CN105612410A - 用于监测流变学复杂流动的传感器 - Google Patents

Abstract

用于连续地现场监测容器内的流变学复杂流体流、例如含颗粒和多相介质的流传感器、系统和方法，用于根据流传感器测量值确定特定的流体流参数，例如流速、动态粘度、流体密度、流体温度、颗粒密度和颗粒质量。该系统包括流体流传感器，该流体流传感器包括具有内部应变仪的主体构件，该应变仪被配置成测量主体构件的特定段的变形。至少部分基于这些变形测量值，系统用来计算流体流参数。

Description

用于监测流变学复杂流动的传感器

相关申请的声明

本专利申请要求申请日为2013年11月8日的美国临时专利申请No.61/901,738的优先权和权益。

技术领域

本发明总体涉及流动传感器的领域；具体地涉及用于连续地现场监测容器内的流变学复杂流体流(例如微粒和多相介质)的装置、系统和方法。本发明可用于从流动传感器测量确定特定的流体流参数，例如流速、动态粘度、流体密度、流体温度、颗粒密度和颗粒质量。

背景技术

在许多处理流体流的工程应用中，从传感器测量确定特定的流体流参数是基础的。处理流体流的应用的示例包括化学处理和管道系统、食品处理系统和石油管道。在这些应用中的流体流典型地是流变复杂的(即，多相、弹性、剪切稀化、纤维性、微粒状和高粘性)和/或化学腐蚀性的。

例如，在医药行业中广泛使用的高剪切湿法造粒工艺涉及流变学复杂流体流。因为含颗粒流体的性能的在线控制对于生产具有特定的所需特性的湿块是重要的，因此湿法造粒工艺取决于特定含颗粒流体流参数的准确且精确的计算。

另一示例涉及生物技术行业。在特定生物技术工艺中，细胞培养技术被用来产生/制造治疗性蛋白和抗体。基于可靠的流体流传感器测量的高效和有效的过程分析技术(PAT)有助于监测生物反应器中的细胞生长，改善蛋白质产物的生产量，从而降低药物的成本。

另一示例涉及润滑剂生产、油漆生产、油墨生产或食品生产，其中成品的粘度影响产品质量。因为这些流体中的大多数是非牛顿流体且具有随着流体流速度变化的粘度，流体粘度的动态在线控制是基本的。基于可靠的流体流传感器测量，动态在线控制不仅有助于产生具有正确性能的最终产品而且增加处理设备的使用寿命。例如，如果油墨流的粘度落在可接受的范围外，则动态在线控制可以阻挡在处理设备中的阀门和压机。在石油运输行业中，高粘度相(即，毛坯)的存在可能会影响结构部件的使用寿命。

现有的用于从在线传感器测量确定特定流体流参数的装置、系统和方法可以大体分为两类：非侵入式和侵入式。非侵入式类型可涉及利用电磁波或声波询问流体流。侵入式类型可涉及测量装置/传感器与流体流直接接触，使得流体流对装置/传感器的物理作用被用来确定特定的流体流参数。

例如，现有技术的非侵入式光学装置、系统和方法能够从透明流体(例如水和清油)确定特定的流体流参数。它们典型地通过利用流体流容器的窗口传输它们的光学信号来发挥功能；然而，在颗粒流和复杂流中，光学信号通过固体物质的薄层被散射或吸收，该固定物质的薄层典型地被沉积在窗口的表面上。清洗窗口而不中断工艺明显地使技术复杂化且冒流体污染的风险。

现有技术的非侵入式声学装置、系统和方法通常被认为较好地适于复杂的流体流但是他们也遭遇特定明显的缺点。对于复杂的含颗粒流体流，许多人不提供所需的测量敏感度，这是因为声波通过颗粒被分散和/或声波通过流体流容器和/或传感器的结构元件被反射。

现有技术的侵入式装置、系统和方法典型地采用传感器元件，该传感器元件直接接触流体流且包括移动的部件，例如，旋转计、涡轮/螺旋桨、可移动叶片、机械振荡器或者可变形的隔膜。这些也遭遇明显的缺点、尤其是含颗粒和复杂的流体流，这是因为固体物质沉积在移动部件/接合处上，从而使得它们不能操作。清洗移动部件是困难和耗时的，且还冒流体污染的风险。该维修步骤还会要求工艺的中断，其对于特定的工程应用可以不是可接受的/实用的。此外，移动部件产生机械故障的风险。

振动式粘度计是侵入式类型中受欢迎的现有技术示例。振动式粘度计是表面加载系统，其响应于围绕振荡探针的流体薄层。通过振动式粘度计的测量取决于抑制与流体粘度和密度成正比的探针振动的周围流体。振动式粘度计在许多流体中提供了敏感的测量，但是它们在含颗粒和多相流中经常未能成功测量，其中在探针表面上材料的沉积改变探针的机械特性。振动式粘度计还具有较慢的响应时间(例如，数秒)且对可以使测量偏斜的外部振动是高度敏感的。

靶式流量计是侵入式类型中另一受欢迎的现有技术示例。它们以以下原理操作：当经过靶(通常是圆盘)时通过流体流所产生的力的大小与流体流速度、密度和粘度有关。因此，最常见的靶式流量计采用其表面被取向成垂直于流体流的方向的靶。靶典型地被安装到杆，该杆通常被固定到可弯曲的平衡梁，该可弯曲的平衡梁被配置成在流体流的影响下偏斜/弯曲。固定到平衡梁、暴露到流体和/或在腔内凹陷的应变仪测量平衡梁的偏斜度/弯曲度。靶式流量计不具有移动的部件，仅具有弯曲梁和需要最小的维护。

然而，现有技术的靶式流量计遭遇了明显的缺点。第一，靶式流量计由于它们的内在的设计而具有非常低的敏感度，其必须平衡靶具有充分表面积的需求以及靶式流量计不干扰流体流的需求。第二，如果流体流是复杂的、粘性的和/或微粒状的，则在流体流中的颗粒将积聚在靶上以及使测量偏斜。第三，应变仪和/或它们的保护部件充当用于复杂流体流中的颗粒和高粘度成分的存水弯，其改变了平衡梁的偏转/弯曲以及使测量偏斜。

例如，Samuelson等的在2001年7月3日授权的美国专利No.6253625描述了具有可弯曲杆的靶式流量计，其中应变仪被附接到杆的外表面。因此，应变仪浸没在流体流中。为了部分地保护应变仪，应变仪被覆盖。不幸地，盖形成用于复杂流体流中的流体流颗粒和高粘度成分的阻隔。

C.Ruppel等的“TheDesignofaNewFlowMeterforPipesBasedontheDragForceExertedonaCylinderinCrossFlow”(TransactionsoftheASME，第126卷，2004年七月，第658-664页)描述了一种装置，其包括径向横跨管所安装的柔性圆柱形梁。该参考文献描述了放置在管壁中的凹槽中的测压元件通过管中的流体流测量圆柱形梁的弯曲。该方法通过将靶用柔性圆柱形梁代替去除了靶，且要求圆柱形梁横贯管。如在前一示例中的，在圆柱形梁和管之间的连接部充当用于复杂流体流中的颗粒和高粘度成分的阻隔。并且，因为对于流体流的效果来说，在力感测元件的密封和电连接中存在明显的问题，这些装置经历短的寿命。这在化学腐蚀性且复杂流体流中尤其是真的。

Yowell等的在2006年10月31日授权的美国专利No.7127953B1描述了靶式流量计，其具有附接到柔性支撑基底(其因此构成膜)的刚性杆。应变仪被附接到未暴露到流体流的膜的表面。刚性杆的运动被转移至膜以及膜的变形通过应变仪测量。尽管该设计可消除应变仪直接受流体流影响的缺点，然而，其产生新的缺点：通过杆上流体流的阻力和流体流压力而引起膜的变形。

因此，需要用于连续地现场监测在容器内的流变学复杂流体流的改进的装置、系统和方法。不易受上述缺陷影响的稳健的和可靠的流体流传感器导致减少的维修成本、增加的部件使用寿命和较安全的操作。尤其，本发明针对这些需求。

发明内容

简略地，本发明是用于连续地现场监测容器内的流体流的系统。系统包括传感器封装件。传感器封装件包括传感器。传感器括主体构件和第一应变仪。主体构件具有内腔使得主体构件包括第一外表面段和第一内表面段。主体构件被配置成延伸至流体流中使得内腔与流体流隔开以及第一外表面段与流体流接触。第一外表面段和第一内表面段分别被配置成至少部分地基于流体流的阻力而变形。系统配置成使得第一内表面段转移第一外表面段的变形。第一应变仪被定位在主体构件的腔中且被配置成测量第一内表面段的变形。第一应变仪也被配置成传输第一内表面段的变形测量值。

