RU2006108798A

RU2006108798A - Оптический расходомер для измерения расхода газов и жидкостей в трубопроводах

Info

Publication number: RU2006108798A
Application number: RU2006108798/28A
Authority: RU
Inventors: Дерек МОНТГОМЕРИ (CA); Дерек МОНТГОМЕРИ; Дэрил ДЖЕЙМС (CA); Дэрил ДЖЕЙМС; Дэвид Ю ЯН (CA); Дэвид Ю ЯН
Original assignee: Фотон Контрол Инк. (Ca); Фотон Контрол Инк.
Priority date: 2003-09-03
Filing date: 2004-09-03
Publication date: 2006-09-10
Also published as: JP2007504464A; US20070064218A1; US7265832B2; EP1664802A1; BRPI0414089B1; CA2439242C; JP4704340B2; RU2377573C2; CN1846137A; EP1664802A4; CA2439242A1; CN1846137B; NO20061490L; CA2537344A1; BRPI0414089A; WO2005022170A1

Claims

1. Устройство для измерения скорости частиц, переносимых флюидом, который течет внутри трубопровода, включающее

(a) по крайней мере, один источник света, соединенный с двумя светопроводами, для генерирования двух отдельных лучей света;

(b) первое средство в стенке трубопровода для удерживания потока флюида внутри трубопровода и для возможности проникновения луча света во внутреннее пространство трубопровода;

(c) телецентрическую оптическую систему излучаемого света, которая имеет одну апертуру и одну оптическую ось, которая направляет указанные два луча света сквозь указанное первое средство в стенке трубопровода с тем, чтобы лучи формировали две фокальные точки во внутренней части трубопровода, расположенные в одном и том же месте относительно поперечного разреза трубопровода, но в разных точках вдоль оси трубопровода с известным расстоянием между ними;

(d) второе средство в стенке трубопровода, располагаемое на противоположной стороне стенки трубопровода относительно первого средства в стенке трубопровода для удерживания потока флюида внутри трубопровода и для возможности выхода луча света из внутреннего пространства трубопровода;

(e) по крайней мере, одно измерительное средство для детектирования света, чтобы детектировать свет, рассеиваемый частицами, переносимыми флюидом, и преобразования изменяющейся во времени амплитуды детектируемого света в соответствующий измерительный электронный сигнал;

(f) оптическую систему для сбора света, имеющую оптическую ось, которая является в основном коллинеарной с оптической осью указанной оптической системы излучаемого света, которая собирает свет, рассеиваемый частицами, переносимыми в потоке флюида, в пределах первого пространственного угла, формируемого от указанных фокальных точек, и фокусирует указанный рассеянный свет на указанное измерительное средство для детектирования света;

(g) непрозрачное затенение для поглощения нерассеянного света, располагаемое на оптической оси после указанных фокальных точек, причем указанное затенение формирует второй пространственный угол от указанных фокальных точек, который является меньшим, чем указанный первый пространственный угол, так что указанный рассеянный свет, который проходит через незатененный участок указанного первого пространственного угла, достигает детекторного средства для измерения света; и

