[發明專利]一種鍋爐內氣液二相分布場的檢測裝置及檢測方法

有效

• 申請號: 201710547004.5
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN107478716B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 柳建楠;李良;萬華慶
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一九研究所
• 主分類號: G01N29/024
• 分類號: G01N29/024
• 代理公司: 北京捷誠信通專利事務所(普通合伙) 11221
• 代理人: 王衛東

1.一種鍋爐內氣液二相分布場的檢測裝置，其特征在于，包括：設于鍋爐內管壁上的多個液體超聲換能器和氣體超聲換能器，至少部分所述液體超聲換能器和氣體超聲換能器交替布置，且所述液體超聲換能器和氣體超聲換能器位于同一豎直平面上，

所述液體超聲換能器和氣體超聲換能器結構相同，所述液體超聲換能器包括一半圓筒狀的收發體和U型外殼，所述收發體包括位于外側的匹配層和位于內側的壓電陶瓷層，所述收發體和外殼形成一空腔體，所述空腔體內填滿背襯，所述液體超聲換能器的壓電陶瓷層的中心諧振頻率和氣體超聲換能器的壓電陶瓷層的中心諧振頻率不同。

2.如權利要求1所述的鍋爐內氣液二相分布場的檢測裝置，其特征在于：所有所述液體超聲換能器和氣體超聲換能器交替布置，相鄰的液體超聲換能器和氣體超聲換能器間距相等。

3.基于如權利要求1所述檢測裝置的一種鍋爐內氣液二相分布場的檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：激勵液體超聲換能器和氣體超聲換能器發射和接收超聲波信號；

S2：處理所有液體超聲換能器和氣體超聲換能器接收到的超聲波信號，得到液體超聲換能器和氣體超聲換能器超聲波信號的幅值、以及超聲波信號從發射到接收的飛行時間；

S3：計算超聲波在氣體空間的平均聲速，并根據氣體超聲換能器的位置、以及氣體超聲換能器的超聲波沿反射路徑傳播的飛行時間，計算鍋爐內氣體空間和液體空間的交界面位置；

S4：測量并比較液體超聲換能器在無氣泡阻隔的液體環境下和待測液體空間內接收到的超聲波信號的幅值，得到待測液體空間中氣泡的大小和位置，計算鍋爐內液體空間二相分布場。

4.如權利要求3所述的鍋爐內氣液二相分布場的檢測方法，其特征在于，步驟S1的具體步驟包括：每次激勵一液體超聲換能器和一氣體超聲換能器發射超聲波信號，所有液體超聲換能器和氣體超聲換能器接收超聲波信號，直至激勵完所有液體超聲換能器和氣體超聲換能器。

5.如權利要求3所述的鍋爐內氣液二相分布場的檢測方法，其特征在于，步驟S2中得到超聲波信號的幅值的具體步驟包括：采用高速AD對液體超聲換能器和氣體超聲換能器接收到的超聲波信號進行采樣，根據超聲波的氣體聲速和液體聲速獲得超聲波信號的到達時間窗，并根據到達時間窗內采集到超聲波信號的最大峰峰值確定接收到的超聲波信號的幅值。

6.如權利要求5所述的鍋爐內氣液二相分布場的檢測方法，其特征在于，步驟S2中得到氣體超聲換能器超聲波信號從發射到接收的飛行時間的具體步驟包括：

將氣體超聲換能器在已知溫度、介質分布的條件下接收到的超聲波信號作為參考信號；

對氣體超聲換能器接收的超聲波信號和參考信號進行互相關處理，得到互相關函數，然后對互相關函數進行Hilbert變換并插值求取過零點獲得亞采樣精度的飛行時間。

7.如權利要求5所述的鍋爐內氣液二相分布場的檢測方法，其特征在于，步驟S2中得到液體超聲換能器超聲波信號從發射到接收的飛行時間的具體步驟包括：

根據已得到的超聲波信號的幅值和到達時間窗，從采集到的超聲波信號中識別出直線傳輸的超聲波信號，作為目標超聲波信號，并利用數字相關法獲得目標超聲波信號的粗略飛行時間；同時，利用模擬電路識別目標超聲波信號的多個過零點，并通過時間數字轉換法高精度測量每個過零點對應的時間間隔；然后，根據已獲得的回波信號的粗略飛行時間從所有時間間隔中識別出目標超聲波信號的精確飛行時間。