DE3120284A1

DE3120284A1 - Verfahren und vorrichtung zur identifizierung unbekannter diskontinuitaeten in fluidstroemen

Info

Publication number: DE3120284A1
Application number: DE19813120284
Authority: DE
Inventors: Leigh Roy 02906 Providence R.I. Abts; Robert Thomas 02914 East Providence R.I. Beyer
Original assignee: Micro Pure Systems Inc
Current assignee: Micro Pure Systems Inc
Priority date: 1980-05-21
Filing date: 1981-05-21
Publication date: 1982-06-24
Also published as: GB2086044B; FR2483080B1; US4339944A; CA1169954A; IT1144374B; IT8167686A0; JPS5719653A; DE3120284C2; FR2483080A1; JPH0145576B2; GB2086044A

Description

* m -η * μ

US-Ser.No. 151 834

AT: 21. Mai 1980 11043/Sch/Ro.

Micro Pure Systems, Inc. Smithfield, Rhode Island (V.St.A.)

Verfahren zur Identifizierung unbekannter Diskontinuitäten in Fluidströmen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Identifizierung unbekannter Diskontinuitäten in fließenden Fluidströmungen.

Es ist möglich, in einer Strömung kleine Diskontinuitäten festzustellen. Ein Gerät für solche Feststellungen ist in. der US-PS 4 112 773 (Erfinder Abts) und den US-Patentanmeldungen Ser.No. 951 614 vom 16. Oktober 1978 sowie Ser.No. 31 066 vom 18. April 1979, beide ebenfalls des Erfinders Abts, beschrieben. Es kann außerdem erwünscht sein, die Art der Diskontinuität zu identifizieren. Man weis, daß Ultraschallreflexionen von großen festen Objekten gewisse unterschiedliche Charakteristika aufweisen.

Die Erfinder haben festgestellt, daß unterschiedliche Diskontinuitäten oder Unstetigkeiten in strömenden fluiden Medien (nachfolgend Fluid genannt) sich identifizieren lassen, indem ein Frequenzspektrum von einem Ultraschallsignal erzeugt wird, · das durch eine unbekannte Unstetigkeit in einer Strömung reflektiert worden ist, und daß dieses Spektrum mit den Spektren bekannter Unstetigkeiten verglichen wird. Bei bevorzugten Ausführungen wird das von einer unbekannten Unstetigkeit zurückkommende Signal in ein Digitalwort umgewandelt, und derjenige

Teil des Wortes, welcher die unbekannte Unstetigkeit wiedergibt, wird durch eine schnelle Fourier-Transformation in ein Frequenzspektrum umgewandelt. Das FrequenzSpektrum wird dann dargestellt.

Es seien nun der Aufbau und die Betriebsweise einer bevorzugten Ausführungsform anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen

Fig. 1 einen Teil eines Blockschaltbildes eines Diskontinuitäten-Identifizierungssystems ,

Fig. 2a bis 2e verschiedene Signalformen und

Fig. 3 ein Flußdiagramm des bei der Erfindung verwendeten Computerdiagramms darstellen.

Aufbau

Fig. 1 zeigt ein Identifizierungssystem 10 für Diskontinuitäten oder Unstetigkeiten. Das System weist eine Fluß- oder Strömungskammer 12 auf, durch die eine Bohrung 14 verläuft. Auf der Kammer 12 ist ein Ultraschall-Senderempfänger 16 so montiert, daß er Ultraschall-Energieimpulse über die Bohrung 14 richtet. Die Kammer und der Senderempfänger sind im US-Patent Nr. 4 112 773 und den US-Patentanmeldungen mit den Ser.Nos. 951 und 31 066 des Erfinders Abts beschrieben.

Der Senderempfänger 16 ist elektrisch an einen Verstärker 18 angeschlossen, etwa ein MCM 11OO-Monitor, der von der Firma Micro Pure Systems Inc. erhältlich ist, welche die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung ist. Das Ausgangssignal des Verstärkers 18 wird einem Eingang eines 100 MH -Analog/Digital-

Konverters 20 zugeführt (Biomation 8100 Transit Recorder). Der Konverter 20 ist über eine Interface-Einheit 22 (Dynetech Magnetic Tape Interface) an ein Magnetband-Aufzeichnungsgerät angeschlossen, welches als Vorstufen eine Pufferspeichereinheit 26 und eine Formatkontrolleinheit 28 aufweist. Das Ausgangssignal der Interface-Einheit 22 wird der Pufferspeichereinheit 26 zugeführt, welche ihrerseits ein Signal zur Formatkontrolleinheit 28 gelangen läßt. Das Ausgangssignal der Formatkontrolleinheit 28 wird einem Magnetband-Aufzeichnungskopf 30 zugeführt. Das Aufzeichnungsgerät 24 kann ein Kennedy-Bandrecorder Model 9300 sein. Für die Vorstufen eignen sich ein Kennedy-Pufferspeicher Model 9217B und eine Kennedy-Formatkontrolleinheit Model 9218.

