KR20240022580A

KR20240022580A - 유체 센서

Info

Publication number: KR20240022580A
Application number: KR1020247001429A
Authority: KR
Inventors: 필립 하퍼; 사무엘 조셉 힐
Original assignee: 트리보손닉스 리미티드
Priority date: 2021-06-17
Filing date: 2022-06-17
Publication date: 2024-02-20
Also published as: BR112023026541A2; EP4356104A1; CA3222763A1; GB202108643D0; WO2022263854A1; GB2607935A; CN117616263A

Abstract

유체 볼륨(volume)의 특성을 결정하기 위한 방법. 이 방법은, i) 유체 볼륨 내로 횡단할 만큼 충분히 높은 파워를 갖는 유체 통과 음향 파동(through-fluid acoustic wave) 및 ii) 유체 볼륨와 반사성 음향 파동(reflective acoustic wave)을 생성하는 하나 이상의 트랜스듀서 사이에 위치되는 반사 위치에서 반사될 만큼 충분히 낮은 파워를 갖는 반사성 음향 파동을 생성하기 위하여 하나 이상의 트랜스듀서를 구동하는 단계를 포함한다. 방법은, 하나 이상의 트랜스듀서가, 유체 통과 음향 파동 및 반사성 음향 파동 모두를 수신하는 단계; 수신된 파동들을 하나 이상의 전기 신호로 변환하는 단계; 및 유체의 특성을 결정하기 위하여 하나 이상의 전기 신호를 처리하는 단계를 더 포함한다.

Description

유체 센서

본 발명은 유체의 특성을 모니터링하기 위한 유체 센서에 관한 것이다.

유체에 비해 다른 조성 및/또는 상(phase)을 갖는 유체 내에 함유된 물질 또는 불순물과 관련된 특성과 같은 유체의 특성을 모니터링하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 유체 내 가스 기포의 양/크기를 모니터링하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 함께 혼합된 여러 가지 다른 유체 물질의 비율이나, 밀도와 같은 유체의 특성을 모니터링하는 것이 바람직할 수 있다.

유체의 특성을 모니터링하는 알려진 방법은 복잡한 캘리브레이션을 필요로 하거나 측정 가능한 특성의 유형에서 제한되는 것과 같은 단점을 안고 있다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 유체 볼륨(volume)의 특성을 결정하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은, i) 유체 볼륨 내로 횡단할 만큼 충분히 높은 파워를 갖는 유체 통과 음향 파동(through-fluid acoustic wave) 및 ii) 유체 볼륨와 반사성 음향 파동(reflective acoustic wave)을 생성하는 하나 이상의 트랜스듀서 사이에 위치되는 반사 위치에서 반사될 만큼 충분히 낮은 파워를 갖는 반사성 음향 파동을 생성하기 위하여 하나 이상의 트랜스듀서를 구동하는 단계를 포함한다. 방법은, 하나 이상의 트랜스듀서가, 유체 통과 음향 파동 및 반사성 음향 파동 모두를 수신하는 단계; 수신된 파동들을 대응하는 하나 이상의 전기 신호로 변환하는 단계; 및 유체의 특성을 결정하기 위하여 하나 이상의 전기 신호를 처리하는 단계를 더 포함한다.

유체 통과 음향 파동은 통상적으로 상대적으로 높은 파워의 전기 신호를 트랜스듀서에 인가함으로써 생성되며, 전기 신호의 진폭은 100 또는 1000 볼트의 범위에 있을 수 있다. 이러한 높은 파워의 파동은 유체로 인한 감쇠에도 불구하고 유체 내로 비교적 멀리 관통할 수 있다. 반사성 음향 파동은 통상적으로 동일하거나 다른 트랜스듀서에 더 낮은 파워의 전기 신호를 인가함으로써 생성되며, 더 낮은 파워의 전기 신호의 진폭은 1 또는 10 볼트의 범위에 있을 수 있다. 트랜스듀서를 통해 이러한 낮은 파워의 파동을 생성하는 회로 또는 신호 생성기는 매우 안정적이며 더 높은 파워의 유체 통과 파동을 위한 신호를 생성하기 위하여 활용되는 회로에 비하여 온도에 덜 의존한다. 반사성 파동의 에너지의 대부분은 유체 내로 관통하지 않고 유체에 들어가기 전에 반사되지만, 반사성 파동의 일부 에너지는 유체를 관통하여 유체 내에서 반사될 수 있다. 유체 통과 음향 파동 및 반사성 음향 파동을 함께 사용하는 것은, 양 파동으로부터 획득되는 데이터가 유체의 특성에 관한 지표를 제공하도록 조합될 수 있기 때문에, 개선된 감지 기능을 제공한다. 실제로는, 더 높은 파워의 유체 통과 음향 파동은 유체 볼륨 전체에 걸쳐 유체의 특성의 척도를 제1 정확도 수준으로 생성한다. 더 낮은 파워의 반사성 파동은 유체 통과 음향 파동에 의해 측정되는 특성과는 반드시 동일할 필요는 없는 유체의 특성의 다른 척도(예를 들어, 음향 임피던스)를 제1 정확도 수준보다 더 높은 제2 정확도 수준으로 생성한다. 이 방법을 사용하면, 밀도, 용해된 가스의 양, 기포 크기, 통기, 탈기, 기포 위치 등을 포함하지만 이에 국한되지 않는 광범위한 유체 특성이 측정될 수 있다.

선택적으로, 음향 파동은 초음파이다.

초음파는 인간 청각의 상한보다 높은 주파수의 파동일 수 있다. 이 상한은 사람마다 다르지만, 통상적으로 성인의 경우 15 내지 20kHz의 범위, 유아의 경우 20kHz를 약간 초과한다. 이러한 주파수 이상으로 생성되는 음향을 초음파라 한다.

선택적으로, 유체 통과 음향 파동의 파워는 반사성 음향 파동의 파워의 자릿수 적어도 1배, 2배 또는 3배이다.

통상적으로, 생성된 파동의 파워는 트랜스듀서를 구동하는 전기 회로에 입력되는 전압 파워에 따라 달라진다.

선택적으로, 반사 위치는 유체 볼륨의 경계이다.

선택적으로, 반사성 음향 파동은 고체 볼륨 내에서 생성되고, 유체 볼륨의 경계는 유체 볼륨와 고체 볼륨 사이의 유체-고체 경계이다.

