[發(fā)明專利]流體流速測量裝置及方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310001989.3
• 申請日: 2013-01-05
• 公開（公告）號: CN103063868A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設計）人: 杜競杉;陳水橋
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01P5/24
• 分類號: G01P5/24
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發(fā)明涉及一種流體流速測量裝置及方法。

背景技術

目前基于超聲波到達時差（頻差、相差）的流速測量方法，包括風速和流量測量，由于介質中的聲速很高，需要對時間進行精確測量。但是因為儀器電子元件存在時間漂移，所以在流速很小的情況下精度受限，電路系統(tǒng)較為復雜。而且需要分別測量超聲波往返飛渡時間，不能實現連續(xù)測量。現有的超聲波風速儀，探頭位于被測風道中央，會影響風的流動。

多普勒法適用于含有雜質或氣泡的流體，不適合潔凈流體。傳統(tǒng)的波束偏移法，依賴超聲波發(fā)射器的指向特性，在低流速情況下靈敏度低適用性不大。

發(fā)明內容

為了克服現有技術的不足，本發(fā)明提供了一種流體流速測量裝置及方法。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：通過超聲波干涉源和接收器測量流體流動時引發(fā)的干涉信號偏移，計算得到流動速度。測量裝置包括電壓信號源、超聲干涉源、超聲接收器、放大器、電壓測量裝置，電壓信號源、超聲干涉源相連，超聲接收器、放大器、電壓測量裝置順次相連，超聲干涉源和超聲接收器分別置于被測流體兩側，被測流體流速垂直于干涉源與接收器的連線方向。

測量方法包括以下步驟：

????1）將超聲波接收器調節(jié)至超聲干涉源形成的干涉場零級條紋一側；

2）由當前的配置參數：超聲接收器的峰值電壓、超聲干涉源的超聲波頻率、超聲干涉源結構、超聲干涉源和超聲接收器間距，計算得到表示超聲波接收器端電壓和流速關系的工作方程：

,其中是所采用的超聲干涉源在超聲接收器所在的、平行于待測流體速度方向的直線上的干涉場分布函數，x是接收器距該直線上干涉場零級峰值的距離，u為待求流速，v為當前介質中的聲速，s為聲波在介質中的傳播距離；

或利用標準流場：如標準風場、在管道中已知流速的流體等，通過測量不同流速下的電壓建立流體流速-超聲波接收器端電壓標準曲線；

對工作方程或標準曲線，可以進行近似得到線性方程：

，其中u為待求流速，為靜態(tài)工作點距零級峰值的距離，為第一極小值點距零級峰值的距離，v為當前介質中的聲速，I為干涉場分布函數，L為超聲波干涉源和超聲波接收器的間距。

3）對于不同的介質和環(huán)境，可以通過代入介質中的實際聲速v得到實際的工作方程、標準曲線或其近似的線性方程；對待測流體，測量接收器端電壓強度，代入工作方程計算得到流體流速或者根據流體流速-超聲波接收器端電壓標準曲線得到流體流速。

本發(fā)明的有益效果是，實現連續(xù)、實時的流體流速測量，對于低流速實現了高靈敏度，測量過程不影響流體流動，且系統(tǒng)構造簡單。

附圖說明

圖1是本發(fā)明流體流速測量裝置的結構示意圖；

圖2(a)是本發(fā)明使用雙超聲波發(fā)生器的干涉源配置圖；

圖2(b)是本發(fā)明使用單超聲波發(fā)生器的干涉源配置圖；

圖中?1.電壓信號源，2.超聲干涉源，3.超聲換能器（接收器），4.放大器，5.電壓測量裝置，6.超聲換能器（發(fā)射器），7.接電壓信號，8.柵板，F.流體流動方向。

具體實施方式

??以下結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。

??流體流速測量裝置，包括電壓信號源1、超聲干涉源2、超聲接收器3、放大器4、電壓測量裝置5，電壓信號源1、超聲干涉源2相連，超聲接收器3、放大器4、電壓測量裝置5順次相連，超聲干涉源2和超聲接收器3分別置于被測流體兩側，被測流體流速垂直于干涉源與接收器的連線方向。

??所述的超聲干涉源2采用以下兩個方案之一：

??1）雙發(fā)生器的方案，即兩個共信號端、共地的超聲波換能器6，信號端接在同一個交變電壓源7上；

??2）單發(fā)生器的方案，即一個超聲波換能器6，信號端接在交變電壓源7上，超聲波換能器6前端使用雙縫或者多縫的柵板8產生干涉。

??所述的裝置流體測量方法，利用對向放置的一個超聲波干涉源、一個超聲波接收器，通過測量超聲波接收器端電壓得到流體流速。

??它的步驟如下：

??1）將超聲波接收器調節(jié)至超聲干涉源2形成的干涉場零級條紋一側；

??2）由當前的配置參數：超聲接收器3的峰值電壓、超聲干涉源2的超聲波頻率、超聲干涉源2結構、超聲干涉源2和超聲接收器3間距，得到表示超聲波接收器端電壓和流速關系的工作方程：