NO316343B1 - Method and apparatus for analyzing a medium-sized medium with respect to composition, amount and characterizing properties - Google Patents
Method and apparatus for analyzing a medium-sized medium with respect to composition, amount and characterizing properties Download PDFInfo
- Publication number
- NO316343B1 NO316343B1 NO19982166A NO982166A NO316343B1 NO 316343 B1 NO316343 B1 NO 316343B1 NO 19982166 A NO19982166 A NO 19982166A NO 982166 A NO982166 A NO 982166A NO 316343 B1 NO316343 B1 NO 316343B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- signal
- medium
- signal converter
- converter device
- pressure
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 44
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 41
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 26
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 23
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 23
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 18
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 17
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 17
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 16
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 15
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 10
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 9
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 9
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 9
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 9
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 8
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 6
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 4
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 claims description 4
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 3
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims description 3
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 3
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims 2
- 230000005534 acoustic noise Effects 0.000 claims 1
- 239000003570 air Substances 0.000 claims 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 claims 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 claims 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 18
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 18
- 230000008859 change Effects 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 8
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 3
- 238000000513 principal component analysis Methods 0.000 description 3
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 2
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 2
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000009614 chemical analysis method Methods 0.000 description 1
- 238000012569 chemometric method Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000011005 laboratory method Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000000491 multivariate analysis Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000009372 pisciculture Methods 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Description
Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte og anordning for analysering av et strømmende medium med hensyn til sammensetning, mengde og karakteriserende egenskaper, særlig i tilfeller hvor en eller flere av mediumkonsentrasjonene er å betrakte som fremmedstoffer med små konsentrasjoner i forhold til en større mengde The present invention relates to a method and device for analyzing a flowing medium with regard to composition, quantity and characterizing properties, particularly in cases where one or more of the medium concentrations are to be regarded as foreign substances with small concentrations in relation to a larger quantity
Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte og anordning for å registrere sammensetning, mengder og egenskaper ved et i en rørsystembasert føring strømmende medium bestående av ulike kategorier, slik som væsker, gasser, partikler/granulater eller en sammensetning av minst to av slike, eller medier i overgangsfase, der mediet strømmer gjennom en strømningstverrsnittareal reduserende signalomformennnretning under påvirkning av en trykkdifferanse mellom signalomformennnretningens innløp og utløp, hvorved det skapes akustiske energisignaler ved turbulens i nevnte medium, og der energisignalene som inneholder informasjon om mediets sammensetning og strømningstilstand, oppfanges ved hjelp av en akustisk elektrisk signaldetektor, tilføres en signalprosessor, spektralanalyseres og sammenlignes der med lagrede referanseparameterverdier Med fremmedstoffer menes stoffer i mindre mengder som søkes registrert/detektert i form av type, mengder og egenskaper Eksempelvis er små konsentrasjoner av hydrokarboner eller annen forurensning i vann Likeså små konsentrasjoner av vann, sedimenter eller lignende i oljer eller brennstoff More specifically, the invention relates to a method and device for recording the composition, quantities and properties of a medium flowing in a pipe system-based channel consisting of various categories, such as liquids, gases, particles/granules or a composition of at least two of these, or media in transitional phase, where the medium flows through a flow cross-sectional area reducing signal converter device under the influence of a pressure difference between the signal converter device's inlet and outlet, whereby acoustic energy signals are created by turbulence in said medium, and where the energy signals, which contain information about the medium's composition and flow state, are captured by means of an acoustic electrical signal detector, fed to a signal processor, spectrally analyzed and compared there with stored reference parameter values By foreign substances are meant substances in smaller quantities that are sought to be registered/detected in the form of type, quantities and properties. For example, small concentrations ner of hydrocarbons or other contamination in water Similarly, small concentrations of water, sediments or the like in oils or fuel
Betegnelsen fluider/medier i dette dokument er en felles betegnelse for ulike stoffer av forskjellige kategoner og sammensetning av disse som kan bringes til å strømme i et lukket system, så som væsker, gasser og partikler/granulater samt sammensetning av disse i løsbar/ikke løsbar form Det kan også være i forbindelse med prosesser hvor mediet i form av en blanding av ulike kategoner sammenføres og hvor disse reagerer med hverandre på en slik måte at de karakteristiske egenskaper endres som følge av selve reaksjonen og følgelig signalsammensetningen i det akustiske signalet En noe spesiell form for prosess er i forbindelse med fremstilling av boreslam (mud) og vedlikehold av denne under drift for å opprettholde de ønskede egenskaper ved boreprosessen (dnlhng) samt deteksjon av endringer i boreslammets sammensetning på grunnlag av borets awirkmngsprosess i formasjonene The term fluids/media in this document is a common term for various substances of different categories and their composition that can be made to flow in a closed system, such as liquids, gases and particles/granules as well as their composition in soluble/insoluble form It can also be in connection with processes where the medium in the form of a mixture of different cations is brought together and where these react with each other in such a way that the characteristic properties change as a result of the reaction itself and consequently the signal composition in the acoustic signal A somewhat special form of process is in connection with the production of drilling mud (mud) and its maintenance during operation in order to maintain the desired properties of the drilling process (dnlhng) as well as detection of changes in the composition of the drilling mud on the basis of the drilling process in the formations
Det er tidligere beskrevet ulike metoder for deteksjon av fremmedstoffer i væske, spesielt i forbindelse med deteksjon av små oljeforurensninger/mengder i vann i størrelsesorden 10 til flere hundre parts per million, ppm Disse er som regel basert på forskjellige kjemiske analysemetoder og forskjellige metoder basert på ulike optiske deteksjonspnnsipper, særlig refleksjon og absorbsjon av lys i det infrarøde og nær det infrarøde området Various methods have previously been described for the detection of foreign substances in liquids, especially in connection with the detection of small oil contaminants/quantities in water in the order of 10 to several hundreds of parts per million, ppm. These are usually based on different chemical analysis methods and different methods based on various optical detection methods, especially reflection and absorption of light in the infrared and near infrared range
Disse har til felles at det optiske sensorarrangementet krever omfattende kalibrering blant annet fordi sensorsystemets følsomhet endres på grunn av avleinng/avsetning fra de til dels sterkt forurensende stoffer Likeså er det begrenset til helt spesifikke former for forurensning, og kan således ikke skille mellom ulike former for forurensninger, hvilket igjen gir opphav til feildeteksjoner Det er også beskrevet en metode for såkalt gass stripping (gass kromatografi) hvor en liten gassmengde trekkes ut av en prøve for på grunnlag av gassens sammensetning og mengde, kan bestemme sammensetningen av den aktuelle prøven These have in common that the optical sensor arrangement requires extensive calibration, among other things, because the sensitivity of the sensor system changes due to deposition/deposition from the partly highly polluting substances. Likewise, it is limited to very specific forms of pollution, and thus cannot distinguish between different forms of contaminants, which in turn gives rise to false detections A method for so-called gas stripping (gas chromatography) is also described, where a small amount of gas is extracted from a sample so that, on the basis of the composition and quantity of the gas, the composition of the relevant sample can be determined
