JPH05502939A - 濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は油の連続相と水の連続相の両者に存在する水と炭化水素の混合物の速度 と含有量を測定するための装置に関する。

従来の技術 油中の水の量を決定するために誘電率の変化を利用する装置が市場には多数存在 する。これらの装置は油の連続相でのみ、すなわち、誘電性を有する混合物でさ えあれば動作する。

しかしながら、ひとたび混合物が水の連続相に変化すると、混合物は絶縁体（誘 電体）ではなくなり、計器は１００％の水であると表示してしまう。

光学上の原理を利用する他の技術は、油の連続相で感光度が不足してしまい、頻 繁に洗浄しなければ濃厚な油の増大に対処することができない。また、水中にお ける塩分の変化は、例えば屈折率や導電率、誘電率等のパラメータの実際の測定 値に影響を及ぼす傾向がある。２成分の混合物において好結果が得られる一方で 、核吸収が硫黄やバナジウム等の重金属の汚染物によって妨げられる。水の連続 相における分子の大きさは、重要な役割を果たすとともに計器の示度に大きく影 響を及ぼす。

図面の簡単な説明 図１は、管路と本発明にかかる測定システムを示している。

図２Ａは、パッチ（ｐａｔｃｈ）形式のアンテナを使用する本発明の第２の実施 例を示している。

図２Ｂは、図２Ａの端面図を示している。

図２Ｃは、長方形の断面を有する以外は図２Ｂと同一構成の装置を示している。

図３は、本発明の第３の実施例を示している。

図４は、挿入方式のプローブを使用する本発明の第４の実施例を示している。

好適な実施例 以下、添付図面を参照しつつ本発明の詳細な説明する。

図１は水に対する炭化水素の割合と流体の速度を測定するシステムを示している 。

図１は流体流れのための管路１を示している。管路１は円形もしくは長方形状の 断面を有している。送信器２は高周波信号を同軸ケーブル３もしくは導波管を介 してアンテナ４に送信する。アンテナ４はホーンアンテナ、パッチ（ｐｉｔｃｈ ）アンテナ、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナのような既知のアンテナ であり、絶縁体５によって流体から絶縁されている。受信器７，９は同様のアン テナ装置６．８にそれぞれ接続されている。アンテナ装置６，８は送信アンテナ ４からそれぞれｄｌ、ｄ２の距離だけ離間されている。通常、ｄ２はｄｌの２倍 である。ディバイダー１０は受信器７，９の出力を分割し、受信器７で受信され た信号値Ｐ１と受信器９で受信された信号値Ｐ　との比Ｐ１／Ｐ２の線形化され た出力を供給する。そして、２つの受信信号間のベクトル比、ベクトル差あるい は位相差のいずれかが被測定物である２つの物質の濃度を測定するために使用さ れる。

このリニアライザー（Ｉｉｎｅａｒｉｘｅｒ）　１０は、米国特許第４７７４６ ８０号に開示されているように、カーブセレクターリニアライザーの形態をなし ている。

電気負荷すなわちアンテナ４に作用する流体のインピーダンスは流体の電気特性 によって変化する（この現象は米国特許第４５０３３８３号で利用されている。

）ため、送信されるエネルギ量は流体の性質によって影響される。このような測 定技術を利用する装置に関する主要な問題は、特に、流体が内部に２，３滴の油 を宵する水のような２種の混合しない流体物からなるような場合に、流体と絶縁 体５の表面によって結果が左右されるということである。この混合物が同質でな く、すなわち、小滴の大きさとコートされた厚さが異なる場合には、負荷はそれ によってかなり影響される。米国特許出願０７／３１１６１０号はこの影響を予 測することによって、それに打ち勝つことを試みている。予測には必要とされる パラメータを得るために多くの試験を行なう必要があり、その予測は生成物、温 度、速度の限られた範囲においては正確である。したがって、その流体の特性の 大部分を測定できれば、これらの問題は解決される。