선택적으로, 처리하는 단계는, 반사성 음향 파동에 대응하는 전기 신호에 기초하여 반사 계수를 결정하는 단계; 및 유체 통과 음향 파동에 대응하는 전기 신호에 기초하여 전파 시간(time of flight)을 결정하는 단계를 포함한다.

선택적으로, 유체의 특성은 유체의 액상(liquid phase) 내에 위치되는 입자 및/또는 기포의 양 및/또는 부피이다.

선택적으로, 유체의 특성은 밀도 및/또는 음향 임피던스이다.

선택적으로, 하나 이상의 트랜스듀서를 구동하는 단계는, 유체 통과 음향 파동을 생성하기 위해 하나 이상의 트랜스듀서 중 제1 트랜스듀서를 구동하는 단계; 및 반사성 음향 파동을 생성하기 위해 하나 이상의 트랜스듀서 중 제2 트랜스듀서를 구동하는 단계를 포함한다.

선택적으로, 방법은 제2 트랜스듀서로 유체 통과 음향 파동을 수신하는 단계를 더 포함한다.

선택적으로, 제1 트랜스듀서를 구동하는 단계는, 유체 통과 음향 파동을 유체 볼륨을 가로질러 제2 트랜스듀서로 송신하도록 제1 트랜스듀서를 구동하는 단계를 포함한다.

선택적으로, 제1 트랜스듀서를 구동하는 단계는, 유체 볼륨 내에서의 유체 통과 음향 파동의 반사를 통해 유체 통과 음향 파동을 제2 트랜스듀서에 송신하도록 제1 트랜스듀서를 구동하는 단계를 포함하는 방법.

특히 유리한 배열은 유체의 용기(예를 들어, 모니터링되는 유체가 흐르고 있는 파이프)의 반대편에 각각 장착된 2개의 트랜스듀서를 활용하는 것이다. 하나의 트랜스듀서는 더 높은 파워의 유체 통과 파동을 송신하고, 반대편 트랜스듀서는 더 높은 파워의 유체 통과 파동을 수신한다. 또한, 반대편 트랜스듀서는 유체 경계에서 또는 그 근처에서 반사되는 더 낮은 파워의 반사성 파동을 송신 및 수신한다. 대안적으로, 2개의 트랜스듀서는 서로 인접하게 위치될 수 있으며, 더 높은 파워의 유체 통과 파동이 유체 내에서의 반사를 통해 트랜스듀서들 사이에 송신된다. 따라서, 더 높은 파워의 파동과 더 낮은 파워의 파동을 모두 사용하는 분석이 2개의 트랜스듀서만 사용하여 수행될 수 있어, 방법을 수행하는 임의의 장치가 작고 사용하기 쉽도록 한다.

선택적으로, 방법은, 하나 이상의 트랜스듀서를 구동하기 위해 컨트롤러의 전자 회로가 전자 펄스를 전송하는 단계를 더 포함한다.

선택적으로, 방법은, 음향 파동이 트랜스듀서와 유체 볼륨 사이를 횡단하는 시간 지연 영역을 제공하도록 구성된 지연 라인을 통해 파동들을 송신 및/또는 수신하도록 하나 이상의 트랜스듀서를 구동하는 단계를 더 포함한다.

선택적으로, 지연 라인은 유체 또는 유체 볼륨을 둘러싸는 배리어(barrier)와 직접 접촉한다.

지연 라인의 사용은 시스템의 쉬운 캘리브레이션을 가능하게 한다. 예를 들어, 지연 라인의 물질적 특성이 알려진 경우, 지연 라인을 가로지르는 파동의 전파 시간이 측정되어 베이스라인 응답을 설정할 수 있다.

선택적으로, 방법은, 유체 내로 직접 파동들을 송신 및/또는 수신하거나 유체 볼륨을 직접 둘러싸는 배리어 내로 파동들을 송신 및/또는 수신하도록 하나 이상의 트랜스듀서를 구동하는 단계를 더 포함한다.

선택적으로, 방법은, 파동들이 동시에 수신되게 하기 위하여 유체 통과 음향 파동 및 반사성 음향 파동을 펄스화하도록 하나 이상의 트랜스듀서를 구동하는 단계; 수신된 파동들 사이의 간섭을 결정하는 단계; 및 간섭에 기초하여 상기 유체의 특성을 결정하는 단계를 더 포함한다.

선택적으로, 방법은, 서로 다른 주파수로 파동들을 생성하도록 하나 이상의 트랜스듀서를 구동하는 단계를 더 포함한다.

선택적으로, 방법은, 일정 기간 동안 초당 적어도 여러 번의 주파수로 파동들을 생성하고 수신하도록 하나 이상의 트랜스듀서를 구동하는 단계를 더 포함하고, 유체의 특성은 이 기간 동안 수신된 파동들의 변동에 기초하여 결정된다.

본 발명의 추가 양태에 따르면, 유체 볼륨을 모니터링하기 위한 유체 감지 장치가 제공되고, 유체 감지 장치는 위에서 논의된 방법을 수행하도록 구성된다.

선택적으로, 장치는, 하나 이상의 트랜스듀서를 더 포함하고, 하나 이상의 트랜스듀서는 압전 트랜스듀서이다.

선택적으로, 장치는, 전자 펄스를 트랜스듀서에 전송함으로써 하나 이상의 트랜스듀서를 구동하도록 구성된 전기 회로를 더 포함한다.

본 발명의 추가 양태에 따르면, 프로세서에 의해 실행될 때, 프로세서를 포함하는 유체 감지 장치가 위에서 논의된 방법을 수행하게 하는 명령어를 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체가 제공된다.

통상의 기술자는, 상호 배타적인 경우를 제외하고, 본 명세서에 설명된 양태들, 예들 또는 실시예들 중 임의의 하나와 관련하여 설명된 특징이 임의의 다른 양태, 예, 실시예 또는 특징에 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 임의의 양태, 예 또는 특징에 대한 설명은 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 일 실시예의 일부 또는 전체를 형성할 수 있다. 본 명세서에 설명된 예들 중 임의의 예는 청구범위에 의해 정의된 본 발명을 구현하는 예일 수 있으며, 따라서 본 발명의 일 실시예일 수 있다.