I tillegg er det i norsk patent nr 166379 beskrevet en fremgangsmåte for registrering av flerfasestrømmng gjennom et transportsystem som i hovedtrekk er tiltenkt i forbindelse med olje og gassproduksjon for registrering av mengdefordelingen og strømningsforholdene i produk-sjonssystemet for olje og gass Spesielt finner denne kjente fremgangsmåte anvendelse i forbindelse med flerfasetransport hvor signalopptaket skjer via sensorer festet på utsiden av transportsystemet, rør, ventiler eller lignende Systemet er basert på akustiske pnnsipper som muliggjør registrering av komponentene i det strømmende medium Dette systemet er et relativt grovt system som tar sikte på å registrere en fasefordeling hvor forholdet mellom fasene i mengde kan være liten og målenøyaktighet i beste fall 5-15% i forhold til den totale mengden In addition, Norwegian patent no. 166379 describes a method for recording multiphase flow through a transport system which is mainly intended in connection with oil and gas production for recording the quantity distribution and flow conditions in the production system for oil and gas. In particular, this known method finds application in connection with multiphase transport where the signal is recorded via sensors attached to the outside of the transport system, pipes, valves or similar The system is based on acoustic sensors which enable the recording of the components in the flowing medium This system is a relatively rough system which aims to record a phase distribution where the ratio between the phases in quantity can be small and measurement accuracy at best 5-15% in relation to the total quantity
Ifølge oppfinnelsen oppnås en enkel fremgangsmåte og en robust anordning som er i stand til å registrere små konsentrasjoner (ppm) av stoffer, her benevnt som fremmedstoffer, i et strømmende medium, slik som en fluidstrøm som under trykk strømmer gjennom en sensonnnretmng Systemet skiller seg ut fra tidligere kjente løsninger ved oppnåelse av stor målenøyaktighet, blant annet for påvisning av små konsentrasjoner av fremmedstoffer i et fluidum samt at løsningen gir kort responstid og er tilnærmelsesvis vedlikeholdsfri According to the invention, a simple method and a robust device is achieved which is capable of recording small concentrations (ppm) of substances, here referred to as foreign substances, in a flowing medium, such as a fluid stream that flows under pressure through a sensor. The system stands out from previously known solutions by achieving high measurement accuracy, for example for detecting small concentrations of foreign substances in a fluid and that the solution provides a short response time and is virtually maintenance-free
Oppfinnelsen består i en fremgangsmåte for analysering av et strømmende medium med hensyn til sammensetning, mengde og karakteriserende egenskaper bestående av væsker, gasser, partikler eller en sammensetning av minst to av slike, eller medier i overgangsfase, der mediet strømmer gjennom en strømningstverrsnittarealreduserende signalomformennnretning under påvirkning av en trykkdifferanse mellom signalomformennnretningens innløp og utløp, hvorved det skapes akustiske energisignaler ved turbulens i nevnte medium, og der energisignalene som inneholder informasjon om mediets sammensetning og strømningstilstand oppfanges ved hjelp av en akustisk-elektnsk signaldetektor, tilføres en signalprosessor, spektralanalyseres og sammenlignes der med lagrede referanseparameterverdier The invention consists in a method for analyzing a flowing medium with regard to composition, quantity and characterizing properties consisting of liquids, gases, particles or a composition of at least two of these, or media in transition phase, where the medium flows through a flow cross-sectional area reducing signal converter device under influence of a pressure difference between the inlet and outlet of the signal converter device, whereby acoustic energy signals are created by turbulence in said medium, and where the energy signals containing information about the medium's composition and flow state are picked up by means of an acoustic-electric signal detector, fed to a signal processor, spectrally analyzed and compared there with stored reference parameter values
Fremgangsmåten kjennetegnes ved at trykket og strømningshastigheten av nevnte medium i fønngen oppstrøms i forhold til innretningen reguleres for å bevirke opprettholdelse av i alt vesentlig stabile og/eller kontrollerte verdier samt at nedstrømstrykket stabiliseres The method is characterized by the fact that the pressure and the flow rate of said medium in the fan upstream in relation to the device are regulated to effect the maintenance of essentially stable and/or controlled values and that the downstream pressure is stabilized
Oppfinnelsen består videre av en anordning for analysering av et strømmende medium med hensyn til sammensetning, mengde og karakteriserende egenskaper bestående av væsker, gasser, partikler eller en sammensetning av minst to av slike, eller medier i overgangsfase omfattende en strømningstverrsnittarealreduserende signalomformennnretning der mediet strømmer gjennom under påvirkning av en trykkdifferanse mellom signalomforrnennnretningens innløp og utløp, hvorved det skapes akustiske energisignaler ved turbulens i nevnte medium, en akustisk-elektnsk signaldetektor som er akustisk tilkoblet signalomformennnretningen der energisignalene som inneholder informasjon om mediets sammensetning og strømningstilstand oppfanges, og en signalprosessor der signalene tilføres, spektralanalyseres og sammenlignes med lagrede referanseparameterverdier The invention further consists of a device for analyzing a flowing medium with regard to composition, amount and characterizing properties consisting of liquids, gases, particles or a composition of at least two of these, or media in transition phase comprising a flow cross-sectional area reducing signal converter device where the medium flows through under influence of a pressure difference between the inlet and outlet of the signal converter device, whereby acoustic energy signals are created by turbulence in said medium, an acoustic-electric signal detector which is acoustically connected to the signal converter device where the energy signals containing information about the medium's composition and flow state are captured, and a signal processor where the signals are supplied, is spectrally analyzed and compared with stored reference parameter values
Anordningen kjennetegnes ved at signalomformennnretningen har minst ett gjennomgående hull som empinsk er utformet til å avgi optimalt akustisk signal fra signalomformennnretningen til signaldetektoren for et medium eller kombinasjonen av medier som strømmer gjennom nevnte hull, idet signaldetektoren er innrettet til å oppfange et for mediets parametre karaktenstisk akustisk signal som genereres ved mediets strømning gjennom signalomformennnretningen, og tilføre dette til signalprosessoren Et trykk- og mengderegulerende utstyr er anordnet oppstrøms i forhold til signalomformennnretningen for å bevirke at oppstrømstrykket og strømningshastigheten av nevnte medium eller kombinasjon av medier opprettholdes på i alt vesentlig stabile og/eller kontrollerte verdier Et trykkregulerende utstyr er anordnet nedstrøms i forhold til signalomformennnretningen for å bevirke at nedstrømstrykket av nevnte medium eller kombinasjon av medier stabiliseres The device is characterized by the fact that the signal converter device has at least one through hole which is empirically designed to emit an optimal acoustic signal from the signal converter device to the signal detector for a medium or the combination of media that flows through said hole, the signal detector being arranged to pick up an acoustic signal characteristic of the medium's parameters signal generated by the medium's flow through the signal converter device, and supply this to the signal processor A pressure and quantity regulating device is arranged upstream in relation to the signal converter device to ensure that the upstream pressure and flow rate of said medium or combination of media are maintained at substantially stable and/or controlled values A pressure regulating device is arranged downstream in relation to the signal converter device to cause the downstream pressure of said medium or combination of mediums to be stabilized
Oppfinnelsen kan således i hovedtrekk beskrives som et deteksjons- og registreringssystem for overvåkning av endringer i et strømmende mediums egenskaper og sammensetning, og der nevnte medium kan bestå for eksempel av en hovedkomponent og en eller flere mindre komponenter Systemet er særlig hensiktsmessig i forbindelse med overvåkning av industrielle prosesser, utslipp fra industri og fartøyer o 1 til omkringliggende miljø, for eksempel for å overvåke at eventuelle konsesjonsvilkår for utshppsstørrelse og sammensetning overholdes The invention can thus be broadly described as a detection and registration system for monitoring changes in the properties and composition of a flowing medium, and where said medium can consist, for example, of a main component and one or more minor components. The system is particularly suitable in connection with monitoring of industrial processes, emissions from industry and vessels o 1 to the surrounding environment, for example to monitor that any license conditions for discharge size and composition are complied with
