一种超临界流体相平衡的检测方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种超临界流体相平衡的检测方法及装置，通过非侵入式主动与被动式采集超临界流体系统内产生的声波信号，并对声波信号进行系列处理，从而得到系列特征量对超临界流体相平衡状态进行表征。本发明专利技术所采用的声波检测是一种非侵入式检测方法，检测装置简单、安全、环保，适用于工业生产过程的在线检测，并填补了相关检测领域的空白。填补了相关检测领域的空白。填补了相关检测领域的空白。

【技术实现步骤摘要】
一种超临界流体相平衡的检测方法和系统


[0001]本专利技术涉及超临界流体
，具体涉及一种超临界流体相平衡的检测方法和系统。

技术介绍

[0002]在化工领域中，很多重要的化工过程都会涉及到高压操作(压力甚至大于1000bar)，如低密度聚乙烯的制备、合成氨、合成甲醇、加氢过程等。此外，石油/天然气开采、存储、输送等过程亦会涉及到高压过程。考虑到高压条件下，流体可能进入超临界状态，流体的物化性质较常规状态存在显著差异，因此实现超临界流体物化性质(相平衡、扩散系数、黏度等)的检测就显得极为重要。但由于流体的超临界状态往往处于相态转变点附近，该区域内的相行为对操作条件极度敏感(如温度、压力等)，较一般高压状态下的相行为更为复杂多变，因此目前关于超临界流体的研究在模拟计算方面较多(如中国专利ZL201380056025.7)，在实验测量方面则较少。
[0003]因此，建立一种表征超临界流体系统内相平衡特征的检测方法和系统仍然是该领域的一大难题。本专利技术希望采用非侵入式的被动式声发射检测技术，通过主动式与被动式声波传感器获取超临界系统内的声波信号并进行分析，建立一种超临界流体系统内相平衡特征的非侵入检测方法和系统。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种超临界流体相平衡特征的检测方法及装置。通过非侵入式采集超临界流体系统内的声信号并加以分析，提取出声信号特征量，以表征超临界流体系统的相平衡特征(如相界面位置)。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的。
[0006]本专利技术提供了一种超临界流体相平衡的检测方法，其包括以下步骤：
[0007](1)在待测超临界流体系统底部设置一声源激励，用以产生幅值、频率可调且明确的声波信号；
[0008](2)在待测超临界流体系统侧壁设置至少2个声波传感器，用以捕捉声源激励产生的声波信号或待测系统内流体状态发生转变时产生的声波信号；
[0009](3)对采集的声波信号进行预处理，去除噪声；
[0010](4)对去噪后的声波信号进行数据处理，得到系列表征超临界流体相平衡特征的特征参数；
[0011]其中，当待测超临界流体系统底部的声源激励工作并产生声波信号时，利用侧壁的声波传感器接收自声源产生并流经超临界流体的声波信号，并进行处理，得到信号强度、信号频率、信号离散程度作为特征参数；同时，将接收得到的声波信号与声源信号进行对比，得到声波速度作为特征参数；
[0012]当待测超临界流体系统底部的声源激励未进行工作时，利用侧壁的声波传感器接
收超临界系统相态转变时产生的声波信号，并进行处理，得到信号强度、信号频率、信号离散程度作为特征参数；
[0013](5)根据声信号特征参数得到判定因子AF；
[0014]所述的判定因子AF，其定义为：
[0015]AF＝2*abs(x
n+1
‑
x
n
)/(x
n+1
+x
n
)
[0016]式中，abs表示取绝对值，x
n+1
为第n+1个传感器实时检测得到的声信号特征参数，x
n
为第n个传感器实时检测得到的声信号特征参数；第n+1个传感器和第n个传感器为高度方向上相邻的两个传感器；
[0017]在时间尺度上，根据AF是否发生突变判断相平衡是否发生改变；在空间尺度上，根据AF随待测系统高度变化的突变判断相界面位置；
[0018]其中，步骤(4)获得的特征参数中只要存在一个特征参数的AF大于1，即认为判定因子发生了突变，相态相应发生转变。
[0019]作为本专利技术的优选方案，所述步骤(3)中预处理去除噪音的方法选用平滑、微分、多元散射校正、正交信号校正、傅里叶变换、小波变换、净分析信号中的一种或多种。
[0020]采集到的声波信号中包括了许多噪声。因此，消除噪声的处理方法就十分关键和必要。本专利技术的检测方法中的预处理的方法中，平滑可以提高分析信号的信噪比，最常用的方法是移动式平均平滑法和Savizky
‑
