FR2784182A1 - Debitmetre doppler a frequences multiples - Google Patents
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Abstract
Le système pour déterminer la vitesse d'un fluide dans une canalisation (105) comprend des moyens (108, 109) émettant un signal électrique périodique à plusieurs fréquences, des moyens (101, 102) pour la transduction du signal électrique en un signal ultrasonique et émettant en un premier point de la canalisation, le signal ultrasonique dans un fluide, des moyens (103, 104) pour la transduction, en un second point de la canalisation, de l'énergie ultrasonique en une énergie électrique, des moyens (14) mélangeant l'énergie électrique au signal électrique périodique, des moyens (16) pour échantillonner le signal mélangé, des moyens déterminant une fréquence représentative de la vitesse du fluide, et des moyens (17) pour calculer la vitesse du fluide à partir de cette fréquence.Application notamment aux débitmètres Doppler hydrauliques.
Description
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Fréquemment il est nécessaire de mesurer le déb de l'écoulement d'un fluide dans une canalisation fermé Il est préférable d'utiliser des procédés de mesure n invasif, étant donné que de tels procédés n'affectent p de façon nuisible l'écoulement du fluide ni la paroi de canalisation. Il existe deux procédés principaux de mesu de débit sans ingérence : le procédé "ultrasonique Dopple et le procédé "ultrasonique à temps de transit". Ces de procédés utilisent l'émission d'ultrasons à travers paroi de la canalisation et dans le fluide.
Des systèmes Doppler ultrasoniques utilisent de transducteurs ultrasoniques couplés à la canalisation. premier transducteur transmet un signal ultrasoniq continu à travers la paroi de la canalisation et dans fluide. En supposant que le fluide en déplacement contie des bulles ou des substances solides, qui peuvent agir tant que sites de dispersion acoustique ou "disperseurs le second transducteur reçoit des signaux ultrasoniqu dispersés. Alors la fréquence du signal dispersé e comparée à celle du signal émis. Le décalage de fréquen entre les signaux émis et reçus est proportionnel à vitesse des sites de dispersion et par conséquent indiq la vitesse du fluide dans la canalisation.
Dans de nombreuses applications industrielle des vibrations provenant de moteurs et d'autres sourc extérieures créent des fréquences dans la canalisatic fréquences qui sont reçues par le détecteur ultrasonic conjointement avec les fréquences auxquelles on s'intéres et qui ont subi un décalage Doppler. Le système détection utilisé pour déterminer la fréquence Doppler pe sélectionner un bruit ou d'autres signaux ambigus, ce q entraîne des mesures erronées de vitesse.
Une solution antérieure traitant du problème fréquences extérieures consistait à utiliser des filtr numériques pour éliminer par masquage les fréquenc
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erronées. Cette solution suppose que la source de bruit # fixe et continue. Ce n'est fréquemment pas le cas dans c applications industrielles. On utilise maintenant commur ment des systèmes de commande à moteur à fréquence variai: pour commander des pompes, ce qui conduit à la préser d'une gamme de fréquences parasites dont certaines peuve traverser les filtres. En outre des unités automatisées commande de système branchent et débranchent en permaner un appareillage produisant des parasites, qui conduit à @ variation supplémentaire de la gamme des fréquenc externes. Enfin les filtres numériques peuvent être d'i utilisation complexe.
Dans la technique il existe un besoin de dispos d'un procédé et d'un système pour mesurer le débit avec i fiabilité et une uniformité améliorées, qui ne sont p soumise à une perturbation provoquée par des fréquenc externes qui sont reçues par des transducteurs de systèn d'écoulement Doppler existants.
Dans la technique, il existe un autre besoin disposer d'un procédé et d'un système qui permettent @ telle mesure de débits sans la nécessité d'utiliser c filtres installés chez le client.
Il existe dans la technique un autre besoin disposer d'un procédé et d'un système pour mesurer débit, qui simplifient l'interaction entre l'utilisateur l'équipement requis.
Il existe dans la technique un autre besoin disposer d'un procédé pour déterminer le débit d'un flu@ en temps réel avec un rendement de calcul maximum.
Ces buts, caractéristiques et avantaç techniques ainsi que d'autres buts, caractéristiques avantages techniques sont atteints à l'aide d'un système d'un procédé pour déterminer la vitesse d'un fluide écoulement par mesure du décalage Doppler de deux ou plus de deux ondes ultrasoniques réfléchies par des dispe
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seurs véhiculés dans un fluide en écoulement. Ce fluide écoulement contient une dispersion de disperseurs, q comprennent différentes bulles et substances solides, q réfléchissent des ondes ultrasoniques incidentes.
Une série d'ondes ultrasoniques est transmi dans l'écoulement à une fréquence spécifique et e réfléchie par les disperseurs circulants. La réflexi correspondante, décalée avec un décalage Doppler, po cette série d'ondes est soustraite des ondes émises et résultat est enregistré. Une seconde série d'ondes aya une fréquence différente est alors émise dans l'écouleme et une seconde réflexion correspondante ayant subi décalage Doppler est soustraite des ondes émises et résultat est enregistré. Pour les deux séries, le résult de la soustraction contient des fréquences de batteme Doppler représentant la vitesse du fluide.
L'application d'une transformation de Fouri discrète (DFT) à la première série soustraite révèle c concentrations d'énergie à des fréquences particulière dont certaines résultent des diffuseurs et dont certair. résultent d'un bruit externe. De façon similaire, seconde transformation DFT appliquée à la seconde séi soustraite révèle également des pics de fréquer représentant à la fois les fréquences de battement Doppl et le bruit externe. Le bruit inclus et d'autres pics signaux externes sont situés à des fréquences similaiz dans les signaux soustraits, tandis que les fréquences battement Doppler sont séparées par une différer proportionnelle au rapport des fréquences émises.
Cette absence de variation des fréquences bruit entre les deux séries d'ondes échantillonnées pern d'isoler les fréquences auxquelles on s'intéresse p rapport aux fréquences de bruits externes. La seconde séi collectée de fréquences est soumise intentionnellement à cadrage d'échelle au moyen du rapport des données
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fréquences d'émission. Ceci a pour effet que les fréquenc de battement Doppler s'alignent et que les fréquences bruit sont décalées. Le "cadrage d'échelle" mention ci-dessus est appliqué au second ensemble (et à tous 1 ensembles additionnels si cela s'applique) de données D et est constitué par ce qui suit : pour chaque point données constitué d'une fréquence associée à une amplitud la multiplication de la donnée de fréquence par le rappo de la première fréquence d'émission à la seconde fréquen d'émission. Cette opération compense la proprié intrinsèque de l'effet Doppler qui, pour le même fluide la même vitesse des disperseurs, produit des fréquences battement Doppler réfléchies associées à la vites (fréquences présentes après le mélange), qui sc proportionnelles à la fréquence du signal émis initialeme dans le fluide.
Une autre amélioration à la mise en oeuvre de procédé tire parti d'une propriété propre de transformation DFT. En réglant la cadence d'échantillonna de manière qu'elle soit proportionnelle à la fréquen d'émission pour chaque série de données collectée l'intervalle de temps d'échantillonnage pour le sign soustrait et l'incrément résultant de fréquence de transformation DFT calculée sont inversement proportionne à la fréquence d'émission. Etant donné que la fréquence battement décalée avec un décalage Doppler, qui e associée à une vitesse particulière, est directeme proportionnelle à la fréquence d'émission utilisée, réglage de la fréquence d'échantillonnage mentions précédemment compense automatiquement l'effet Doppler, qui permet de supprimer la nécessité d'un cadrage d'échel mathématique des données de fréquences après le calcul la transformation DFT. Ceci présente un avantage éta donné que le cadrage d'échelle mathématique des données e coûteux du point de vue calcul, et la présente inventi
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concerne un processus en temps réel, dans lequel puissance de traitement doit être utilisée d'une manié optimale.
Après échantillonnage, à la cadence établie po chaque fréquence d'émission et exécution de transformation DFT pour deux ensembles de données, 1 données de fréquences associées à la vitesse pour les de ensembles de données convergent dans une gamme raisonnab de fréquences sans qu'il y ait à exécuter un calcul sépa pour réaliser le cadrage d'échelle mathématique des valeu de fréquences pour les données collectées à la fréquen d'émission inférieure. Le processus de cadrage d'échel exécuté au moyen de la variation des cadences d'échanti lonnage provoque un désalignement du bruit et d'autr fréquences externes, qui sont les mêmes pour les de ensembles de données avant le processus d'échantillonnag une fois que le cadrage d'échelle est exécuté.
Les pics alignés, ayant subi le décalage Dopple sont détectés par détermination de l'amplitude maximal dite "apex", d'une corrélation appliquée aux deux ensembl de données DFT. Une distribution de fréquences e identifiée en tant que distribution Doppler basée s l'emplacement de cette amplitude apex. Alors le centroi de la distribution de fréquences sélectionnée est détermi et utilisé en tant que fréquence de mesure, qui est alc utilisée pour calculer la vitesse du fluide. On peut alc déterminer l'écoulement du fluide par multiplication de surface en coupe transversale de la canalisation par vitesse de circulation du fluide.
Il faut insister sur le fait que bien que discussion précédente ait été concentrée sur les opératio mises en oeuvre lors de la détermination de la vitesse fluide en utilisant deux fréquences de transmission, 1 mêmes principes peuvent aisément s'appliquer à un nomb quelconque de fréquences d'émission additionnelles.
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Dans ce qui précède on a indiqué d'une maniè assez générale, les caractéristiques et avantag techniques de la présente invention afin que la descripti détaillée de l' invention, qui va suivre, puisse être mie comprise.