本发明也是用于连续地现场监测容器内的流体流的系统，使得第一内表面段限定主体构件的一部分，在所述部分处，流体流的阻力产生在主体构件中的最大变形。

本发明也是用于连续地现场监测容器内的流体流的系统，使得传感器封装件被配置成分析第一内表面段的变形测量值以及至少部分地基于第一内表面段的变形测量值计算流体流参数。

本发明也是用于连续地现场监测容器内的流体流的系统，使得可计算的流体流参数是流体流的力、温度、速度、流量、粘度、和/或密度。

本发明也是用于连续地现场监测容器内的流体流的系统，使得如果流体流是含颗粒流体，则可计算的流体流参数是来自由流体流中的颗粒的质量和密度构成的组中的至少一者。

本发明也是用于连续地现场监测容器内的流体流的系统，使得第一应变仪是光学应变仪、电阻式应变仪、和/或半导体应变仪。

本发明也是用于连续地现场监测容器内的流体流的系统，使得主体构件是球形的和/或圆柱形的。

本发明也是用于连续地现场监测容器内的流体流的系统。系统包括传感器和询问器。传感器括主体构件和第一光学应变仪。主体构件具有内腔使得主体构件包括第一外表面段和第一内表面段。主体构件被配置成延伸至流体流中使得内腔与流体流隔开以及第一外表面段与流体流接触。各第一外表面段和第一内表面段分别被配置成至少部分地基于流体流的阻力而变形。主体构件配置为使得第一内表面段转移第一外表面段的变形。第一光学应变仪被定位在主体构件的腔中。第一光学应变仪被配置成测量第一内表面段的变形。第一光学应变仪也被配置成借助光学信号传输第一内表面段的变形测量值。询问器通信地联接至第一光学应变仪。询问器被配置成接收通过光学应变仪传输的光学信号以及传输第一内表面段的变形测量值。

本发明也是用于连续地现场监测容器内的流体流的系统，该系统还包括与询问器通信地联接的控制器。控制器被配置成从询问器接收第一内表面段的变形测量值。控制器也被配置成分析第一内表面段的变形测量值。控制器被配置成至少部分地基于第一内表面段的变形测量值而计算流体流参数。

本发明也是用于连续地现场监测流体流的系统，使得主体构件还包括第二外表面段、第二内表面段和第二应变仪。第二外表面段和第二内表面段分别被配置成至少部分地基于流体流的阻力而变形。第二内表面段配置为使得其转移第二外表面段的变形。第二内表面段和第一内表面段通过第一平面来对齐。第二应变仪被配置成测量第二内表面段的变形。

本发明也是用于连续地现场监测流体流的系统，使得主体构件还包括第三外表面段和第四外表面段、第三内表面段和第四内表面段、以及第三应变仪和第四应变仪。第三外表面段和第四外表面段以及第三内表面段和第四内表面段分别被配置成至少部分地基于流体流的阻力而变形。第三内表面段转移第三外表面段的变形。第四内表面段转移第四外表面段的变形。第三内表面段和第四内表面段通过第二平面对齐。第一平面和第二平面相交且限定一角度。第三应变仪被配置成测量第三内表面段的变形以及传输第三内表面段的变形测量值。第四应变仪被配置成测量第四内表面段的变形以及传输第四内表面段的变形测量值。

本发明也是用于连续地现场监测流体流的系统，使得传感器封装件被配置成分析第一内表面段的变形测量值、第二内表面段的变形测量值、第三内表面段的变形测量值和第四内表面段的变形测量值。系统也被配置成至少部分地基于第一内表面段的变形测量值、第二内表面段的变形测量值、第三内表面段的变形测量值和第四内表面段的变形测量值和通过第一平面和第二平面限定的角度而计算流体流参数。

本发明也是用于连续地现场监测流体流的系统，使得通过第一平面和第二平面所限定的角度为90.0度。

本发明也是用于连续地现场监测流体流的方法，其包括将传感器至少部分地延伸至容器内的流体流中。该方法还包括通过第一应变仪检测第一内表面段的变形。该方法还包括通过第一应变仪传输第一内表面段的变形测量值。该方法还包含分析第一内表面段的变形测量值。该方法还包括至少部分地基于第一内表面段的变形测量值来计算流体流参数。

本发明也是用于连续地现场监测流体流的方法，该方法还包括改变流体流。

本发明也是用于连续地现场监测流体流的方法，该方法还包括通过第二应变仪检测第二内表面段的变形。该方法还包括通过第三应变仪检测第三内表面段的变形。该方法还包括通过第四应变仪检测第四内表面段的变形。该方法还包括传输第一内表面段的变形测量值、第二内表面段的变形测量值、第三内表面段的变形测量值和第四内表面段的变形测量值。该方法还包括分析第二内表面段的变形测量值、第三内表面段的变形测量值和第四内表面段的变形测量值。该方法还包括比较第一内表面段的变形测量值和第二内表面段的变形测量值。该方法还包括比较第三内表面段的变形测量值和第四内表面段的变形测量值。

本发明也是用于连续地现场监测流体流的方法，还包括计算在第一内表面段的变形测量值和第二内表面段的变形测量值之间的差。该方法还包括计算在第三内表面段的变形测量值和第四内表面段的变形测量值之间的差。该方法还包含至少部分地基于在第一内表面段的变形测量值和第二内表面段的变形测量值之间的差以及在第三内表面段的变形测量值和第四内表面段的变形测量值之间的差，计算流体流参数。

本发明也是用于连续地现场监测流体流的方法，还包括至少部分地基于通过第一平面和第二平面所限定的角度以及在第一内表面段的变形测量值和第二内表面段的变形测量值，计算流体流参数的第一向量分量。该方法还包括至少部分地基于第一平面和第二平面所限定的角度以及第三内表面段的变形测量值和第四内表面段的变形测量值，计算流体流参数的第二向量分量。

本发明也是用于连续地现场监测流体流的方法，还包括至少部分地基于在第一内表面段的变形测量值和第二内表面段的变形测量值之间的差，从第一应变仪和第二应变仪计算差分信号。该方法还包括至少部分地基于在第一内表面段的变形测量值和第二内表面段的变形测量值之间的差，从第一应变仪和第二应变仪计算平均信号。该方法还包括计算第一表面段的变形，相对于第一内表面段的热膨胀，第一表面段的变形是由流体流的阻力而引起的。

本发明也是用于连续地现场监测流体流的方法，还包括通过参考传感器检测流体流的温度。该方法还包括通过参考传感器传输流体流的温度测量值。该方法还包括计算所述第一内表面段的热膨胀，相对于流体流的阻力，第一内表面段的热膨胀是由流体流的温度引起的。

当结合附图阅读优选实施方式的以下具体描述时，本发明的这些特征、其他特征和优点对于本领域的普通技术人员将变得更明显，在多个附图中，相似的附图标记表示相似的部件。

附图说明

图1为示出用于连续地现场监测流体流的系统的示例性架构的高级功能框图。

图2A为球形流体流传感器的一个实施方式的剖视图；具体地，该球形流体流传感器是未变形的流体流传感器。

图2B为球形流体流传感器的一个实施方式的剖视图；具体地，该球形流体流传感器是变形的流体流传感器。

图3A为圆柱形流体流传感器的一个实施方式的剖视图；具体地，该圆柱形流体流传感器是未变形的流体流传感器。

图3B为圆柱形流体流传感器的一个实施方式的剖视图；具体地，该圆柱形流体流传感器是变形的流体流传感器。

图4为对于在流体流中的圆柱形流体流传感器，阻力系数对雷诺数的依赖性的图示。

图5为流体流传感器的主体构件的一个实施方式的剖视图；具体地，该流体流传感器是已变形的流体流传感器。

图6为如通过系统至少部分地基于来自流体流传感器的变形测量信号所计算的流体流的作用力随时间变化的图示。

图7为主体构件沿着图3A至图3B的线7’-7’的顶部剖视图。

图8为多个变形的圆柱形流体流传感器的一个实施方式的侧剖视图。

图9为用于监测并控制工业处理的流体流作用力测量系统的高级功能框图。

图10为示出连续地现场监测在容器内的流体流的方法的逻辑流程图。

图11为示出连续地现场监测在容器内的流体流的方法的逻辑流程图。

图12为示出连续地现场监测在容器内的流体流的方法的逻辑流程图。

图13为示出用于连续地现场监测在容器内的流体流的装置、系统和方法的示例性软件架构1000的示意图。

具体实施方式

描述了用于连续地现场监测容器内的流体流的系统和方法的多个示例性实施方式的方面、特征和优点。结合附图并参考以下描述，将更好地理解系统和方法。对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，本文提供的所描述的实施方式仅是说明性的而非限制性的，其仅仅通过示例而呈现。

如该说明书中所用的，术语“部件”、“数据库”、“模块”、“系统”等旨在涉及与计算机相关的实体，或者为硬件、固件、硬件和软件的组合、软件，或者为执行中的软件。例如，模块可以是但不限于是传感器、在处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行文件、执行线程、程序、和/或计算机。作为示例，在传感器封装件上运行的应用程序和传感器封装件可以是系统。