本発明は、各受信器７，９によって受信された信号の電力比と位相差を１１定す ることによって、これらの目的を達成する。水がエネルギを吸収する間、油は全 くエネルギを吸収しないので、各アンテナで受信される電力量は水の含有量と送 信アンテナからの距離の関数となる。これらの信号の比と位相差を調べることに よって、出力１２は、アンテナ６．８が共に全く同一の方法によって同一の流体 に浸漬されている場合、コーテイング面等と無関係になる。流れの軸方向にアン テナを設け、一方の受信アンテナが流れの方向で信号を受信し、等しく離間され る他方の受信アンテナが流れの方向と反対方向で信号を受信するようにアンテナ を取付けることによって、これら２つの受信信号の位相差は流速に比例する。

水の誘電率Ｅ＝Ｅ’　−ｊＥ″に起因する２つの信号間の位相差か最大となるよ うな周波数（約２．４５ＧＨｚ）で送信することによって、塩分の影響は著しく 減少される。また、２またはそれ以上の別個の周波数、例えば２．４５ＧＨｚと 紫外線、Ｘ線、ガンマ線のような高周波が好ましい。当然、アンテナは各波長に 適合するように形成される。

ＩＫ２Ａは本発明の第２の実施例を示している。本実施例では、受信アンテナと して、モノポールアンテナの代わりに２つのパッチタイプもしくはこれと類似の アンテナが使用されている。

図２Ａにおいて、送信器２や位相検出器１０等の他の構成は全て図１と共通して いる。２組のアンテナが、図１に示すように必ずしも互いに向き合わず、どんな 平面においても使用され得ることを示すために、図２Ａのアンテナ装置は互いに 垂直な２つの平面に示されている。理解容易のため、アンテナの１組のみが図２ Ａに示されており、他の１組は省略されている。また、パッチタイプのみが示さ れている。無論、ホーンタイプ、モノポールタイプ、ダイポールタイプ等の従来 の各種アンテナも使用され得る。

図２Ｂは図２Ａの端面図を示している。この場合、中心に位置する１つのモノポ ール送信アンテナ４と、２つの受信アンテナ１３．１４とが示されている。図２ Ｂは円形断面の導波管を示している。一方、図２０は長方形断面の導波管を有す る同様の装置を示している。さらに、モノポール、ホーンタイプを２組としたよ うな従来のアンテナの他の形式のものもこの形状で使用される。送信アンテナは ２つの別個のアンテナに分割もしくは分離され得る。２つの別個のアンテナに分 割することによって、一方の受信アンテナと他方の受信アンテナ間でのクロスカ ップリングを防止することができる。

プライムセンサーを取り囲む周辺の設備は図１と同様である。

図３は、１つのダイポール送信アンテナと２つのダイポール受信アンテナとを使 用した本発明の第３の実施例を示している。図は円形の導波管内に配置されたア ンテナ装置を示している。無論、導波管は長方形状であってもよい。図３は必須 の異なった距離ｄ　、ｄ２をある特定の方向で設定したちのである。アンテナは 、１つの平面上に配置されてあってもよく、また、軸方向に離間して配置されて あってもよい。軸方向に離間して配置すれば、測定信号の線形化を増進するクロ スカップリングを低下させることができる。また、送信アンテナを分割する代わ りに２つの別個のアンテナを使用すれば、クロスカップリングをさらに低下させ ることができる。

周辺の設備は図１と同様である。

図４は、大きな管路１７に挿入される挿入方式のプローブ１６を示している。ま た、モノポールアンテナの代わりにダイポールや他のタイプのアンテナを使用し てもよい。プローブ１６は管路１７に溶接されている。管路１７へのプローブ１ ６の取り付けは、米国特許４５０３３８３号に開示されたシールハウジングを使 用するなど他のどんな方法を使用してもよい。図１と同一の周辺のエレクトロニ クスを信号変換のために使用することができる。

ト や へ 〈 ＦＩＣ：、２Ｂ ＦＩＧ、２Ｃ ＦＩＧ、３ 補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成４年４月３日 ゎ□銘　やよ　。ヮ　囚 １、国際出願番号 ＰＣＴ／ＧＢ９０１０１５２９ ３、特許出願人 氏名アガール、ジョラム 請求の範囲 １．２つの物質の混合物中で電磁波を送信することによって、２つの物質の濃度 を測定する装置において、前記２つの物質の混合物中を介して信号を所定の周波 帯内に送信する送信器と、 前記送信器によって送信される信号を前記２つの物質の混合物を介して受信して 第１および第２の出力信号をそれぞれ形成するとともに、前記送信器から異なっ た距離に離間して配置される第１および第２の受信部と、前記２つの物質の混合 物を介して信号を送受信することによって得られる変数としての前記第１および 第２の出力信号のみを使用して前記２つの物質の濃度を決定するために、第１お よび第２の出力信号を処理する処理手段とからなることを特徴とする装置。