De façon plus précise, l'invention concerne procédé pour déterminer la vitesse d'un fluide circula dans une canalisation, caractérisé en ce qu'il comprend 1 étapes consistant à : émettre un signal électrique périodique à u pluralité de fréquences; transformer par transduction ledit sign électrique en un signal ultrasonique; émettre, en un premier point le long de ladi canalisation, ledit signal ultrasonique dans le flui circulant dans ladite canalisation; transformer par transduction, en un second poi le long de ladite canalisation, une énergie ultrasonic présente au niveau dudit second point le long de ladi canalisation en une énergie électrique; mélanger ladite énergie électrique audit sigr. électrique périodique émis; échantillonner le signal fourni par ladite éta de mélange; déterminer une fréquence représentant une vites du fluide à partir de données dérivées obtenues lors ladite étape d'échantillonnage ; calculer la vitesse du fluide à partir de ladi fréquence représentant la vitesse du fluide.
Selon une caractéristique de l'invention, l'éta d'émission comprend l'émission de signaux à deux fréquenc différentes.
Selon une caractéristique de l'invention, procédé comprend en outre l'étape consistant à filtrer signal électrique périodique avant l'étape de transducti
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dudit signal en une énergie ultrasonique.
Selon une caractéristique de l'invention, le procédé comporte en outre l'étape de filtrage de l'énergie électrique produite par ladite étape de transduction en une énergie électrique avant l'exécution de ladite étape de mélange.
Selon une caractéristique de l'invention, le procédé comporte en outre les étapes consistant à filtrer le signal électrique émis avant l'étape de transduction dudit signal en une énergie ultrasonique, et à filtrer l'énergie électrique produite par ladite étape de transduction en une énergie électrique, avant l'étape de mélange.
Selon une caractéristique de l'invention, l'étape de détermination de ladite fréquence représentant la vitesse du fluide comprend les étapes consistant à : produire des données d'un spectre de fréquences à partir des données acquises lors de ladite étape d'échantillonnage pour chaque fréquence d'émission utilisée, de manière à produire un ensemble de données comprenant des valeurs d'énergie associées à des valeurs de fréquences individuelles, chaque ensemble de données étant associé à une fréquence d'émission; appliquer un cadrage d'échelle aux valeurs de fréquences dans chacun desdits ensembles de données, au moyen d'une quantité inversement proportionnelle à la fréquence d'émission associée à chacun desdits ensembles de données, ce qui produit des données de spectre de fréquences mises à l'échelle, associées à chaque fréquence d'émission; corréler les données de spectres de fréquences mises à l'échelle, produites pour toutes les fréquences émises, de manière à obtenir ainsi une fonction de corrélation, ladite fonction possédant une gamme de fréquences qui inclut une distribution de fréquences
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Doppler; identifier ladite distribution de fréquences Doppler dans ladite gamme de fréquences de la fonction de corrélation, ladite distribution de fréquences Doppler possédant une fréquence centroïde; et calculer, à partir de ladite distribution de fréquences Doppler, une fréquence représentant la vitesse du fluide.
Selon une caractéristique de l'invention, la cadence d'échantillonnage lors de ladite étape d'échantillonnage est réglée égale à la fréquence d'émission divisée par une valeur constante, ce qui permet d'exécuter ladite étape de cadrage d'échelle à l'intérieur de ladite étape d'échantillonnage.
Selon une caractéristique de l'invention, l'étape d'échantillonnage est exécutée à une cadence constante pour toutes les fréquences d'émission, et les données du spectre de fréquences mises à l'échelle sont obtenues par multiplication des valeurs de fréquences dans chacun desdits ensembles de données par une quantité inversement proportionnelle à la fréquence d'émission associée à chacun desdits ensembles de données.
Selon une caractéristique de l'invention, l'étape de calcul d'une fréquence représentant la vitesse du fluide comprend le calcul de la fréquence centroide de la distribution de fréquences Doppler.
Selon une caractéristique de l'invention, pour chaque fréquence émise, la cadence avec laquelle le signal est échantillonné lors de ladite étape d'échantillonnage est égale à la fréquence d'émission divisée par une valeur constante.
Selon une caractéristique de l'invention, ledit écoulement de fluide situé dans ladite canalisation contient des diffuseurs qui réfléchissent ledit signal ultrasonique.
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L'invention concerne en outre un système pour déterminer la vitesse de l'écoulement du fluide dans une canalisation, caractérisé en ce qu'il comprend : des moyens pour émettre un signal électrique périodique à une pluralité de fréquences; des moyens pour transformer par transduction ledit signal électrique en un signal ultrasonique; des moyens pour émettre, en un premier point le long de ladite canalisation, ledit signal ultrasonique dans un fluide; des moyens pour transformer par transduction, en un second point le long de ladite canalisation, une énergie ultrasonique présente au niveau dudit second point le long de ladite canalisation en une énergie électrique; des moyens pour mélanger ladite énergie électrique audit signal électrique périodique émis, pour délivrer de ce fait un signal mélangé; des moyens pour échantillonner ledit signal mélangé; des moyens pour déterminer une fréquence représentant une vitesse du fluide à partir de données obtenues desdits moyens d'échantillonnage ; des moyens pour calculer la vitesse du fluide à partir de ladite fréquence représentant la vitesse du fluide.
Selon une caractéristique de l'invention, les moyens pour émettre une pluralité de fréquences émettent deux fréquences séparées.
Selon une caractéristique de l'invention, le système comporte en outre des moyens pour filtrer le signal électrique, qui sont insérés entre lesdits moyens d'émission d'un signal électrique périodique et lesdits moyens pour effectuer la transduction dudit signal en une énergie ultrasonique.
Selon une caractéristique de l'invention, le
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système comporte en outre des moyens pour filtrer l'énergie électrique produite par lesdits moyens de transduction, insérés entre lesdits moyens de transduction et lesdits moyens de mélange.
Selon une caractéristique de l'invention, le système comporte en outre des moyens pour filtrer le signal électrique émis, disposés entre lesdits moyens d'émission et lesdits moyens de transduction dudit signal électrique en ledit signal ultrasonique ; des moyens pour filtrer l'énergie électrique disposés entre lesdits moyens de transduction en énergie électrique et lesdits moyens mélangeurs.
Selon une caractéristique de l'invention, les moyens de détermination de ladite fréquence représentant la vitesse du fluide comprennent : des moyens pour produire des données d'un spectre de fréquences à partir des données acquises lors de ladite étape d'échantillonnage pour chaque fréquence d'émission utilisée, de manière à produire un ensemble de données comprenant des valeurs d'énergie associées à des valeurs de fréquences individuelles, chaque ensemble de données étant associé à une fréquence d'émission; des moyens pour appliquer un cadrage d'échelle aux valeurs de fréquences dans chacun desdits ensembles de données, au moyen d'une quantité inversement proportionnelle à la fréquence d'émission associée à chacun desdits ensembles de données, ce qui permet de produire des données de spectre de fréquence mise à l'échelle, associées à chaque fréquence d'émission; des moyens pour corréler les données de spectres de fréquences mises à l'échelle, produites pour toutes les fréquences émises, de manière à produire ainsi une fonction de corrélation, ladite fonction possédant une gamme de fréquences qui inclut une distribution de fréquences
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Doppler; des moyens pour identifier ladite distribution de fréquences Doppler dans ladite gamme des fréquences de la fonction de corrélation, ladite distribution de fréquences Doppler possédant une fréquence centroïde; et des moyens pour calculer, à partir de ladite distribution de fréquences Doppler, une fréquence représentant la vitesse du fluide.
Selon une caractéristique de l'invention, la cadence d'échantillonnage utilisée par lesdits moyens d'échantillonnage est réglée égale à la fréquence d'émission divisée par une valeur constante, ce qui permet d'intégrer lesdits moyens de cadrage d'échelle à l'intérieur de ladite étape d'échantillonnage.
Selon une caractéristique de l'invention, lesdits moyens d'échantillonnage exécutent un échantillonnage à une cadence qui est constante pour toutes les fréquences d'émission utilisées, et les moyens de cadrage d'échelle comprennent des moyens pour multiplier les valeurs de fréquences dans chacun desdits ensembles de données par une quantité inversement proportionnelle à la fréquence d'émission associée audit ensemble de données.
Selon une caractéristique de l'invention, les moyens pour calculer une fréquence représentant la vitesse du fluide comprennent des moyens pour calculer la fréquence centroïde de la distribution de fréquences Doppler.
Selon une caractéristique de l'invention, des moyens pour diviser la fréquence d'émission par une constante sont disposés entre lesdits moyens d'émission de signaux et lesdits moyens d'échantillonnage, ce qui permet d'établir une cadence d'échantillonnage dans lesdits moyens d'échantillonnage égale à la fréquence d'émission divisée par ladite constante.
Selon une caractéristique de l'invention, ledit écoulement de fluide dans ladite canalisation contient des
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diffuseurs qui réfléchissent ledit signal ultrasonique transmis.
L'invention concerne en outre un dispositif pour extraire une information associée à la vitesse à partir d'un fluide contenant les diffuseurs et circulant dans un récipient, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour émettre une énergie ultrasonique dans un fluide à deux ou plus de deux fréquences; des moyens pour émettre une énergie ultrasonique réfléchie par lesdits diffuseurs situés dans ledit fluide, à des moyens mélangeurs; des moyens pour mélanger ladite énergie réfléchie avec ladite fréquence d'émission ; des moyens pour isoler des fréquences associées à la vitesse de fluide par rapport à d'autres fréquences délivrées par les moyens mélangeurs.
Selon une caractéristique de l'invention, les moyens d'émission d'une énergie ultrasonique comprennent : des moyens pour produire un signal électrique périodique; et des moyens pour réaliser la transduction du signal électrique en une énergie ultrasonique.
Selon une caractéristique de l'invention, les moyens servant à produire un signal électrique périodique comprennent des moyens servant à délivrer ledit signal à une fréquence pouvant être sélectionnée.
