通过振动波的反射来测量流体性质制造技术

描述了系统和技术，该系统和技术利用振动换能器和反射器，该反射器与振动换能器间隔开以在振动换能器和反射器之间形成用于容纳流体的腔体，其中，使振动换能器振动以在腔体中产生波，该波从振动换能器的表面传播通过腔体中的流体，并被反射器反射以在腔体中产生反向传播波。基于振动换能器处产生的波结合反射器处产生的反向传播波，确定反射器返回给振动换能器的能量的指示。基于所确定的、返回给振动换能器的能量的指示，确定流体的一种或多种材料性质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过振动波的反射来测量流体性质
本公开涉及获得材料的物理和流变性质的测量值，包括获得材料的零剪切粘度的测量值。
技术介绍
在牛顿流体中，剪切应力与剪切速率成正比，比例常数是流体的粘度。因此，粘度作为单个参数可用于建模或限定流体的剪切应力与剪切速率之间的关系，从而建模或限定牛顿流体的流动特性。水是牛顿流体的示例。在非牛顿流体中，剪切应力与剪切速率之间的关系并不是那么简单。发现流体的表观粘度随例如剪切应力或剪切速率变化。呈现非牛顿特性的流体包括番茄酱、蛋黄酱和油漆。对这些类型流体的流动的研究是“流变学”的领域。传统上使用流变仪或粘度计来确定牛顿流体和非牛顿流体的流变性质。这些装置利用了多种测量技术，但一种首选的方法是向流体提供振动刺激并测量流体的机械响应，以确定诸如储能模量、损耗模量、粘度和损耗角正切(losstangent)等粘弹性参数。在这样的装置中，测试流体被保持在两个受控表面之间的间隙中。一个或另一个表面的振动引起剪切波，该剪切波通过流体传播。根据现有技术，这些装置在两种明确定义的模式下工作。第一种模式是“间隙模式”。在这种模式下，发射波的波长相较于保持样本的两个表面之间的间隙更长。对于分析至关重要的剪切速率仅由驱动表面处的速度和间隙的长度确定，并且速度场在很大程度上不受传播波的影响。第二种模式是“表面载荷模式”。在这种模式下，间隙很大，使得从驱动表面发出的波在到达第二表面之前消散，并且样本中形成的速度分布遵循波理论。
技术实现思路
除了如上所述的“间隙模式”和“表面载荷模式”之外，专利技术人还确定了第三种模式。在本公开中，该第三种模式被称为腔体模式，并且本公开的技术利用了腔体模式。本专利技术的各方面包括如所附独立权利要求所述的方法、系统和其上存储有指令的计算机可读介质，其中，该系统可以实施为设备和/或工具箱。例如，作为本专利技术的第一方面，提供了一种方法，该方法为：使用振动换能器和反射器来确定粘弹性流体的材料性质，该反射器与振动换能器间隔开以形成用于容纳流体的腔体；使振动换能器振动以在腔体中产生波，该波从振动换能器的表面传播通过腔体中的流体；通过反射器反射从振动换能器的表面传播的波，以在腔体中产生反向传播波；基于振动换能器处产生的波结合反射器处产生的反向传播波，确定反射器返回给振动换能器的能量的指示；基于所确定的、返回给振动换能器的能量的指示，确定流体的一种或多种材料性质。作为本专利技术的第二方面，提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质具有存储在其上的指令，这些指令在由系统的处理器执行时使系统执行上述方法。作为本专利技术的第三方面，提供了一种装置，该装置用于使用振动换能器和反射器来确定流体的一种或多种材料性质，该反射器的表面用于反射波，并且该反射器与振动换能器间隔开以在振动换能器和反射器之间形成用于容纳流体的腔体，该装置被配置为：基于振动换能器振动而在腔体中产生波，该波从振动换能器的表面传播通过腔体中的流体，通过反射器反射从振动换能器的表面传播的波，以在腔体中产生反向传播波：基于振动换能器处产生的波结合反射器处产生的反向传播波，确定反射器返回给振动换能器的能量的指示，以及基于所确定的、返回给振动换能器的能量的指示，确定流体的一种或多种材料性质。该装置可以被配置为使振动换能器振动，或者可以通过一些其他方式使振动换能器振动。该装置可以包括以下中的一项或多项：电路、机制、处理器(例如，CPU或GPU)、存储器、显示器、FPGA和ASIC。该装置可以被包括在包括振动变压器和反射器的系统内。作为本专利技术的第四方面，提供了一种系统，该系统包括：振动换能器；反射器，与振动换能器间隔开以形成用于容纳流体的腔体；用于使振动换能器振动以在腔体中产生波的装置，该波从振动换能器的表面传播通过腔体中的流体，以及用于通过反射器反射从振动换能器的表面传播的波以在腔体中产生反向传播波的装置；基于振动换能器处产生的波结合反射器处产生的反向传播波确定反射器返回给振动换能器的能量的指示的装置；基于所确定的、返回给振动换能器的能量的指示确定流体的一种或多种材料性质的装置。