Et annet viktig anvendelsesområde er overvåkning av hydrokarbonrester ved produsert vann i forbindelse med olje- og gassproduksjon, hvor vannfasen separeres ut og renses for så å slippes ut i sjø eller reinjiseres Målepnnsippet kan med letthet tilpasses ethvert medium med hensyn til karakterisering og måling av mengder og sammensetning, dvs forholdet mellom ulike konsentrasjoner tilsetninger/fremmedstoffer Dette muliggjøres blant annet ved hjelp av utformingen, dvs avstemning av energisignalomformere og anbringelse av disse i et strømmende medium Another important area of application is the monitoring of hydrocarbon residues in produced water in connection with oil and gas production, where the water phase is separated out and purified before being released into the sea or re-injected. composition, i.e. the ratio between different concentrations of additives/foreign substances This is made possible, among other things, by means of the design, i.e. the tuning of energy signal converters and their placement in a flowing medium
En annen typisk anvendelse av systemet er direktekoblet (on-line) deteksjon av små vann-og/eller gass konsentrasjoner i brennstofftilførsel som kan ha en uheldig eller skadelig virkning på forbrenningsprosessen, eller forårsake driftsstopp som kan ha katastrofale følger, eksempelvis i forbindelse med brennstofftilførsel til motorer o 1 Et annet eksempel er deteksjon av vann i hydrauliske systemer både med hensyn til korrosjonsproblemer og vanndampdannelser ved temperaturstigning Fremgangsmåten har også vist seg effektiv for kontinuerlig registrering av konsentrasjoner av glykolbasert avisingsvæsker i vann Another typical application of the system is the directly connected (on-line) detection of small water and/or gas concentrations in the fuel supply which can have an adverse or harmful effect on the combustion process, or cause operational stoppages which can have catastrophic consequences, for example in connection with fuel supply for engines o 1 Another example is the detection of water in hydraulic systems, both with regard to corrosion problems and water vapor formation when the temperature rises. The method has also proven effective for continuous recording of concentrations of glycol-based de-icing fluids in water
Ytterligere utførelsesformer av fremgangsmåten og anordningen vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse samt av de vedlagte patentkrav Further embodiments of the method and device will be apparent from the following description and from the attached patent claims
Den turbulensskapende signalomformennnretningens utforming er avgjørende for en optimal omforming av strømningsenergi til akustiske energisignaler som inneholder signahnformasjon om mediets egenskaper Signalomformennnretningen eller energisignalomformeren kan ha ulik utforming avhengig av mediets(enes) sammensetning og strømningsforhold Utformingen/tilpasningen av energisignalomformeren utgjør til dels en avstemning før å bedre signalstøyforholdet Det vil si at avstemning (tilpasning) er en avgjørende faktor for å optimalisere signalinformasjonen med hensyn til mediets egenskaper The design of the turbulence-creating signal converter device is crucial for an optimal transformation of flow energy into acoustic energy signals that contain signal information about the properties of the medium. The signal converter device or energy signal converter can have a different design depending on the composition and flow conditions of the medium(s). the signal-to-noise ratio This means that tuning (adaptation) is a decisive factor in optimizing the signal information with respect to the properties of the medium
Energisignalomformeren danner en restriksjon i mediets strømmngsvei, slik at det oppstår et trykkfall med tilhørende kraftig turbulens som i noen tilfeller kan forårsake hel eller delvis kavitasjon Dette oppnås hovedsakelig ved regulering av mediets mengde og trykk samt åpningen i signalomformeren for mediets passasje Den akustiske signalenergien som på den måten oppstår, forplanter seg til omformeren og nærliggende konstruksjonsdetaljer for der å avføles av akustiske sensorer for den videre signalprosesseringen Energisignalomformeren, i prinsipp utformet som en strømmngstilstandspåvirker (flow conditioner), kan med fordel utgjøres av en dyselignende anordning, eller i form av skiver som utgjør forskjellige hensiktsmessige geometriske restriksjoner i mediets strømmngsvei Energisignalomformeren kan med fordel være anordnet slik at optimal utforming i forhold til mediet kan velges ved en utskiftningsmekanisme, enten i form av en roterende (etter revolverpnnsippet) holder eller en på annen måte utvekslingsbar anordning I de tilfeller hvor systemet skal benyttes til kontinuerlig analysering av et medium, og hvor det er krav til påvisning av små konsentrasjoner av bestemte stoffer/sammensetninger i størrelsesorden ppm, er det hensiktsmessig at også trykk og temperatur inngår i signalprosesseringen The energy signal converter forms a restriction in the medium's flow path, so that a pressure drop occurs with associated strong turbulence which in some cases can cause full or partial cavitation. This is mainly achieved by regulating the amount and pressure of the medium as well as the opening in the signal converter for the passage of the medium. The acoustic signal energy which on the way it occurs propagates to the converter and nearby construction details to be sensed by acoustic sensors for the further signal processing. constitute various appropriate geometrical restrictions in the medium's flow path. The energy signal converter can advantageously be arranged so that the optimal design in relation to the medium can be selected by a replacement mechanism, either in the form of a rotating (after the revolver pin) holder or one on another n way exchangeable device In cases where the system is to be used for continuous analysis of a medium, and where there is a requirement for the detection of small concentrations of specific substances/compositions in the order of ppm, it is appropriate that pressure and temperature are also included in the signal processing
De akustiske signalene som genereres er blant annet avhengig av væskens karakteristiske egenskaper og til dels tilsetningsstoffene og deres virkning på væskens tilstand samt egenskaper så som overflatespenning, viskositet, gassdiffusjon og fordampningstrykk etc Temperatur og trykkforløpet/trykktapet over sensorsystemet er en medvirkende faktor i eksiteringsprosessen for å frembringe de ønskede akustiske effekter, som igjen danner grunnlaget for å kunne analysere fludiets sammensetning og karakteristiske egenskaper The acoustic signals that are generated depend, among other things, on the characteristic properties of the liquid and partly on the additives and their effect on the state of the liquid as well as properties such as surface tension, viscosity, gas diffusion and evaporation pressure etc. Temperature and the pressure gradient/pressure loss across the sensor system is a contributing factor in the excitation process in order produce the desired acoustic effects, which in turn form the basis for being able to analyze the fluid's composition and characteristic properties
I de tilfeller der mediet i hovedsak består av gass, gassblandinger og/eller små tilsetninger av væskelignende partikler, dannes de akustiske signalene i hovedtrekk av gassenes karakteristiske egenskaper når disse eksiteres til å strømme i en sterk turbulent tilstand Signalkarakteren er i stor grad avhengig av konstruksjonsdetaljene, men også de direkte til gass relaterte egenskaper Eksempelvis vil små mengder væske i dråpeform ha en kraftig akustisk effekt, både i frekvens og ikke minst i styrke og karakter, og tydelig skille seg fra gassrelaterte signaleffekter Systemet er basert på en målemetode der et kontinuerlig strømmende medium måles for å finne de ønskede sammensetninger, i området fra p p m til mange prosent Det sier seg selv at små endringer i konsentrasjoner, gir tilsvarende små endringer i de akustiske signalene som genereres i sensorsystemet, og følgelig små endringer i signalkarakterer Signalbehandlingen er derfor en avgjørende prosess for å kunne ekstrahere de små forskjellene i signalkarakter som kan relateres til små konsentrasjoner i p p m -mengder In cases where the medium mainly consists of gas, gas mixtures and/or small additions of liquid-like particles, the acoustic signals are mainly formed by the characteristic properties of the gases when they are excited to flow in a strongly turbulent state. The signal character is largely dependent on the construction details , but also the properties directly related to gas For example, small amounts of liquid in droplet form will have a strong acoustic effect, both in frequency and not least in strength and character, and clearly separate from gas-related signal effects The system is based on a measurement method where a continuously flowing medium is measured to find the desired compositions, in the range from ppm to many percent. It goes without saying that small changes in concentrations produce correspondingly small changes in the acoustic signals generated in the sensor system, and consequently small changes in signal characteristics. Signal processing is therefore a decisive process to be able to extract the small research the gels in a signal nature that can be related to small concentrations in p p m quantities