Selon une caractéristique de l'invention, les moyens de transduction comprennent un ou plusieurs transducteurs piézoélectriques.
Selon une caractéristique de l'invention, les moyens servant à transmettre l'énergie réfléchie à un mélangeur comprennent des moyens pour réaliser la transduction de l'énergie ultrasonique en une énergie électrique, lesdits moyens de transduction étant couples électriquement auxdits moyens de mélange.
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Selon une caractéristique de l'invention, les moyens de transduction de l'énergie ultrasonique en une énergie électrique comprennent un ou plusieurs transducteurs piézoélectriques.
Selon une caractéristique de l'invention, les moyens de filtrage sont disposés entre les moyens de production d'un signal électrique et les moyens de transduction.
Selon une caractéristique de l'invention, des seconds moyens de filtrage sont disposés entre les moyens pour réaliser la transduction du signal ultrasonique en une énergie électrique et les moyens mélangeurs.
Selon une caractéristique de l'invention, les moyens d'isolation des composantes associées à la vitesse du fluide par rapport à d'autres composantes de fréquences comprennent : des moyens pour produire, pour chaque fréquence d'émission utilisée, une distribution d'énergie en fonction de la fréquence du signal délivré par les moyens de mélange, ce qui conduit à la production d'une distribution d'énergie associée à chaque fréquence d'émission; des moyens pour réaliser un cadrage d'échelle des valeurs de fréquences dans chacune desdites distributions d'énergie au moyen d'une quantité inversement proportionnelle à la valeur de la fréquence d'émission associée à ladite distribution d'énergie, ce qui conduit à la formation de distributions d'énergie mises à l'échelle, chacune desdites distributions mises à l'échelle étant associée à une fréquence d'émission particulière; des moyens pour corréler lesdites distributions d'énergie mises à l'échelle en formant de ce fait une fonction de corrélation, ladite fonction de corrélation possédant une gamme de fréquences qui inclut une distribution de fréquences Doppler; des moyens pour identifier la distribution de
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fréquences Doppler dans ladite gamme de fréquences de la fonction de corrélation, la distribution de fréquences Doppler possédant une fréquence centroïde; et des moyens pour calculer la fréquence centroïde de ladite distribution de fréquences Doppler.
Selon une caractéristique de l'invention, il comporte en outre des moyens pour calculer la vitesse de l'écoulement de fluide sur la base de la fréquence centroïde et des dimensions du récipient contenant le fluide.
L'invention concerne en outre un procédé pour extraire une information associée à la vitesse à partir d'un fluide contenant des diffuseurs circulant à travers un récipient, comprenant les étapes consistant à : émettre une énergie ultrasonique dans un fluide à deux ou plus de deux fréquences; émettre une énergie ultrasonique réfléchie par ledit diffuseur dans ledit fluide en direction d'un mélangeur; mélanger ladite énergie réfléchie avec ladite fréquence d'émission ; isoler les fréquences associées à la vitesse du fluide par rapport à toutes les autres fréquences délivrées par les moyens mélangeurs.
Selon une caractéristique de l'invention, l'étape d'émission d'une énergie ultrasonique comprend les étapes consistant à : produire un signal électrique périodique ; etexécuter la transduction du signal électrique en une énergie ultrasonique.
Selon une caractéristique de l'invention, l'étape de production d'un signal électrique périodique consiste à délivrer ledit signal à une fréquence pouvant être sélectionnée.
Selon une caractéristique de l'invention, l'étape
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de transduction comprend l'étape de transduction piézoélectrique.
Selon une caractéristique de l'invention, l'étape d'émission de l'énergie réfléchie à un mélangeur comprend les étapes consistant à effectuer la transduction de l'énergie ultrasonique en une énergie électrique et envoyer ladite énergie électrique audit mélangeur.
Selon une caractéristique de l'invention, l'étape de transduction de l'énergie ultrasonique en une énergie électrique comprend la transduction piézoélectrique.
Selon une caractéristique de l'invention, une étape de filtrage est exécutée entre l'étape de production d'un signal électrique et l'étape de transduction.
Selon une caractéristique de l'invention, une seconde étape de filtrage est exécutée entre l'étape de transduction du signal ultrasonique en une énergie électrique et l'étape de mélange.
Selon une caractéristique de l'invention, l'étape d'isolation des composantes associées à la vitesse du fluide par rapport à d'autres composantes de fréquences comprend les étapes consistant à : produire, pour chaque fréquence d'émission utilisée, une distribution d'énergie en fonction de la fréquence du signal délivré par les moyens mélangeurs, ce qui permet d'obtenir une distribution d'énergie associée à chaque fréquence d'émission; exécuter un cadrage d'échelle des valeurs de fréquences à l'intérieur de ladite distribution d'énergie, au moyen d'une quantité inversement proportionnelle à la valeur de la fréquence d'émission associée à ladite distribution d'énergie, ce qui crée des distributions d'énergie mises à l'échelle, chacune desdites distributions étant associée à une fréquence particulière d'émission ; mettre en corrélation lesdites distributions d'énergie mises à l'échelle en créant de ce fait une
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fonction de corrélation, ladite fonction de corrélation ayant une gamme de fréquences, qui inclut une distribution de fréquences Doppler; identifier la distribution de fréquences Doppler dans ladite gamme de fréquences de la fonction de corrélation, ladite distribution de fréquences Doppler possédant une fréquence centroide; et calculer la fréquence centroide dans ladite distribution de fréquences Doppler, ladite fréquence centroïde représentant la vitesse du fluide.
Selon une caractéristique de l'invention, le récipient contenant le fluide possède une surface en coupe transversale, caractérisé en ce qu'il comporte en outre l'étape consistant à calculer la vitesse du fluide sur la base de ladite fréquence centroïde et de ladite surface en coupe transversale dudit récipient.
L'invention concerne en outre un système pour la mesure de la vitesse d'un écoulement de fluide dans une canalisation, caractérisé en ce qu'il comporte : des moyens pour émettre, en un premier point le long de ladite canalisation, au moins deux fréquences dans le fluide circulant dans ladite canalisation; des moyens pour mesurer, en un second point le long de ladite canalisation, des fréquences réfléchies par ledit fluide en circulation pendant l'émission desdites au moins deux fréquences; des moyens pour comparer lesdites fréquences mesurées pour supprimer des fréquences non associées à la vitesse du fluide ; des moyens pour obtenir la vitesse dudit écoulement de fluide à partir desdites fréquences mesurées et comparées.
Selon une caractéristique de l'invention, lesdits moyens de transduction comprennent des moyens pour espacer lesdites au moins deux fréquences dans le temps.
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Selon une caractéristique de l'invention, les fréquences émises dans ladite canalisation sont réfléchies par des disperseurs contenus dans ledit fluide.
L'invention concerne en outre un procédé pour mesurer la vitesse d'écoulement d'un fluide dans une canalisation, caractérisé en ce que ledit procédé comprend les étapes consistant à : émettre, en un premier point le long de ladite canalisation, au moins deux fréquences dans le fluide circulant dans ladite canalisation; mesurer, en un second point le long de ladite canalisation, des fréquences réfléchies par ledit fluide en circulation pendant l'émission desdites au moins deux fréquences; comparer lesdites fréquences mesurées pour supprimer des fréquences non associées à la vitesse du fluide ; et obtenir la vitesse dudit écoulement de fluide à partir desdites fréquences mesurées et comparées.
Selon une caractéristique de l'invention, ladite étape d'émission comprend l'étape consistant à espacer lesdites au moins deux fréquences dans le temps.
Selon une caractéristique de l'invention, les fréquences émises dans ladite canalisation sont réfléchies par des disperseurs contenus dans ledit fluide.
L'invention concerne en outre un procédé pour mesurer la vitesse d'un ou de plusieurs objets, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : émettre des ondes en direction dudit objet ou desdits objets avec une pluralité de fréquences, ledit objet ou lesdits objets possédant une vitesse; mesurer l'énergie réfléchie par lesdits un ou plusieurs objets pour chaque fréquence d'émission, ladite énergie réfléchie possédant une gamme de fréquences; supprimer des fréquences non associées à la
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vitesse des un ou plusieurs objets, de manière à identifier ainsi une fréquence qui représente la vitesse dudit objet ou desdits objets; calculer la vitesse dudit objet ou desdits objets à partir de ladite fréquence identifiée.
Selon une autre caractéristique, l'étape de suppression de fréquences non associées à la vitesse comprend les étapes consistant à : mélanger chaque fréquence d'émission à l'énergie réfléchie par ledit objet ou lesdits objets pour cette fréquence d'émission, en produisant ainsi une énergie réfléchie mélangée, ladite énergie réfléchie mélangée possédant une gamme de fréquences; produire une représentation, dans le domaine des fréquences, de l'énergie réfléchie mélangée pour chaque fréquence d'émission de manière à créer un ensemble de données associé à chaque fréquence d'émission, qui associe une valeur d'énergie à chaque fréquence dans la gamme des fréquences de l'énergie réfléchie mélangée; réaliser le cadrage d'échelle des valeurs de fréquences dans chacun desdits ensembles de données au moyen d'un facteur d'échelle inversement proportionnel à la fréquence d'émission associée audit ensemble de données, ce qui permet de produire des ensembles de données mises à l'échelle, associés à chaque fréquence d'émission; corréler les ensembles de données mises à l'échelle pour toutes les fréquences émises, ce qui permet d'obtenir un résultat de corrélation, ledit résultat de corrélation possédant une distribution de fréquences Doppler; identifier la distribution de fréquences Doppler dans ledit résultat de corrélation ; déterminer une fréquence qui représente la vitesse dans ladite distribution de fréquences Doppler.