(h) электронное средство для обработки данных, которое получает указанные измерительные электронные сигналы, детектируемые с помощью средства для детектирования света, которые обрабатывают для определения времени замедления прохождения частиц через две фокальные точки, и дополнительное средство для расчета скорости частиц или расхода флюида.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что телецентрическая оптическая система излучаемого света включает фокусирующую линзу, имеющую фокальную длину, и при этом два светопровода имеют две грани на своих концах, где две грани одинаково наклонены в сторону от оси системы излучаемого света для преломления указанных лучей света по направлению к оптической оси системы излучаемого света для пересечения оптической оси перед фокусирующей линзой на расстоянии, равное фокальной длине фокусирующей линзы.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник света состоит из одного или большего количества лазеров.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для детектирования света состоит из светопровода, соединяемого с фотодетектором.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для детектирования света включает первую и вторую области для детектирования света, ориентированные таким образом, чтобы свет, рассеиваемый из первой из указанных двух фокальных точек, улавливался в первой области для детектирования света, а свет, рассеиваемый из второй из указанных двух фокальных точек, улавливался во второй области для детектирования света.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что средство для детектирования света включает первый светопровод для сбора света, присоединяемый к первому средству для детектирования света, и второй светопровод для сбора света, присоединяемый ко второму средству для детектирования света.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптические оси указанной оптической системы излучаемого света и указанной оптической системы для сбора света являются в основном перпендикулярными к направлению потока.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что главный луч каждого из указанных двух пучков света является в основном перпендикулярным оси указанного трубопровода, так что главные лучи не изменяют своего направления, если изменяется коэффициент преломления флюида.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механический корпус с центральным отверстием, в основном соответствующим по размеру и форме поперечному разрезу трубопровода, устанавливают в трубопровод и совмещают вдоль всех секций трубопровода таким образом, чтобы формировать непрерывный и герметичный канал для прохождения сквозь него флюида, указанный механический корпус, содержащий указанные первое и второе окна, указанную оптическую систему излучаемого света и указанную систему для сбора света.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первое и второе средство в стенке трубопровода включают первое и второе прозрачные оптические окна, имеющие, в основном, цилиндрические внутренние поверхности, в основном соответствующие поверхности внутренней стенки трубопровода.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первое и второе средства в стенке трубопровода включают отрезок прозрачной трубки с внутренним диаметром, соответствующим внутреннему диаметру трубопровода, с тем, чтобы удерживать флюид внутри трубопровода и сделать возможным прохождение света из оптической системы излучаемого света в оптическую систему для сбора света и через оптическую систему для сбора света.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптическая система излучаемого света включает средство в виде цилиндрической оптической линзы для увеличения ширины фокальных точек в плоскости поперечного сечения трубопровода.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что средство в виде цилиндрической оптической линзы генерирует вторичный линейный фокус на плоскости указанного непрозрачного затенения, так что лучи образуют пару коллинеарных фокальных линейных сегментов, параллельных оси трубопроводе и проходящих через центр оптической оси системы.

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предусматривают средства для отсечения участка нерассеянного света, располагаемые впереди непрозрачного затенения, но позади второго оптического окна, и улавливания отсекаемого света, по крайней мере, на одном контрольном детектирующем средстве, и использования уровня детектируемого сигнала от отсекаемого света для регулирования усиления от измерения средств для детектирования света с тем, чтобы компенсировать изменения интенсивности падающего света.

15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрена вторая оптическая систему для сбора света, со второй осью оптической системы для сбора света, которая располагается в той же самой плоскости, как оптическая ось системы излучаемого света и первая ось системы для сбора света, и пересекает фокальные точки, при этом свет, рассеиваемый частицами в потоке флюида, улавливают во втором средстве для детектирования света для получения вторых сигналов детектируемого света, с целью анализа по крайней мере одного размера и формы частиц, перемещающихся в потоке флюида путем сравнения отношения амплитуд первых сигналов детектируемого света к амплитудам вторых сигналов детектируемого света.

16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что указанная ось указанной второй оптической системы для сбора света является в основном коллинеарной с указанной осью первой оптической системы для сбора света, и при этом указанная вторая оптическая система для сбора света имеет большую оптическую апертуру, чем указанная первая оптическая система для сбора света, что дает возможность собирать рассеянный свет, который рассеян под большими углами.

17. Устройство по п.1, отличающееся тем, что телецентрическая оптическая система излучаемого света включает средство в виде цилиндрической оптической линзы для увеличения ширины фокальных точек в плоскости поперечного сечения трубопровода и для генерирования вторичного линейного фокуса на плоскости указанного непрозрачного затенения, так что лучи образуют пару коллинеарных фокальных линейных сегментов, параллельных оси трубопроводе и проходящих через центр оптической оси системы.