Signalbehandlingen er basert på de til elektrisk størrelse omformede akustiske signaler fra sensorene) samt tilleggsparametrene som trykk, temperatur og eventuelt andre relevante parametre som kan være med på å forbedre måleresultatet slik som på forhand kjente egenskaper ved et eller flere av de strømmende mediene I en signalbehandhngsenhet skjer en forbehandling av analogsignalet i form av forsterkning, filtrering etc for tilpasning til etterfølgende analog-til-digital konvertering Den etterfølgende signalprosesseringen skjer helt på digitalt nivå i form av signalanalyse i tid og frekvensplan med en etterfølgende statistisk analyse for å trekke ut relevant informasjon med hensyn til mediets(enes) karakteristiske egenskaper, mengder og sammensetning The signal processing is based on the acoustic signals from the sensors transformed into electrical quantities) as well as the additional parameters such as pressure, temperature and possibly other relevant parameters that can contribute to improving the measurement result, such as previously known properties of one or more of the flowing media in a signal processing unit a pre-processing of the analogue signal takes place in the form of amplification, filtering etc. for adaptation to subsequent analogue-to-digital conversion The subsequent signal processing takes place entirely at a digital level in the form of signal analysis in time and frequency plan with a subsequent statistical analysis to extract relevant information with consideration of the medium(s)' characteristic properties, quantities and composition
Aktuelle signalanalysemetoder er såvel neurale nettverk som multivanat komponentanalyse, også kalt Principal Component Analysis (PCA) Gode resultater er oppnådd ved bruk av kjemometnske metoder, slik som for eksempel multivanat dataanalyse Pnncipal Component Analysis Metoden er basert på at systemet på forhand er kalibrert basert på kjente medier, slik at man bygger opp en kalibrenngsmodell, dvs en referanse, som i prinsipp danner korrelasjonen mellom signalmønsteret og det strømmende mediet som gjennomstrømmer energisignalomformeren Ved hjelp av kalibrenngstnodellen vil systemet kunne gjenkjenne en strømningssituasjon fra et tidligere kjent medium i form av karaktenstiske egenskaper, mengder, sammensetning etc Current signal analysis methods are both neural networks and multivariate component analysis, also called Principal Component Analysis (PCA). Good results have been achieved using chemometric methods, such as multivariate data analysis Principal Component Analysis. The method is based on the system being calibrated in advance based on known mediums, so that a calibration model is built up, i.e. a reference, which in principle forms the correlation between the signal pattern and the flowing medium that flows through the energy signal converter. , composition etc
Oppbyggingen av de matematiske modellene er helt avgjørende for at systemet skal kunne gjenkjenne de små endnngene i signalstrukturen som igjen er et resultat av sammensetningen i målemediet eller endnngene fra en kjent tilstand I pnnsipp bygges det opp et bibliotek av modeller som til en viss grad kan sammenlignes med en «læreprosess» Det vil si i form av den forutgående kahbrenngsprosess På den måten er systemet i stand til å gjenkjenne typiske signalsammensetninger og karaktenstika som igjen danner grunnlag for prediksjon av de aktuelle medier (konsentrasjoner) som strømmer gjennom systemet til enhver tid Det er også en viktig hensikt med signalprosessenngsfunksjonen at det ved hjelp av sensorsystemet, lages matematiske signalmodeller basert på kalibrerte sammensetninger som med fordel kan være analysert med nøyaktige kjente laboratoriemetoder som referanse The structure of the mathematical models is absolutely crucial for the system to be able to recognize the small changes in the signal structure which are in turn a result of the composition of the measuring medium or the changes from a known state. with a "learning process" That is to say in the form of the preceding kahburning process In this way the system is able to recognize typical signal compositions and characteristics which in turn form the basis for predicting the relevant media (concentrations) that flow through the system at all times It is also an important purpose of the signal processing function is that, with the help of the sensor system, mathematical signal models are created based on calibrated compositions which can be advantageously analyzed with accurate known laboratory methods as a reference
Systemet er følsomt for den aller minste endringen i strømningsforholdet og kan således på en enkel måte utgjøre et effektivt deteksjonssystem på at en eventuell endring har inntrådt Det vil si at systemet utgjør en relativ referansemodell som danner grunnlag for en alarmsituasjon når et avvik fra modellen (tilstand) inntrer Det kan f eks være at systemet er innrettet for å reagere selektivt, det vil si er følsomt for et eller noen få stoffer i et medium i en typisk overvåkmngssituasjon The system is sensitive to the smallest change in the flow ratio and can thus in a simple way constitute an effective detection system that a possible change has occurred. That is to say, the system constitutes a relative reference model which forms the basis for an alarm situation when a deviation from the model ) occurs. It may, for example, be that the system is designed to react selectively, i.e. is sensitive to one or a few substances in a medium in a typical monitoring situation
Deteksjon av en tilstandsendring, f eks i forbindelse med en overvåkning eller alarmsituasjon, kan eksempelvis være i forbindelse med endringer (forurensning) av drikkevannskvalitet, vann eller andre forurensninger i olje, brennstoff eller hydrauliske systemer samt deteksjon av et industrielt utslipp Andre aktuelle anvendelser er eksempelvis i forbindelse med overvåkning av varmevekslere med hensyn til lekkasjer, endnng av mediets sammensetning og tilstand på den ene eller andre siden av varmeveksleren I tillegg kommer ulike former for industriell prosessovervåkning hvor mediet kan utgjøre en del av en prosess Detection of a change in condition, e.g. in connection with a monitoring or alarm situation, can for example be in connection with changes (pollution) of drinking water quality, water or other contaminants in oil, fuel or hydraulic systems as well as detection of an industrial discharge. Other relevant applications are for example in connection with monitoring of heat exchangers with regard to leaks, changes in the medium's composition and condition on one or the other side of the heat exchanger In addition there are various forms of industrial process monitoring where the medium can form part of a process
Det kan i pnnsipp skilles mellom to hovedanvendelser av systemet, det vil si en kontinuerlig analyse av et større utvalg av medier med tilhørende stort utvalg av kalibrerte referansemodeller for prediksjon av mediets karakteristiske egenskaper, mengder og sammensetning basert på en referansemodell(er) for på den måten å oppnå et tilfredsstillende resultat av analysen med stor nok nøyaktighet Den enklere metoden er i hovedtrekk ment å detektere en endnng fra en tilstand til en annen i et strømningssystem og utgjør et meget følsomt system, spesielt innrettet for en overvåkning som kan utløse en tilstand, alarm e 1 In principle, a distinction can be made between two main applications of the system, i.e. a continuous analysis of a larger selection of media with an associated large selection of calibrated reference models for prediction of the medium's characteristic properties, quantities and composition based on a reference model(s) for the way to achieve a satisfactory result of the analysis with sufficient accuracy The simpler method is mainly intended to detect a change from one state to another in a flow system and constitutes a very sensitive system, especially designed for monitoring that can trigger a state, alarm e 1
Det her beskrevne systemet kan med fordel benyttes til ulike former for prosess- og miljøovervåkning, eksempelvis utslipp av vann fra en prosess, avløpssystem etc Systemet vil kontinuerlig overvåke hele eller en del (delstrøm) av den strømmende væsken, og vil således registrere konsentrasjonen av fremmedstoffer Benevnelsen fremmedstoffer er i hovedtrekk et stoff som utgjør en liten del av hovedmediet Også ikke kjente stoffer vd bli detektert i form av et relativt avvik fra en kjent situasjon, f eks rent vann, oljer eller brennstoff, i tilfelle en plutselig endnng/forurensmng skulle opptre Andre eksempler er deteksjon av små oljemengder i vann i konsentrasjoner målt i p p m som slippes ut fra ballastsystemer på skip eller annet prosessutstyr, overvåkning av ulike former for olje/vannutskillere og renseanlegg etc The system described here can be advantageously used for various forms of process and environmental monitoring, for example discharge of water from a process, sewage system etc. The system will continuously monitor all or part (partial flow) of the flowing liquid, and will thus record the concentration of foreign substances The term foreign substance is generally a substance that makes up a small part of the main medium. Also unknown substances would be detected in the form of a relative deviation from a known situation, e.g. clean water, oils or fuel, in the event that a sudden change/pollution should occur Other examples are the detection of small amounts of oil in water in concentrations measured in ppm that are released from ballast systems on ships or other process equipment, monitoring of various forms of oil/water separators and treatment plants etc.