이제, 본 발명이 단지 예로서 다음과 같은 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다:
도 1은 유체를 통해 송신 및 반사되는 파동의 표현이다.
도 2는 수신 트랜스듀서에 의해 관찰된 시간 영역에서의 도 1의 반사 파동의 예시적인 응답을 도시한다.
도 3은 주파수 영역에서의 도 1의 예시적인 반사 파형을 도시한다.
도 4는 제1 유형의 유체 감지 장치의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 5는 제2 유형의 유체 감지 장치의 대안적이고 예시적인 개략도를 도시한다.
도 6은 측정될 유체에 대한 트랜스듀서의 예시적인 제1 배열을 도시한다.
도 7은 측정될 유체에 대한 트랜스듀서의 예시적인 제2 배열을 도시한다.
도 8은 측정될 유체에 대한 트랜스듀서의 예시적인 제3 배열을 도시한다.
도 9는 측정될 유체에 대한 트랜스듀서의 예시적인 제4 배열을 도시한다.
도 10은 측정될 유체에 대한 트랜스듀서의 예시적인 제5 배열을 도시한다.
도 11은 측정될 유체에 대한 트랜스듀서의 예시적인 제6 배열을 도시한다.
도 12는 유체의 반사 계수와 음향 임피던스 사이의 통상적인 관계의 플롯을 도시한다.
도 13은 본 개시 내용에서 논의된 방법을 사용하여 획득된 시간 영역에서의 예시적인 수신 파동의 플롯을 도시한다.
도 14는 유체 내의 기포의 수를 측정하기 위한 테스트 동안 획득된 피크 간 진폭 대 시간의 플롯을 도시한다.
도 15는 유체 내의 기포의 크기를 측정하기 위한 테스트 동안 획득된 피크 간 진폭 대 시간의 플롯을 도시한다.
도 16은 테스트 동안 획득된 피크 간 신호(이동 평균) 대 물 속 공기의 부피%의 플롯을 도시한다.
도 17은 본 개시 내용에 따른 방법의 흐름도를 도시한다.

도 1을 참조하면, 압전 세라믹 트랜스듀서와 같은 트랜스듀서(101)가 전기 회로(도시되지 않음)로부터의 전기 신호를 음향 파동(103)로 변환하고 위치 X에서 음향 파동(103)을 매질(102)을 통해 송신하는데 활용될 수 있다. 이 원리는 고체, 액체 및 기체를 포함하는 매질에 적용될 수 있다. 본 개시 내용에서 언급되는 임의의 음향 파동은 초음파, 즉 인간 청각의 상한보다 높은 주파수의 음향 파동일 수 있다. 파동(103)은 매질(102)의 경계에서 반사되고, 파동의 반사는 위치 A, B, C 및 D에서 수신된다. 매질(102)의 경계를 넘는 파동의 일부 송신이 일반적으로 있지만(즉, 파동의 에너지의 일부가 경계에서 반사되지 않는다), 이는 도시되지 않는다. 도 2 및 3은 위치 A, B, C 및 D 위치에서 관찰된 시간 영역과 주파수 영역에서의 파동의 예시적인 측정을 각각 도시한다. 특히 도 3을 참조하면, 더 높은 주파수의 파동에 비하여, 더 낮은 주파수의 파동의 진폭 감소가 더 적다는 것이 관찰될 수 있다. 흡수 및 산란을 포함하는 고유 감쇠 또는 매질(102) 내의 빔 확산(거리에 따른 파동의 확산)으로 인한 기하학적 감쇠와 같은 요인으로 인해 각각의 반사에 대해 파동의 진폭이 감소하는 것이 관찰될 수 있다. 매질(102)의 일부 특성은 유체 내의 고유 감쇠 및 기하학적 감소의 수준을 관찰함으로써 확인될 수 있다. 매질이 유체인 경우, 이러한 방식으로 확인될 수 있는 예시적인 특성은 밀도 또는 유체 내의 가스/기타 유체 기포의 존재를 포함한다. 이러한 원리를 활용하여, 유체와 같은 매질의 특성은 이러한 반사된 파동의 관찰에 의해 결정될 수 있다. 유체의 일부 추가 특성은 음향 파동(103)이 유체를 통해 이동하는 속도에 따라 달라질 수 있다.

도 4를 참조하면, 본 개시 내용의 양태와 함께 사용될 수 있는 유형의 컨트롤러-트랜스듀서 배열이 표현된다. 컨트롤러(401)는 전기 연결(404)을 통해 트랜스듀서(402)로 송신되는 전기 펄스와 같은 전기 신호를 생성한다. 컨트롤러(401)는 전기 신호를 생성하는 전기 회로를 포함할 수 있다. 전기 회로는 전압(진폭) 및 주파수에 의해 정의된 특정 파워로 교류 전류를 제공함으로써 전기 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 전기 회로가 가능한 한 다양한 온도 범위에 걸쳐 안정적인 전기 신호 출력을 제공하는 것이 바람직하다. 트랜스듀서가 압전 트랜스듀서인 경우, 컨트롤러와 전기 회로는 동일한 유닛의 일부일 수 있으며, 전기 신호는 유닛 내의 발진기에 전압을 공급함으로써 생성된다. 전기 회로(때때로 트랜스듀서 자체)의 안정성은 온도의 영향을 받을 수 있다. 더 높은 파워의 신호를 생성하도록 구성된 회로는 더 낮은 파워의 신호에 비해 온도 종속성에 더 민감한 경향이 있다. 트랜스듀서(402)는 전기 신호를 모니터링되는 유체(403)를 향해 또는 그 내로 송신되는 음향 파동(405)으로 변환한다. 음향 파동은 이 예에서 유체(403)의 경계인 반사 위치에서 반사되고, 트랜스듀서(402)에 의해 다시 수신되도록 특정 파워를 갖는다. 이러한 유형의 음향 파동은 본 명세서에서 반사성 파동 또는 반사성 음향 파동이라 한다. 트랜스듀서(402)는 수신된 음향 파동을 수신된 전기 신호로 변환하고, 이는 전기 연결(404)을 통해 컨트롤러(401)로 다시 송신된다. 컨트롤러(401)는 수신된 전기 신호를 처리하여 유체(403)의 반사 계수를 결정하고 그에 따라 유체(403)의 특정 특성을 결정할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "반사 계수(reflection coefficient)"라는 용어는 음향 파동의 파워가 반사 위치에서 얼마나 많이 반사되는지에 대한 척도이다. 반사 계수를 활용하여 측정될 수 있는 유체(403)의 예시적인 특성은 밀도 및 음향 임피던스를 포함한다.