18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что источник света состоит из одного или большего количества лазеров.

19. Устройство по п.17, отличающееся тем, что средство для детектирования света состоит из светопровода, соединяемого с фотодетектором.

20. Устройство по п.17, отличающееся тем, что средство для детектирования света включает первую и вторую области для детектирования света, ориентированные таким образом, чтобы свет, рассеиваемый из первой из указанных двух фокальных точек, улавливался в первой области для детектирования света, а свет, рассеиваемый из второй из указанных двух фокальных точек, улавливался во второй области для детектирования света.

21. Устройство по п.20, отличающееся тем, что средство для детектирования света включает первый светопровод для сбора света, присоединяемый к первому средству для детектирования света, и второй светопровод для сбора света, присоединяемый ко второму средству для детектирования света.

22. Устройство по п.17, отличающееся тем, что оптические оси указанной оптической системы излучаемого света и указанной оптической системы для сбора света являются в основном перпендикулярными к направлению потока.

23. Устройство по п.17, отличающееся тем, что главный луч каждого из указанных двух пучков света является в основном перпендикулярным оси указанного трубопровода, так что главные лучи не изменяют своего направления, если изменяется коэффициент преломления флюида.

24. Устройство по п.17, отличающееся тем, что механический корпус с центральным отверстием, в основном соответствующим по размеру и форме поперечному разрезу трубопровода, устанавливают в трубопровод и совмещают вдоль всех секций трубопровода таким образом, чтобы формировать непрерывный и герметичный канал для прохождения сквозь него флюида, указанный механический корпус, содержащий указанные первое и второе окна, указанную оптическую систему излучаемого света и указанную систему для сбора света.

25. Устройство по п.17, отличающееся тем, что первое и второе средство в стенке трубопровода включают первое и второе прозрачные оптические окна, имеющие, в основном, цилиндрические внутренние поверхности, в основном соответствующие поверхности внутренней стенки трубопровода.

26. Устройство по п.17, отличающееся тем, что первое и второе средства в стенке трубопровода включают отрезок прозрачной трубки с внутренним диаметром, соответствующим внутреннему диаметру трубопровода, с тем, чтобы удерживать флюид внутри трубопровода и сделать возможным прохождение света из оптической системы излучаемого света в оптическую систему для сбора света и через оптическую систему для сбора света.

27. Устройство по п.17, отличающееся тем, что предусматривают средства для отсечения участка нерассеянного света, располагаемые впереди непрозрачного затенения, но позади второго оптического окна, и улавливания отсекаемого света, по крайней мере, на одном контрольном детектирующем средстве, и использования уровня детектируемого сигнала от отсекаемого света для регулирования усиления от измерения средств для детектирования света с тем, чтобы компенсировать изменения интенсивности падающего света.

28. Устройство по п.17, отличающееся тем, что предусмотрена вторая оптическая систему для сбора света, со второй осью оптической системы для сбора света, которая располагается в той же самой плоскости, как оптическая ось системы излучаемого света и первая ось системы для сбора света, и пересекает фокальные точки, при этом свет, рассеиваемый частицами в потоке флюида, улавливают во втором средстве для детектирования света для получения вторых сигналов детектируемого света, с целью анализа по крайней мере одного размера и формы частиц, перемещающихся в потоке флюида путем сравнения отношения амплитуд первых сигналов детектируемого света к амплитудам вторых сигналов детектируемого света.

29. Устройство по п.28, отличающееся тем, что указанная ось указанной второй оптической системы для сбора света является в основном коллинеарной с указанной осью первой оптической системы для сбора света, и при этом указанная вторая оптическая система для сбора света имеет большую оптическую апертуру, чем указанная первая оптическая система для сбора света, что дает возможность собирать рассеянный свет, который рассеян под большими углами.