På lignende måte er det mulig å registrere små mengder vann i olje og brennstoffsystemer hvor vann kan ha innvirkning på motorer og forbrenmngsprosesser og/eller vanns uheldige innvirkning i form av korrosjon i eksempelvis hydrauliske anlegg der også vannet i oppløst form har uheldige effekter, så som når vann går over i dampform i hydrauliske bremsesystemer eller lignende In a similar way, it is possible to register small amounts of water in oil and fuel systems where water can have an impact on engines and combustion processes and/or the adverse impact of water in the form of corrosion in, for example, hydraulic systems where water in dissolved form also has adverse effects, such as when water turns into steam in hydraulic brake systems or the like
I noen tilfeller er det nødvendig å registrere gass eller luftbobler i væske Det kan være som fh gass eller helt eller delvis oppløst i væsken Siden gass i væske gir helt karakteristiske akustiske signaler ved gjennomstrømning av signalomformennnretningen, er disse lette å gjenkjenne selv om de forekommer i små mengder sammen med andre fremmedstoffer In some cases, it is necessary to record gas or air bubbles in liquid. It can be as fh gas or completely or partially dissolved in the liquid. Since gas in liquid gives completely characteristic acoustic signals when passing through the signal converter device, these are easy to recognize even if they occur in small amounts together with other foreign substances
I tilfeller hvor det strømmende mediet alene eller også i forbindelse med andre fremmedstoffer inneholder partikler eller fiberformede matenaler, vil disse ved passasjen av dysen, kortvang modifisere strømmngsbildet i dyseåpningen, hvilket igjen gir opphav til en endnng i såvel frekvens som intensitet, og på den måten karaktenseres Denne anvendelsen er spesielt interessant i forbindelse med overvåkning av væskestrømmer i prosesser hvor det i tillegg til væske og gass kan forekomme partikler, fiber eller lignende så som i cellulose, papinndustn og renseanlegg In cases where the flowing medium alone or in conjunction with other foreign substances contains particles or fibrous material, these will briefly modify the flow pattern in the nozzle opening during the passage of the nozzle, which in turn gives rise to a change in both frequency and intensity, and in this way characterized This application is particularly interesting in connection with the monitoring of liquid flows in processes where, in addition to liquid and gas, particles, fibers or the like may occur, such as in cellulose, cardboard dust and treatment plants
En annen typisk anvendelse er i forbindelse med analyse av boreslam (mud) som sirkulerer i en borestreng i forbindelse med boreoperasjoner Det er viktig kontinuerlig å overvåke boreslammet (muddens) sammensetning og karakter, samt endnnger av denne under selve boreprosessen Another typical application is in connection with the analysis of drilling mud (mud) that circulates in a drill string in connection with drilling operations. It is important to continuously monitor the composition and character of the drilling mud (mud), as well as its changes during the actual drilling process
I de tilfeller hvor fludiet utgjøres av en gass eller gassblandinger, eventuelt med ulike former for forurensninger så som partikler fra forbrenmngsprosesser, støv e 1, skilles de hovedsakelig ut fra det akustiske signalmønsteret som er direkte relatert til gassen(e)s karakteristiske egenskaper og sammensetning 1 de tilfeller hvor partikler utgjør en del av forurensningen, skiller de seg klart ut i såvel signalstyrke og spektral sammensetning, som igjen er en funksjon av partikkelhastighet, størrelse og egenvekt In cases where the fluid consists of a gas or gas mixtures, possibly with various forms of pollution such as particles from combustion processes, dust e 1, they are distinguished mainly from the acoustic signal pattern which is directly related to the characteristic properties and composition of the gas(es) 1 those cases where particles form part of the pollution, they stand out clearly in both signal strength and spectral composition, which in turn is a function of particle speed, size and specific gravity
Ulike eksperimenter og forsøk i forbindelse med utviklingsarbeidet har som ovenfor delvis antydet et stort anvendelsesområde innen prosess og overvåkning Dette kan eksempelvis i korthet sammenfattes som følger Various experiments and trials in connection with the development work have, as above, partially indicated a large area of application within process and monitoring. This can, for example, be briefly summarized as follows
Overvåkning av vannforurensninger som drikkevann, avløpsvann og vann fra ulike industrielle prosesser Likeledes overvåking av utslipp av produsert vann i forbindelse med olje- og gassproduksjon, såvel på land, offshore og undervanns produksjons(separasjons)anlegg Likeså sammensetning av produsert vann, spesielt med tanke på oljeinnholdet som reinjiseres tilbake til reservoarene samt registrering av forurensende utslipp fra havgående fartøy Monitoring of water pollution such as drinking water, waste water and water from various industrial processes Likewise, monitoring of emissions of produced water in connection with oil and gas production, both on land, offshore and underwater production (separation) facilities Likewise composition of produced water, especially with regard to the oil content that is re-injected back into the reservoirs as well as the registration of polluting emissions from ocean-going vessels
Dessuten er oppfinnelsen egnet for overvåkning av forurensende stoffer slik som små konsentrasjoner av vann/partikler og/eller andre skadelige stoffer i oljer eller brennstoff Typisk eksempel her er hydraulikksystemer som er blitt forurenset av vann, partikler eller hvor oljekvaliteten er redusert Likeså vil oppfinnelsen være egnet for kvalitetsovervåkmng av oljer som brukes som isolasjon i høyspenning og utstyr slik som transformatorer, brytere og kabler I tillegg kan anvendelse tenkes i forbindelse med nænngsmiddelproduksjon ved overvåkning av kvalitet og tilstedeværelse av fremmedstoffer, samt fonngsovervåkning i fiskemærer, nærmere bestemt konsentrasjon av nærings- og avfallsprodukter i et fiskeoppdrettsanlegg samt eventuelle andre forhold som kan ha skadelig virkning på fisken og som kan karakteriseres ut fra akustiske prinsipper In addition, the invention is suitable for monitoring polluting substances such as small concentrations of water/particles and/or other harmful substances in oils or fuel. Typical examples here are hydraulic systems that have been contaminated by water, particles or where the oil quality has been reduced. The invention will also be suitable for quality monitoring of oils that are used as insulation in high voltage and equipment such as transformers, switches and cables. In addition, use can be envisaged in connection with the production of lubricants by monitoring the quality and presence of foreign substances, as well as fund monitoring in fish maws, specifically the concentration of food and waste products in a fish farming facility as well as any other conditions that may have a harmful effect on the fish and that can be characterized based on acoustic principles
Signalbehandlingen omfatter analyse for karakterisering og sammensetning av mediumkategonene væsker, gasser og partikler samt egenskapene av ulike blandinger av minst to av kategoriene samt karakteristiske trekk som fremkommer av blandingsprosessen mellom disse, f eks valgt fra gruppen bestående av blant annet eksotermiske effekter, endringer av overflatespenning, koke/frysepunkt, viskositet, blandbarhet, overgang fra en kategori til en annen, samt eventuelt innbyrdes mengdeforhold mellom minst to kategoner, og/eller mengde og forholdet mellom minst to ulike kategoner The signal processing includes analysis for the characterization and composition of the medium categories liquids, gases and particles as well as the properties of various mixtures of at least two of the categories as well as characteristic features that emerge from the mixing process between these, e.g. selected from the group consisting of, among other things, exothermic effects, changes in surface tension, boiling/freezing point, viscosity, miscibility, transition from one category to another, as well as, where applicable, the relative quantity between at least two categories, and/or the quantity and ratio between at least two different categories
