[发明专利]基于超声测量的浊度传感器

说明书

一种用于对在流管中流动的流体的浊度进行测量的浊度测量设备。第一换能器通过浊度测量区段中的流体来传输超声信号，以便在第一区段端部与第二区段端部之间提供第一超声驻波。接收器换能器接收来自流过浊度测量区段的流体中的微粒的超声散射响应。控制电路操作换能器并且响应于从接收器换能器接收到的信号而生成指示流体的浊度的信号。优选地，该设备可以包括用于生成具有相同频率的第二超声驻波的第二换能器，并且进一步地，这两个换能器还可以用于通过已知的超声技术来生成流动速率的测量。该流动速率可以用于计算浊度的测量。浊度设施和流动速率设施两者都可以集成在耗量计(例如，热量计或水量计)中。

技术领域

本发明涉及用于对流体的浊度进行测量的浊度传感器的领域。特别地，本发明提供了能够基于超声测量来测量浊度的设备。此外，本发明提供了包括这种浊度传感器的超声耗量计或公用事业计量器。

背景技术

在世界范围内，供饮用的清洁水的消耗正在增加。饮用水是从地下井中取出的，而地表水甚至是脱盐的海水都可以用作饮用水。因此，需要公用事业公司测量供应给公用事业网络的水的清洁度。

对水的清洁度的完整分析涉及复杂的生物化学分析，然而在一些情况下，通过浊度测量获得的水质的测量可以是足够的，即，对流体中的微粒的量进行测量来作为对流体的清洁度的测量。这种浊度测量可以基于光学方法。

然而，光学浊度设备由于在光学表面上形成矿物和/或生物膜的涂层而不能很好地用作公用事业网络的永久安装的部分，这会扰乱浊度测量并且需要频繁进行维护。此外，这种光学浊度测量设备是昂贵的，并且因此实际上可能仅安装在公用事业网络中的有限数量的位置处。

发明内容

提供简单且低成本的浊度测量设备将是有利的，该浊度测量设备对于测量公用事业网络中的流体的浊度仍然是鲁棒且可靠的，由此允许公用事业公司在公用事业网络中的若干位置处分布这种设备。

在第一方面，本发明提供了一种被布置为对在流管中流动的流体的浊度进行测量的设备，该设备包括：

-流管，其具有用于流体在入口与出口之间通过的贯通开口，并且包括在第一区段端部与第二区段端部之间的浊度测量区段；

-第一换能器，其被布置用于通过浊度测量区段中的流体来传输超声信号，以便在第一区段端部与第二区段端部之间提供第一超声波；

-接收器换能器，其被布置用于接收散射在流过浊度测量区段的流体中的微粒上的超声信号，以及

-控制电路，其连接到第一换能器和接收器换能器，该控制电路被布置用于操作第一换能器以及响应于从接收器换能器接收到的信号而生成指示流体的浊度的信号。

使用超声波来测量浊度提供了可靠且鲁棒的测量浊度的方式，而没有会在光学溶液中引起问题的干扰涂层的问题。

本发明基于以下认识：流体中的微粒将在周围的流体中散射超声波。

根据本发明，在两个边界之间的流管中生成超声波，例如，基于向第一换能器施加具有频率f₀的超声纯音的波。然后，随着流体在流管中流动而一起移动的微粒将传递声波，并且当经过具有高超声强度的区域时，微粒将以相对高的强度以f₀的波频率散射超声波。相应地，当经过具有低超声强度的区域时，微粒不会散射任何超声波。

进一步根据本发明，在以频率f₀解调之后，接收器将以频率f_s呈现残余振荡，这取决于微粒沿着波行进的速度v。残余振荡频率由f_s＝(v/c)f₀给出，其中c是流体中的超声波的相位速度。通过对经解调的信号进行滤波，仅允许f_s周围的频率通过，可以将任何背景影响与散乱反射等区分开，因为源自固定源的这些散乱反射仅对经解调的信号的DC分量有影响。