用于连续地现场监测容器内的流体流的系统和方法的某些实施方式包含传感器。传感器的实施方式可提供基础元件和柔性的中空主体构件，该基础元件适于与结构部件(例如，容器的内壁)紧固。中空主体构件通过杆被直接或间接地联接到基础元件。中空柔性构件的外表面被配置成延伸成与流体流接触。固定到中空主体构件的内壁表面的多个应变仪测量/监测中空主体构件的内壁段的变形(例如，弯曲、拉伸、压缩)。

中空主体构件的未变形的几何结构/形状/配置是中空球体、中空圆柱体、和/或具有相对于流体流的流线型几何结构的多个3D形状的组合。中空主体构件的内表面与流体流隔离。中空主体构件的暴露到流体流的外表面被构造成且被配置成禁得起流体的化学作用且不污染流体。外表面材料是不锈钢；然而，利用或者可以利用本领域的普通技术人员已知的各种材料和/或表面衬里/处理，例如，商标的合成聚合物、塑料、聚合物、有机化合物、和/或疏水/亲水层。

传感器与计算模块一起操作，用以处理变形测量(与中空主体构件的形态变化相关)并计算流体流参数(与改变中空主体构件的形态的流体流的阻力相关)。流体流的示例性参数是流量、速度、粘度、密度和温度。

通过流体施加在中空主体构件上的阻力引起中空主体构件的几何结构/形状/配置的变形。举一个示例，球形中空主体构件将形态改变为向下游拉长的液滴形状。举另一个示例，延伸穿过液体流的圆柱形中空圆柱体弯曲，使得圆柱体的下游壁经受压缩(其长度减小)以及上游壁拉伸(增大其长度)。

中空主体构件的壁的变形通过任何常规的感测技术来监测，该感测技术例如为光学应变仪技术、电阻式应变仪技术、或半导体应变仪技术。针对变形，通过基于光纤的固有光学共振技术来监测中空主体构件的内表面段，该基于光纤的固有光学共振技术例如为光纤布喇格光栅(FiberBraggGrating，FBG)应变仪和/或回音壁模式(WhisperingGalleryMode，WGM)应力计。为了监测两个分开的但相关的内表面段的目的，传感器具有至少一对固定到中空主体构件的内表面的FBG应变仪。

传感器可应用于包括处理系统的多种开放式和封闭式系统，例如，化学和生物处理系统、水管道系统、储槽和反应堆容器、宽范围管道和导管系统(水、燃料、油等)、颗粒(粉末)、和多相(液相、气相和固相的混合物)流体流。传感器可应用于许多处理，包括，例如工业化学品、水、发电、制浆造纸、热交换器、焚烧炉和化石燃料应用。

当没有延伸到流体流中时，传感器处于其未变形的状态，并且应力计记录中空主体构件的第一机械状态在特定的内表面段处的变形测量。当延伸到流体流中时，传感器处于变形的状态，并且应力计记录中空主体构件的第二机械状态在该特定的内表面段处的变形测量。因此，在变形测量值之间的差指示通过流体流的阻力带来的在中空构件上的物理效果。

至少部分地基于中空主体构件的未变形的几何结构、中空主体构件的材料的组成和物理性能以及中空主体构件的外表面的表面纹理/图案/配置，传感器对流体流阻力的测量范围和敏感度是可自定义的。对于球形的中空主体构件，自定义至少部分地基于外表面和内表面的外径和内径的变化。对于圆柱形中空主体构件，自定义至少部分地基于中空主体构件的长度的变化以及外表面和内表面的外径和内径的变化。自定义还基于中空主体构件的材料的密度和杨氏模量的变化以及中空主体构件的外表面的纹理/图案/配置上的变化。另外，自定义还基于柔性中空构件的弹性性能的动态控制，例如，传感器充满气体、液体、等离子体、硅或油。

传感器提供了对流体流的最小侵入。传感器也不具有沿着中空主体构件的外表面的移动部件或腔，在该部件或腔中，流体流的颗粒和粘性成分会积累。并且，传感器的应力计和其他通信地联接的电路/配线/构件通过被定位在中空主体构件的内腔内而被隔离/保护，以免直接暴露于流体流。

用于连续地现场监测容器内的流体流的系统和方法的某些实施方式针对系统中的如上文所描述的和本文中进一步描述的传感器(也称为流体流传感器)。流体流传感器被配置成至少沿着主体构件内的腔的内表面进行内表面段的变形测量。

该系统的一部分接近于具有流体流的容器而放置，其中传感器至少部分地从该部分延伸到流体流中。该部分还可以包括计算模块和监测模块，该计算模块和监测模块在容器附近但与流体流分开并隔离。该系统的该部分具有用于接近于该容器的任何部件的耐用套；然而，该套允许传感器不间断地延伸到流体流中。

该系统包括类似于流体流传感器或与流体流传感器完全不同的部件，以监测流体流或任何其他的环境的性能。该系统包括非侵入式声传感器、非侵入式光学传感器、旋转计、涡轮/螺旋桨、可移动叶片、机械振荡器、可变形隔膜、振动粘度计、靶流量计、振动传感器、加速度计、位移传感器、气压计和/或流体流温度探针。该系统被配置成处理并利用各种传感输入，以确定某些流体流参数。所有的传感读数被实时获取，并根据需要被传输到各个系统部件。

该系统包括用户界面，该用户界面包括被配置成向用户呈现连续的信息的监测器/屏幕。该系统配备有可编程的警报器/信号机，如果任何传感输入偏离预设值/预设范围，则可编程的警报器/信号机至少部分地利用屏幕。警报器/信号机还是无声的并且经由系统的部件来通信。尤其是，系统包括与两个或更多个传感器通信的计算设备或集线器设备，由此提供单一的命令站，以监测各种不同的系统部件。

系统的集线器设备通信地联接到一个或多个传感器和其他的系统部件。通信是经由牌电信或任何其他的短波无线电信号或光学通信技术来建立。系统的集线器设备存储传感输入、输出传感测量(和用于此的处理结果)、向用户实时输出数据、向远程设备(例如服务器)传输所收集的数据、或者其组合。系统的主要部件包括板载存储器以及一个或多个有线、无线和/或光学发送器，以便存储和/或发送实时输出数据。

用于连续地现场监测容器内的流体流的系统和方法的某些实施方式涉及一种开始于时刻t的算法。流体流传感器延伸到流体流中，并且流体流传感器以预定的间隔或根据外部/内部条件的间隔获取读数。流体流传感器的应力计的对/组执行它们各自的内表面段的变形测量。

现在参照附图，其中所示出的仅仅是为了说明本公开的各种实施方式，而不是为了限制本公开，图1图示了用于连续地现场监测容器内的流体流的系统10的示例性架构的高级功能框图。容器接近部195包括集线器部件99(以计算设备的形式)和传感器封装件125。容器接近部195设想传感器封装件125经由链路190A与集线器部件99无线通信，集线器部件99处于具有流体流的容器附近。例如，容器可以具有传感器封装件125，该传感器封装件125被附接成使得该传感器封装件的传感器159横贯容器的壁并且至少部分地延伸到流体流中。计算设备99为集线器部件的一个示例，其被定位成接近于容器但还通信地联接到传感器封装件125以及多个其他的传感器封装件。多个传感器封装件在沿着容器的长度的各个位置处与该容器接合，从而位于容器接近部195内。处于容器接近部195内的集线器部件99和传感器封装件125的另一示例包括与容器接合的传感器封装件125和由附近的用户所监测的集线器部件99。

特别是，尽管图1图示描绘了位于普通的容器接近部195内的传感器封装件125和集线器部件99，但是应理解的是，并不是系统的所有的实施方式都要求集线器部件99处于容器接近部内。也就是说，能够设想系统的某些功能经由远程计算设备(例如计算服务器118)来实现。在这种实施方式中，传感器封装件125与计算服务器118经由通信网络191来通信，而无需集线器设备99。在其它的实施方式中，传感器封装件125与计算服务器118和集线器部件99中的任一者或两者通信。类似地，在一些实施方式中，集线器部件99经由链路190B将数据发送至计算服务器118和/或从计算服务器118接收数据，链路190B经由通信网络191实现。

在图1的实施方式中，示出传感器封装件125包括电源188B、通信模块116B(用于经由通信网络191建立与集线器部件99和计算服务器118中的任一者或两者的通信)、处理器110B、和存储器112B。传感器封装件125还包括多个传感器159(多个传感器159本身包括流体流传感器、非侵入式声传感器、非侵入式光学传感器、旋转计、涡轮/螺旋桨、可移动叶片、机械振荡器、可变形的隔膜、振动粘度计、靶流量计、振动传感器、加速度计、位移传感器、气压计和/或流体流温度探针等的任何组合)、监测器模块114(用于监测传感器159)、和计算模块113B(用于处理来自传感器159的传感数据)。

