[發明專利]超聲平面波掃描式多相流可視化測量裝置

有效

• 申請號: 201810054220.0
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN108490068B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 譚超;李瀟;劉偉玲;董峰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N29/024
• 分類號: G01N29/024;G01N29/032;G01N29/24;G01N29/26
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

1.一種超聲平面波掃描式多相流可視化測試裝置，采用超聲相控陣探頭發射方向可調的超聲平面波，對被測區域進行掃描，包括超聲相控陣陣列、超聲平面波發生與控制單元、超聲發射單元、超聲信號采集與處理單元、數據解調單元、相分布重建與顯示單元；所述的超聲相控陣陣列為M組超聲相控陣探頭的組合，均勻分布在被測管道相同的截面位置，每組相控陣探頭包含N個超聲陣元；

超聲平面波發生與控制單元包括波束成形電路與控制芯片，控制芯片向波束成形電路發送寄存器配置數據，實現調節脈沖寬度、頻率和重復頻率的功能，通過波束成形電路控制連接于一組相控陣探頭中各陣元通路上的脈沖產生延時，精確控制該組相控陣探頭內每個陣元發射超聲的不同時間，合成平面波束，并通過控制延時來控制平面波的偏轉角度和偏轉角掃描速度，以便在被測空間中分別與其他組相控陣探頭形成平面波發射接收通路；

超聲發射單元包括高壓脈沖電路和陣元復用電路，超聲平面波發生與控制單元的輸出信號進入超聲發射單元后，可輸出單極性或雙極性的高壓脈沖信號，并將高壓脈沖信號與波束成形電路保護隔離，高壓發射多路復用器由控制芯片控制各超聲陣列通道的選通，實現超聲信號發射；

超聲接收信號由超聲信號采集與處理單元采集，該單元包括超聲回波高壓隔離電路，可變增益放大器，抗混疊濾波電路和AD采樣電路，超聲回波高壓隔離電路用來實現發射的高壓脈沖信號與超聲接收信號間的隔離限幅；可變增益放大器通用于控制不同強度采集信號的放大增益，抗混疊濾波電路用于濾除所采集的超聲接收信號的高頻成分，限制噪聲帶寬，濾除夾雜在傳感器和接收通道中的高頻噪聲；AD采樣電路將濾除了高頻成分的采樣數據轉換成數字信號后輸入到數據解調單元；數據解調單元用于實現數據的傳輸控制與解調算法，獲取測量每組超聲相控陣探頭中每一陣元接收到的超聲波強度與渡越時間，形成一個N維的超聲衰減向量與一個N維的超聲時延向量；

每組超聲相控陣探頭在分別向其他組超聲相控陣探頭發射超聲平面波后，切換至其相鄰的下一組探頭進行激勵，并重復以上掃描測試過程，直至所有超聲探頭陣列按順序激勵一圈后，完成一幅截面數據的激勵與采集，共獲得M(M-1)組超聲衰減向量與M(M-1)組超聲時延向量； 數據解調單元將獲得的測量數據通過工業標準總線協議發送至相分布重建與顯示單元，利用接收的超聲衰減向量重建出氣相分布，利用超聲時延向量重建出不同液相介質的分布，并通過重建圖像融合獲得最終的多相介質分布圖像，進行顯示輸出。