Fig 1 viser et målesystem basert på oppfinnelsen Fig 1 shows a measurement system based on the invention
Fig 2 viser et eksempel på en praktisk utførelse av et direktekoblet målesystem som kan velge forskjellige målemedier fra ulike reservoarer Fig 3 viser et eksempel på en måleoppstilhng hvor målemediet føres til sensorsystemet via en delstrøm Fig 4 viser et eksempel på en anordning som muliggjør en rask utveksling av strømning til akustisk signalomformere (flow conditioner) for optimalisering av strømningsforholdet for et eller flere medier Fig S viser noen eksempler på utforming av ulike dyselignende signalomformennnretninger som utgjør omformingen fra turbulent strømning til akustiske energisignaler Fig 6 viser en grafisk fremstilling av en målesituasjon hvor mediet i hovedtrekk består av vann med forskjellige konsentrasjoner av salt Fig 2 shows an example of a practical implementation of a directly connected measuring system which can select different measuring media from different reservoirs Fig 3 shows an example of a measuring setup where the measuring medium is fed to the sensor system via a partial flow Fig 4 shows an example of a device that enables a quick exchange of flow to acoustic signal converters (flow conditioner) for optimization of the flow ratio for one or more media Fig S shows some examples of the design of various nozzle-like signal converter devices which make up the conversion from turbulent flow to acoustic energy signals Fig 6 shows a graphical representation of a measurement situation where the medium in main feature consists of water with different concentrations of salt
Fig 7 viser 11 ulike effekttetthetsspektra (Power Density Spectra (PSD)) Fig 7 shows 11 different power density spectra (Power Density Spectra (PSD))
Fig 8 viser et utsnitt av den samme presentasjonen som i figur 7 Fig. 8 shows a section of the same presentation as in Fig. 7
Fig 9 viser systemet i en situasjon hvor mediets sammensetning og strømningsforhold holdes konstant og hvor kun temperaturen varieres Fig 10 viser sammenhengen mellom referansetemperaturene og det tilsvarende predikterte resultat Fig 9 shows the system in a situation where the medium's composition and flow ratio are kept constant and where only the temperature is varied Fig 10 shows the relationship between the reference temperatures and the corresponding predicted result
I fig 1 er vist et enkelt eksempel på en måleanordning hvor mediet føres inn i systemet ved hjelp av et rørsystem 10 Avhengig av mediets karakter, kan det være hensiktsmessig å integrere mer sekundære funksjoner, så som filtrering av grovere partikler el samt temperaturkontroll i mediets strømningsretning (ikke vist på figur) For å kontrollere/stabilisere strømningsprofilen oppstrøms og nedstrøms av signalomformeren 1, kan det under visse forhold være hensiktsmessig å kontrollere strømningen ved hjelp av såkalte strømmngsrettere/formere som enten fjerner alle ukontrollerte rotasjonsbevegelser, eller setter opp en stabil og kontrollert rotasjonsbevegelse før og/eller etter signalomformeren 1 (ikke vist i figuren) Fig 1 shows a simple example of a measuring device where the medium is introduced into the system by means of a pipe system 10 Depending on the nature of the medium, it may be appropriate to integrate more secondary functions, such as filtering of coarser particles etc. as well as temperature control in the medium's flow direction (not shown in figure) In order to control/stabilize the flow profile upstream and downstream of the signal converter 1, under certain conditions it may be appropriate to control the flow using so-called flow rectifiers/formers which either remove all uncontrolled rotational movements, or set up a stable and controlled rotational movement before and/or after the signal converter 1 (not shown in the figure)
Under visse målesituasjoner har det vist seg at det kan være hensiktsmessig at strømnmgsprofilen settes i en kontrollert rotasjonsbevegelse på den ene eller begge sider av signalomformeren En strømningskontrollerende enhet 20 kan i prinsipp være en pumpe eller annen mengde- og trykkregulerende innretning og styres av en digital signalprosessor 30 Mediets innløpstemperatur og trykk registreres ved hjelp av respektive sensorer Tl og Pl In certain measuring situations, it has been shown that it can be appropriate for the flow profile to be set in a controlled rotational movement on one or both sides of the signal converter. A flow controlling unit 20 can in principle be a pump or other quantity and pressure regulating device and is controlled by a digital signal processor 30 The medium's inlet temperature and pressure are recorded using respective sensors Tl and Pl
Signalomformennnretningen 1 for omdannelse av turbulensskapende strømning til akustisk signal er anbrakt mellom to flenser 11,12 som holder den på plass og danner den nødvendige tetning Den akustiske signalenergien omformes til elektnske signaler ved hjelp av sensorene 2 og 2' Trykket nedstrøms i forhold til signalomformeren 1 kan stabiliseres ved opprettholdelse av et visst mottrykk som innreguleres ved hjelp av en restnksjonsanordning 21 og ned-strømstrykket registreres ved hjelp av trykksensoren P2 Fremvisningsenheten 31 presenterer måleresultatene samt andre stynngsparametre som ønskes fremvist som en del av det totale måleresultatet av det strømmende mediet Kommunikasjon for fjernstyring og overfønng av måledata samt nedlasting av programmer, modeller etc skjer via et grensesnitt 32 The signal converter device 1 for converting turbulence-creating flow into an acoustic signal is placed between two flanges 11,12 which hold it in place and form the necessary seal. The acoustic signal energy is converted into electrical signals by means of the sensors 2 and 2' The pressure downstream in relation to the signal converter 1 can be stabilized by maintaining a certain back pressure which is regulated by means of a residual function device 21 and the downstream pressure is registered by means of the pressure sensor P2 The display unit 31 presents the measurement results as well as other stiffness parameters that are desired to be displayed as part of the total measurement result of the flowing medium Communication for remote control and transfer of measurement data as well as downloading of programmes, models etc takes place via an interface 32
I fig 2 er vist et annet eksempel hvor målesystemet er tilpasset slik at målemediet suksessivt kan velges ved hjelp av en innløps- og utløpsmanifold respektive 40 og 41 hvonfra de respektive inn- og utløpsforbindelsene opprettes med et ventilsystem 42 og 43 1 tillegg er det vist et eksempel på et referansereservoar 44 og et reservoar for oppsamling av en prøve 45 som har passert målesystemet for en eventuell kontrollanalyse etter andre pnnsipper I tillegg er det en egen forbindelse 46 for tilførsel av rent vann til inngang, respektive utgang av systemet for spyling og rengjønng samt etablenng av et referansesignal som en form for selvkontroll med hensyn til funksjonalitet og modelltilpasmng In Fig. 2 another example is shown where the measuring system is adapted so that the measuring medium can be successively selected using an inlet and outlet manifold respectively 40 and 41 from which the respective inlet and outlet connections are created with a valve system 42 and 43 1 in addition, there is shown a example of a reference reservoir 44 and a reservoir for collecting a sample 45 that has passed the measuring system for a possible control analysis after other leaks In addition, there is a separate connection 46 for the supply of clean water to the input, respective output of the system for flushing and cleaning as well as establishment of a reference signal as a form of self-control with regard to functionality and model adaptation