도 5를 참조하면, 본 개시 내용의 양태에서 도 4의 배열과 통상적으로 조합되는 컨트롤러-트랜스듀서 배열이 표현되지만, 명확성을 위해 별도로 도시되고 설명된다. 컨트롤러(501)는 전기 연결(504a)을 통해 트랜스듀서(502a)로 송신되는 전기 펄스와 같은 전기 신호를 생성한다. 컨트롤러(501)는 전기 신호를 생성하기 위한 전기 회로를 포함할 수 있다. 제1 트랜스듀서(502a)는 전기 신호를 음향 파동(505)으로 변환한다. 음향 파동(505)은 유체(503)를 통해 제2 트랜스듀서(502b)로 송신된다. 제2 트랜스듀서는 음향 파동(505)이 유체(503)를 통해 이동한 후 이를 수신한다. 이러한 유형의 음향 파동은 본 명세서에서 유체 통과 파동 또는 유체 통과 음향 파동이라 한다. 제2 트랜스듀서는 수신된 음향 파동을 추가 전기 신호로 변환하고, 이는 전기 연결(504b)을 통해 컨트롤러(501)로 송신된다. 컨트롤러(501)는 유체(503)의 특성을 결정하기 위해 수신된 전기 신호를 처리할 수 있다. 유체(503)의 특성은 유체(503)를 통한 송신 동안 파동이 어떻게 영향을 받았는지 그리고/또는 유체(503)를 통한 파동의 전파 시간에 따라 달라질 것이다. 예를 들어, 더 느린 전파 시간은 유체(503) 내의 가스 기포의 존재를 나타낼 수 있다.

컨트롤러(401, 501)는 각각 대응하는 트랜스듀서(402, 502)를 구동하기 위해 미리 결정된 파워의 전기 신호를 생성하고 수신하도록 구성된 전기 회로를 포함할 수 있다. 도 4에서의 반사성 파동(405)과 같은 반사성 파동은 일반적으로 도 5의 유체 통과 파동(505)보다 더 낮은 파워를 갖는다. 이것은 유체 통과 파동(505)이 유체(503)를 통해 횡단하도록 충분히 높은 파워를 가져야 하기 때문이다. 더 높은 파워의 파동을 생성하는 데 활용되는 전자 회로는, 더 적은 파워의 파동을 위한 신호를 생성하는 회로에 비해, 변동하는 온도의 효과로 발생되는 부정확성에 더 취약하다. 더 낮은 파워의 파동을 위한 신호를 생성하는 회로는 온도에 따라 더 정확하고 안정적인 경향이 있다. 그러나, 더 낮은 파워의 파동은 더 높은 파워의 파동에 비해 유체 내로 멀리 횡단하지는 않는다.

도 6 내지 11은 본 개시 내용에 따른 방법을 수행하기 위한 예시적인 배열을 도시한다.

도 6을 참조하면, 제1 배열은 유체 볼륨(volume)(601)의 반대편에 위치된 제1 트랜스듀서(603a)와 제2 트랜스듀서(603b)를 포함한다. 각각의 트랜스듀서는 대응하는 제1 및 제2 지연 라인(602a, 602b) 상에 장착된다. 지연 라인(602a, 602b)은 유체 볼륨(601)과 접촉한다. 즉, 유체 볼륨(601)은 지연 라인(602a, 602b)에 의해 적어도 부분적으로 정의되고, 유체-고체 경계가 유체와 지연 라인의 계면에 존재한다. 각각의 트랜스듀서는 하나 이상의 컨트롤러(도시되지 않음)에 전기적으로 연결된다. 트랜스듀서(603a, 603b)는 각각 동일한 컨트롤러에 연결될 수 있거나, 다른 컨트롤러에 연결될 수 있다. 컨트롤러는 각각 트랜스듀서(603a, 603b)를 구동하기 위해 미리 결정된 파워의 전기 신호를 생성하도록 구성된 전기 회로를 포함할 수 있다. 트랜스듀서(603a, 603b)는 하나 이상의 컨트롤러로부터의 전기 신호를 지연 라인(602a, 602b) 내로의 송신을 위한 음향 파동으로 변환하도록 구성된다. 달리 말하면, 하나 이상의 컨트롤러는 트랜스듀서에 전기 신호를 제공함으로써 트랜스듀서(603a, 603b)를 구동한다. 작동 시, 제1 트랜스듀서(603a)는 반사성 파동(604)이 제1 지연 라인(602a)과 유체 볼륨(601) 사이의 경계에서 반사되어 트랜스듀서(603a)로 복귀되도록 하는 파워 레벨을 갖는 반사성 파동(604)을 생성하도록 구동된다. 반사성 파동(604)의 파워 레벨은 반사성 파동이 지연 라인(602a)을 횡단하게 할 만큼 충분히 높지만, 파동이 유체 볼륨(601)에 실질적으로 진입하는 것을 방지할 만큼 충분히 낮다. 일부 구현에서, 반사성 파동(604)은 통상적으로 1 내지 10 볼트의 영역에 있는 전압을 갖는 전기 신호로부터 생성된다. 제2 트랜스듀서(603b)는 유체 통과 파동(605)을 생성하도록 구동된다. 유체 통과 파동(605)은 반사성 파동보다 더 큰 파워를 가지며, 제1 트랜스듀서(603a)에 의해 수신되도록, 모든 지연 라인(602a, 602b) 및 유체 볼륨(601)을 통해 이동하기에 충분한 파워를 갖는다. 일부 구현에서, 유체 통과 파동은 통상적으로 10 내지 1000 볼트의 영역에 있는 전압을 갖는 전기 신호로부터 생성된다. 제2 트랜스듀서(603b)는, 선택적으로, 제2 지연 라인(602b)을 통해 이동하고 제2 지연 라인(602b)과 유체 볼륨(601) 사이의 경계로부터 반사되어 제2 트랜스듀서(603b)에 의해 수신되는 추가 파동(606)을 생성할 수도 있다. 추가 파동(606)은 통상적으로 반사성 파동(604)과 유사한 파워로 생성된다. 트랜스듀서(603a, 603b)는 수신된 파동을 처리를 위해 하나 이상의 컨트롤러로 전송하기 위한 전기 신호로 변환한다.

