指示材料间边界的探测器制造技术

本发明专利技术介绍了一种用于在预期的测量体积内检测不同材料间边界位置的方法、装置和计算机程序。所述装置使用至少一个测量探测器，探测器中电极的特征在于它们共同构成不同于直线的组件。另外，也可以通过该组件观测与组件相距更远距离的体积，以使测量能够远程进行，并且装置在各种测量情况下都保持不受损。通过使用EIT测量并且应用例如所谓的1D-σ方法或机器学习方法来检测被测体积内的电导率分布。因此即可监测不同材料间可能存在的边界位置或者例如不同材料层的厚度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术应用于涉及不同材料在管系或容器内沉淀、沉积、流动或存储的不同工业处理，或者更一般地应用于为了保证处理的正确操作而必须测量不同材料数量的处理。
技术介绍
在很多工业处理中，处于不同状态的材料在容器、管系或类似装置内流动或被存储在其中，在此情况下，有必要在处理中获知例如不同材料的数量、流速、混合物组成和类似信息。这样的处理通常会在不同的材料之间形成边界，其中边界可以被定义为使得位于边界不同侧的材料密度有所不同。实际上，边界具有材料的物理性质在此改变的特定过渡区域。边界的一个示例是油和水的混合物，其中油作为较轻的材料在水面上形成一层，并且可以在这些材料之间发现明显的边界。另一个示例可以是检查地下不同的土层和材料沉积，其中令人感兴趣的矿石断裂处的边界包括例如在包含贵金属的岩石材料和其他岩石材 料之间的边界。在很多情况下都有必要获知容器或检查区域内的材料数量。这些情况特别会出现在矿石准备处理和污水处置处理中。矿石准备中的特定应用是处理的增稠机械。当材料被区分地分离并且在其间存在明显的边界时才能进行材料的分选或增稠。例如沿被检查容器高度的方向检查出的边界位置对于很多处理来说都是特别令人感兴趣的信息。通常，例如位于容器内或地下的这些边界实际上无法通过目检来观察。为此，需要研发出更多的方法来检测边界。在不同状态的材料之间可能存在有多种不同的边界；但是，以下具体讨论的是两种液体或者液体和固体之间的边界。通过分层或液位高度而沉淀的不同材料之间的边界在现有技术中例如可以通过声学和光学方法以及基于重力(压力测量)和电测量的方法来进行测量。这些方法在以下文献中有所介绍 J. Vergouw, C. O. Gomez, J. A. Finch !“Estimating true level ina thickener using a conductivity probe，，，Minerals Engineering, 17:87-88, 2004 ； O-P Tossavainen, M. Vauhkonen, V. Kolehmainen -.uK three-dimensional shapeestimation approach for tracking of phase interfaces in sedimentationprocesses using electrical impedance tomography，，，Measurement Scienceand Technology, 18: 1413-1424, 2007 以及M. Maldonado, A. Desbiens, R. delVillar :“An update on the estimation of the froth depth using conductivitymeasurements”, 2008。一种已知的通过声波测量边界的方法是以来自间断点的反射为基础的。因为电磁波会从阻抗变化的边界处反射，所以传输至受检查材料的声波会从该边界处反射。通过计算反射波的传播时间就可以算出边界到发射器的距离并且进一步算出边界沿y维度的预期高度。EIT(电阻抗层析成像)相应地是一种其中可以在被检查对象的表面上安装电极的方法。方法的基本原理是将一组电极安装在研究对象的表面上并且馈送以微小的交变电流，随后测量电极之间的电势差也就是电压。