Eksempelet slik som vist på fig 2, er også egnet for såkalt rundpumping av mediet Det vil si at mediet tas ut fra et reservoar og pumpes tilbake til samme for å overvåke et konsentrasjonsnivå for eventuell overføring eller utslipp til annet sted Signalprosessoren 30 er her å betrakte som en sentral enhet for behandling av alle signaler fra de forskjellige sensorer samt distnbusjon av nødvendige styresignaler som fremkommer som en del av signalprosessenngen og som her har samlebetegnelsen 31 og 31' Signalprosessoren har minst en inngang for innmating av verdier av bestemte væske-, gass- eller eventuelle partikkelkonstanter 1 figuren er dette vist ved tastaturet 35 Likeså har systemet hensiktsmessig kommunikasjon/grensesnitt f eks via en nettforbindelse ni overordnet kontroll og mottakersystem 32, kommunikasjon 33 mot eller via PC 34 eller annen form for datahåndtenngsenhet for presentasjon, stynng og lagring av data som har tilknytning til målesystemet The example as shown in Fig. 2 is also suitable for so-called circular pumping of the medium. That is, the medium is taken out from a reservoir and pumped back to the same to monitor a concentration level for possible transfer or discharge to another location. The signal processor 30 is here to be considered as a central unit for processing all signals from the various sensors as well as distribution of necessary control signals that appear as part of the signal processing and which here have the collective designation 31 and 31' The signal processor has at least one input for inputting values of specific liquid, gas or any particle constants in figure 1, this is shown by the keyboard 35 Likewise, the system has appropriate communication/interface, e.g. via a network connection 9 superior control and receiver system 32, communication 33 to or via PC 34 or other form of data handling unit for presentation, storage and storage of data which is connected to the measurement system
Målemediet filtreres i filteret 22 før det går inn til den strømningskontrollerende enhet 20 som i eksempelet er vist som en pumpe som kontrolleres fra den digitale signalprosessoren 30 via en frekvensomformer 24 med krafttilførsel via 25 En temperaturstyreenhet 23 kan under visse forhold være hensiktsmessig i forbindelse med store variasjoner i innløpstemperatur Tl, Pl og P2 er sensorer for registrering av mediets temperatur og trykk og sensoren 2 er en akustisk til elektrisk signalomformer som er akustisk koblet til signalomformeren 1 Ytterligere temperatursensor T2 kan eventuelt være innkoblet på signalomformennnretningens 1 nedstrømsside For stabilisering av nedstrømstrykket P2 er det her vist en kontrollerbar restnksjonsanordning 21 The measuring medium is filtered in the filter 22 before it enters the flow controlling unit 20 which in the example is shown as a pump which is controlled from the digital signal processor 30 via a frequency converter 24 with power supply via 25 A temperature control unit 23 can under certain conditions be appropriate in connection with large variations in inlet temperature Tl, Pl and P2 are sensors for recording the temperature and pressure of the medium and the sensor 2 is an acoustic to electrical signal converter which is acoustically connected to the signal converter 1 Additional temperature sensor T2 can possibly be connected on the downstream side of the signal converter device 1 For stabilization of the downstream pressure P2 is a controllable residual function device 21 is shown here
I fig 3 er vist et eksempel hvor mediet føres i et rørsystem 48 En delstrøm 49 ledes via en avgreningsfønng til målesystemet via en strømningsstyrende enhet 20 Trykk og temperaturen på henholdsvis signalomformerens 1 oppstrøms- og nedstrømsside måles ved hjelp av respektive sensorer Tl, Pl, T2, P2, idet den dyselignende signalomformer 1" for øvng har god akustisk forbindelse til den akustisk til elektrisk signalomformende sensor 2 Samtlige målesignaler behandles i signalprosessorenheten 30 Denne har forbindelse til en fremvisningsenhet 35 som kan utgjøres av for eksempel en enkel fremvisningsenhet, et datasystem for toveis kommunikasjon via forbindelsen 36, eller en forbindelse 37 mot annet overordnet kontroll og fremvisningssystem som kan nyttiggjøre seg informasjonen Et alarmsystem 38 kan tre i kraft ved en alarmsituasjon ved overskridelse av et parameter for en på forhånd gitt mediesituasjon, eller i det tilfellet at systemet ikke er funksjonsdyktig e 1 Fig. 3 shows an example where the medium is carried in a pipe system 48. A partial flow 49 is led via a branch pipe to the measuring system via a flow control unit 20. Pressure and temperature on the upstream and downstream sides of the signal converter 1 are measured using respective sensors Tl, Pl, T2 . communication via the connection 36, or a connection 37 to another superior control and display system that can make use of the information. An alarm system 38 can come into effect in the event of an alarm situation when a parameter for a given media situation is exceeded, or in the event that the system is not functional e 1
1 fig 4 er vist et eksempel på en konstruksjon som muliggjør et skifte av signalomformerenhetene 1 og 1', arrangert i en karusell (revolverlignende konstruksjon) 27 som dreier seg inn i og ut av strømmngsveien 47 ved hjelp av en dnvaksel 28 på en dnvanordning 26 for selektiv posisjonering i målemediets strømmngsvei 47, for på den måten uten avbrudd å kunne skifte til en optimalisert signalomformennnretning for respektive medium, eventuelt i forbindelse med en rengjønngsoperasjon, skifte på grunn av slitasje etc 1 fig 4 shows an example of a construction which enables a change of the signal converter units 1 and 1', arranged in a carousel (revolver-like structure) 27 which turns in and out of the flow path 47 by means of a shaft 28 on a shaft device 26 for selective positioning in the measuring medium's flow path 47, in order to be able to change without interruption to an optimized signal converter device for the respective medium, possibly in connection with a cleaning operation, change due to wear etc.
I fig Sa og Sb er vist noen eksempler av praktiske utforminger for signalomformennnretninger (signal conditioner) som er blitt benyttet uten å være begrenset til form og geometri som inngår som en del av tilpasningen til de respektive medier, karakteristiske egenskaper, sammensetning og mengder Utformingen er som regel et resultat av en form for avstemning, det vil si tilpasning for å oppnå den ønskede/optimale signahnformasjon med hensyn til mediets egenskaper For enkelhets skyld er disse vist som runde og symmetriske, hvilket på ingen måte er en nødvendighet Under visse forhold kan disse være usymmetnske Signalomformennnretningen 1 har ett eller flere hull 51, 52, 53, 54, 55 og 56 som enten kan være aksielle med ensartet diameter eller for eksempel ha en trakt eller dyseform En såkalt dysehgnende utforming (ikke vist på figuren), har under visse forhold, i hovedtrekk avhengig av mediets karakter og sammensetning, meget gunstige signalomformingsegenskaper Det vil i pnnsipp si at det er ulike typer signalomformennnretninger som er optimale for visse medier Figs Sa and Sb show some examples of practical designs for signal converter devices (signal conditioners) that have been used without being limited to shape and geometry which are included as part of the adaptation to the respective media, characteristic properties, composition and quantities The design is usually a result of some form of tuning, i.e. adaptation to achieve the desired/optimal signal formation with respect to the medium's properties For simplicity, these are shown as round and symmetrical, which is by no means a necessity Under certain conditions these can be asymmetric The signal converter device 1 has one or more holes 51, 52, 53, 54, 55 and 56 which can either be axial with a uniform diameter or for example have a funnel or nozzle shape A so-called nozzle-shaped design (not shown in the figure), has under certain conditions, mainly depending on the nature and composition of the medium, very favorable signal conversion properties This basically means that it is r different types of signal converter devices that are optimal for certain media