Les spécialistes de la technique noteront que la
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conception et les formes de réalisation spécifiques décrites peuvent être aisément utilisées comme base pour modifier ou concevoir d'autres structures pour la mise en oeuvre des objectifs de la présente invention. Les spécialistes de la technique noteront également que de telles constructions équivalentes doivent être considérées comme entrant dans le cadre de la présente invention.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée uniquement à titre d'exemple, ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 représente un schéma des fonctions de commande et des opérations mécaniques d'une forme de réalisation matérielle de la présente invention; - la figure 2 est un organigramme illustrant les étapes mis en oeuvre dans la présente invention; - la figure 3 montre une représentation du spectre des fréquences de l'énergie arrivant dans le convertisseur analogique/numérique et associée à deux fréquences d'émission différentes sans cadrage d'échelle des fréquences; - la figure 4 est une représentation du spectre de fréquence d'une énergie qui arrive au niveau du convertisseur analogique/numérique et qui est associé à deux fréquences d'émission différentes, les valeurs des fréquences des courbes ayant subi un cadrage d'échelle; - la figure 5 représente le résultat de l'exécution d'une corrélation appliquée aux courbes représentées sur la figure 4; et - la figure 6 représente un schéma des fonctions de commande et des opérations mécaniques d'une autre forme de réalisation de la présente invention.
La discussion suppose que l'on connaît différentes techniques de traitement de signaux et l'effet Doppler. Pour avoir la connaissance de base des procédés
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techniques décrits ici, on peut se reporter aux documents indiqués ci-après, qui sont incorporés ici par référence.
En ce qui concerne l'effet Doppler, on se reportera à : Ultrasonic Technology, Richard Goldman, 1962, Reinhold Publishing Corporation, Londres, Royaume Uni; Ultrasonics: Fundamentals, Technology, Applications, Second Edition, Dale Ensminger, 1988, Marcel Dekker, Inc., NewYork, NY.; et Ultrasonic Measurements for Process Control, 1989, L.C.
Lynnworth, Academic Press, Inc. San Diego, CA.
En ce qui concerne le traitement des signaux, on se reportera à : Signals, Systems and Transforms, Charles L. Phillips & John M. Parr, 1995, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, N.J.
Digital Signal Processing in VLSI, Richard Higgins, 1990, Prentice-Hall, Inc. Englewood Cliffs, N.J.
La figure 1 représente un schéma d'un débitmètre 10 conforme à la présente invention. Un microprocesseur 17 est couplé à une unité de commande à commutateur 12 pour commander la sélection des fréquences, et à un échantillonneur analogique/numérique 16 pour commander sa cadence d'échantillonnage et pour recevoir des données numériques à partir de ce dernier. L'unité de commande à commutateur 12 est couplée à deux générateurs de signaux électriques sinusoïdaux, à savoir un générateur de hautes fréquences 108 et un générateur de basses fréquences 109.
Un premier filtre passe-bande double 11 est couplé à la sortie des générateurs de signaux à basses fréquences et à hautes fréquences et aux deux émetteurs formant transducteurs piézoélectrique (PZT) : un émetteur à hautes fréquences TxHi 101 et un émetteur à basses fréquences TxLo 102.
Un récepteur RcHi à hautes fréquences 103 et un récepteur RcLo à basses fréquences 104 sont couplés à un
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second filtre passe-bande double 13. Le second filtre passe-bande double 13 est également couplé à un mélangeur FM 14 qui à son tour est couplé à un échantillonneur analogique/numérique 16. L'échantillonneur analogique/ numérique 16 est couplé à un diviseur 15 et au microprocesseur 17.
Le microprocesseur 17 est de préférence un microcontrôleur dédié à hautes performances.
Les générateurs de hautes fréquences et de basses fréquences 108 et 109 émettent respectivement des signaux électriques sinusoïdaux à des fréquences différentes, comme par exemple à 500 kHz et à 640 kHz. L'émetteur de hautes fréquences 101 et l'émetteur de basses fréquences 102 convertissent les signaux électriques reçus en des ondes ultrasoniques, aux fréquences respectives. Inversement, le récepteur de hautes fréquences 103 et le récepteur de basses fréquences 104 convertissent les fréquences ultrasoniques reçues en des signaux électriques. Un diviseur 15 agit de manière à diviser la fréquence d'émission active par une constante N de manière à optimiser la cadence d'échantillonnage dans le convertisseur analogique/numérique. On notera que, dans un autre agencement, la division de fréquences peut être exécutée par le microprocesseur et que le résultat peut être envoyé au convertisseur analogique/numérique.
Le microprocesseur 17 envoie un signal à l'unité de commande à commutateur 12 pour commuter des fréquences comme cela s'avère approprié. Un signal sinusoïdal à hautes fréquences (Hi-freq) est envoyé par le générateur de hautes fréquences 108 au filtre passe-bande double 11, qui à son tour envoie le signal filtré au transducteur piézoélectrique à hautes fréquences (PZT) 101, qui convertit l'énergie électrique en une énergie ultrasonique. Ce faisceau d'ultrasons traverse la paroi 105 de la canalisation et pénètre dans un liquide en circulation 107. Le fluide
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contient des diffuseurs 106 qui réfléchissent le faisceau d'ultrasons dans toutes les directions. Le transducteur PZT 303 du récepteur à hautes fréquences reçoit une énergie ultrasonique réfléchie contenant, conjointement avec des signaux externes, des fréquences associées à la vitesse et qui sont fonction à la fois de la fréquence d'émission active et de la vitesse des disperseurs dans le fluide.
Lorsqu'on en forme la moyenne statistique, la vitesse des disperseurs est égale à la vitesse du fluide. Ces fréquences associées à la vitesse sont désignées comme étant des fréquences ayant subi un décalage Doppler. Le signal délivré par le transducteur PZT 103 est alors envoyé au filtre passe-bande double 13, qui filtre le signal, agit de manière à réduire la diaphonie entre les capteurs et envoie le signal filtré au mélangeur FM 14, qui soustrait la fréquence ayant subi le décalage Doppler, de la fréquence émise, ce qui fournit la fréquence de battement Doppler dans le cas d'une transmission à basses fréquences.
Le signal analogique électrique résultant est alors envoyé au. convertisseur analogique/numérique 16. Ce signal électrique analogique est mesuré par le convertisseur analogique/numérique (A/D) 16, à une cadence d'échantillonnage égale à la fréquence d'émission active (dans ce cas une basse fréquence) divisée par une constante "N".
Comme dans le cas de la haute fréquence, une série de ces mesures est envoyée au microprocesseur 17 qui mémorise les données. Le microprocesseur 17 envoie alors une commande à l'unité de commande à commutateur 12 pour modifier à nouveau les fréquences. On peut aisément noter que ceci entraîne une répétition de l'ensemble du traitement, avec exécution de tous les processus d'une manière alternative entre les hautes fréquences et les basses fréquences. Naturellement, on peut utiliser un nombre quelconque de fréquences, que l'on peut sélectionner au moyen de différents paramètres du système, comme par
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exemple l'épaisseur de la canalisation, le type du fluide, le type de dispersion, de bruits externes, entre autres choses.
Un spécialiste de la technique constatera que le matériel représenté sur la figure 1 est simplement un moyen de mise en oeuvre du procédé décrit ci-après. D'autres formes de réalisation matérielle apparaîtront à l'évidence tout en restant manifestement dans le cadre de la présente invention.
La figure 2 représente un organigramme du procédé de mesure de débit conformément à la présente invention. Un premier pas 210 consiste à régler la sélection de la fréquence d'émission sur "haute fréquence" pour faire démarrer la procédure. Lors d'étapes ultérieures dans la procédure, le microprocesseur 17 alterne entre des réglages d'une haute et d'une basse fréquence d'émission. Ensuite, lors d'un pas 225, la fréquence sélectionnée est divisée par une constante (N) , ce qui fournit la cadence d'échantillonnage avec laquelle les données sont échantillonnées dans le convertisseur A/D 16. Un pas suivant 211 consiste à envoyer un signal électrique sinusoïdal ayant une fréquence sélectionnée au filtre passe-bande double 11 moyennant l'utilisation de l'unité de commande à commutateur 12. Ensuite lors d'un pas 212, le filtre passe-bande double 11 agit de manière à permettre sélectivement le passage uniquement de la haute fréquence ou de la basse fréquence sélectionnée, puis dirige le signal filtré, de façon appropriée vers l'émetteur de hautes fréquences 101 ou l'émetteur de basses fréquences 102, conformément à la fréquence d'émission actuellement active.
Un pas suivant 213 sert à convertir le signal électrique sinusoïdal en une énergie ultrasonique. Ceci est obtenu au moyen d'une haute fréquence par le circuit TxHi 101 pour les signaux à hautes fréquences et par une basse
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fréquence par le circuit TxLo 102. Ensuite, lors d'un pas 214, cette énergie ultrasonique est émise à travers la paroi 105 de la canalisation dans le fluide en écoulement 107 de manière que cette énergie soit réfléchie par les diffuseurs 106 dispersés dans l'ensemble du fluide 107. Les fréquences émanant des disperseurs 106 résultent d'une combinaison de la fréquence émise et des vitesses des disperseurs et forment une distribution de fréquences à décalage Doppler.
Lors d'un pas 215, les fréquences ultrasoniques réfléchies sont reçues par les éléments PZT et sont converties en des signaux électriques par le récepteur des hautes fréquences RcHi 103 pour les émissions à hautes fréquences, et par le récepteur des basses fréquences RcLo 104 pour les émissions à basses fréquences.
Lors d'un pas 216, la fréquence de battement Doppler est produite par soustraction des valeurs des fréquences réfléchies par les disperseurs à partir de la valeur de la fréquence émise moyennant l'utilisation du mélangeur FM 14. On notera que les signaux de bruit ne sont pas affectés par le mélangeur et qu'ils sont transmis au convertisseur A/D avec leurs fréquences d'origine intactes.