수신된 반사성 파동(604)의 처리는 유체 볼륨(601)의 반사 계수와 같은 측정값을 제공한다. 반사성 파동으로부터의 측정값은, 반사성 파동에 대한 신호를 생성하는 회로가 노출되는 온도 범위에 걸쳐서도, 매우 정확하고 신뢰할 수 있다. 이는 더 낮은 파워의 파동에 대해 더 낮은 파워의 신호를 생성하도록 구성된 회로가 변동하는 온도에 걸쳐 상대적으로 안정적이기 때문이다. 수신된 유체 통과 파동(605)의 처리는 유체 볼륨(601)을 통한 전파 시간과 같은 측정값을 제공한다. 유체 통과 파동(605)으로부터의 측정값은 전체 유체 볼륨(601)에 걸친 특성의 표시를 제공한다. 예를 들어, 전파 시간 측정값은 유체 볼륨(601) 내의 기포(607)의 수 및/또는 크기의 표시를 제공하는 데 활용될 수 있다. 유체 통과 파동(605)에 대해 더 높은 파워의 신호를 생성하도록 구성된 회로는 온도 변동으로 인해 부정확성에 더 취약할 수 있다. 그러나, 이러한 효과는 유익하게는 유체 통과 파동(605)의 측정값과 더 낮은 파워의 반사성 파동(604)에 의해 획득된 측정값을 모두 활용함으로써 완화된다. 반사성 파동(604) 및 추가 반사성 파동(606)은 각각 제1 및 제2 지연 라인(602a, 602b)를 통해 전파 시간 측정값과 같은 측정값을 획득하는 데 활용될 수 있어, 지연 라인의 알려진 특성(예를 들어, 재료 특성)에 기초한 시스템의 캘리브레이션을 가능하게 한다.

지연 라인(602a, 602b)의 목적은 트랜스듀서로부터 유체(601)로의 음향 에너지의 도관(conduit) 역할을 하는 것이다. 이러한 전달이 효율적이고 임의의 측정값이 신뢰성 있도록 하기 위해, 지연 라인은 여러 가지 특성을 가질 수 있다. 지연 라인(602a, 602b)의 음향 임피던스는 바람직하게는 유체 측정에 최소 감도가 있을 정도로 너무 높지 않거나, 유체(601)의 음향 임피던스의 측정 범위에 한계가 있을 정도로 너무 낮지 않다. 이상적으로는, 지연 라인의 음향 임피던스는 유체(601)의 반사 계수와 같은 파라미터가 유체(601)의 음향 임피던스의 예상 범위에 걸쳐 측정 가능하게 변동하도록 되어 있다. 지연 라인(602a, 602b)은 바람직하게는 높은 확실성으로 알려져 있는 음향 임피던스를 갖는다. 지연 라인(602a, 602)은 더욱 바람직하게는 지연 라인(602a, 602b) 내에서 음향 파동이 확산되는 정도인 빔 확산을 감소시키기 위해 낮은 음향 속도를 갖는다. 감소된 빔 확산은 지연 라인의 폭(즉, 지연 라인을 통해 파동이 횡단하는 거리)을 더 작게 할 수 있어, 지연 라인(602a, 602b)의 보다 컴팩트한 패키징을 가능하게 한다. 지연 라인(602a, 602b)이 환경 조건, 특히 온도와 관련하여 안정적인 재료 특성을 갖는 것이 더욱 바람직하다. 임의의 지연 라인의 온도가 불안정한 재료 특성은 측정값의 정확도에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 또한, 지연 라인(602a, 602b)은 트랜스듀서(603a, 603b)의 여기와 반사된 파동(604, 606)의 수신 사이에 시간 지연을 제공하는 역할을 하여, 트랜스듀서에서 송신된 신호와 반사된 신호의 혼합을 방지한다.

도 7을 참조하면, 도 6과 동일한 참조 부호가 부여된 특징을 포함하는 제2 배열이 도시된다. 도 7의 배열은 제1 및 제2 트랜스듀서/지연 라인이 유체 볼륨(601)의 동일한 측에 서로 인접하게 위치된다는 점에서 도 6의 배열과 다르다. 유체 통과 파동(605)은 유체 볼륨(601) 내의 반사를 통해 제2 트랜스듀서(603b)와 제1 트랜스듀서(603a) 사이에서 송신된다. 도 7의 유체 통과 파동(605)은, 다른 모든 요인이 동일하다면, 유체(601)를 부분적으로(전부는 아님) 관통하기 위해 통상적으로 도 6의 유체 통과 파동(605)에 비해 감소된 파워를 갖는다. 도 7의 배열은 트랜스듀서를 포함하는 측정 장치가 현장에 배치하기 쉬운 컴팩트한 패키지 내에 형성되는 것이 바람직한 경우에 특히 유리하다.

도 8을 참조하면, 도 6과 동일하게 참조 부호가 부여된 특징을 포함하는 제3 배열이 도시된다. 도 8의 배열은 지연 라인(602a, 602b)과 유체 볼륨(601) 사이에 분리 벽(801)이 추가로 있다는 점에서 도 6의 배열과 다르다. 분리 벽(801)은 흐르는 유체 볼륨(601)을 포함하는 파이프의 벽일 수 있거나, 유체 볼륨(601)을 포함하는 용기의 벽일 수 있다. 반사성 파동(604) 및 추가 파동(606)은 지연 라인(602a, 602b)과 벽(801) 사이의 경계에서 반사된다. 지연 라인(602a)과 벽(801) 사이의 경계에서의 반사성 파동(604)의 반사는 방법의 캘리브레이션이, 예를 들어, 온도에 따른 지연 라인(602a)을 통한 음속(즉, 파동의 전파 시간)의 변화를 처리할 수 있도록 한다.

도 9를 참조하면, 도 8과 동일한 참조 부호가 부여된 특징을 포함하는 제4 배열이 도시된다. 도 9의 배열은 제1 및 제2 트랜스듀서/지연 라인이, 도 7의 트랜스듀서/지연 라인과 유사한 방식으로, 유체 볼륨(601)의 동일한 측에 서로 인접하게 위치된다는 점에서 도 8의 배열과 다르다. 도 9의 배열은 트랜스듀서를 포함하는 측정 장치가 현장에 배치하기 쉬운 컴팩트한 패키지 내에 형성되는 것이 바람직한 경우에 특히 유리하다. 유체 통과 파동(605)은 유체 볼륨(601) 내의 반사를 통해 제2 트랜스듀서(603b)와 제1 트랜스듀서(603a) 사이에서 전송된다.

