物参数值的数据集合的预定回声电平值的数据集合，

在所述流体的所述悬浮沉积物处引导具有不同的固定表征测量频率的至少三个声学信号，

测量回声信号的至少三个回声电平，所述至少三个回声电平与所述至少三个声学信号对应，

根据具有所述预定悬浮沉积物参数值的数据集合的所述预定回声电平值的数据集合且根据所述至少三个回声电平的测量结果导出所述悬浮沉积物的至少一个参数值。

9.根据条目8所述的方法，其中

所述预定悬浮沉积物参数值的数据集合包含预定浓度悬浮沉积物参数值。

10.根据条目8或条目9所述的方法，其中

所述预定悬浮沉积物参数值的数据集合包含所述悬浮沉积物的颗粒函数的预定中值参数值。

11.根据条目8至条目10中的一者所述的方法，其中

所述预定悬浮沉积物参数值的数据集合包含所述悬浮沉积物的所述颗粒函数的预定斜率参数值。

12.根据条目8至条目11中的一者所述的方法，其进一步包含检测气泡在所述声学信号的信号路径中的存在。

13.根据条目12所述的方法，其中

对所述气泡的存在的所述检测包含导出所述回声信号的至少一个相位参数值。

14.根据条目12所述的方法，其中

对所述气泡的存在的所述检测包含导出所述回声信号的频谱的至少一个振幅值。

15.根据条目8至条目14中的一者所述的方法，其中对所述至少一个悬浮沉积物参数的所述导出考虑归因于所述流体的衰减的效应。

16.根据条目8至条目15中的一者所述的方法，其中

对所述至少一个悬浮沉积物参数的所述导出考虑归因于所述悬浮沉积物的颗粒大小的衰减的效应。

17.根据条目8至条目16中的一者所述的方法，其中

对所述至少一个悬浮沉积物参数的所述导出考虑所述悬浮沉积物的浓度的效应。

尽管以上描述含有许多特殊性，但此不应解释为限制实施例的范畴，而是仅提供可预见的实施例的说明。实施例的上文所陈述的优点不应特别地解释为限制实施例的范畴，而是仅在所述实施例付诸实践的情况下解释可能的成就。因此，实施例的范畴应由权利要求和其等效物而非由所给定的实例来确定。

参考符号

10  悬浮沉积物计量表

11  声纳换能器

15  处理器

17  存储器单元

18  气泡检测器

20  换能器头

41  换能器

42  换能器

43  换能器

44  换能器

50  近场

51  接收灵敏度曲线图

52  发射灵敏度曲线图

54  远场

55  测量区间

112 流程图

115 流程图

117 步骤

119 步骤

120 表格

121 步骤

123 步骤

124 表格

125 步骤

130 离散测量值

135 相位

140 相位

145 线

147 线

150 线

160 频谱

162 频谱

165 频谱

Claims (17)

1.一种用于测量流体的悬浮沉积物的至少一个参数值的装置，所述装置包含

反向散射换能器模块，其包含

源模块，其用于传输具有不同的固定表征测量频率的至少三个声学信号，以及

接收器模块，其用于测量回声信号的至少三个回声电平值，所述至少三个回声电平值与所述至少三个声学信号对应，

存储单元，其存储具有预定悬浮沉积物参数值的数据集合的预定回声电平值的数据集合，

计算单元，其用于根据具有所述预定悬浮沉积物参数值的数据集合的所述预定回声电平值的数据集合且根据所述至少三个回声电平值导出至少一个悬浮沉积物参数值。

2.根据权利要求1所述的装置，其中

所述预定悬浮沉积物参数值的数据集合包含至少一个浓度悬浮沉积物参数值。

3.根据权利要求1所述的装置，其中

所述预定悬浮沉积物参数值的数据集合包含所述悬浮沉积物的颗粒函数的至少一个中值参数值。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述预定悬浮沉积物参数值的数据集合包含所述悬浮沉积物的所述颗粒函数的至少一个斜率参数值。

5.根据权利要求1所述的装置，

其中

所述计算单元包含用于通过导出所述回声信号的至少一个参数值来检测气泡在所述声学信号的信号路径中的存在的模块。

6.根据权利要求5所述的装置，其中

所述回声信号的所述参数值包含所述回声信号的相位参数值。

7.根据权利要求5所述的装置，其中

所述回声信号的所述参数值包含所述回声信号的频谱的振幅参数值。

8.一种确定流体的悬浮沉积物的至少一个参数的方法，所述方法包含

提供具有预定悬浮沉积物参数值的数据集合的预定回声电平值的数据集合，

在所述流体的所述悬浮沉积物处引导具有不同的固定表征测量频率的至少三个声学信号，

测量回声信号的至少三个回声电平，所述至少三个回声电平与所述至少三个声学信号对应，

根据具有所述预定悬浮沉积物参数值的数据集合的所述预定回声电平值的数据集合且根据所述至少三个回声电平的测量结果导出所述悬浮沉积物的至少一个参数值。

9.根据权利要求8所述的方法，其中

所述预定悬浮沉积物参数值的数据集合包含预定浓度悬浮沉积物参数值。

10.根据权利要求8所述的方法，其中

所述预定悬浮沉积物参数值的数据集合包含所述悬浮沉积物的颗粒函数的预定中值参数值。

11.根据权利要求8所述的方法，其中

所述预定悬浮沉积物参数值的数据集合包含所述悬浮沉积物的所述颗粒函数的预定斜率参数值。

12.根据权利要求8所述的方法，其进一步包含

检测气泡在所述声学信号的信号路径中的存在。

13.根据权利要求12所述的方法，其中

对所述气泡的存在的所述检测包含导出所述回声信号的至少一个相位参数值。

14.根据权利要求12所述的方法，其中

对所述气泡的存在的所述检测包含导出所述回声信号的频谱的至少一个振幅值。

15.根据权利要求8所述的方法，其中

对所述至少一个悬浮沉积物参数的所述导出考虑归因于所述流体的衰减的效应。

16.根据权利要求8所述的方法，其中

对所述至少一个悬浮沉积物参数的所述导出考虑归因于所述悬浮沉积物的颗粒大小的衰减的效应。

17.根据权利要求8所述的方法，其中

对所述至少一个悬浮沉积物参数的所述导出考虑所述悬浮沉积物的浓度的效应。