I fig 6 er vist et eksempel på signatinformasjonen i forbindelse med en registrenng av et målemedium bestående av rent vann som gradvis i små porsjoner er tilsatt salt, slik at egenvekten gradvis endres fra 0,99618 til 1,0471 Figuren viser et typisk signalbilde i tidsdomene 60 En enkel signalanalyse, i dette tilfellet i form av en effektspektertetthet (PSD), viser hvordan den spektrale fordelingen i frekvensdomene 61 endres tilsvarende i større eller mindre grad innenfor spekterets yttergrenser, som i dette eksempelet er fra 14 til 49 kHz Som vist på figuren er det fem kurver fra ulike konsentrasjoner som ligger på hverandre og som i visse deler av spekteret kan ha en større eller mindre hnjær fordeling I andre deler av spekteret er det mgen korrelasjon til saltkonsentrasjonen, og i ytterlig andre deler av spekteret kan graden av saltinnhold fremkomme som en invers proporsjonal fordeling, såvel hnjær som sterk uhnjær Fig. 6 shows an example of the signature information in connection with a registration of a measuring medium consisting of pure water to which salt is gradually added in small portions, so that the specific gravity gradually changes from 0.99618 to 1.0471 The figure shows a typical signal image in the time domain 60 A simple signal analysis, in this case in the form of a power spectrum density (PSD), shows how the spectral distribution in the frequency domain 61 changes accordingly to a greater or lesser extent within the outer limits of the spectrum, which in this example is from 14 to 49 kHz As shown in the figure there are five curves from different concentrations that lie on top of each other and which in certain parts of the spectrum can have a greater or lesser distribution In other parts of the spectrum there is a strong correlation to the salt concentration, and in still other parts of the spectrum the degree of salt content can appear as an inversely proportional distribution, both skewed and strongly skewed
1 fig 7 er vist 11 ulike effekttetthetsspektra (PSD) over hverandre tilsvarende 11 forskjellige oljekonsentrasjoner i vann, hvor konsentrasjonen vanerer fra 250 til 0 6 ppm Figuren er ment å vise hvordan endnnger fremkommer som følge av vanasjonen i oljekonsentrasjonen i forhold til den totale spektrahnformasjon som i pnnsipp er et resultat av mange andre parametre, dels forårsaket av det strømmende mediet, og i hovedsak av strømningstilstandspåvirkeren (flow conditioner) 1 fig 7 shows 11 different power density spectra (PSD) on top of each other corresponding to 11 different oil concentrations in water, where the concentration varies from 250 to 0 6 ppm. The figure is intended to show how changes appear as a result of the variation in the oil concentration in relation to the total spectrum formation which in pnnsipp is a result of many other parameters, partly caused by the flowing medium, and mainly by the flow condition influencer (flow conditioner)
I fig 8 er vist et utsnitt av den samme presentasjonen som i figur 7 hvor spekteret er sterkt korrelert og direkte proporsjonalt til oljekonsentrasjonen som i dette tilfellet er ved ca 53 kHz Fig. 8 shows a section of the same presentation as in Fig. 7, where the spectrum is strongly correlated and directly proportional to the oil concentration, which in this case is at approx. 53 kHz
Den høyeste konsentrasjonen 80 tilsvarer i dette eksempelet 249 ppm og den laveste konsentrasjonen 81 tilsvarer 0 6 p p m The highest concentration 80 corresponds in this example to 249 ppm and the lowest concentration 81 corresponds to 0 6 p p m
I fig 9 er vist et eksempel hvor mediets sammensetning og strømningsforhold holdes konstant og hvor kun temperaturen varieres Det vil i pnnsipp si at temperatur er også et parameter som kan måles direkte ut fra de akustiske energisignaler Figuren viser et typisk eksempel på den spektrale sammensetning presentert ved et effekttetthetsspekter (PSD) og hvor temperaturen vanerer mellom ca 6 til 42 grader Figuren viser på hk linje som i fig 7 hvordan deler av spekteret inneholder mer eller mindre informasjon relatert til temperaturen, bortsett fra at den har en logantmisk amphtudeskala, men for øvng er spektralinformasjonen lite hensiktsmessig for temperaturmåling av et medium Fig. 9 shows an example where the medium's composition and flow ratio are kept constant and where only the temperature is varied. In essence, this means that temperature is also a parameter that can be measured directly from the acoustic energy signals. The figure shows a typical example of the spectral composition presented by a power density spectrum (PSD) and where the temperature varies between approx. 6 to 42 degrees The figure shows on the hk line as in fig 7 how parts of the spectrum contain more or less information related to the temperature, except that it has a loganthmic amplitude scale, but in practice is the spectral information not suitable for temperature measurement of a medium
I fig 10 er denmot vist hvordan en statistisk signalanalyse i hovedsak basert på den spektrale informasjonen slik den fremkommer i figur 9, fremkommer som en fullt ut interpreterende indirekte temperaturmåling av det strømmende mediet basert og hvordan temperaturen påvirker den akustiske signalenergien In Fig. 10, on the other hand, it is shown how a statistical signal analysis mainly based on the spectral information as it appears in Fig. 9, appears as a fully interpretive indirect temperature measurement of the flowing medium based on and how the temperature affects the acoustic signal energy
Claims (28)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO19982166A NO316343B1 (en) | 1998-05-13 | 1998-05-13 | Method and apparatus for analyzing a medium-sized medium with respect to composition, amount and characterizing properties |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO19982166A NO316343B1 (en) | 1998-05-13 | 1998-05-13 | Method and apparatus for analyzing a medium-sized medium with respect to composition, amount and characterizing properties |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO982166D0 NO982166D0 (en) | 1998-05-13 |
| NO982166L NO982166L (en) | 1999-11-15 |
| NO316343B1 true NO316343B1 (en) | 2004-01-12 |
Family
ID=19902038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO19982166A NO316343B1 (en) | 1998-05-13 | 1998-05-13 | Method and apparatus for analyzing a medium-sized medium with respect to composition, amount and characterizing properties |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| NO (1) | NO316343B1 (en) |
-
1998
- 1998-05-13 NO NO19982166A patent/NO316343B1/en not_active Application Discontinuation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NO982166D0 (en) | 1998-05-13 |
| NO982166L (en) | 1999-11-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102109556B1 (en) | A method and system for monitoring quality of ballast water of a vessel | |
| AU2012352959B2 (en) | Optical computation fluid analysis system and method | |
| EP2075403B1 (en) | Real-time measurement of reservoir fluid properties | |
| US8908165B2 (en) | Systems and methods for monitoring oil/gas separation processes | |
| AU2013309234B2 (en) | Systems and methods for monitoring a subsea environment | |
| US9261461B2 (en) | Systems and methods for monitoring oil/gas separation processes | |
| EP1977215B1 (en) | Contaminant analyzer for fuel | |
| MX2015001596A (en) | Systems and methods for inspecting and monitoring a pipeline. | |
| MX2015001713A (en) | Systems and methods for inspecting and monitoring a pipeline. | |
| MX2015001175A (en) | Handheld characteristic analyzer. | |
| MX2015002146A (en) | Systems and methods for monitoring the quality of a fluid. | |
| WO2014042909A1 (en) | Systems and methods for monitoring oil/gas separation processes | |
| NO20093600A1 (en) | cyclone Control | |
| US20170074793A1 (en) | Optical sensing device and method in a liquid treatment system | |
| CN101509822B (en) | Light organic petrochemicals water cooler leakage on-line monitoring method and instrument | |
| WO2013164468A9 (en) | Fluid analysis | |
| US8898018B2 (en) | Methods and systems for hydrocarbon production | |
| NO316343B1 (en) | Method and apparatus for analyzing a medium-sized medium with respect to composition, amount and characterizing properties | |
| NO174866B (en) | Fluid spreading cell | |
| WO2011080216A1 (en) | Unit for monitoring particles | |
| Bram | Grey-Box Modeling and Validation of Deoiling Hydrocyclones | |
| US12038374B2 (en) | Methods and systems for monitoring fluids | |
| Wines et al. | Liquid-Gas Coalescers: DEMYSTIFYING PERFORMANCE RATINGS. | |
| CN117128458A (en) | Intelligent early warning system and early warning method for leakage of guide-free through-channel river pipeline | |
| FI116242B (en) | Method for determining the content of a first liquid substance which is finely divided into a second liquid substance |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FC2A | Withdrawal, rejection or dismissal of laid open patent application |