도 10을 참조하면, 위에서 참조된 것에 대응하는 일부 특징을 포함하는 제5 배열이 도시된다. 이전에 논의된 배열과 대조적으로, 트랜스듀서(603a, 603b)는 분리 벽(801) 상에 직접 장착된다. 트랜스듀서(603a, 603b)의 이러한 직접 장착(즉, 위에서 논의된 지연 라인의 생략)은 배열의 크기 및 비용을 단순화하고 줄인다. 예를 들어, 유체와 직접 접촉하는 지연 라인을 장착하기 위해 파이프 벽(801)에 대한 수정이 필요하지 않다. 벽(801)은 지연 라인과 유사한 방식으로 활용될 수 있다. 반사성 파동(604)은 분리 벽(801) 내로 직접 송신되고 분리 벽(801)과 유체 볼륨(601) 사이의 경계에서 반사된다. 유체 통과 파동(605)은 분리 벽(801)과 유체 볼륨(601)을 가로질러 제2 트랜스듀서(603b)로부터 제2 트랜스듀서(603a)로 송신된다.

도 11을 참조하면, 도 10에 대응하는 특징을 포함하는 제6 배열이 도시된다. 도 11의 배열은 제1 및 제2 트랜스듀서(603a, 603b)가 유체 볼륨(601)의 동일한 측에 서로 인접하게 위치된다는 점에서 도 10의 배열과 다르다. 유체 통과 파동(605)은 유체 볼륨(601) 내의 반사를 통해 제2 트랜스듀서(603b)와 제1 트랜스듀서(603a) 사이에서 전송된다.

위에서 설명한 원리를 사용하여 측정되는 예시적인 특성은 유체 내 가스 기포 크기, 유체 내 가스 기포 수, 다양한 유체 물질의 혼합 비율, 유체 내에 용해된 가스의 양, 유체 내 통기 수준, 유체 내 이물질 분포, 예를 들어, 용융된 왁스 내의 오일 양 측정값을 포함한다. 추가 예는, 특히, 재활용을 위한 처리 동안 폴리머 분류를 개선하기 위해 다양한 유형의 폴리머를 갖는 폴리머 유체 흐름의 오염의 검출이다.

위의 예들은 2개의 트랜스듀서를 활용한다. 그러나, 본 개시 내용은 하나의 단일 트랜스듀서 또는 2개보다 많은 트랜스듀서의 사용을 고려한다. 단일 트랜스듀서는 유체 통과 파동과 반사성 파동 모두를 생성하고 수신하는 데 활용될 수 있다. 예를 들어, 단일 트랜스듀서가 있는 경우, 유체 통과 파동은 유체 볼륨 내에서 단일 트랜스듀서로 다시 반사될 수 있고, 반사성 파동은 유체 볼륨의 경계에서 단일 트랜스듀서로 다시 반사될 수 있다. 단일 트랜스듀서가 활용되는 경우, 단일 트랜스듀서는 더 높은 정확도를 위해 고파워 회로와 저파워 회로 모두에 전기적으로 연결될 수 있다. 고파워 회로 및 저파워 회로는 각각 별도의 송신 및 수신 회로를 포함할 수 있다. 하나의 수신 회로는 반사성 파동의 고정밀 측정을 위해 다른 수신 회로보다 낮은 이득을 가질 수 있으며, 다른 수신 회로는 높은 파워의 유체 통과 파동을 수신하기 위해 더 높은 이득을 가질 수 있다. 임의의 수신 회로는 고정 이득 또는 가변 이득을 가질 수 있다. 2개보다 많은 트랜스듀서는 유체 통과 파동과 반사성 파동 중 서로 다른 파동 또는 모든 파동을 서로 송신할 수 있다. 다수 쌍의 트랜스듀서가, 예를 들어 파이프를 따라, 다수의 위치에서 유체의 특성을 모니터링하기 위해 활용될 수 있다. 배열 내의 모든 트랜스듀서는 단일(즉, 공유) 컨트롤러에 전기적으로 연결될 수 있거나, 배열 내의 각각의 컨트롤러가 대응하는 컨트롤러에 연결될 수 있다. 컨트롤러는 컴퓨팅 장치 또는 범용 신호 생성기일 수 있다. 컨트롤러는 트랜스듀서를 구동하기 위한 신호를 생성하도록 구성된 전기 회로를 포함할 수 있다. 임의의 전기 회로는, 본 명세서에 논의된 바와 같이 반사성 파동 또는 유체 통과 파동을 출력하기 위해 트랜스듀서를 구동하는 데 적합한, 생성된 파동의 파워 레벨에 비례하는 전압 레벨로 전기 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.

수신된 파동으로부터 파생된 전기 신호는 측정 중인 유체의 특성을 확인하기 위한 다양한 변수를 결정하는 데 사용될 수 있다. 예시적인 변수는 생성된 파동과 수신된 파동 사이의 진폭 변화(반사 계수 및/또는 감쇠량을 결정하기 위함), 유체를 통한 생성된 파동의 전파 시간, 백그라운드 산란(예를 들어, 공기 기포와 같은 유체 내의 반사물로부터의 작은 반사로 인해 발생됨)의 양, 주파수 변화를 나타내는 진폭 변화, 주파수 변화를 나타내는 위상 변화를 포함한다.

통상적으로, 전기 펄스 신호가 트랜스듀서를 구동하는 데 사용된다. 컨트롤러 내의 전기 회로는 통상적으로 펄스 신호를 생성하는 데 사용된다. 컨트롤러는 결과적인 수신된 파동이 동시에 수신 트랜스듀서에 도달하도록 반사성 파동과 유체 통과 파동을 생성하기 위해 트랜스듀서를 구동하기 위한 펄스를 발행하도록 구성될 수 있다. 유체에서의 변화를 검출하기 위하여, 파동 사이의 간섭의 정도가 결정되어 사용될 수 있다.