２、前記処理手段が、受信された前記第１および第２の出力信号の電力比を決定 する手段と、 受信された前記第１および第２の出力信号の位相差を決定下る手段と、 前記決定された電力比と前記決定された位相差に基ついて、前記２つの物質の相 対的な濃度を決定する線形化手段とからｒ：ることを特徴とする請求項１に記載 の装置。

３、前記送信器が前記２つの物質の混合物を介してＳ帯域周波数の信号を送信す ることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。

４、前記Ｓ帯域周波数の信号は２．４５ＧＨｚの周波数を５、前記第１の受信部 と前記送信器との距離は前記第２の受信部と前記送信器との距離の２倍であるこ とを特徴とする請求項１ないし４のいずれが１項に記載の装置。

６、前記線形化手段がルックアツプ表を備えていることを特徴とする請求項２な いし請求項５のいずれが１項、特に請求項２に記載の装置。

国際調査報告 本＋ｗ＠Ｐ、ｌｍｍｍ−＾、、ニー１−−１ｌＮ−ＰＣＴ／ＧＢ９０１０１５２ ９国際調査報告 ＧＢ　９００１５２９ Ｓ＾　４０６９６

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．電磁波の送信によって２つの物質の濃度を測定するための装置において、（ ａ）信号を送信するための少なくとも１つの送信部と、 （ｂ）前記少なくとも１つの送信部からの信号を受信して第１および第２の出力 信号を形成するとともに、前記送信部から２つの別々の距離で離間された少なく とも２つの受信部と、（ｃ）前記少なくとも２つの受信部からの第１および第２ の出力信号を受信し、前記第１および第２の出力信号の相違を利用して２つの物 質の濃度を決定する手段とからなることを特徴とする装置。
2. ２．前記第１および第２の出力信号の相違が第１および第２の出力信号の位相差 であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. ３．前記第１および第２の出力信号の位相差が前記少なくとも２つの受信部を通 過する流体の速度を決定するために使用されることを特徴とする請求項２に記載 の装置。
4. ４．前記第１および第２の出力信号の相違が第１および第２の出力信号の振幅差 であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. ５．前記第１および第２の出力信号の相違が第１および第２の出力信号間の電力 の差であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. ６．前記少なくとも２つの受信部が１またはそれ以上の平面に配置され得ること を特徴とする請求項１に記載の装置。
7. ７．前記少なくとも２つの受信部と前記少なくとも１つの送信部はそれぞれパッ チアンテナ、ホーンアンテナ、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナのいず れかからなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. ８．前記少なくとも２つの受信部と前記少なくとも１つの送信部はそれぞれ２つ の物質内に挿入され得るプローブ装置であることを特徴とする請求項１に記載の 装置。
9. ９．前記プローブ装置のそれぞれは２つの物質の流れに平行または垂直に配置さ れ得ることを特徴とする請求項７に記載の装置。
10. １０．前記少なくとも１つの送信部がパルス信号を送信することを特徴とする請 求項１に記載の装置。
11. １１．前記パルス信号が第１および第２の出力信号と少なくとも１つの送信部に よって送信された信号とを同期させることを特徴とする請求項１０に記載の装置 。
12. １２．電磁波の送信によって２つの物質の濃度を測定するための装置において、 （ａ）信号を送信するための少なくとも１つの送信部と、 （ｂ）前記少なくとも１つの送信部からの信号を受信して第１および第２の出力 信号を形成するとともに、前記送信部から２つの別々の距離で離間された少なく とも２つの受信部と、（ｃ）前記少なくとも２つの受信部からの第１および第２ の出力信号を受信し、２つの物質の濃度を決定するために前記第１および第２の 出力信号の比を利用する手段とからなることを特徴とする装置。
13. １３．前記第１および第２の出力信号の比が第１および第２の出力信号の振幅比 であることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. １４．前記第１および第２の出力信号の比が第１および第２の出力信号の電力比 であることを特徴とする請求項１２に記載の装置。