通常，电压测量是通过与电流馈送相同的电极进行。EIST(电阻抗频谱层析成像)相应地是指在测量中使用多种不同的频率，也就是说测量通常是在预期的连续频带上进行。只要研究对象并非完全均质，那么根据用多种不同的电极间距测得的电势差就能推断出被测对象的电导率或电容率作为位置的函数而变化。实际上，电导率可通过多种数学方法进行计算，在这些方法中可以采用合适的计算模型。这样的计算涉及反演计算领域。最后，例如根据根据位置的电导率来获得其上设有电极的测量对象的高度的截面图。在现有技术中，沉积在受检查容器底部的固体材料和其顶部的液体之间的边界高度已经通过引入设置在臂部直接处于沉积物内的一端的测量传感器来进行测量。这会造成传感器结垢从而显著地影响测量精度和传感器的性能。另外，传感器的寿命在此情况下的最差结果是变得非常短。在现有技术中，传感器已经与单维度设置的电极一起使用，也就是使用在一端或两端装有电极的直臂。例如通过这样的一对电极馈送微小电流，并且测量这些电极之间的电势差，也就是电压。通过将传感器臂设置在例如流体容器内的不同位置并且检查不同位置之间的电压变化，就可以获得两种不同材料之间可能存在的边界的信息。但是，这需要进行大量的重复测量，并且传感器结垢或者甚至是损坏都是关键问题。更具体地，边界在现有技术中已经如下所述地进行测量。考虑一个容器，在底部有一层特定高度的固体沉积材料，并且例如在沉积物顶部有水。假设沉积物和水之间的边界被明确界定，也就是可以假设检查时沿高度方向会在某一位置(沿y维度的单一坐标值)出现材料性质的突变。考虑在直管的每一端都设有一对电极的设置方式。管被垂直放置在容器内以使下方的电极对完全处于沉积物内并且上方的电极对完全处于水中。在此进一步假设并不是动态情况，也就是说液体和沉积物之间的边界稳定地保持不动。根据阻抗层析成像的原理，向电极馈送微小的电流并测量这些电极上的电压。换句话说，就是测量两个相邻电极之间的电压。根据测量结果就很容易通过以下公式计算出每一对电极周围材料的特征电阻率 A= - andR-, — ~.....···· 11 h" 1I根据这些值即可计算每一种材料的电导率σ i和σ 2。如果电导率σ i和σ 2彼此不同，那么就能推断材料边界位于两对电极之间的区域内。通过沿垂直方向升高或者降低管来执行新的测量，即可在上述计算之后获得新的高度估算值。现有技术中的主要问题是传感器结垢和由此造成的运行可靠性的损失，以及由于重复测量，确定边界是耗时的。而且，传感器通常都能以正常工作状态使用一段时间，但是它们的寿命并不长。由于结垢，因此传感器或测量电极必须相对频繁地进行清洗，从处理的角度看这就意味着要对系统设置自动清洗系统，或者可选地维护人员必须定期人工清洗或维护设备，这会进一步造成设备的暂停使用。
技术实现思路
本专利技术公开了一种用于检测包括至少一种材料的一定体积内包含的一处或多处材料边界的位置的方法，其中至少部分体积是液体材料并且其中使用进一步包括至少一个探测器的一组探测器，在该方法中包括至少一对电极的一组探测器被设置在受检查体积内；通过至少一对电极馈送电流或电压并从至少一对电极测量电流或电压；并且在计算中使用表达设置方式的测量几何形状，并且选择计算中所需的计算算法。所述方法的特征包括将探测器组中的至少三个电极在受检查体积中设置为实质上不同于直线的组件，探测器组中的所有电极都只位于液体材料的体积内；在测量结果的基础上计算受检查体积内的电导率分布；并且在电导率分布和电极位置信息的基础上推断受检查体积内的至少一处材料边界的位置。 在本专利技术的一个实施例中，利用电阻抗层析成像(EIT)或电阻率层析成像(ERT)来执行馈送和测量步骤。在本专利技术的一个实施例中，电极被设置在探测器组中的至少一个探测器上以使电极间的向量跨越一个三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·凯皮欧，M·瓦奥克恩，J·鲁纳宁，A·勒伊克恩，
申请(专利权)人：奥图泰有限公司，
类型：
国别省市：