[發明專利]一種超聲波液相流量精確化測量方法

在審

• 申請號: 201510075593.2
• 申請日: 2015-02-12
• 公開（公告）號: CN104677437A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 曹新亮;崔巍;周學軍
• 申請（專利權）人: 延安大學
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 韓玙

技術領域

本發明屬于電子測量技術領域，涉及一種超聲波液相流量精確化測量方法。

背景技術

超聲波流量計在一般工業領域內發展迅速，主要用于過程監控、測量和控制等方面。超聲波流量計有兩種主要的類型：時差法和多普勒法。時差法超聲波流量計有一個發射探頭和一個接收探頭。它在管外壁以一個角度發送兩個超聲波信號：一個順流、一個逆流。然后測量每個信號的“傳輸時間”。超聲波時差法本質是求兩個數量級相對較大而數值相近的時間微差。對于管徑較小的情況，時差的精確性更難保證，時差法只適合于大管徑流體流速的測量。多普勒流量測量也屬于非接觸式測量，超聲波信號經流體中含有固體微粒或氣泡的調制產生多普勒效應，回波信號就帶有流體的流速信息(即多普勒頻移)。超聲波接收探頭接收回波信號，經處理電路進行發射頻率和接收頻率差值計算和調理進而求得流速。多普勒超聲波流量計適用對含有固體微粒或氣泡的液相流體流速的測量。

由于多普勒法的頻移難以分析和處理，在算法上相對時差法比較復雜，所以多普勒法的測量精度比時差法測量精度低，在國內外的工業應用上幾乎看不到多普勒法的超聲波流量計。國外在應用超聲波多普勒流量計的場合基本局限為精度要求不高的場合，例如，測量血液流量時，由于需要的精度不高，顯示出血流動態的指示就可以，類似于心電圖一類的波動顯示。

發明內容

本發明的目的是提供一種超聲波液相流量精確化測量方法，解決了現有多普勒流量測量方法精度低、誤差大的問題。

本發明所采用的技術方案是，一種超聲波液相流量精確化測量方法，具體按以下步驟實施：

步驟1，換能器發射探頭發射超聲波發射信號，發射信號被管道內流體中的固體顆粒散射，換能器接收探頭接收回波信號；

步驟2，混頻器變頻：

換能器接收探頭將接收到的回波信號轉換為電信號，并將其與一定頻率的信號輸入混頻器中進行差頻，得到中頻信號；

步驟3，將變頻后的信號輸入低通濾波器中濾波；

步驟4，求取回波平均頻率；

步驟5，求取管道中流體流速及體積流量。

本發明的特點還在于，

其中步驟1中換能器發射探頭發射的超聲波發射信號頻率為2MHz。

其中步驟2中與電信號在混頻器中進行差頻的信號的頻率與步驟1中所述發射信號頻率相同。

其中步驟4中求取回波平均頻率，具體為：

將濾波后的信號輸入處理器中進行處理，使用FFT頻移信號序列來對功率譜進行采樣估計，求得回波的平均頻率為：

f‾Δ=ΣK=0N-1fKp(K)ΣK=0N-1p(K),]]>

其中，為回波的平均頻率，p(K)為功率譜。

其中步驟5中求取管道中流體流速及體積流量，具體為

根據多普勒效應的頻移關系：