作为本专利技术的第五方面，提供了一种系统，该系统包括：振动换能器；反射器，与振动换能器间隔开以在振动换能器和反射器之间形成用于容纳流体的腔体；装置(例如，控制器)，被配置为：使振动换能器振动以在腔体中产生波，该波从振动换能器的表面传播通过腔体中的流体，通过反射器反射从振动换能器的表面传播的波，以在腔体中产生反向传播波：基于振动换能器处产生的波结合反射器处产生的反向传播波，确定反射器返回给振动换能器的能量的指示，以及基于所确定的、返回给振动换能器的能量的指示，确定流体的一种或多种材料性质。装置或控制器可以包括以下中的一项或多项：电路、机制、处理器(例如，CPU或GPU)、存储器、显示器、FPGA和ASIC。在本专利技术的上述方面中，可以基于确定的返回给振动换能器的能量的指示和粘弹性模型来确定流体的一种或更多种材料性质。替代地或附加地，所确定的、反射器返回给振动换能器的能量的指示可以是振动换能器的品质因数。可以使用确定的品质因数和粘弹性模型来确定零剪切粘度，该粘弹性模型将确定的品质因数和零剪切粘度相关联。粘弹性模型可以随着品质因数的增加而提供增加的零剪切粘度。可以使用确定的品质因数和粘弹性模型来确定流体的分子量，该粘弹性模型将确定的品质因数和流体的分子量相关联。粘弹性模型随着品质因数的增加而提供增加的分子量。使用以下中的一项来确定品质因数：频率带宽、振幅和对数衰减。所确定的、反射器返回给振动换能器的能量的指示可以是振动换能器的谐振频率。所确定的、反射器返回给振动换能器的能量的指示可以是由腔体中的反向传播波引起的振动换能器的谐振频率的变化。可替代地或另外地，使用频率和粘弹性模型来确定零剪切粘度，该粘弹性模型将频率和零剪切粘度相关联。随着振动换能器的谐振频率降低，该粘弹性模型可以提供增加的零剪切粘度。或者，随着振动换能器的谐振频率增加，该粘弹性模型可以提供增加的零剪切粘度。可以使用确定的频率的变化和粘弹性模型来确定流体的分子量，该粘弹性模型将确定的频率的变化和流体的分子量相关联。随着振动换能器的谐振频率降低，该粘弹性模型可以提供增加的分子量。该流体可以是聚合物流体，例如，聚合物熔体。振动换能器在腔体中产生的波是剪切波。替代地或另外地，振动换能器可以在腔体中产生压缩波。振动换能器可以是管，在该管中，管的内表面提供振动表面和反射器两者。反射器可以在腔体内部上设置有受挫表面(frustratedsurface)，以降低反射效率。可以相对于振动换能器调整反射器的位置，以提供相位调节。振动换能器和反射器可以位于没有大流速(bulkflowrate)的静态流体中，或者位于流动的流体中。流体可以流过腔体，并在延长的时间段内(例如，以所需的采样率周期性地)进行测量，以连续地监测流动的流体的材料性质。振动换能器和反射器可以在过程中是内嵌(in-line)的，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用振动换能器和反射器来确定粘弹性流体的材料性质的方法，所述反射器与所述振动换能器间隔开以形成用于容纳流体的腔体，所述方法包括：/n使所述振动换能器振动以在所述腔体中产生波，所述波从所述振动换能器的表面传播通过所述腔体中的流体；/n通过所述反射器反射从所述振动换能器的表面传播的波，以在所述腔体中产生反向传播波；/n基于所述振动换能器处产生的波结合所述反射器处产生的所述反向传播波，确定所述反射器返回给所述振动换能器的能量的指示；以及/n基于所确定的、返回给所述振动换能器的能量的指示，确定所述流体的一种或多种材料性质。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171201 GB 1720084.11.一种使用振动换能器和反射器来确定粘弹性流体的材料性质的方法，所述反射器与所述振动换能器间隔开以形成用于容纳流体的腔体，所述方法包括：
使所述振动换能器振动以在所述腔体中产生波，所述波从所述振动换能器的表面传播通过所述腔体中的流体；
通过所述反射器反射从所述振动换能器的表面传播的波，以在所述腔体中产生反向传播波；
基于所述振动换能器处产生的波结合所述反射器处产生的所述反向传播波，确定所述反射器返回给所述振动换能器的能量的指示；以及
基于所确定的、返回给所述振动换能器的能量的指示，确定所述流体的一种或多种材料性质。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，基于粘弹性模型和所确定的、返回给所述振动换能器的能量的指示来确定所述流体的所述一种或更多种材料性质。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所确定的、所述反射器返回给所述振动换能器的能量的指示是所述振动换能器的品质因数。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，使用所确定的品质因数和粘弹性模型来确定零剪切粘度，所述粘弹性模型将所确定的品质因数和所述零剪切粘度相关联。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述粘弹性模型随着品质因数的增加而提供增加的零剪切粘度。