Lors d'un pas 218, le signal analogique délivré par le mélangeur FM 14 est échantillonné par le convertisseur A/D 16 à la cadence d'échantillonnage calculée lors du pas 225. Une série de mesures obtenues au moyen de ce pas d'échantillonnage sont envoyées au microprocesseur 17.
Lors d'un pas 219, le microprocesseur 17 applique une transformation de Fourier discrète (DFT) à la série de mesures obtenues lors du pas 218, ce qui produit des données du domaine des fréquences, associées à la fréquence d'émission alors mise en oeuvre. De façon spécifique, une transformation de Fourier rapide (FFT), un algorithme formulé pour calculer rapidement la transformée DFT, est
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appliqué aux données échantillonnées pour les cas d'émission d'une haute fréquence et d'une basse fréquence. Le calcul conduit à l'obtention d'un ensemble de données pour chaque fréquence d'émission utilisée. Chaque ensemble de données est constitué par des points de données dont chacun est associé à une fréquence et à une amplitude.
Pour l'information de base concernant les transformations de Fourier discrètes (DFT) et les transformations de Fourier rapides (FFT), le lecteur se référera au document d'enseignement suivant : DIGITAL SIGNAL PROCESSING, de Proakis et Manolakis, troisième édition, Prentice Hall 1996. Ce document d'enseignement est incorporé ici par référence.
Lors d'un pas 220, si des données ont été collectées en utilisant à la fois des hautes fréquences et des basses fréquences d'émission, l'opération se poursuit lors d'un pas 221. Si uniquement des données de hautes fréquences ont été collectées, le microprocesseur 17 règle la sélection de fréquences sur "basses fréquences", lors d'un pas 217, et répète les pas 211 à 219.
Lors du pas 221, une corrélation entre les transformées DFT pour les données résultant de l'émission de basses fréquences et de l'émission de hautes fréquences est exécutée par multiplication des données DFT entre elles. Sous l'effet de la multiplication, les fréquences de battement Doppler forment une amplitude maximale apex élevée identifiable 502, tandis que les autres fréquences présentent un désalignement. Lors d'un pas 222, la distribution de fréquences Doppler est identifiée et le centroïde de la distribution de la fréquence Doppler est déterminé avec précision. Lors d'un pas 223, la vitesse est calculée à partir de la fréquence du centroide en utilisant la formule Doppler et le débit est calculé par multiplication de la vitesse par la surface en coupe transversale de la canalisation. Le pas 223 achève une
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mesure complète du débit du fluide.
Lors d'un pas 226, les données sont effacées du microprocesseur.
Lors d'un pas 224, le processus commence à nouveau à partir du pas 210. Bien que la forme de réalisation indiquée ci-dessus inclut l'avantage souhaitable du réglage de la cadence d'échantillonnage dans le convertisseur A/D 16 de manière qu'elle soit égale à la fréquence d'émission divisée par une constante "N", l'invention peut être mise en oeuvre sans cette caractéristique. Sans l'établissement de cette relation entre la fréquence d'émission et la cadence d'échantillonnage, un calcul additionnel doit être appliqué aux données du domaine des fréquences pour préparer l'opération de corrélation.
La figure 3 fournit une représentation graphique 301 du spectre de fréquences de l'énergie qui arrive dans le convertisseur A/D 16. Cette figure représente des données collectées pour deux fréquences d'émission séparées, pour une seule vitesse du fluide, sans qu'aucun cadrage d'échelle des fréquences n'ait été exécuté. La variation d'une énergie 304 est représentée en fonction d'une fréquence 305. Les pics de fréquences parasites 302 de la courbe pour les données correspondant à une émission à basses fréquences 306 sont alignées avec les pics de fréquences parasites 302 dans la courbe pour les données correspondant à une émission à hautes fréquences 307. Les signaux parasites ou de bruit possèdent des fréquences qui sont trop basses pour être affectées par le mélangeur 14 et sont indépendantes de la valeur de la fréquence d'émission.
C'est pourquoi les mêmes fréquences parasites arrivent dans le convertisseur A/D pour toutes les fréquences d'émission utilisées. Par conséquent, les pics de fréquences parasites 302 pour les cas de différentes fréquences d'émission sont alignés.
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Au contraire, les fréquences de battement Doppler sortant du mélangeur varient proportionnellement à la fréquence d'émission pour la même vitesse du fluide. C'est pourquoi, les distributions de fréquences Doppler 303 pour les cas de signaux d'émission à hautes fréquences et à basses fréquences sont désalignés.
La figure 4 montre une représentation graphique 401 du spectre des fréquences des données d'échantillonnage collectées dans le convertisseur A/D 16 après que le cadrage d'échelle a été exécuté. Le graphique résulte de l'application d'une transformation de Fourier discrète aux données échantillonnées. L'énergie 404 est marquée sur l'axe vertical en fonction de la fréquence 405 portée sur l'axe horizontal, ce qui indique l'intensité du signal des différentes fréquences après que le cadrage d'échelle a été exécuté. Deux groupes séparés de données sont représentés : les données collectées pendant une transmission à hautes fréquences indiquée par une ligne formée de tirets 407, et des données collectées par une transmission à basses fréquences, indiquées par une ligne en trait plein 406. Les valeurs des fréquences pour le graphique des basses fréquences ont subi un cadrage d'échelle croissant, au moyen du rapport des fréquences d'émission. Ce cadrage d'échelle est réalisé de préférence au moyen d'un réglage approprié de la cadence d'échantillonnage comme lors du pas 225 dans le convertisseur A/D 16, mais peuvent être également exécutés arithmétiquement. Un spécialiste de la technique constatera que le cadrage d'échelle requis peut être également obtenu au moyen d'une combinaison de la commande de cadences d'échantillonnage et d'une opération arithmétique dans la mesure où la combinaison des deux fournit le même cadrage d'échelle global des valeurs de fréquences.
Des fréquences parasites 402 sont indiquées au niveau de trois pics locaux séparés : 402.a, 402.b et
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402.c. La distribution de fréquences de battement Doppler 403 est également représentée. Cette figure permet une certaine appréciation visuelle du mécanisme de la présente invention pour établir une distinction entre les fréquences de bruit 402 et les fréquences de battement Doppler 403 associées à la vitesse. Les pics des fréquences parasites 402.a et 402.b sont décalés l'un de l'autre, bien qu'ils proviennent de la même fréquence parasite, parce que le pic 402.b représente la fréquence de bruit effectivement multipliée par un facteur d'échelle égal au rapport des fréquences d'émission (c'est-à-dire TxHi/TxLo). Après cette opération de cadrage d'échelle, le pic parasite 402.b, qui fait partie de l'ensemble de données collectées pour l'émission à basses fréquences 406 est accru dans l'échelle des fréquences et ce par la valeur de la multiplication. Le pic de fréquence 402.b est de ce fait séparé du pic de fréquence 402.a sur l'échelle des fréquences.
Les distributions de fréquences de battement Doppler 303 de la figure 3, qui ont été désalignées, sont maintenant représentées par l'élément 403 et sont alignées sur la figure 4 en raison du cadrage d' échelle des valeurs de fréquences de l'ensemble des données correspondant au signal d'émission à basses fréquences. L'opération de cadrage d'échelle avait pour effet d'annuler la caractéristique Doppler qui avait pour effet que les signaux étaient précédemment désalignés.
La figure 5 montre une illustration graphique 501 d'une corrélation entre les deux courbes de données d'échantillonnage de la figure 3. Un résultat de multiplication 505 est porté sur l'axe vertical en fonction de la fréquence 506 portée sur l'axe horizontal. Une seule courbe en trait plein 507 représente la valeur du résultat de la multiplication pour chaque fréquence située dans la gamme du graphique.
Le résultat de multiplication 505 est le produit
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mathématique des valeurs de l'énergie mesurée dans le cas d'une émission à hautes fréquences et dans le cas d'une émission à basses fréquences pour toutes les fréquences dans la gamme de fréquences 506 englobées par le graphique 501. On peut voir aisément que le produit 507 de la multiplication pour des fréquences parasites 508 est faible en raison du désalignement de ces fréquences dans le graphique de la figure 4.
L'alignement relativement serré des distributions de fréquences Doppler 403 sur la figure 4 conduit à une amplitude élevée remarquable du résultat de multiplication 507 dans la gamme des fréquences de battement Doppler 503.
La valeur de pic du résultat de multiplication 507 dans la gamme de fréquences de battement Doppler 503 est la valeur maximale "apex" des fréquences de battement Doppler 502. La fréquence à laquelle cette valeur maximale apex 502 apparaît dans le résultat de multiplication 507, est une fréquence "apex" 504. La distribution de fréquences à proximité de cette valeur maximale apex est identifiée et lecentroide de la distribution est calculé, ce qui conduit à la détermination d'une fréquence centroïde 509. La fréquence centroide 509 est utilisée pour calculer d'autres quantités intéressantes, comme par exemple la vitesse d'écoulement du fluide et le débit du fluide.
Ci-après on va décrire les principes mathématiques sur la base des opérations décrites dans la description de la présente invention. L'exposé qui va suivre explique le principe du débitmètre Doppler à deux fréquences ou à fréquences multiples. La formule Doppler générale est :
C.(Ftx-Frc) V = ------------- et en supposant que l'on a Df=(Ftx-Frc) 2.Ftx.cos(a)
C.(Ftx-Frc) V = ------------- et en supposant que l'on a Df=(Ftx-Frc) 2.Ftx.cos(a)
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C.Df alors on a V = --------------- 2.Ftx.cos(a) dans laquelle C est la vitesse sonique dans le fluide ou vitesse du son dans le fluide ; est la fréquence d'émis- sion ; Frc est la fréquence réfléchie; Df est la fréquence de battement Doppler ; etcos (a) est le cosinus de l'angle du faisceau incident par rapport à la direction d'écoulement.