Der Computer 32 ist so ausgebildet, daß er das Magnetband vom Aufzeichnungsgerät 24 lesen kann. Der Computer 32 hat ein Terminal 34 für sichtbare graphische Darstellungen und einen Lichtstift 36. Geeignet ist ein PDP 11/40-Computer mit einem VT Graphik Terminal.

Betriebsweise

Eine Strömung, die unbekannte ünstetigkeiten enthält, verläuft durch die Bohrung 14 der Kammer 12. Die Unstetigkeiten können einen Durchmesser von 1 bis 2p.m haben. Der Senderempfänger 16 sendet eine Reihe von Ultraschallimpulsen in die Bohrung und über die Strömung und empfängt die reflektierten Impulse, wie es im einzelnen in der obenerwähnten US-Patentschrift und den beiden US-Patentanmeldungen von Abts beschrieben ist. Ein reflektiertes Impulssignal ist in Fig. 2a gezeigt. Die großen Endspitzen 40 beruhen auf der Reflexion der Ultraschallimpulse von der näheren und der entfernteren Wand der Bohrung 14. Die mittlere Spitze 42 stellt eine Reflexion von einer Unstetigkeit¹

«.ff It

* β · V

6 -

in der Strömung dar. Dieses reflektierte Signal wird dem Verstärker 18 zugeführt.

Der Verstärker 18 verstärkt das Signal gemäß Fig. 2a und läßt das verstärkte Signal zu einem Analog/Digital-Konverter 20 gelangen. Der Konverter 20 verwandelt das Signal in ein digitales Signal. Für diese Umwandlung wird das Analogsignal an 2048 aufeinanderfolgenden Stellen längs seiner x-Achse abgetastet. Jeder Abtastwert erzeugt einen Datenpunkt auf einem von 256 Pegeln in y-Richtung. Die 256 Pegel stellen eine wachsende Skale diskreter Spannungen dar, und jeder Datenpunkt liegt auf demjenigen Pegel, welcher dem tatsächlichen Spannungspegel des Analogsignals an der Abtaststelle am nächsten kommt. Das resultierende Digitalsignal weist 2048 Datenpunkte auf und stimmt gut mit dem Analogsignal überein.. Das Digitalsignal ist für wenige repräsentative Datenpunkte 44 in Fig. 2b gezeigt.

Das Digitalsignal gelangt dann zur Interface-Einheit 22, welche das unveränderte Digitalwort der Pufferspeichereinheit 26 des Bandaufzeichnungsgerätes 24 zuführt. Sobald das Signal zur Pufferspeichereinheit 26 gelangt ist, schickt die Interface-Einheit 22 ein Kontrollsignal zurück zum Verstärker 18. Dieses Kontrollsignal aktiviert den Verstärker 18, der dann das nächste reflektierte Impulssignal zum Analog/Digital-Konverter 20 gelangen läßt.

Das Digitalsignal von der Interface-h'inheit 22, das zur' Pufferspeichereinheit 26 des Bandaufzeichnungsgerätes 24 gelangt ist, wird von dieser Einheit 26 der Formatkontrolleinheit 28 zugeführt. Sowohl die Pufferspeichereinheit 26 als auch die Formatkontrolleinheit 28 beeinflussen das Signal so, daß es mit den Elementen des Aufzeichnungskopfes 30 kompatibel ist, welcher dann das Signal auf dem Magnetband aufzeichnet. Ein einziges

: _#Γ:Ξ··.\ ;»; ·: 3 12028A

I- w » · * - ΐ ■ »»ι -ι . κ

Band enthält eine große Anzahl solcher Aufzeichnungssignale in Gruppen. Die Anzahl der Signale in einer Gruppe ist variabel. Da die Impulse von kurzer Dauer sind (weniger als 4 με) , kann die Impulsfrequenz proportional der Flußrate oder Strömungsrate gemacht werden/ um zu vermeiden, daß irgendein Partikel in der Strömung zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen durch die Leitung fließt. Vorzugsweise wird bei einer mittleren Strömungsrate eine Gruppe von 24 Signalen benutzt. Jedoch ist es bei schnelleren oder langsameren Strömungsraten zweckmäßig, größere bzw. kleinere Gruppen zu verwenden.