유체 통과 파동 및 반사성 파동은 서로 다른 주파수로 생성될 수 있다. 유체 통과 파동 및 반사성 파동의 주파수 범위는 100kHz 내지 25MHz일 수 있다. 예를 들어, 반사성 파동은 2.25MHz의 주파수로 생성될 수 있다. 유체 통과 파동은 2.25, 1 또는 0.5MHz로 생성될 수 있다. 파동의 주파수를 변경하는 것은 유체를 통한 감쇠의 주파수 의존성과 관련된 정보를 제공할 수 있으며, 결과적으로 임의의 가스 기포 크기 또는 분포와 관련된 정보를 제공할 수 있다. 컨트롤러는 유체 통과 파동 및 반사성 파동을 초당 여러 번, 예를 들어 10kHz(초당 10,000 펄스화 및 수신 주기) 또는 심지어 20kHz, 50kHz 또는 100kHz로 펄스화하기 위하여 트랜스듀서를 구동하도록 구성될 수 있다. 이는 유체로부터 동적 '실시간' 정보를 제공한다. 수신된 파동으로부터의 신호가 시간에 걸쳐 어떻게 변하는지는 유체의 특성을 나타낸다. 시간에 따라 달라질 수 있는 파동의 예시적인 특성은 진폭(반사 계수로부터 또는 감쇠로 인함) 및 전파 시간을 포함한다. 인공 지능 또는 기계 학습 도구가 수신된 파동으로부터의 다양한 유형의 신호에 기초하여 유체 특성을 결정하도록 훈련/활용될 수 있다.

수신된 파동의 반사 계수 및 후방 산란의 분석은 위에서 논의된 원리와 조합하여 유체의 특성을 결정하는 데 활용될 수 있다. 도 12는 유체의 반사 계수와 음향 임피던스 사이의 예시적인 관계를 도시한다. 도 13은 본 명세서 설명된 원리를 사용하여 획득된 수신된 반사성 파동의 예시적인 플롯을 도시한다. 배열이 지연 라인을 포함하는 경우, 수신된 파동은 통상적으로 지연 라인의 마지막에서 (인접한 트랜스듀서에 의해) 측정된다. 타원으로 둘러싸인 영역(1201)은 지연 라인과 유체 사이의 경계로부터의 반사성 파동의 반사를 포함한다. 반사 계수는 영역(1201)에서 신호 에너지를 계산하여 획득될 수 있다. 이 계산은 반사 계수의 매우 정확하고 안정적인 측정을 제공하며, 이로부터 반사성 파동이 반사된 유체의 경계에 가까운 유체의 음향 임피던스의 값이, 예를 들어, 도 12에 도시된 관계를 활용함으로써, 도출될 수 있다. 타원으로 둘러싸인 영역(1202)은 유체 내의 가스 기포로부터 반사된 에코를 포함하므로, 유체의 기포 함량과 관련된 파라미터를 나타낸다.

유체 통과 파동의 사용과 관련하여 논의된 원리의 유효성을 나타내는 테스트 결과가 도 14 내지 16에 도시된다. 도 14는 연속적인 기포의 통과 동안 획득된 수신된 유체 통과 파동에 대한 시간 경과에 따른 피크 간(peak to peak) 진폭의 플롯을 도시한다. 통과하는 기포가 플롯의 'U' 곡선에 기초하여 검출될 수 있다는 것이 관찰될 수 있다. 도 15는 도 14와 유사한 곡선을 나타내지만, 고속 카메라를 사용하여 식별된 2개의 기포에 대해서만 나타낸다. 곡선 1301은 1.2mm 홀(hole)을 갖는 기포에 대응하고, 곡선 1302는 0.4mm 홀을 갖는 기포에 대응한다. 따라서, 수신된 유체 통과 파동의 피크 간 진폭에 기초하여 기포 크기를 결정하는 것이 가능하다. 도 16은 수신된 파동의 피크 간 진폭의 이동 평균과 물 부피 내의 공기의 비율 사이의 상관 관계를 나타낸다.

도 13 내지 15와 관련하여 논의된 것과 같은 반사성 파동과 유체 통과 파동을 모두 활용한 테스트 결과를 조합하는 것은 유체 내의 가스 기포에 관한 폭 넓은 정보를 획득하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 반사성 파동은 유체 특성 및 유체 내의 기포의 위치에 관한 정보를 제공하는 반면, 더 높은 파워의 유체 통과 파동은 기포에 대한 크기 정보를 제공한다. 유체 특성의 결정은 특정 유체 설정의 물리적 측면에서 기포 데이터를 해석하기 위해 기포에 관한 정보를 보완한다. 반사성 파동과 유체 통과 파동 사이의 위상 조정의 추가 측정값은 추가 관련 정보를 제공할 수 있다.

도 17은 본 개시 내용에 따른 방법의 프로세스 흐름도를 도시한다. 단계 1501 동안, 하나 이상의 트랜스듀서는, 통상적으로 컨트롤러에 의해, i) 유체 볼륨 내로 횡단할 만큼 충분히 높은 파워를 갖는 유체 통과 음향 파동 및 ii) 유체 볼륨의 경계에서 반사될 만큼 충분히 낮은 파워를 갖는 반사성 음향 파동을 생성하도록 구동된다. 단계 1502 동안, 트랜스듀서는 유체 통과 음향 파동 및 반사성 음향 파동 모두를 수신한다. 단계 1503 동안, 수신된 파동들은 하나 이상의 전기 신호로 변환된다. 단계 1504 동안, 대응하는 신호는 유체의 특성을 결정하기 위하여 처리된다.

예들에서, 유체를 모니터링하는 방법은 제시된 순서로 또는 다른 순서로 다음 단계들에 의해 수행될 수 있다. 음향 파동은 저전압 펄스를 트랜스듀서에 전송함으로써 생성되며, 반사성 음향 파동은 트랜스듀서에 의해 분리 벽과 유체 볼륨 사이의 계면으로 전송되며, 유체 볼륨은 분리 벽 뒤에 포함된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "저전압(low voltage)"이라는 용어는 1 내지 10볼트의 영역 내의 전압 또는 유체 볼륨을 관통하지 않는 반사성 파동을 생성하기에 충분히 낮은 전압을 의미한다. 반사성 파동은 지연 라인과 유체 격납 벽을 통해 또는, 유체 격납 벽만을 통해 송신되도록 생성될 수 있다. 반사성 파동의 반사는, 수신된 전압 신호를 측정함으로써, 동일한 송신 트랜스듀서 또는 다른 수신 트랜스듀서에 의해 수신된다. 모니터링되고 있는 유체와 관련된 수신된 신호로부터 정보가 추출된다(예를 들어, 유체의 일부는 아니지만 유체 내에 포함된 입자 또는 기포를 검출하고 그리고/또는 유체에 고유한 유체 특성(예를 들어, 밀도 또는 음향 임피던스)를 검출). 고전압 펄스가 트랜스듀서 또는 다른 추가 트랜스듀서로 송신된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "고전압(high voltage)"이라는 용어는 100 내지 1000볼트의 영역 내의 전압 또는 유체 볼륨을 실질적으로 관통하는 유체 통과 파동을 생성하기에 충분히 높은 전압을 의미한다. 유체 통과 파동은 반사성 음향 파동을 방출한 트랜스듀서에 의해 수신되고, 대응하는 전압 신호가 획득된다. 측정된 유체와 관련된 수신된 유체 통과 음향 파형으로부터 정보가 추출된다(예를 들어, 입자 또는 가스 기포의 검출).