Si des faisceaux ultrasoniques sont émis à deux fréquences différentes dans un fluide circulant de façon constante et contenant des disperseurs, on a la relation suivante entre les fréquences Doppler pour les deux fréquences différentes d'émission :
C. Dfa C.Dfb -------------- --------------- 2.Ftxa.cos(a) 2.Ftxb.cos(a) Dfa Dfb 1. Ftxa Ftxb Ftxb Dfb = Dfa Equation 1 Ftxa
L'équation 1 prouve que le second signal Doppler est égal au premier signal Doppler multiplié par le rapport des fréquences d'émission.
C. Dfa C.Dfb -------------- --------------- 2.Ftxa.cos(a) 2.Ftxb.cos(a) Dfa Dfb 1. Ftxa Ftxb Ftxb Dfb = Dfa Equation 1 Ftxa
L'équation 1 prouve que le second signal Doppler est égal au premier signal Doppler multiplié par le rapport des fréquences d'émission.
Il s'ensuit qu'à partir de l'équation 1, si : la fréquence ayant subi le décalage Doppler est proportionnelle à la fréquence d'émission :
Df a Ftx et si l'intervalle de temps d'échantillonnage est inversement proportionnel à la fréquence d'émission :
Df a Ftx et si l'intervalle de temps d'échantillonnage est inversement proportionnel à la fréquence d'émission :
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1 d alors on a --- a Df ou Df At At d étant une certaine constante.
d d Si on introduit Dfa et --- Dfb Ata Atb dans l'équation 1, on obtient
d Ftxb d --- = (~~~~) --Atb Ftxa Zita Ftxa En réarrangeant, nous obtenons : tb = à Ftxb Alors on obtient :
Ftxa dtb = Ata Equation 2 Ftxb
Les données du domaine temporel, qui sortent du mélangeur, sont échantillonnées à des intervalles de temps At et sont converties en des données du domaine des fréquences moyennant l'utilisation d'une transformation de Fourier discrète (DFT). Les données résultant de la fréquence sont présentées dans des intervalles ## (on notera que 2n #f=##).
La représentation dans le domaine des fréquences du premier ensemble de données d'échantillonnage est fournie par :
(ta.n) . (4wa.k) Fa(AC)a.k) = Y- xa(Ata.n).WN n=0 -j2.n dans laquelle :WN=e N est une constante. Une seconde transformation DFT est appliquée à un
(ta.n) . (4wa.k) Fa(AC)a.k) = Y- xa(Ata.n).WN n=0 -j2.n dans laquelle :WN=e N est une constante. Une seconde transformation DFT est appliquée à un
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second ensemble de données possédant l'intervalle de temps Dtb, qui est inversement proportionnel à la fréquence d'émission. Cette transformation fournit des données pour N+l fréquences à des intervalles ##b.
La représentation dans le domaine des fréquences du second ensemble de données d'échantillonnage est fournie par :
N (tb.n) ..k) Fb(Aob.k) = E xb (Atb. n) . WN n=O
Les intervalles de fréquences sont égaux à #w*k dans le terme de l'exposant (#t*n)(##*k). Dans la gamme des fréquences Doppler, la valeur de k pour l'amplitude maximale est désignée par "kd". La valeur de l'exposant est alors (At*n*Aco)*kd.
N (tb.n) ..k) Fb(Aob.k) = E xb (Atb. n) . WN n=O
Les intervalles de fréquences sont égaux à #w*k dans le terme de l'exposant (#t*n)(##*k). Dans la gamme des fréquences Doppler, la valeur de k pour l'amplitude maximale est désignée par "kd". La valeur de l'exposant est alors (At*n*Aco)*kd.
En insérant les équations 1 et 2 dans cette forme d'exposant, nous obtenons :
Ftxa Ftxb (Atb.n.Atob) .kd=[(----.ta) .n] . [(-----A(Oa) .kd]= (Ata.n. A#a) . .k Ftxb Ftxa
L'amplitude maximale apparaît par conséquent avec le même incrément kd dans les deux transformations DFT. Si les données sont échantillonnées à une cadence proportionnelle au rapport des fréquences d'émission, le signal de battement Doppler maximum pour les deux transformations DFT apparaît pour la même valeur de fréquence ##*kd. Toutes les autres sources à fréquences constantes (bruit et autres signaux externes) sont décalées dans les transformations DFT en raison de la différence entre les intervalles de temps d'échantillonnage des deux transformations DFT. La corrélation des deux spectres de fréquences fournit une valeur maximale "apex" élevée pour la fréquence ##*kd, ce qui identifie clairement le signal Doppler par rapport à tous les autres signaux. Le centroide
Ftxa Ftxb (Atb.n.Atob) .kd=[(----.ta) .n] . [(-----A(Oa) .kd]= (Ata.n. A#a) . .k Ftxb Ftxa
L'amplitude maximale apparaît par conséquent avec le même incrément kd dans les deux transformations DFT. Si les données sont échantillonnées à une cadence proportionnelle au rapport des fréquences d'émission, le signal de battement Doppler maximum pour les deux transformations DFT apparaît pour la même valeur de fréquence ##*kd. Toutes les autres sources à fréquences constantes (bruit et autres signaux externes) sont décalées dans les transformations DFT en raison de la différence entre les intervalles de temps d'échantillonnage des deux transformations DFT. La corrélation des deux spectres de fréquences fournit une valeur maximale "apex" élevée pour la fréquence ##*kd, ce qui identifie clairement le signal Doppler par rapport à tous les autres signaux. Le centroide
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de cette fréquence est traité comme représentant la vitesse du fluide.
La vitesse est calculée en utilisant cette fréquence centroïde avec la formule Doppler générale. Le débit volumétrique est alors déterminé par multiplication de la vitesse par la surface en coupe transversale de la canalisation.
La figure 6 représente un schéma-bloc d'une autre forme de réalisation d'un débitmètre 60 conformément à la présente invention. Contrairement à la forme de réalisation de la figure 1, cette forme de réalisation fournit plus de deux fréquences d'émission possibles. Ceci est utile dans le cas où une valeur maximale "apex" plus nette et plus précise est obtenue avec l'addition de fréquences d'émission au-delà des deux premières.
Un microprocesseur 617 sélectionne la fréquence d'émission désirée à partir d'un générateur de signaux à fréquence variable 608. Le signal est ensuite converti en une énergie ultrasonique par un transducteur 601 et est émis à travers la paroi 105 de la canalisation, dans le fluide contenant des disperseurs 106. Le transducteur 601 peut inclure une pluralité de transducteurs piézoélectriques fonctionnant dans des gammes de fréquences différentes.
L'énergie ultrasonique réfléchie est reçue dans un récepteur 603 et y est convertie en un signal électrique. Le récepteur 603 peut comporter une pluralité de transducteurs piézoélectriques fonctionnant dans des gammes de fréquences différentes. Le signal électrique est ensuite transmis par un filtre passe-bande commandable 613, dont les caractéristiques sont commandées par le microprocesseur 617. Le signal filtré est ensuite soustrait de la fréquence d'émission actuellement active dans le mélangeur FM 14.
Le signal résultant de la soustraction dans le
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mélangeur 14 est ensuite échantillonne dans le convertisseur A/D 16. Dans une forme de réalisation préférée, la cadence d'échantillonnage dans le convertisseur A/D est toujours la fréquence d'émission actuellement active divisée par une constante "N". L'établissement de cette relation entre la cadence d'échantillonnage A/D et la fréquence d'émission élimine la nécessité d'exécuter la tâche, qui est exigeante du point de vue calculs, de cadrage d'échelle de l'information de fréquence dans la transformation DFT, tout en garantissant encore que la cadence d'échantillonnage reste suffisamment élevée (c'est- à-dire au-dessus de la limite de Nyquist) de manière à reproduire fidèlement les fréquences apparaissant dans le convertisseur A/D 16.
Les données d'échantillonnage A/D sont envoyées continûment au microprocesseur 617, les données d'échantillonnage associées à une fréquence d'émission particulière étant mémorisée. Le processus de collecte des données associé à une fréquence d'émission particulière est exécuté au, moins deux fois, mais peut être effectué pour un nombre essentiellement illimité de fréquences.
Les calculs des transformations DFT, les données de corrélation, de la valeur maximale apex de la distribution de fréquences et de la fréquence centroïde, comme cela a été décrit en référence aux figures 2, 3 et 4, sont exécutés de la même manière que dans la forme de réalisation de la figure 6.
Un avantage présenté par la forme de réalisation de la figure 6 est que si la fréquence centroide (représentant la vitesse) ne peut pas être déterminée avec une précision suffisante ou s'il existe encore des données de bruit qui interrompent le calcul de la vitesse après qu'un ensemble initial de fréquences d'émission a été utilisé, le microprocesseur 617 peut décider de sélectionner et d'émettre une autre fréquence d'émission et
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de collecter des données d'échantillonnage qui y sont associées. Le processus indiqué ci-dessus peut se poursuivre jusqu'à ce que des données d'échantillonnage suffisantes pour une détermination précise de la vitesse du fluide aient été collectées.
Un autre avantage présenté par la forme de réalisation de la figure 6 est l'aptitude à sélectionner des fréquences d'émission sur la base des propriétés du matériau et des dimensions des disperseurs. A titre d'exemple, des fines particules réfléchissent des fréquences plus élevées tandis que des particules grossières réfléchissent des fréquences plus basses.
Naturellement un spécialiste de la technique constatera que le matériel représenté sur la figure 6 est simplement un moyen de mettre en oeuvre la présente invention. D'autres formes de réalisation matérielles apparaîtront à l'évidence tout en se situant clairement dans le cadre de la présente invention.