6.根据权利要求3所述的方法，其中，使用所确定的品质因数和粘弹性模型来确定所述流体的分子量，所述粘弹性模型将所确定的品质因数和所述流体的分子量相关联。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述粘弹性模型随着品质因数的增加而提供增加的分子量。


8.根据权利要求3至7中的任一项所述的方法，其中，使用以下中的一项来确定所述品质因数：频率带宽、振幅和对数衰减。


9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述确定的、所述反射器返回给所述振动换能器的能量的指示是所述振动换能器的谐振频率。


10.根据权利要求9所述的方法，其中，所确定的、所述反射器返回给所述振动换能器的能量的指示是由所述腔体中的所述反向传播波引起的所述振动换能器的谐振频率的变化。


11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，使用所述频率和粘弹性模型来确定零剪切粘度，所述粘弹性模型将所述频率和所述零剪切粘度相关联。


12.根据权利要求11所述的方法，其中，随着所述振动换能器的谐振频率降低，所述粘弹性模型提供增加的零剪切粘度。


13.根据权利要求11所述的方法，其中，随着所述振动换能器的谐振频率增加，所述粘弹性模型提供增加的零剪切粘度。


14.根据权利要求9或10所述的方法，其中，使用粘弹性模型和所确定的频率变化来确定所述流体的分子量，所述粘弹性模型将所确定的频率变化和所述流体的分子量相关联。


15.根据权利要求13所述的方法，其中，随着所述振动换能器的谐振频率降低，所述粘弹性模型提供增加的分子量。


16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述流体是聚合物流体，诸如，聚合物熔体。


17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述振动换能器在所述腔体中产生的波是剪切波。


18.根据权利要求1至16中的任一项所述的方法，其中，所述振动换能器在所述腔体中产生的波是压缩波。


19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述振动换能器是管，并且所述管的内表面提供振动表面和反射器两者。


20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述反射器在所述腔体室内部上设置有受挫表面，以降低反射效率。


21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，相对于所述振动换能器调整所述反射器的位置，以提供相位调节。


22.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质上存储有指令，所述指令在由系统的处理器执行时使所述系统执行根据权利要求1至21中的任一项所述的方法。


23.一种使用振动换能器和反射器来确定流体的一种或多种材料性质的装置，所述反射器与所述振动换能器间隔开，以在所述振动换能器和所述反射器之间形成用于容纳流体的腔体，所述装置被配置为：基于所述振动换能器振动而在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：约汉·加拉格尔，
申请(专利权)人：海德拉运动有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB