[發(fā)明專利]一種管道內(nèi)液體流速非接觸測量方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210002529.1
• 申請日: 2022-01-05
• 公開（公告）號: CN114019496B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設計）人: 馬華東;周安福;梁雨萌;溫昕哲
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: G01S13/58
• 分類號: G01S13/58;G01P5/00
• 代理公司: 北京金咨知識產(chǎn)權代理有限公司 11612
• 代理人: 薛海波

本發(fā)明提供一種管道內(nèi)液體流速非接觸測量方法及裝置，借助毫米波雷達通過非接觸式的方式感知目標管道中流動的液體，通過快速傅里葉變換獲取反射信號的頻域信號，并提取目標管道中液體體積的周期性變化特征，根據(jù)這種液體體積周期性變化的頻率以及目標管道在單個周期內(nèi)能夠泵送的單位流量計算得到液體流速。所述方法和裝置部署簡單，能夠在不嵌入管道的情況下魯棒地實現(xiàn)對管道內(nèi)液體流量的高精度的感知。

技術領域

本發(fā)明涉及流體測量技術領域，尤其涉及一種管道內(nèi)液體流速非接觸測量方法及裝置。

背景技術

液體在管道中的流動速度代表了液體運輸系統(tǒng)的實際工作狀態(tài)，實時監(jiān)控這項數(shù)據(jù)對液體的安全運輸至關重要。傳統(tǒng)方法通常利用葉輪式測量裝置進行液體的流速檢測，現(xiàn)有技術中還采用基于電信號和超聲波信號的實時液體流動狀態(tài)的監(jiān)測。

但是，葉輪式流速測量裝置結構復雜，長期使用后葉輪易磨損，會導致測量精度極大的下降?；陔娦盘柕碾姶帕魉贉y量，對高速流動的液體測量較為精準，但是對于流速較低的液體則易受到環(huán)境的干擾，測量數(shù)據(jù)不精確。基于超聲波信號的超聲波流速測量方法在大口徑流量測量方面有較突出的優(yōu)點，但易受超聲波換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的影響，從而導致數(shù)據(jù)不準確。

再者，這些接觸式的監(jiān)測方法往往需要改造液體管道，將設備嵌入管道中，成本昂貴且不具有可移動性。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于此，本發(fā)明實施例提供了一種管道內(nèi)液體流速非接觸測量方法及裝置，以消除或改善現(xiàn)有技術中存在的一個或更多個缺陷，解決現(xiàn)有技術測量管道中液體流速時需要嵌入式改造設置并且容易受環(huán)境干擾導致檢測結果不準確的問題。

本發(fā)明的技術方案如下：

一方面，本發(fā)明提供一種管道內(nèi)液體流速非接觸測量方法，包括：

毫米波雷達在離目標管道設定距離的位置發(fā)射調(diào)制連續(xù)信號后，接收所述毫米波雷達采集的由所述目標管道和干擾物反射回來的多個反射信號，檢測各反射信號的距離和強度信息；其中，所述毫米波雷達通過多個接收天線組成的陣列接收所述調(diào)制連續(xù)信號；

獲取距離與所述設定距離匹配的反射信號的強度，提取出該強度的反射信號以作為所述目標管道的目標反射信號；

對所述毫米波雷達中的每個接收天線接收到的目標反射信號分別做快速傅里葉變換，得到各接收天線對應的目標反射信號的頻域信號；

根據(jù)各頻域信號的選擇對所述目標管道感知效果最強的接收天線作為最佳信道，將所述最佳信道所對應頻域信號中振幅最大的頻率作為液體流動頻率，所述液體流動頻率用于表征所述目標管道中液體流動的周期性；

根據(jù)所述目標管道管徑、驅動泵的對所述目標管道的擠壓特性確定所述目標管道中每個周期內(nèi)液體的單位流量，根據(jù)所述單位流量和所述液體流動頻率計算所述目標管道內(nèi)液體的流速，所述擠壓特性為所述驅動泵旋轉一周對所述目標管道的擠壓次數(shù)。

在一些實施例中，對所述毫米波雷達中的每個接收天線接收到的目標反射信號分別做快速傅里葉變換之前，還包括：對所述毫米波雷達中的每個接收天線接收到的目標反射信號進行帶通濾波，以去除環(huán)境噪聲和諧振引起的干擾。

在一些實施例中，根據(jù)各頻域信號的選擇對所述目標管道感知效果最強的接收天線作為最佳信道，包括：計算每個頻域信號中各頻率最大振幅和平均振幅的比值，將所述比值最大的頻域信號對應的接收天線作為最佳信道。

在一些實施例中，對所述毫米波雷達中的每個接收天線接收到的目標反射信號分別做快速傅里葉變換之前，包括：對所述毫米波雷達中的每個接收天線接收到的目標反射信號進行信號放大處理。

在一些實施例中，所述方法還包括：沿所述目標管道設置多個毫米波雷達，分別根據(jù)各毫米波雷達采集到的信號對計算所述目標管道中的液體流速，去除各液體流速中的最高值和最低值后求平均，得到最終的液體流速。