Bien que la présente invention et ses avantages aient été décrits de façon détaillée, on comprendra que l'on peut y apporter de nombreux changements, substitutions et modifications sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (50)
1. Procédé pour déterminer la vitesse d'un fluide circulant dans une canalisation, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : émettre un signal électrique périodique à une pluralité de fréquences; transformer par transduction ledit signal électrique en un signal ultrasonique; émettre, en un premier point le long de ladite canalisation, ledit signal ultrasonique dans le fluide circulant dans ladite canalisation; transformer par transduction, en un second point le long de ladite canalisation, une énergie ultrasonique présente au niveau dudit second point le long de ladite canalisation en une énergie électrique; mélanger ladite énergie électrique audit signal électrique périodique émis; échantillonner le signal fourni par ladite étape de mélange; déterminer une fréquence représentant une vitesse du fluide à partir de données dérivées obtenues lors de ladite étape d'échantillonnage ; calculer la vitesse du fluide à partir de ladite fréquence représentant la vitesse du fluide.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'émission comprend l'émission de signaux à deux fréquences différentes.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à filtrer le signal électrique périodique avant l'étape de transduction dudit signal en une énergie ultrasonique.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre l'étape de filtrage de l'énergie électrique produite par ladite étape de transduction en une énergie électrique avant l'exécution de
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ladite étape de mélange.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre les étapes consistant à filtrer le signal électrique émis avant l'étape de transduction dudit signal en une énergie ultrasonique, et à filtrer l'énergie électrique produite par ladite étape de transduction en une énergie électrique, avant l'étape de mélange.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de détermination de ladite fréquence représentant la vitesse du fluide comprend les étapes consistant à : produire des données d'un spectre de fréquences à partir des données acquises lors de ladite étape d'échantillonnage pour chaque fréquence d'émission utilisée, de manière à produire un ensemble de données comprenant des valeurs d'énergie associées à des valeurs de fréquences individuelles, chaque ensemble de données étant associé à une fréquence d'émission; appliquer un cadrage d'échelle aux valeurs de fréquences dans chacun desdits ensembles de données, au moyen d'une quantité inversement proportionnelle à la fréquence d'émission associée à chacun desdits ensembles de données, ce qui produit des données de spectre de fréquences mises à l'échelle, associées à chaque fréquence d'émission; corréler les données de spectres de fréquences mises à l'échelle, produites pour toutes les fréquences émises, de manière à obtenir ainsi une fonction de corrélation, ladite fonction possédant une gamme de fréquences qui inclut une distribution de fréquences Doppler; identifier ladite distribution de fréquences Doppler dans ladite gamme de fréquences de la fonction de corrélation, ladite distribution de fréquences Doppler
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possédant une fréquence centroïde; et calculer, à partir de ladite distribution de fréquences Doppler, une fréquence représentant la vitesse du fluide.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la cadence d'échantillonnage lors de ladite étape d'échantillonnage est réglée égale à la fréquence d'émission divisée par une valeur constante, ce qui permet d'exécuter ladite étape de cadrage d'échelle à l'intérieur de ladite étape d'échantillonnage.
8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'étape d'échantillonnage est exécutée à une cadence constante pour toutes les fréquences d'émission, et que les données du spectre de fréquences mises à l' échelle sont obtenues par multiplication des valeurs de fréquences dans chacun desdits ensembles de données par une quantité inversement proportionnelle à la fréquence d'émission associée à chacun desdits ensembles de données.
9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en,ce que l'étape de calcul d'une fréquence représentant la vitesse du fluide comprend le calcul de la fréquence centroïde de la distribution de fréquences Doppler.
10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour chaque fréquence émise, la cadence avec laquelle le signal est échantillonné lors de ladite étape d'échantillonnage est égale à la fréquence d'émission divisée par une valeur constante.
11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit écoulement de fluide situé dans ladite canalisation contient des diffuseurs qui réfléchissent ledit signal ultrasonique.
12. Système pour déterminer la vitesse de l'écoulement du fluide dans une canalisation (105), caractérisé en ce qu'il comprend : des moyens (108,109) pour émettre un signal
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électrique périodique à une pluralité de fréquences; des moyens (101,102) pour transformer par transduction ledit signal électrique en un signal ultrasonique; des moyens (101,102) pour émettre, en un premier point le long de ladite canalisation, ledit signal ultrasonique dans un fluide; des moyens (103,104) pour transformer par transduction, en un second point le long de ladite canalisation, une énergie ultrasonique présente au niveau dudit second point le long de ladite canalisation en une énergie électrique; des moyens (14) pour mélanger ladite énergie électrique audit signal électrique périodique émis, pour délivrer de ce fait un signal mélangé; des moyens (16) pour échantillonner ledit signal mélangé; des moyens (17) pour déterminer une fréquence représentant une vitesse du fluide à partir de données obtenues desdits moyens d'échantillonnage ; des moyens (17) pour calculer la vitesse du fluide à partir de ladite fréquence représentant la vitesse du fluide.
13. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens (108,109) pour émettre une pluralité de fréquences émettent deux fréquences séparées.
14. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (11) pour filtrer le signal électrique, qui sont insérés entre lesdits moyens (108,109) d'émission d'un signal électrique périodique et lesdits moyens (101,102) pour effectuer la transduction dudit signal en une énergie ultrasonique.
15. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (13) pour filtrer l'énergie électrique produite par lesdits
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moyens de transduction (103,104), insérés entre lesdits moyens de transduction et lesdits moyens mélangeurs (14).
16. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (11) pour filtrer le signal électrique émis, disposés entre lesdits moyens d'émission et lesdits moyens de transduction dudit signal électrique en ledit signal ultrasonique ; des moyens (13) pour filtrer l'énergie électrique disposés entre lesdits moyens de transduction en énergie électrique et lesdits moyens mélangeurs (14).
17. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens (17) de détermination de ladite fréquence représentant la vitesse du fluide comprennent : des moyens pour produire des données d'un spectre de fréquences à partir des données acquises lors de ladite étape d'échantillonnage pour chaque fréquence d'émission utilisée, de manière à produire un ensemble de données comprenant des valeurs d'énergie associées à des valeurs de fréquences individuelles, chaque ensemble de données étant associé à une fréquence d'émission; des moyens pour appliquer un cadrage d'échelle aux valeurs de fréquences dans chacun desdits ensembles de données, au moyen d'une quantité inversement proportionnelle à la fréquence d'émission associée à chacun desdits ensembles de données, ce qui permet de produire des données de spectre de fréquence mise à l'échelle, associées à chaque fréquence d'émission; des moyens pour corréler les données de spectres de fréquences mises à l'échelle, produites pour toutes les fréquences émises, de manière à produire ainsi une fonction de corrélation, ladite fonction possédant une gamme de fréquences qui inclut une distribution de fréquences Doppler;
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des moyens pour identifier ladite distribution de fréquences Doppler dans ladite gamme des fréquences de la fonction de corrélation, ladite distribution de fréquences Doppler possédant une fréquence centroïde; et des moyens pour calculer, à partir de ladite distribution de fréquences Doppler, une fréquence représentant la vitesse du fluide.
18. Système selon la revendication 17, caractérisé en ce que la cadence d'échantillonnage utilisée par lesdits moyens d' échantillonnage est réglée égale à la fréquence d'émission divisée par une valeur constante, ce qui permet d'intégrer lesdits moyens de cadrage d'échelle à l'intérieur de ladite étape d'échantillonnage.
19. Système selon la revendication 17, caractérisé en ce que lesdits moyens d'échantillonnage exécutent un échantillonnage à une cadence qui est constante pour toutes les fréquences d'émission utilisées, et les moyens de cadrage d'échelle comprennent des moyens pour multiplier les valeurs de fréquences dans chacun desdits ensembles de données par une quantité inversement proportionnelle à la fréquence d'émission associée audit ensemble de données.
20. Système selon la revendication 17, caractérisé en ce que les moyens pour calculer une fréquence représentant la vitesse du fluide comprennent des moyens pour calculer la fréquence centroïde de la distribution de fréquences Doppler.
21. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que des moyens pour diviser la fréquence d'émission par une constante sont disposés entre lesdits moyens d'émission de signaux et lesdits moyens d'échantillonnage, ce qui permet d'établir une cadence d'échantillonnage dans lesdits moyens d'échantillonnage égale à la fréquence d'émission divisée par ladite constante.
22. Système selon la revendication 12,
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caractérisé en ce que ledit écoulement de fluide dans ladite canalisation (105) contient des diffuseurs (106) qui réfléchissent ledit signal ultrasonique transmis.
23. Dispositif pour extraire une information associée à la vitesse à partir d'un fluide contenant des diffuseurs (106) et circulant à travers un récipient (105), caractérisé en ce qu'il comporte : des moyens (608) pour émettre une énergie ultrasonique dans un fluide à deux ou plus de deux fréquences; des moyens (601) pour émettre une énergie ultrasonique réfléchie par lesdits diffuseurs (106) situés dans ledit fluide, à des moyens mélangeurs (14); des moyens (14) pour mélanger ladite énergie réfléchie avec ladite fréquence d'émission ; des moyens (617) pour isoler des fréquences associées à la vitesse de fluide par rapport à d'autres fréquences délivrées par les moyens mélangeurs (14).
24. Dispositif selon la revendication 23, caractérisé en ce que les moyens d'émission d'une énergie ultrasonique comprennent : des moyens (608) pour produire un signal électrique périodique ; des moyens (601) pour réaliser la transduction du signal électrique en une énergie ultrasonique.
25. Dispositif selon la revendication 24, caractérisé en ce que les moyens servant à produire un signal électrique périodique (608) comprennent des moyens servant à délivrer ledit signal à une fréquence pouvant être sélectionnée.
26. Dispositif selon la revendication 25, caractérisé en ce que les moyens de transduction (601) comprennent un ou plusieurs transducteurs piézoélectriques.