类似于传感器封装件125，集线器部件99包括通信模块116A(通信模块116A用于经由网络191从计算服务器118和/或传感器封装件125发送和/或接收通信)、处理器110A、存储器112A、和计算模块113A。集线器部件99还包括显示器132，其用于向用户呈现一个或多个输出。计算服务器118还包括计算模块113C。

特别是，在所有的系统实施方式中并不都需要在图1中所描绘的所有部件。也就是说，例如设想某一实施方式包括集线器部件中的单个计算模块113A，而另一个实施方式包括在传感器封装件125、集线器部件99、和计算服务器118中的每一者中的计算模块113。因此，从图1应理解的是，某些模块的全部、或某一模块的一部分可以存在于或可以不存在于系统的某一部件中。

如上所述，传感器封装件125接近于容器并与容器接合，使得传感器159监测它们各自的流体流和/或非流体流性能/特征。特别是，尽管未在图1中示出，但是设想某些传感器(例如环境温度传感器)可以存在于集线器部件99内。根据由计算模块113B和/或其他系统10的部件所指定的指令，监测模块114监测/询问传感器并向计算模块113B发送所收集的数据。例如，计算模块113B接收来自传感器159(具体为流体流传感器)的变形测量读数，并且至少部分地基于变形测量值来计算某些流体流参数。

由传感器159生成、由监测模块114收集并由计算模块113B管理的数据被本地存储在传感器封装件125的存储器112B中，和/或被发送到集线器部件99和/或计算服务器118。一旦通过集线器部件99和/或计算服务器118接收到，计算模块113A、计算模块113C就可以使用测量数据来计算/处理/利用该信息。特别是，设想某些系统实施方式被完全包括在传感器封装件125内，而其它的系统实施方式包括极简的传感器封装件125，该极简的传感器封装件125仅仅包括收集测量值并向系统10中的其他部件发送测量值的那些部件。

在某些系统实施方式中，由传感器159生成并被发送到计算服务器118的数据存储在数据库120中，以用于后续下载和利用。类似地，可以设想，传感器封装件125和集线器部件99中的任一者或两者在它们各自的存储器112中包括计算数据库120。

集线器部件99和传感器封装件125的示例性实施方式可以设想进行远程通信、实时软件更新、扩展数据存储等，并可以通过系统10的用户而用在各种配置中。有利地，集线器部件99和/或传感器封装件125的实施方式被配置成用于经由在图1中所描绘的计算机系统的通信。这包含利用通信网络191，包括但不限于除了别的以外还用于软件升级、内容更新、数据库查询、数据传输等的蜂窝网络、PSTN、电缆网络、牌的通信、以及因特网。本领域的普通技术人员将想到其他的数据通信手段，该数据通信手段用于与集线器部件99和/或传感器封装件125连接，并且可经由因特网或其他的联网系统访问。

图示的计算机系统10包括通信地联接到网络191的计算服务器118，网络191包括广域网(“WAN”)、局域网(“LAN”)、因特网或其他类型的网络的组合中的任一者或全部。应该理解的是，术语服务器118指的是单个服务器系统或多个系统或多个服务器。如上所述，服务器118联接到计算数据库120。计算数据库120存储各种记录，这些记录不限于涉及以下信息：历史传感器读取数据、计算算法和方法、滤波器/规则算法、用户偏好、先前计算的流体流参数、趋势等。

计算服务器118通信地联接到网络191。计算服务器118通过网络130和与系统10相关联的各种不同的集线器部件99和传感器封装件125通信。每一个集线器部件99和/或每一个传感器封装件125运行/执行网络通信软件或功能以用来访问计算服务器118和其各种的系统应用程序(包括计算模块113C)。集线器部件99或传感器封装件125以及系统10内的其他的部件(例如但不限于无线路由器)通过各种类型的通信链路145通信地联接到网络191。这些通信链路145可以包括有线链路以及无线链路和/或光学链路。通信链路145允许集线器部件99或传感器封装件125来建立与服务器118的虚拟链路190和/或建立彼此的虚拟链路190。尽管例如虚拟链路190B描绘在服务器118与集线器设备99之间，但是实际的有线/无线/光学链路145可以存在于服务器118与集线器设备99之间。设想该链路145用来作为单向通信信道或双向通信信道从集线器部件99和/或传感器封装件125向计算服务器118中继数据。

设想显示器132包括本领域的普通技术人员已知的任何类型的显示设备，例如液晶显示器(liquidcrystaldisplay，LCD)、等离子体显示器、有机发光二极管(organiclight-emittingdiode，OLED)显示器、触摸激活显示器、和阴极射线管(cathoderaytube，CRT)显示器、盲文显示器、LED组和分段显示器。例如，集线器部件99执行/运行多媒体平台，或者与多媒体平台连接，多媒体平台为用于网络浏览器的插件的一部分。

通信模块116包括无线通信硬件，例如但不限于：用于与系统10部件连接的牌通信卡或近场通信(nearfieldcommunications，NFC)卡。此外，通信模块116包括蜂窝无线电收发器，以向系统的其他部件发送收集的传感数据以及其他信息。本领域的普通技术人员认识到，通信模块116包括如本领域的普通技术人员所理解的与处理器110连接的应用程序接口。

流体流控制器300也是系统10的部件。该流体流控制器300利用通信网络191，以与系统10的各种其他部件通信。流体流控制器300包括具有本文所描述的所有相同的特征、方面和功能的计算模块113D。流体流控制器300表示流体流处理系统(未描绘)的一部分，流体流处理系统调节容器中的流体流性能，即流体速度、混合成分等等。本领域的普通技术人员理解的是，流体流控制器是包括阀、端口、泵、马达、格栅、筛子等的复杂的流体流处理系统中的中间部件。流体流控制器300被配置成，至少基于计算模块113D，接收通过系统10的部件所发送的传感数据、分析该数据以计算各种流体流参数并利用该信息/将该信息发送到流体流处理系统的其他部件，以便流体流得以通过流体流处理系统来调节/修改/校正。因此，流体流控制器300是用于容器中的流体流的复杂的机械的且计算的调节系统中的中间部件。

图2A和图2B为球形流体流传感器100的一个实施方式的侧剖视图；具体地，图2A为未变形的传感器100的视图，图2B为在流体流109内已变形的传感器100的视图。传感器100包括基部101和主体构件102，主体构件102经由刚性杆103连接到基部101。杆103的一端牢固地附接到基部101，并且其第二端以防止流体渗入杆103和主体构件102的腔内的方式与主体构件102熔接。设想杆是耐变形的，以确保所有的流体流阻力效果主要反映在主体构件102的形态中。

基部101定位成穿过保持流体流的结构部件(例如容器或管)的壁104，流体流的参数将被监测。因此，球形的主体构件102接触流体流。两个光学FGB应变仪105、106粘贴到主体构件102的内表面，以监测它们相对应的内表面段的变形。应变仪105、应变仪106使用粘接剂来粘贴；然而，任何用于将应变仪105、106联接到内表面的手段也是能够设想的，例如焊接、机械紧固件、化学粘合、电磁物理吸引(磁力)。

光纤107、108将应变仪105、106分别通信地联接到适当的光学询问器(未描绘)，光学询问器收集关于每一个应变仪的长度的信息。如本领域的普通技术人员所理解的，设想光学询问器是图1的监测模块114的一个实施方式。

在图2A中，主体构件102的形状在未变形时且未受到流体流109的阻力的影响时是球形的。图2B描绘了通过流体流109而变形时的主体构件102。在流体流109的影响下(与流体流109的压力相比较，具体为流体流109的阻力)，主体构件102沿着流体流109的方向变得细长。主体构件102变形以变得更加流线型，即主体构件102的形态至少部分地基于流体流109的摩擦/阻力而变化。相较于如图2A中所描述的对应于应变仪105、106的内表面段的未受干扰的状态，在图2B所描绘的形态中，它们拉伸(经历较小的压缩)。当然，设想对应于应变仪105、106的内表面段将在其它的环境情况下压缩。

主体构件102的更流线型的形态导致了各个外表面段的物理状态的改变，该各个外表面段的物理状态最后通过主体构件102的对应的内表面段来转移。应变仪105、106因此被配置成，测量某些内表面段的变形并将变形测量值传输至系统10的其他部件。

图3A和图3B是圆柱形流体流传感器200的一个实施方式的侧剖视图；具体地，图3A是未变形的传感器200的视图，图3B是在流体流209内已变形的传感器200的视图。传感器200包括基部201和主体构件202。主体构件202的一端熔接到基部201，并且第二端密封，从而主体构件202的内腔与流体流209隔离。设想主体构件202是一个连续的部件或者由各种组成部件构成；然而，不管其制造，产生的中空主体构件202是一个具有大体上平面的外表面区域的有内聚力的部件。这确保了中空主体构件202的组成部件之间的任何接缝都是最小的，以避免任何机械故障/裂纹/漏洞通向中空主体构件202的内腔中。

