基于超声波干涉法的流体流量检测技术的制作方法
【专利摘要】本发明属于流体流量检测领域，特别涉及一种基于超声波干涉现象的流体流量测量方法。设计两并行的超声波通路（导波杆），在特定的激励频率下，使得两通路的长度差等于超声波波长的二分之一的奇数倍（相位相差180度），两路信号相加以消除激励频率成分，突出多普勒效应产生的频率成分，实现精确的流量测量。
【专利说明】
基于超声波干涉法的流体流量检测技术
技术领域
[0001 ] 本发明属于流体流量检测领域，特别涉及一种基于超声波干涉法的流体流量测量 方法。
[0002]
【背景技术】
[0003] 超声波多普勒流量计具有所有超声波流量测量方法的特点，并且对于温度、压力、 粘度等因素的变化不敏感，测量精度高，对混合流体的响应速度快。超声多普勒流量计适 用于测量含有一定反射介质的液体，它安装在被测管道管壁外，不需要接触被测流体，且不 干扰流体的流动，没有零点漂移现象，但是到目前为止，超声波多普勒流量计仍需要不断完 善，虽然国内外已有很多产品，但是在测量精度上仍存在一定的限制。
[0004] 通常方法是采用颗粒物质反射产生两次多普勒效应来获得多普勒频移效应，然 而，由多普勒效应引起的超声波与激励超声波引起的板波频率非常相近，并且板波的能量 可能比反射波的能量高几十倍，对采集到的反射波信号干扰很大，采集到的信号波形很不 理想，不能够准确的测量到流体流量。
[0005]
【发明内容】
[0006] 为解决传统超声波流量计的问题，本文提出了一种基于超声波干涉法的流体流量 测量技术，大幅度的提高了流体测量精度；并且我们的方法不仅可以针对液体流量进行检 测，对气体也可以。
[0007] 本发明采用的技术方法为： 该方法设计两并行且距离冗可忽略的超声波通路45和:_(导波杆)，在特定频率 为的功率信号激励下，普通超声波探头1会产生频率为的超声波；当管中流体的速 度为#时，由于多普勒效应，频率为爲的超声波由丨鮮传播到流量计专用超声波探头2时， 探头2接收到频率为石的超声波和频率为X的板波，且混合波在J:、处的振幅和相位相 同，使通路和CD的长度差等于超声波波长的二分之一的奇数倍，即= M (式中_为通路衣的长度，I:为通路麵的长度，釋超声波在流体中的波长，_为正整 数)，令经过通路后的信号为_，经过通路_后的信号为乃，这样混合超声波分别经 过通路和通路禮S到达二后，信号_和信号_中频率为_的部分相位相差180 度，两个通道信号相加可以消除频率乂成分，突出频率石成分，得到流体流速的计算式
(式中为正时如附图所示方向，为负时与附图所示方向相反，#为 超声波在流体中的传播速度，嶔为超声波入射角)，设管的横截面积为力，则管中的体积流量 为：
，可以算出大幅度的提高流体测量精度。
【附图说明】
[0008] 附图1是一种基于超声波干涉法的流体流量测量方法的原理图。
[0009] 附图1中普通超声波探头1为发射端，流量计专用超声波探头2为接收端，流量 计专用超声波探头2由连个超声波通路和普通的超声波探头构成，:M为超声波发射位置， 4篇和超声波通路，碟为通路崩的长度，表为通路_的长度，成为通路^和通路 之间的距离(A很小，基本可忽略)，#为超声波在流体中的传播速度，滅为超声波入射 角。
【具体实施方式】
[0010] 下面结合附图1对本发明专利进行详细说明。
[0011] 普通超声波探头1为发射端，流量计专用超声波探头2为接收端，流量计专用超声 波探头2由连个超声波通路和普通的超声波探头构成，M为超声波发射位置，和CD超 声波通路肩:为通路:崩的长度，灰为通路CD的长度，#为通路和通路之间的距离 (必很小，基本可忽略)，#为超声波在流体中的传播速度，1超声波在通路中的波长，我为超 声波入射角。
[0012] 采用特定频率为/Q的功率信号激励探头1，在流体流速为，的管道中，超声波由位 置M传播到探头2时，探头而会接收到频率为義的超声波和频率为^的板波，其中频率为 乂的超声波由多普勒效应引起的，频率A :
在探头2中，因为位置和位置欲之间的距离J很短，可以忽略，因此可以认为到达位 置4:和位置_复合超声波是一样的，使通路和_的长度差等于超声波波长的二分之 一的奇数倍，即： a-~b = (2^ -i)/i^ (2) 这样复合超声波分别经过通路和通路CD到达_、為后，是两个信号关于中频率 为_的部分相位相差180度，两个通道信号相加可以消除激励频率透成分，突出频率乂成 分，测量出频率乂，根据公式（1)得出流速公式：
设管的横截面积为，，则管中的体积流量为：
该方法设计两并行且距离遗可忽略的超声波通路4衷和CXK导波杆)，在特定频率为 _:的功率信号激励下，超声波在流速为賞的管中由于多普勒效应会产生频率为_和乂复 合超声波，复合超声波在4、_处的振幅和相位相同，使两通路的长度差等于超声波波长的 二分之一的奇数倍，这样复合超声波分别经过通路和通路◎￡)到达5、￡>后，两个通道 超声波信号中频率为X的信号相位相差180度，两个通道信号相加可以消除激励频率乂 成分，突出频率为1成分，根据流体流速的计算式
（式中^为超声波 在流体中的传播速度，濟为超声波入射角），可以大幅度的提高流体测量精度。
【主权项】
1. 一种基于超声波干涉法的流体流量测量方法，其特征在于： 该方法设计两并行且距离講可忽略的超声波通路和C0 (导波杆)，在特定频率 为I的功率信号激励下，普通超声波探头1会产生频率为濟的超声波；当管中流体的速 度为V时，由于多普勒效应，频率为/Q的超声波由:靜传播到流量计专用超声波探头2时， 探头2接收到频率为乂和复合超声波，且复合超声波在汲、C处的振幅和相位相同， 使通路崩和CD的长度差等于超声波波长的二分之一的奇数倍，即m-U V (式 中_为通路遍的长度，洛.为通路C0的长度，,超声波在通路中的波长，％为正整数)，令 经过通路^^?后的信号为_，经过通路后的信号为&，这样复合超声波分别经过通路 4S和通路到达波、?后，信号M和信号為中频率为/a的部分相位相差180度，两个 通道信号相加可以消除激励频率#成分，突出所需频率为A成分，得到流体流速的计算式(式中彳为正时如附图所示方向，为负时与附图所示方向相反J为 超声波在流体中的传播速度，为超声波入射角），设管的横截面积为？，则管中的体积流量 为，可以大幅度的提高流体测量精度。2. 根据权利要求1.所述的一种基于超声波干涉法的流体流量测量方法，其特征在于： 一种基于超声 波干涉法的流体流量测量方法不仅可以针对液体流量进行检测，对气体也可以流量检 测。
【文档编号】G01F1/66GK106052779SQ201510183247
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2015年4月17日
【发明人】梁巍
【申请人】西安保泰电子科技有限责任公司