Es wird nicht jeder Impuls von einer Unstetigkeit in der Strömung reflektiert, und daher können einige der Signale in einer bestimmten Gruppe keine Unstetigkeitsinformation enthalten. Andere Signale in derselben Gruppe können eine doppelte Partikelinformation enthalten, da aufeinanderfolgende Impulse des Senderempfängers von derselben Unstetigkeit reflektiert werden können.

Das Band wird dann dem Computer 32 zugeführt. Dieser ist mit einem BIGJOB-Programm der Micro Pure, Inc. programmiert, und der sichtbare Graphiken zeigende Terminal 34 zeigt eine Gitterformation der verschiedenen Programmwahlmöglichkeiten an, welche gewählt werden können. Die Wahl erfolgt durch Berührung des geeigneten Gitters mit dem Lichtstift oder Lichtgriffel 36. Zunächst wird die Wortwählfunktion gewählt, und das erste Signal in der Gruppe auf dem Band wird auf dem Terminal 34 angezeigt. Wenn das angezeigte Signal keinerlei Unstetigkeitsinformation enthält, dann wird die Überspring-Funktion gewählt, und das nächste Signal in der Gruppe wird angezeigt. Die Signale des Bandes werden nacheinander auf dem Terminal angezeigt, bis ein Signal mit einer Unstetigkeitsinformation gefunden wird. Fig. 2c zeigt das Anzeigebild auf dem Terminal 34 für ein Signal, das eine Unstetigkeitsinformation enthält.

Dann wird die Wählinformations-Funktion aktiviert, wie Fig. 2c zeigt, und der Lichtgriffel 36 wird benutzt, um denjenigen Teil des Signals einzuklammern, welcher den von der Diskontinuität reflektierten Impuls darstellt. Dann erhält der Computer den Befehl, eine schnelle Fourier-Transformation für diesen eingeklammerten Signalteil durchzuführen. Dieser Teil des Computerprogramms ist das Digital Systems FFT Subroutine Program (Version 3). Man erhält als Ergebnis ein Frequenzspektrum für die Diskontinuität. Ein Frequenzspektrum ist im wesentlichen eine Aufzeichnung von Spitzenwerten auf einer positiven und negativen Frequenzskala, und die Spektren verschiedener Unstetigkeiten sind sehr unterschiedlich. Beispielsweise zeigt Fig. 2d ein Frequenzspektrum einer Luftblase und Fig. 2e ein Frequenzspektrum eines Polystyrol-Partikels.

Das Frequenzspektrum der unbekannten Unstetigkeit wird dann auf dem Terminal 34 dargestellt und mit den Frequenzspektren bekannter Unstetigkeiten verglichen. Findet sich ein identisches Frequenzspektrum, dann ist die unbekannte Unstetigkeit identifiziert. Zusätzlich zur Darstellung des Spektrums auf dem Terminal kann das Spektrum auf einer Platte gespeichert werden oder mittels eines Druckers ausgedruckt werden (Platte und Drucker sind hier nicht dargestellt), um für die Zukunft als Bezug zu dienen.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1 .y Verfahren zur Identifizierung von Unstetigkeiten oder Diskontinuitäten in einer Strömung, bei welchem ein von einer unbekannten Unstetigkeit in der Strömung reflektierte Ultraschallimpuls festgestellt wird, dadurch gekennzeichnet , daß der Impuls in ein Frequenzspektrum transformiert wird und daß dieses Frequenzspektrum mit den Frequenzspektren bekannter Unstetigkeiten verglichen wird.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß bei der Transformation zunächst der Impuls in ein Digitalsignal umgewandelt wird.

_ 2 —
3.) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß .bei der Transformation eine schnelle Fourier-Transformation des Signales durchgeführt wird.
4.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Teil des die unbekannte Unstetigkeit darstellenden Impulses ausgewählt wird und nur dieser ausgewählte Impulsteil transformiert wird.
5.) Vorrichtung zur Identifizierung einer Unstetigkeit mit einem Sender, der einen Ultraschallimpuls in eine unbekannte Unstetigkeiten enthaltende Strömung aussendet, und mit einem Empfänger, der einen von einer unbekannten Unstetigkeit reflektierten Ultraschallimpuls empfängt, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (18, 20, 22) zur Transformierung des Impulses in ein Frequenzspektrum, ferner durch eine Einrichtung (32) zur Darstellung des Frequenzspektrums und durch eine Einrichtung zum Vergleichen des Frequenzspektrums, mit den Frequenzspektren bekannter ünstetigkeiten.
6.) Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung (18, 20, 22) zur Transformation einen Analog/Digital-Konverter (26) enthält, welcher den reflektierten Impuls in ein Digitalsignal· umwandelt.
7.) Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung (32) zur Darste^ung ein Graphiken sichtbar zeigendes Terminal (34) enthält.