Golay多项式平滑。微分可以消除基线漂移、强化谱带特征、克服谱带重叠，是常用的谱预处理方法，一阶微分可以去除同波长无关的漂移，二阶微分可以取出同波长线性相关的漂移。傅里叶变换能够实现谱域函数与时域函数之间的转换，其实质是把原声谱分解成许多不同频率的正弦波的叠加和，它可以用来对声谱进行平滑去噪、数据压缩以及信息的提取。小波变换能将信号根据频率的不同分解成多种尺度成分，并对大小不同的尺度成分采取相应粗细的取样步长，从而能够聚焦于信号中的任何部分。净分析信号算法的基本思想与正交信号校正基本相同，都是通过正交投影除去声谱阵中与待测组分无关的信息。
[0021]作为本专利技术的优选方案，当需要主动判断超临界流体待测系统内的相平衡状态时，可开启待测超临界流体系统底部的声源激励产生声波信号，并根据待测系统侧壁的声波传感器接收信号并进行分析判断相平衡状态与相界面位置；
[0022]当仅需要在长周期内对待测超临界流体系统相平衡状态进行监测时，无需开启声源激励，仅需开启待测系统侧壁的声波传感器，当待测系统相平衡发生转变时，会产生声波信号并被声波传感器接收，对信号进行分析后即可判断相平衡状态是否明确发生改变，并判断相界面位置。
[0023]本专利技术还提供了一种实施上述方法的超临界流体相平衡的检测装置，该检测装置包括至少一可以产生幅值、频率可调的声波信号的声源激励、至少两个声波传感器、信号放大装置、信号采集装置和信号处理装置；声波传感器均匀设置于待测系统侧壁上，沿高度方向布置；声波传感器和信号放大装置相连将声波信号转换为电信号传输到信号放大装置进行放大，信号放大装置和信号采集装置相连将放大后的信号传输到信号采集装置进行采集，信号采集装置和信号处理装置相连将采集到的信号进行分析，得到表征待测系统相平衡特征的特征参数。
[0024]作为本专利技术的优选方案，当声波传感器数量增加时，优先沿待测超临界流体系统
侧壁高度方向布置，以更为精准地确定待测系统内相界面的位置。
[0025]作为本专利技术的优选方案，所述声波传感器选自声发射传感器或加速度传感器中的一种或两种且所述声波传感器的频率响应特性相同，频率响应范围为1Hz～10MHz。
[0026]本专利技术具有以下优点：本专利技术的声波检测是一种非侵入式检测方法，检测装置简单、安全、环保，适用于工业生产过程的在线检测；采用声波传感器阵列，通过多传感器的数据融合可以有效表征超临界流体系统内的相平衡特征，有效填补了相关领域检测手段的空白。
附图说明
[0027]图1是本专利技术的检测系统的结构示意图；
[0028]图2是不同状态下的声波信号；
[0029]图3是信号能量随检测位置变化图；
[0030]图4是判定因子随检测位置变化图。
具体实施方式
[0031]下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超临界流体相平衡的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在待测超临界流体系统底部设置一声源激励，用以产生幅值、频率可调且明确的声波信号；(2)在待测超临界流体系统侧壁设置至少2个声波传感器，用以捕捉声源激励产生的声波信号或待测系统内流体状态发生转变时产生的声波信号；(3)对采集的声波信号进行预处理，去除噪声；(4)对去噪后的声波信号进行数据处理，得到系列表征超临界流体相平衡特征的特征参数；其中，当待测超临界流体系统底部的声源激励工作并产生声波信号时，利用侧壁的声波传感器接收自声源产生并流经超临界流体的声波信号，并进行处理，得到信号强度、信号频率、信号离散程度作为特征参数；同时，将接收得到的声波信号与声源信号进行对比，得到声波速度作为特征参数；当待测超临界流体系统底部的声源激励未进行工作时，利用侧壁的声波传感器接收超临界系统相态转变时产生的声波信号，并进行处理，得到信号强度、信号频率、信号离散程度作为特征参数；(5)根据声信号特征参数得到判定因子AF；所述的判定因子AF，其定义为：AF＝2*abs(x
n+1
‑
x
n
)/(x
n+1
+x
n
)式中，abs表示取绝对值，x
n+1
为第n+1个传感器实时检测得到的声信号特征参数，x
n
为第n个传感器实时检测得到的声信号特征参数；在时间尺度上，根据AF是否发生突变判断相平衡是否发生改变；在空间尺度上，根据AF随待测系统高度变化的突变判断相界面位置；其中，步骤(4)获得的特征参数中只要存在一个特征参数的AF大于1，即认为判定因子发生了突变，相态相应发生转变。2.根据权利要求1所述的超临界流体相平...

【专利技术属性】
技术研发人员：任聪静，张鹏，范小强，严翔，陈毓明，孙婧元，杨遥，蒋斌波，王靖岱，阳永荣，
申请(专利权)人：浙江大学宁波五位一体校区教育发展中心，
类型：发明
国别省市：