基部201被定位成穿过保持流体流209的结构部件的壁203。因此，主体构件202的外表面接触流体。本领域的普通技术人员理解的是，基部201接合壁203，从而维持容器的流体容纳功能。设想基部201被配置成，使得基部201和壁203的接合处之间的任何泄露不会渗入主体构件202的内腔和/或接触系统10的定位在内腔内或接近于容器的部件(包括用于在部件之间传输信息的任何装置，例如任何光纤)。

两个光学FGB应变仪204、205分别通信地联接到光纤206、207。光学FGB应变仪204、205接合到相对的内表面上的内表面段(即，光学FGB应变仪204、205位于主体构件202的同一轴向横断面上)。光纤206、207将应变仪204、205通信地联接到光学询问器(未描绘)，光学询问器从相关的每一对/组的内表面段获得变形测量值。

图3A描绘了未变形的主体构件202，以及图3B描绘了在流体流209中的主体构件202的变形。假设流体流作用力沿着主体构件202的长度是均匀的，则主体构件202的变形由于均匀分布的载荷ω(N/m)而通过等式1限定：

其中x是沿着主体构件202的轴线的坐标(固定端对应于x＝0)，y是在坐标x处的轴线变形，E是主体构件202的材料的杨氏模量，I是主体构件202的惯性动量，对于大体上中空的圆柱形梁，惯性动量I由等式2来限定：

其中r_o是外半径，以及r_i是内半径，l是梁的长度。经由等式3确定梁的前端的挠曲：

因此，通过变形以产生图3B中所示出的已变形的主体构件202的主体构件202的变形测量值(具体为内表面段的变形测量值)携带关于由流体流209施加在主体构件202上的阻力的信息。假设没有温度影响，当主体构件202变形时，上游的应变仪204拉伸(其长度增大额外的长度α)，以及下游的应变仪205压缩(其长度减小相同的距离α)。应变仪204、205粘贴在沿着主体构件202的长度的某一位置x₀中，在此处其长度的相对改变(L是应变仪的长度)最大。对于均匀的圆柱，该位置处在中间点处(也就是x₀＝0.5·l)。

如果主体构件202的温度改变，则主体构件202的上游内表面段和下游内表面段还由于热膨胀或收缩而拉伸或压缩。因此，来自相应的应变仪204、205的变形测量值还包含关于至少部分地基于流体流的热膨胀/收缩的效应的信息。如果内表面段的长度由于热膨胀/收缩而变化β，则与应变仪204相关联的内表面段的长度的总变化为γ_u＝α+β，并且与应变仪205相关联的内表面段的长度的总变化为γ_d＝-α+β。因此，独立测量的γ_u和γ_d允许系统10来分别计算由于流体流的阻力而产生的拉伸(通过计算来自应变仪204、205的差分信号[(γ_d-γ_u)/2])以及由于热膨胀而产生的拉伸(通过计算来自应变仪204、205的平均信号[(γ_d+γ_u)/2])。

差分信号(γ_d-γ_u)/2＝α与挠曲δ_max成比例，挠曲与通过流体流209在主体构件202上的阻力成比例。平均信号(γ_d+γ_u)/2＝β与主体构件202的热膨胀/收缩成比例。如本领域的普通技术人员所理解的，计算关于流体流209在主体构件202上的力影响和温度影响的具体参数、以及将它们对应于一组特定的可测量的γ_d和γ_u可以至少部分地基于建模或校准。

设想系统10在其计算中通过利用来自至少一个紧邻主体构件202定位的温度传感器的传感测量值来补偿主体构件202的热膨胀/收缩。这种参考传感器提供流体流的实时温度测量值，该温度测量值用来计算由于温度变化而产生的膨胀/收缩β、和/或由于流体流作用力而产生的膨胀/收缩α。该类型的算法分析被本领域的普通技术人员所理解。

返回图3B的解释，在流体流209中作用在主体构件202上的作用力通过等式4来限定：

其中C_d是圆柱体的阻力系数，A＝2r_ol限定圆柱体的横截面，ρ是流体密度，v是流体速度，C_d取决于雷诺数，(图4)和μ是动态粘度。通过知道流体粘度和密度，系统10具有计算流体速度和体积流率所需的信息。相反地，通过知道流体流的流速，系统10具有计算流体粘度和密度的信息。因此，传感器200允许系统10收集传感测量值，随着时间从这些传感测量值计算、监测并跟踪某些流体流参数。

图5为传感器400的主体构件的一个实施方式的侧剖视图；具体地，图5是在流体流(未描绘)内的已变形的传感器400的视图。传感器400包括具有混合的形状/几何结构/配置的主体构件401。传感器400包括球形部分402，该球形部分402有助于主体构件401至少部分地基于流体流的阻力而变形。因此，球形部分402为传感器400提供流体流的阻力可以作用在其上的额外的外表面区域。

球形部分402被描述为没有内腔；然而，设想该球形部分402是其自身的独立的主体构件(例如图2A-图2B的主体构件101)。该类型的配置允许主体构件401的外表面沿着圆柱体部分(基本上，例如图3A-图3B的主体构件202的圆柱体中空主体构件)不同于球形部分402地变形。本领域的普通技术人员理解的是，球形主体构件(如本文所描述的)与圆柱体主体构件(如本文所描述的)之间的差异为系统10提供不同的变形测量值的来源，其可以提供关于流体流的参数的不同的信息和/或互补的信息。

图6为如通过系统10至少部分地基于来自流体流传感器的变形测量信号所计算的流体流的作用力随时间的图示。如本文所描述的，在含颗粒流体流中，流体流传感器的主体构件不仅至少部分地基于流体流的阻力而经历变形，而且基于多个颗粒/颗粒团聚体在流体流中的循环撞击而经历变形。在这种情况下，流体流传感器将通过系统10所计算的测量值提供为如图6中所描绘的脉冲响应。

更具体地，图6图示了如施加在图3A-图3B的传感器200的主体构件202上的含颗粒流体流209的作用力。主体构件202主要是圆柱形的并且在一段时间内以500Hz的获得率进行的高剪切湿制颗粒(highshearwetgranulation，HSWG)处理中延伸到流体流中。在通过系统10至少部分地基于来自应变仪204、205在该段时间内的变形测量值计算时，可分辨制粒机刀片呈现正弦拟合501频率(流体流的参数的一个实施方式)，以及流体流具有多个作用力峰值502。多个作用力峰值502(流体流的参数的另一个实施方式)提供关于由在流体流中的多个颗粒、颗粒团聚体和/或合并的颗粒所引起的撞击的作用力、时间和频率的信息。系统10利用/处理该信息，以计算这些峰值的幅度，该幅度指示含颗粒流体流的质量和密度。本领域的普通技术人员容易理解这些计算所需的算法。

图7为主体构件沿着图3A-图3B的线7’-7’的顶剖视图。在图7中，传感器600包括沿着其长度基本上是圆柱形的主体构件601。传感器600还包括接合到主体构件601的内表面的两个应变仪对，应变仪602、603和应变仪604、605。应变仪602、603和应变仪604、605获取在特定的相关的内表面段处的变形测量值，从而由应变仪602、603所形成的平面(用线x来表示)垂直于由应变仪604、605所形成的平面(用线y来表示)。设想多个其它的应变仪对/组沿着主体构件601的长度而存在，并且它们可以限定相对于其它的应变仪对/组的各种角度。

如本文所描述的，图3A-图3B的两个光学FGB应变仪204、205被定位成使得流体流209的方向平行于应变仪对位于的轴向横断面。本领域的普通技术人员理解的是，如果流体流209改变方向且如果传感器200仅仅具有所描绘的一对/组应变仪，则传感器200将仅仅对作用力相对于该平面的投影响应。如果是这种情况，并且如果在其它情况下流体流的幅度和有角度的方向不能被已知和/或感测到，则传感器200不能提供必要的变形测量值来计算所期望的流体流参数。

如果传感器200包含在垂直的方向上工作的至少两对应变仪，则该缺点得以消除。图7描绘了在传感器600中这种实施方式。因此，在流体流(未描绘)的任意方向处，应变仪602、603获取与所期望的流体流参数的x向量分量相关的变形测量值，以及应变仪604、605获取与所期望的流体流参数的y向量分量相关的变形测量值。本领域的普通技术人员容易理解对变形测量值分组和处理以及基于导出的向量分量计算复合的流体流参数所需的算法。

图8为类似于图3A-图3B的流体流传感器200的多个已变形的圆柱形流体流传感器700的实施方式的侧剖视图。多个流体流传感器700以串联的方式沿着容器的结构壁701而组装；然而，多个流体流传感器700不限于图8中所描绘的。本领域的普通技术人员理解的是，各个流体流传感器700被配置成沿着壁701的许多路径来定位。此外，各个流体流传感器700被配置成通过大距离来分开并且延伸不同的长度到流体流703中。此外，如本文所描述的，各个流体流传感器700均向集线器部件99和/或计算服务器118贡献传感信息，以用于处理。此外，各个流体流传感器700是同一传感器封装件125的一部分或者是独立的传感器封装件125的一部分。

图9图示了用于监测并控制工业处理的流体流作用力测量系统809的高级功能框图。一个或多个传感器100、200延伸到容器内的流体流中。询问器800经由光纤107、108、206、207通信地联接到传感器100、传感器200。FBG应变仪105、106、204、205利用来自可变光谱的光源801的光来询问。可变光谱的光源801包括可调谐激光器，并且至少部分地通过光源控制单元802来控制。

如本领域所容易理解的，由应变仪105、106、204、205的特定的内表面段反射的光经由光纤107、108、206、207被传输返回到询问器800。更具体地，反射的光包含关于内表面段的变形的信息，并且表示作用在柔性中空主体构件102、202上的流体流参数。询问器800的一个或多个光学检测器803接收由特定的内表面段反射的光。从光学检测器803输出的信号/数据通过信号调节器804来调节并通过信号处理单元805来数字化。

询问器800通过计算模块来控制，该询问器800包括处理器806、存储器807和人机接口设备806。预装有适当的软件的计算模块开始至少部分地处理变形测量值，例如，将它们分组、给它们贴标签、使它们相关。此外，询问器800还包括通信模块810，询问器800通过通信模块810将原始变形测量值和/或已处理的数据/信号传递到远程监测和控制服务器811。这涉及通信网络812。

通过使用与监测和控制服务器811相关联的计算数据库813，监测和控制服务器811分析从询问器800接收的数据，并且，根据预定的算法或用户干扰，将控制命令/信号发送到处理控制单元814。之后，处理控制单元814利用该命令/信号，以将变化引入到工业处理中。例如，处理控制单元814传输改变在工业处理中所包含的高剪切湿制颗粒的旋转速度的控制命令。此外，处理控制单元814传输在流体流中增加特定量的化学物质的控制命令。基于某些反馈和控制系统，服务器811通过修改询问器800内的软件来改变测量方法/技术。

图10为图示连续地现场监测容器内的流体流的方法的逻辑流程图。在框505处开始，计算模块确定监测时段的开始时刻。在框510处，通过监测模块监测来自传感器封装件中的流体流传感器的各个应变仪的一个或多个独立的变形测量值。在框515处，监测模块和/或计算模块处理来自各个应变仪的一个或多个独立的变形测量值，以确定一个或多个流体流参数是否偏离目标。如本领域的普通技术人员所理解的，这可以包括运行所有过去的变形测量值和所有当前的变形测量值的回归分析和/或统计分析。此外，当必要时，这可以包含缓冲和调节。此外，如本领域的普通技术人员所理解的，目标可以是特定值、范围或自某一计算趋势的统计偏差。

如果所计算的一个或多个流体流参数偏离目标，则在该方法中出现两个偏差。如果所计算的一个或多个流体流参数偏离目标，则该方法继续到框520，在框520中通过监测模块和/或计算模块传送输出警报信号。本领域的普通技术人员理解的是，输出警报信号可以采用通过本文所描述的用户界面向用户视觉警报的形式。本领域的普通技术人员还理解的是，输出报警信号可以在系统的背景中，并且用作改变/影响系统的一个或多个操作的无声信号。一旦输出报警信号，则该方法继续到框525。

如果所计算的一个或多个流体流参数没有偏离目标，则在框525处，通过监测模块继续监测来自传感器封装件中的流体传感器的各个应变仪的一个或多个独立的变形测量值。在框530处，监测模块和/或计算模块处理来自各个应变仪的一个或多个独立的变形测量值，以计算一个或多个流体流参数并将一个或多个流体流参数输出到系统的部件。

下一步，在框535处，计算模块确定监测时段的结束时刻。下一步，在框540处，计算模块存储来自各个应变仪的一个或多个独立的变形测量值和所计算的流体流参数。计算模块还存储一个或多个离散的流体流参数在监测时段的过程中的任何统计分析。

图11为图示连续地现场监测容器内的流体流的另一方法的逻辑流程图。在框605处开始，通过监测模块接收来自流体流传感器的主体构件的各个应变仪的一个或多个独立的变形测量值。在框610处，计算模块分析来自各个应变仪的一个或多个独立的变形测量。

在框615处，计算模块对来自各个应变仪的一个或多个相关的测量值分组。本领域的普通技术人员理解的是，这可以涉及关于应变仪的相对位置和它们正在读取哪一个内表面段的信息。这还可以涉及监测模块传输关于应变仪之间的关系的信息，即它们是否是特定的预先建立的对/组的一部分、它们是否与感测的流体流方向直接对齐、或者它们是否处于相对于流体流的特定角度。这还可以涉及监测模块传输来自其它的非应变仪传感器的其它相关的传感数据。

下一步，在框620处，计算模块比较所建立的一个或多个组内的来自各个应变仪的一个或多个相关的测量值。本领域的普通技术人员理解的是，这可以涉及处理关于来自各个应变仪的过去的相关的测量值的历史信息，以确定当前的一个或多个测量值与已建立的组中的其它的测量值相比较，是否有可能是不准确的或不精确的。这可以涉及比较组内的一个或多个测量值，以确定当前的一个或多个测量是否有可能是不准确的或不精确的。如本领域的普通技术人员所理解的，这还可以涉及统计分析或回归分析。

下一步，在框625处，计算模块计算已建立的一个或多个组内的一个或多个相关的测量值之间的一个或多个差。本领域的普通技术人员理解的是，这可以是简单的减去已建立的组内的相关的测量值。它还可以涉及消除可能的异常值和/或错误分组的测量值的更复杂的方法。它还可以涉及导致已建立的一个或多个组内的一个或多个测量之间的总计的差的统计分析。

下一步，在框630处，将已建立的一个或多个组内的一个或多个相关的测量值之间的一个或多个差输出到其它的系统部件。本领域的普通技术人员理解该信息可以对于计算一个或多个流体流参数、对于计算相关的应变仪之间的差分信号以及对于计算相关的应变仪之间的平均信号是有用的。

下一步，在框635处，通过监测模块接收来自流体传感器的主体构件的各个应变仪的另外的一个或多个测量值。在框640处，然后计算模块再次对来自各个应变仪的一个或多个相关测量值分组。在框645处，如果对来自各个应变仪的一个或多个相关的测量值的分组从在框615处对他们如何分组改变，则该方法中出现两个偏差。如果对来自各个应变仪的一个或多个相关的测量值的分组没有从在框615处对他们如何分组改变，则该方法返回到框630。

如果对来自各个应变仪的一个或多个相关的测量值的分组从在框615处对他们如何分组改变，则在框650处，计算模块比较新建立的一个或多个组内的来自各个应变仪的一个或多个相关的测量值。本领域的普通技术人员理解的是，这可以涉及处理关于来自各个应变仪的一个或多个相关的测量值之间的过去的比较的历史信息，以确定当前的一个或多个组是否有可能被不准确地或不精确地形成。

下一步，在框655处，计算模块计算新建立的一个或多个组内的一个或多个相关的测量值之间的一个或多个差。下一步，在框660处，将新建立的一个或多个组内的一个或多个相关的测量值之间的一个或多个差输出到其它系统部件。

图12为图示连续地现场监测容器内的流体流的另一方法的逻辑流程图。方法900基本上与上面所描述的方法600相同；然而，计算模块附加地识别框920的已建立的组中的优选的组。本领域的普通技术人员理解的是，取决于传感器的主体构件的具体的形状和配置，已建立的组可以被识别为优选的组。它也可以取决于在流体流与传感器交互时流体流的幅度、方向和角度、以及潜在的优选的组如何与流体流的相关，即产生该组内的测量值的所有的应变仪是否大体上平行于流体流或大体上垂直于流体流。例如，在图7中，包含来自应变仪602、603的变形测量值的组和包含来自应变仪604、605的变形测量值的组可以均被识别为优选的组，这是因为它们分别代表平行于流体流209的应变仪的组和垂直于流体流209的应变仪的组。

下一步，在框925处，计算模块比较已识别的优选的组内的来自各个应变仪的一个或多个相关测量值。下一步，在框930处，计算模块至少部分地基于已识别的优选的组内的变形测量值计算流体流参数的向量分量。本领域的普通技术人员理解的是，这可以涉及计算模块计算已识别的优选的组内的一个或多个相关的测量值之间的一个或多个差，如在方法600的框625中所描述的。

下一步，在框935处，将已计算的流体流参数的向量分量输出到其它系统部件。本领域的普通技术人员理解该信息可以对于计算一个或多个流体流参数、对于计算相关的应变仪之间的差分信号以及对于计算相关的应变仪之间的平均信号是有用的。

下一步，在框940处，通过监测模块接收来自流体流传感器的主体构件的各个应变仪的一个或多个另外的测量值。在框945处，计算模块然后再次对来自各个应变仪的一个或多个相关的测量值分组。在框950处，如果已识别的优选的组从框920处所识别的那些组改变，则在该方法中出现两个偏差。如果已识别的优选的组没有从框920处所识别的那些组改变，则该方法返回到框925。

如果已识别的优选的组从框920处所识别的那些组改变，则在框955处，计算模块新识别来自框945的已建立的组中的优选的组。本领域的普通技术人员理解的是，取决于在流体流与传感器交互时流体流的幅度、方向和角度，已建立的组可以被新识别为优选的组。

下一步，在框960处，计算模块比较新识别的优选的组内的来自各个应变仪的一个或多个相关的测量值。下一步，在框965处，计算模块至少部分地基于来自新识别的优选的组内的变形测量值计算流体流参数的向量分量。下一步，在框970处，将所计算的流体流参数的向量分量输出到其它系统部件。

图13为图示用于连续地现场监测容器内的流体流的装置、系统和方法的示例性软件架构1000的示意图。如图13中所示的，CPU或数字信号处理器110经由主总线211联接到存储器112。存储器112可以存在于集线器部件99、传感器封装件125或其组合内。类似地，应该理解的是，计算模块113和CPU110可以存在于集线器部件99、传感器封装件125或其组合内。

如上面所指出的，CPU110是具有N个核处理器的多核处理器。也就是说，CPU110包括第一核222、第二核224和第N核230。如对于本领域的普通技术人员所已知的，第一核222、第二核224和第N核230中每一者可用于支持专用的应用或程序。可替选地，一个或多个应用或程序可以是分布式的，以用于跨越两个或更多个可用的核进行处理。

CPU110可以从一个或多个计算模块113接收命令，计算模块113可以包括软件和/或硬件。如果实施为软件，则一个或多个模块113包括由CPU110执行的指令，CPU110向由CPU110和其它处理器执行的其它的应用程序发布命令。

CPU110的第一核222、第二核224直到第N核230可以集成在单一的集成电路芯片上，或者它们可以集成或耦合在多电路封装件中的独立的多个芯片上。设计者可以经由一个或多个共享缓存耦合第一核222、第二核224直到第N核230，并且它们可以经由网络拓扑(例如总线拓扑、环型拓扑、网格拓扑和交叉开关拓扑)实现消息或指令传递。

如本领域所已知的，总线211可以包括经由一个或多个有线、无线或光学连接的多个通信路径。总线211可以具有为了简单起见而省略的附加的元件以实现通信，该附加的元件例如控制器、缓冲(缓存)、驱动器、中继器和接收器。另外，总线211可以包括地址、控制、和/或数据连接，以能够在前述部件之间适当地通信。

如图13中所示出的，当由部件99、125所使用的逻辑以软件实现时，应当注意的是，启动逻辑250、管理逻辑60、计算接口逻辑270、应用程序商店280中的应用程序、和文件系统290的部分中的一者或多者可以存储在计算机可读介质上，以用于由计算机相关的任何系统或方法使用或与计算机相关的任何系统或方法相关。在该文本的情况下，计算机可读介质是电子设备、磁性设备、光学设备或可以包含或存储由计算机相关的系统或方法使用或与计算机相关的系统或方法相关的计算机程序和数据的其它物理设备或部件。各种逻辑元件和数据存储器可以在任何计算机可读介质中来实施，以由指令执行系统、装置或设备(例如基于计算机的系统、包含处理器的系统或可以从指令执行系统、装置或设备取得指令并执行指令的其它系统)使用或与指令执行系统、装置或设备相关。在该文本的情况下，计算机可读介质可以是任何可以存储、通信、传送或传输由指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备相关的程序的任何部件。

计算机可读介质可以例如但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体的系统、装置、设备、或传播介质。计算机可读介质的更具体的示例(非穷举列表)包括以下：具有一条或多条导线的电连接(电子的)、便携式计算机磁盘(磁性的)、随机存取存储器(RAM)(电子的)、只读存储器(ROM)(电子的)、可擦除可编程只读存储器(EPROM、EEPROM或闪速存储器)(电子的)、光纤(光学的)、闪存、和便携式光盘只读存储器(CD-ROM)(光学的)。注意，计算机可读介质甚至可以是纸或在其上印刷程序的另一种合适的介质，这是由于程序可以以电子方式获取，例如经由对纸或其它介质的光学扫描，然后编译，解释或以合适的方式处理(如果必要的话)，然后存储在计算机存储器中。

在可替选的实施方式中，其中启动逻辑250、管理逻辑260和可能地计算接口逻辑270中的一者或多者以硬件实现，各种逻辑可以以在本领域公知的以下技术的任一者或组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门的一个或多个离散逻辑电路、具有适当的组合的逻辑门的专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，ASIC)、一个或多个可编程门阵列(programmablegatearray，PGA)、现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，FPGA)等。

存储器112为非易失性数据存储设备，例如闪速存储器或固态存储器设备。尽管描绘为单个设备，但是存储器112可以是具有耦合到数字信号处理器110(或附加的处理器核)的独立的数据存储器的分布式存储设备。

启动逻辑250包括一个或多个可执行指令，该一个或多个可执行指令用于选择性地识别、加载并执行选择程序，以识别精确的传感器读数和/或生成流体流参数的计算。启动逻辑250可以识别、加载并执行选择计算程序。示例性的选择程序可以在嵌入式文件系统290的程序存储器296中找到。当通过CPU110中的一个或多个核处理器执行时，示例性的选择程序可以根据由计算模块113所提供的一个或多个信号操作，以识别精确的传感器读数和/或计算流体流参数。

管理逻辑260包括用于终止一个或多个相应的处理器核上的系统程序以及选择性地识别、加载并执行更适合的替换程序的一个或多个可执行指令。管理逻辑260被布置成在运行时间执行这些功能，或者在通过该设备的操作者为部件99供电并使用部件99时执行这些功能。在一些系统实施方式中可以由用户自定义的替换程序可以在嵌入式文件系统290的程序存储器296中找到。

接口逻辑270包括一个或多个可执行指令，该一个或多个可执行指令用于呈现、管理外部输入并与外部输入交互，以观察、配置或者以其它方式更新存储在嵌入式文件系统290中的信息。在一个实施方式中，接口逻辑270可以连同经由USB端口142所接收的制造商输入来操作。这些输入可以包括待从程序存储器296删除或添加到程序存储器296的一个或多个程序。可替选地，输入可以包括编辑或改变程序存储器296中的一个或多个程序。此外，输入可以识别启动逻辑250和管理逻辑260中的一者或两者的一个或多个改变或者整个替换。通过举例的方式，输入可以包括改变用来生成自定义的计算算法的参数的权重。

在部件99上的限定的操作条件下，接口逻辑270能够使制造商可控制地配置并调节终端用户的体验。当存储器112是闪速存储器时，启动逻辑250、管理逻辑260、接口逻辑270、应用程序存储器280中的应用程序或嵌入式文件系统290中的信息中的一者或多者可被编辑、替换或以其它方式修改。在一些实施方式中，接口逻辑270可用允许部件99、125的终端用户或操作者搜索、定位、修改或替换启动逻辑250、管理逻辑260、应用程序存储器280中的应用程序和嵌入式文件系统290中的信息。操作者可以使用产生的接口来进行将在下一次部件99、125的启动时实现的改变。可替选地，操作者可以使用产生的接口来进行在运行时间的期间实现的改变。

嵌入式文件系统290包括分层次布置的计算存储器292。在这一点，文件系统290可以包括其总的文件系统容量的保留部分，用于存储配置并管理由部件99、125所使用的各种计算等式和/或系统算法的信息。

在该说明书中描述的方法或方法流程中的特定步骤自然地先于用于本发明的如所描述的起作用的其他步骤。然而，如果所描述的步骤的次序或顺序不改变本发明的功能，则本发明不限于该步骤的次序。即，可以看出，一些步骤可以在其他步骤之前、之后或并行(基本上与其他步骤同时)执行而不背离本发明的范围和精神。在一些示例中，特定步骤可以被省略或者不执行而不背离本发明。另外，词语诸如“此后”、“然后”、“下一步”等不用于限定步骤的次序。这些词语仅用来通过示例性方法的描述引导读者。

各个实施方式通过示例提供且不用于限制本公开的范围。所描述的实施方式包括不同的特征，不是所有的特征在本公开的所有实施方式中都是必需的。本公开的一些实施方式仅利用一些特征或者可能的特征组合。对于本领域的普通技术人员可得出本公开的描述的实施方式的变型和包括在所述实施方式中指出的特征的不同组合的本发明的实施方式。本领域的普通技术人员可以理解，本公开不限于上文特别示出和描述的内容。反之，本发明的范围通过所附的权利要求书来限定。

Claims (20)

1.一种用于连续地现场监测容器内的流体流的系统，所述系统包括包含传感器的传感器封装件，所述传感器包括：

a)主体构件，所述主体构件限定内腔使得所述主体构件包括第一外表面段和第一内表面段，所述主体构件被配置成延伸到流体流中，使得所述内腔与所述流体流隔离并且所述第一外表面段与所述流体流接触，所述第一外表面段和所述第一内表面段分别被配置成至少部分地基于所述流体流的阻力而变形，其中所述第一内表面段转移所述第一外表面段的变形；以及

b)第一应变仪，所述第一应变仪被定位在所述主体构件的所述内腔中且被配置成测量所述第一内表面段的变形，以及传输所述第一内表面段的变形测量值。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一内表面段限定所述主体构件的一部分，在所述主体构件的所述部分处，所述流体流的所述阻力产生所述主体构件的最大变形。

3.如权利要求1所述的系统，其中，所述传感器封装件被配置成：

a)分析所述第一内表面段的所述变形测量值；以及

b)至少部分地基于所述第一内表面段的所述变形测量值，计算流体流参数。

4.如权利要求3所述的系统，其中，所述流体流参数选自由所述流体的力、温度、速度、流量、粘度和密度组成的组。

5.如权利要求3所述的系统，其中，所述流体流是含有颗粒的，并且所述流体流参数选自由所述流体流中的颗粒的质量和密度组成的组。

6.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一应变仪选自由光学应变仪、电阻式应变仪和半导体应变仪组成的组。

7.如权利要求1所述的系统，其中，所述主体构件是球形的或圆柱形的。

8.一种用于连续地现场监测容器内的流体流的系统，所述系统包括：

a)传感器，所述传感器包括：

b)主体构件，所述主体构件限定内腔，使得所述主体构件包括第一外表面段和第一内表面段，所述主体构件被配置成延伸到流体流中，使得所述内腔与所述流体流隔离以及所述第一外表面段与所述流体流接触，所述第一外表面段和所述第一内表面段分别被配置成至少部分地基于所述流体流的阻力而变形，其中所述第一内表面段转移所述第一外表面段的变形；

c)第一光学应变仪，所述第一光学应变仪被定位在所述主体构件的所述内腔中且被配置成测量所述第一内表面段的变形，以及通过光学信号传输所述第一内表面段的变形测量值；以及

d)询问器，所述询问器通信地联接至所述第一光学应变仪且被配置成接收通过所述光学应变仪所传输的光学信号，且传输所述第一内表面段的所述变形测量值。

9.如权利要求8所述的系统，所述系统还包括控制器，所述控制器与所述询问器通信地联接且被配置成：

a)从所述询问器接收所述第一内表面段的所述变形测量值；

b)分析所述第一内表面段的所述变形测量值；以及

c)至少部分地基于所述第一内表面段的所述变形测量值，计算流体流参数。

10.如权利要求1所述的系统，其中，所述主体构件还包括：

a)第二外表面段和第二内表面段，所述第二外表面段和所述第二内表面段分别被配置成至少部分地基于所述流体流的所述阻力而变形，其中所述第二内表面段转移所述第二外表面段的变形，并且所述第二内表面段和所述第一内表面段通过第一平面来对齐；以及

b)第二应变仪，所述第二应变仪被配置成测量所述第二内表面段的变形。

11.如权利要求10所述的系统，其中，所述主体构件还包括：

a)第三外表面段和第四外表面段以及第三内表面段和第四内表面段，所述第三外表面段和所述第四外表面段以及所述第三内表面段和所述第四内表面段分别被配置成至少部分地基于所述流体流的所述阻力而变形，其中所述第三内表面段转移所述第三外表面段的变形，其中所述第四内表面段转移所述第四外表面段的变形，其中所述第三内表面段和所述第四内表面段通过第二平面来对齐，以及所述第一平面和所述第二平面相交且限定一角度；

b)第三应变仪，所述第三应变仪被配置成测量所述第三内表面段的变形，以及传输所述第三内表面段的变形测量值；以及

c)第四应变仪，所述第四应变仪被配置成测量所述第四内表面段的变形，且传输所述第四内表面段的变形测量值。

12.如权利要求11所述的系统，其中，所述传感器封装件被配置成：

a)分析所述第一内表面段、所述第二内表面段、所述第三内表面段和所述第四内表面段的所述变形测量值；以及

b)至少部分地基于所述第一内表面段、所述第二内表面段、所述第三内表面段和所述第四内表面段的所述变形测量值以及由所述第一平面和所述第二平面所限定的角度，计算流体流参数。

13.如权利要求12所述的系统，其中，由所述第一平面和所述第二平面所限定的角度是90.0度。

14.一种连续地现场监测容器内的流体流的方法，所述方法包括：

a)使传感器至少部分地延伸到容器内的流体流中，所述传感器包括主体构件和第一应变仪，所述主体构件限定内腔使得所述主体构件包括第一内表面段，所述内腔与所述流体流隔离，所述第一应变仪被定位在所述内腔中；

b)通过所述第一应变仪，检测所述第一内表面段的变形；

c)通过所述第一应变仪，传输所述第一内表面段的变形测量值；

d)分析所述第一内表面段的所述变形测量值；以及

e)至少部分地基于所述第一内表面段的所述变形测量值，计算流体流参数。

15.如权利要求14所述的方法，所述方法还包括改变所述流体流。

16.如权利要求14所述的方法，其中，所述传感器还包括第二应变仪、第三应变仪和第四应变仪，并且所述主体构件还包括第二内表面、第三内表面和第四内表面，所述第一内表面段和所述第二内表面段通过第一平面来对齐，所述第三内表面段和所述第四内表面段通过第二平面来对齐，所述第一平面和所述第二平面相交且限定一角度，所述方法还包括：

f)通过所述第二应变仪检测所述第二内表面段的变形；

g)通过所述第三应变仪检测所述第三内表面段的变形；

h)通过所述第四应变仪检测所述第四内表面段的变形；

i)传输所述第一内表面段的变形测量值、所述第二内表面段的变形测量值、所述第三内表面段的变形测量值和所述第四内表面段的变形测量值；以及

j)分析所述第二内表面段的所述变形测量值、所述第三内表面段的所述变形测量值和所述第四内表面段的所述变形测量值；

其中还至少部分地基于所述第二内表面段的所述变形测量值、所述第三内表面段的所述变形测量值和所述第四内表面段的所述变形测量值计算所述流体流参数；并且

其中计算所述流体流参数包括：

i)比较所述第一内表面段的所述变形测量值和所述第二内表面段的所述变形测量值；和

ii)比较所述第三内表面段的所述变形测量值和所述第四内表面段的所述变形测量值。

17.如权利要求16所述的方法，其中，计算所述流体流参数还包括：

iii)计算在所述第一内表面段的所述变形测量值和所述第二内表面段的所述变形测量值之间的差；

iv)计算在所述第三内表面段的所述变形测量值和所述第四内表面段的所述变形测量值之间的差；和

v)至少部分地基于在所述第一内表面段的所述变形测量值和所述第二内表面段的所述变形测量值之间的差以及在所述第三内表面段的所述变形测量值和所述第四内表面段的所述变形测量值之间的差，计算所述流体流参数。

18.如权利要求16所述的方法，其中，所述流体流参数是向量，并且计算所述流体流参数还包括：

iii)至少部分地基于由所述第一平面和所述第二平面所限定的角度以及所述第一内表面段的所述变形测量值和所述第二内表面段的所述变形测量值，计算所述流体流参数的第一向量分量；以及

iv)至少部分地基于由所述第一平面和所述第二平面所限定的角度以及所述第三内表面段的所述变形测量值和所述第四内表面段的所述变形测量值，计算所述流体流参数的第二向量分量。

19.如权利要求17所述的方法，其中，计算所述流体流参数还包括：

vi)根据所述第一应变仪和所述第二应变仪，至少部分地基于在所述第一内表面段的所述变形测量值和所述第二内表面段的所述变形测量值之间的差，计算差分信号；

vii)根据所述第一应变仪和所述第二应变仪，至少部分地基于在所述第一内表面段的所述变形测量值和所述第二内表面段的所述变形测量值之间的差，计算平均信号；和

viii)计算所述第一表面段的变形，相对于所述第一内表面段的热膨胀，所述第一表面段的变形是由所述流体流的所述阻力而引起的。

20.如权利要求19所述的方法，其中，所述传感器还包括参考温度传感器，所述参考温度传感器被配置成感测所述流体流的温度，并且计算所述流体流参数还包括：

ix)通过所述参考温度传感器检测所述流体流的温度；

x)通过所述参考温度传感器传输所述流体流的温度测量值；以及

xi)计算所述第一内表面段的热膨胀，相对于所述流体流的所述阻力，所述第一内表面段的热膨胀是由所述流体流的温度引起的。