27. Dispositif selon la revendication 25, caractérisé en ce que les moyens servant à transmettre
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l'énergie réfléchie au mélangeur (14) comprennent des moyens pour réaliser la transduction de l'énergie ultrasonique en une énergie électrique, lesdits moyens de transduction étant couplés électriquement auxdits moyens mélangeurs (14).
28. Dispositif selon la revendication 27, caractérisé en ce que les moyens (603) de transduction de l'énergie ultrasonique en une énergie électrique comprennent un ou plusieurs transducteurs piézoélectriques.
29. Dispositif selon la revendication 27, caractérisé en ce que les moyens de filtrage (14) sont disposés entre les moyens de production d'un signal électrique et les moyens de transduction.
30. Dispositif selon la revendication 29, caractérisé en ce que des seconds moyens de filtrage (613) sont disposés entre les moyens pour réaliser la transduction du signal ultrasonique en une énergie électrique et les moyens mélangeurs.
31. Dispositif selon la revendication 30, caractérisé en ce que les moyens (617) d'isolation des composantes associées à la vitesse du fluide par rapport à d'autres composantes de fréquences comprennent : des moyens pour produire, pour chaque fréquence d'émission utilisée, une distribution d'énergie en fonction de la fréquence du signal délivré par les moyens de mélange, ce qui conduit à la production d'une distribution d'énergie associée à chaque fréquence d'émission; des moyens pour réaliser un cadrage d'échelle des valeurs de fréquences dans chacune desdites distributions d'énergie au moyen d'une quantité inversement proportionnelle à la valeur de la fréquence d'émission associée à ladite distribution d'énergie, ce qui conduit à la formation de distributions d'énergie mises à l'échelle, chacune desdites distributions mises à l'échelle étant associée à une fréquence d'émission particulière;
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des moyens pour corréler lesdites distributions d'énergie mises à l'échelle en formant de ce fait une fonction de corrélation, ladite fonction de corrélation possédant une gamme de fréquences qui inclut une distribution de fréquences Doppler; des moyens pour identifier la distribution de fréquences Doppler dans ladite gamme de fréquences de la fonction de corrélation, la distribution de fréquences Doppler possédant une fréquence centroide; et des moyens pour calculer la fréquence centroide de ladite distribution de fréquences Doppler.
32. Dispositif selon la revendication 25, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour calculer la vitesse de l'écoulement de fluide sur la base de la fréquence centroïde et des dimensions du récipient contenant le fluide.
33. Procédé pour extraire une information associée à la vitesse à partir d'un fluide contenant des diffuseurs circulant à travers un récipient, comprenant les étapes consistant à : émettre une énergie ultrasonique dans un fluide à deux ou plus de deux fréquences; émettre une énergie ultrasonique réfléchie par lesdits diffuseurs dans ledit fluide en direction d'un mélangeur; mélanger ladite énergie réfléchie avec ladite fréquence d'émission ; isoler les fréquences associées à la vitesse du fluide par rapport à toutes les autres fréquences délivrées par les moyens mélangeurs.
34. Procédé selon la revendication 33, caractérisé en ce que l'étape d'émission d'une énergie ultrasonique comprend les étapes consistant à : produire un signal électrique périodique ; exécuter la transduction du signal électrique en
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une énergie ultrasonique.
35. Procédé selon la revendication 34, caractérisé en ce que l'étape de production d'un signal électrique périodique consiste à délivrer ledit signal à une fréquence pouvant être sélectionnée.
36. Procédé selon la revendication 34, caractérisé en ce que l'étape de transduction comprend l'étape de transduction piézoélectrique.
37. Procédé selon la revendication 34, caractérisé en ce que l' étape d'émission de l' énergie réfléchie à un mélangeur comprend les étapes consistant à effectuer la transduction de l'énergie ultrasonique en une énergie électrique et envoyer ladite énergie électrique audit mélangeur.
38. Procédé selon la revendication 37, caractérisé en ce que l'étape de transduction de l'énergie ultrasonique en une énergie électrique comprend une transduction piézoélectrique.
39. Procédé selon la revendication 37, caractérisé en ce qu'une étape de filtrage est exécutée entre l'étape de production d'un signal électrique et l'étape de transduction.
40. Procédé selon la revendication 39, caractérisé en ce qu'une seconde étape de filtrage est exécutée entre l'étape de transduction du signal ultrasonique en une énergie électrique et l'étape de mélange.
41. Procédé selon la revendication 40, caractérisé en ce que l'étape d'isolation des composantes associées à la vitesse du fluide par rapport à d'autres composantes de fréquences comprend les étapes consistant à : produire, pour chaque fréquence d'émission utilisée, une distribution d'énergie en fonction de la fréquence du signal délivré par les moyens mélangeurs, ce qui permet d'obtenir une distribution d'énergie associée à chaque fréquence d'émission;
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exécuter un cadrage d'échelle des valeurs de fréquences à l'intérieur de ladite distribution d'énergie, au moyen d'une quantité inversement proportionnelle à la valeur de la fréquence d'émission associée à ladite distribution d'énergie, ce qui crée des distributions d'énergie mises à l'échelle, chacune desdites distributions étant associée à une fréquence particulière d'émission; mettre en corrélation lesdites distributions d'énergie mises à l'échelle en créant de ce fait une fonction de corrélation, ladite fonction de corrélation ayant une gamme de fréquences, qui inclut une distribution de fréquences Doppler; identifier la distribution de fréquences Doppler dans ladite gamme de fréquences de la fonction de corrélation, ladite distribution de fréquences Doppler possédant une fréquence centroïde; et calculer la fréquence centroïde dans ladite distribution de fréquences Doppler, ladite fréquence centroïde représentant la vitesse du fluide.
42. Procédé selon la revendication 41, selon lequel le récipient contenant le fluide possède une surface en coupe transversale, caractérisé en ce qu' il comporte en outre l'étape consistant à calculer la vitesse du fluide sur la base de ladite fréquence centroïde et de ladite surface en coupe transversale dudit récipient.
43. Système pour la mesure de la vitesse d'un écoulement de fluide dans une canalisation (105), caractérisé en ce qu'il comporte : des moyens (108,109) pour émettre, en un premier point le long de ladite canalisation, au moins deux fréquences dans le fluide circulant dans ladite canalisation; des moyens (101,102) pour mesurer, en un second point le long de ladite canalisation, des fréquences réfléchies par ledit fluide en circulation pendant
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l'émission desdites au moins deux fréquences; des moyens (17) pour comparer lesdites fréquences mesurées pour supprimer des fréquences non associées à la vitesse du fluide; et des moyens (17) pour obtenir la vitesse dudit écoulement de fluide à partir desdites fréquences mesurées et comparées.
44. Système selon la revendication 43, caractérisé en ce que lesdits moyens de transduction comprennent des moyens pour espacer lesdites au moins deux fréquences dans le temps.
45. Système selon la revendication 43, caractérisé en ce que les fréquences émises dans ladite canalisation sont réfléchies par des disperseurs (106) contenus dans ledit fluide.
46. Procédé pour mesurer la vitesse d'écoulement d'un fluide dans une canalisation (105), caractérisé en ce que ledit procédé comprend les étapes consistant à : émettre, en un premier point le long de ladite canalisation, au moins deux fréquences dans le fluide circulant dans ladite canalisation; mesurer, en un second point le long de ladite canalisation, des fréquences réfléchies par ledit fluide en circulation pendant l'émission desdites au moins deux fréquences ; comparer lesdites fréquences mesurées pour supprimer des fréquences non associées à la vitesse du fluide; et obtenir la vitesse dudit écoulement de fluide à partir desdites fréquences mesurées et comparées.
47. Procédé selon la revendication 46, caractérisé en ce que ladite étape d'émission comprend l'étape consistant à espacer lesdites au moins deux fréquences dans le temps.
48. Procédé selon la revendication 46,
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caractérisé en ce que les fréquences émises dans ladite canalisation sont réfléchies par des disperseurs contenus dans ledit fluide.
49. Procédé pour mesurer la vitesse d'un ou de plusieurs objets, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : émettre des ondes en direction dudit objet ou desdits objets avec une pluralité de fréquences, ledit objet ou lesdits objets possédant une vitesse; mesurer l'énergie réfléchie par lesdits un ou plusieurs objets pour chaque fréquence d'émission, ladite énergie réfléchie possédant une gamme de fréquences; supprimer des fréquences non associées à la vitesse des un ou plusieurs objets, de manière à identifier ainsi une fréquence qui représente la vitesse dudit objet ou desdits objets; calculer la vitesse dudit objet ou desdits objets à partir de ladite fréquence identifiée.
50. Procédé selon la revendication 49, caractérisé en ce que l' étape de suppression de fréquences non associées à la vitesse comprend les étapes consistant à : mélanger chaque fréquence d'émission à l'énergie réfléchie par ledit objet ou lesdits objets pour cette fréquence d'émission, en produisant ainsi une énergie réfléchie mélangée, ladite énergie réfléchie mélangée possédant une gamme de fréquences; produire une représentation, dans le domaine des fréquences, de l'énergie réfléchie mélangée pour chaque fréquence d'émission de manière à créer un ensemble de données associé à chaque fréquence d'émission, qui associe une valeur d'énergie à chaque fréquence dans la gamme des fréquences de l'énergie réfléchie mélangée; réaliser le cadrage d'échelle des valeurs de fréquences dans chacun desdits ensembles de données au
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moyen d'un facteur d'échelle inversement proportionnel à la fréquence d'émission associée audit ensemble de données, ce qui permet de produire des ensembles de données mises à l'échelle, associés à chaque fréquence d'émission; corréler les ensembles de données mises à l'échelle pour toutes les fréquences émises, ce qui permet d'obtenir un résultat de corrélation, ledit résultat de corrélation possédant une distribution de fréquences Doppler; identifier la distribution de fréquences Doppler dans ledit résultat de corrélation; et déterminer une fréquence qui représente la vitesse dans ladite distribution de fréquences Doppler.
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