본 발명이 전술한 실시예들에 한정되지 않고 본 명세서에 설명된 개념을 벗어나지 않으면서 다양한 수정 및 개선이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 상호 배타적인 경우를 제외하고는, 임의의 특징은 개별적으로 또는 임의의 다른 특징과 조합하여 사용될 수 있으며, 본 개시 내용은 본 명세서에 설명된 하나 이상의 특징의 모든 조합 및 하위 조합으로 확장되고 이를 포함한다.

Claims

유체 볼륨(volume)의 특성을 결정하기 위한 방법에 있어서,
i) 상기 유체 볼륨 내로 횡단할 만큼 충분히 높은 파워를 갖는 유체 통과 음향 파동(through-fluid acoustic wave) 및 ii) 상기 유체 볼륨와 반사성 음향 파동(reflective acoustic wave)을 생성하는 하나 이상의 트랜스듀서 사이에 위치되는 반사 위치에서 반사될 만큼 충분히 낮은 파워를 갖는 상기 반사성 음향 파동을 생성하기 위하여 상기 하나 이상의 트랜스듀서를 구동하는 단계;
상기 하나 이상의 트랜스듀서가, 상기 유체 통과 음향 파동 및 상기 반사성 음향 파동 모두를 수신하는 단계;
수신된 상기 파동들을 대응하는 하나 이상의 전기 신호로 변환하는 단계; 및
상기 유체의 특성을 결정하기 위하여 상기 하나 이상의 전기 신호를 처리하는 단계
를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 음향 파동들은 초음파인, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 유체 통과 음향 파동의 파워는 상기 반사성 음향 파동의 파워의 자릿수 적어도 1배, 2배 또는 3배인, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반사 위치는 상기 유체 볼륨의 경계인, 방법.
제4항에 있어서,
상기 반사성 음향 파동은 고체 볼륨 내에서 생성되고, 상기 유체 볼륨의 경계는 상기 유체 볼륨와 상기 고체 볼륨 사이의 유체-고체 경계인, 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 처리하는 단계는,
상기 반사성 음향 파동에 대응하는 상기 전기 신호에 기초하여 반사 계수를 결정하는 단계; 및
상기 유체 통과 음향 파동에 대응하는 상기 전기 신호에 기초하여 전파 시간(time of flight)을 결정하는 단계
를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유체의 특성은 상기 유체의 액상(liquid phase) 내에 위치되는 입자 및/또는 기포의 양 및/또는 부피인, 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유체의 특성은 밀도 및/또는 음향 임피던스인, 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 트랜스듀서를 구동하는 단계는,
상기 유체 통과 음향 파동을 생성하기 위해 상기 하나 이상의 트랜스듀서 중 제1 트랜스듀서를 구동하는 단계; 및
상기 반사성 음향 파동을 생성하기 위해 상기 하나 이상의 트랜스듀서 중 제2 트랜스듀서를 구동하는 단계
를 포함하는 방법,
제9항에 있어서,
상기 제2 트랜스듀서로 상기 유체 통과 음향 파동을 수신하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제10항에 있어서,
상기 제1 트랜스듀서를 구동하는 단계는, 상기 유체 통과 음향 파동을 상기 유체 볼륨을 가로질러 상기 제2 트랜스듀서로 송신하도록 상기 제1 트랜스듀서를 구동하는 단계를 포함하는, 방법.
제10항에 있어서,
상기 제1 트랜스듀서를 구동하는 단계는, 상기 유체 볼륨 내에서의 상기 유체 통과 음향 파동의 반사를 통해 상기 유체 통과 음향 파동을 상기 제2 트랜스듀서에 송신하도록 제1 트랜스듀서를 구동하는 단계를 포함하는 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 트랜스듀서를 구동하기 위해 컨트롤러의 전자 회로가 전자 펄스를 전송하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
음향 파동이 상기 트랜스듀서와 상기 유체 볼륨 사이를 횡단하는 시간 지연 영역을 제공하도록 구성된 지연 라인을 통해 상기 파동들을 송신 및/또는 수신하도록 상기 하나 이상의 트랜스듀서를 구동하는 단계를 포함하는, 방법.
제14항에 있어서,
상기 지연 라인은 상기 유체 또는 상기 유체 볼륨을 둘러싸는 배리어(barrier)와 직접 접촉하는, 방법.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유체 내로 직접 파동들을 송신 및/또는 수신하거나 상기 유체 볼륨을 직접 둘러싸는 배리어 내로 파동들을 송신 및/또는 수신하도록 상기 하나 이상의 트랜스듀서를 구동하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파동들이 동시에 수신되게 하기 위하여 상기 유체 통과 음향 파동 및 상기 반사성 음향 파동을 펄스화하도록 상기 하나 이상의 트랜스듀서를 구동하는 단계;
수신된 상기 파동들 사이의 간섭을 결정하는 단계; 및
상기 간섭에 기초하여 상기 유체의 특성을 결정하는 단계
를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
서로 다른 주파수로 상기 파동들을 생성하도록 상기 하나 이상의 트랜스듀서를 구동하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
일정 기간 동안 초당 적어도 여러 번의 주파수로 파동들을 생성하고 수신하도록 상기 하나 이상의 트랜스듀서를 구동하는 단계를 포함하고, 상기 유체의 특성은 상기 기간 동안 수신된 상기 파동들의 변동에 기초하여 결정되는, 방법.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 구성되는, 유체 볼륨을 모니터링하기 위한 유체 감지 장치.
제20항에 있어서,
상기 하나 이상의 트랜스듀서를 더 포함하고, 상기 하나 이상의 트랜스듀서는 압전 트랜스듀서인, 유체 감지 장치.
제20항 또는 제21항에 있어서,
전자 펄스를 상기 트랜스듀서에 전송함으로써 상기 하나 이상의 트랜스듀서를 구동하도록 구성된 전기 회로를 더 포함하는, 유체 감지 장치.
프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서를 포함하는 유체 감지 장치가 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항의 방법을 수행하게 하는 명령어를 포함하는, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.