基于超聲波干涉法的流體流量檢測技術的制作方法
【專利摘要】本發明屬于流體流量檢測領域，特別涉及一種基于超聲波干涉現象的流體流量測量方法。設計兩并行的超聲波通路（導波桿），在特定的激勵頻率下，使得兩通路的長度差等于超聲波波長的二分之一的奇數倍（相位相差180度），兩路信號相加以消除激勵頻率成分，突出多普勒效應產生的頻率成分，實現精確的流量測量。
【專利說明】
基于超聲波干涉法的流體流量檢測技術
技術領域
[0001 ] 本發明屬于流體流量檢測領域，特別涉及一種基于超聲波干涉法的流體流量測量 方法。
[0002]
【背景技術】
[0003] 超聲波多普勒流量計具有所有超聲波流量測量方法的特點，并且對于溫度、壓力、 粘度等因素的變化不敏感，測量精度高，對混合流體的響應速度快。超聲多普勒流量計適 用于測量含有一定反射介質的液體，它安裝在被測管道管壁外，不需要接觸被測流體，且不 干擾流體的流動，沒有零點漂移現象，但是到目前為止，超聲波多普勒流量計仍需要不斷完 善，雖然國內外已有很多產品，但是在測量精度上仍存在一定的限制。
[0004] 通常方法是采用顆粒物質反射產生兩次多普勒效應來獲得多普勒頻移效應，然 而，由多普勒效應引起的超聲波與激勵超聲波引起的板波頻率非常相近，并且板波的能量 可能比反射波的能量高幾十倍，對采集到的反射波信號干擾很大，采集到的信號波形很不 理想，不能夠準確的測量到流體流量。
[0005]

【發明內容】

[0006] 為解決傳統超聲波流量計的問題，本文提出了一種基于超聲波干涉法的流體流量 測量技術，大幅度的提高了流體測量精度；并且我們的方法不僅可以針對液體流量進行檢 測，對氣體也可以。
[0007] 本發明采用的技術方法為： 該方法設計兩并行且距離冗可忽略的超聲波通路45和:_(導波桿)，在特定頻率 為的功率信號激勵下，普通超聲波探頭1會產生頻率為的超聲波；當管中流體的速 度為#時，由于多普勒效應，頻率為爲的超聲波由丨鮮傳播到流量計專用超聲波探頭2時， 探頭2接收到頻率為石的超聲波和頻率為X的板波，且混合波在J:、處的振幅和相位相 同，使通路和CD的長度差等于超聲波波長的二分之一的奇數倍，即= M (式中_為通路衣的長度，I:為通路麵的長度，釋超聲波在流體中的波長，_為正整 數)，令經過通路后的信號為_，經過通路_后的信號為乃，這樣混合超聲波分別經 過通路和通路禮S到達二后，信號_和信號_中頻率為_的部分相位相差180 度，兩個通道信號相加可以消除頻率乂成分，突出頻率石成分，得到流體流速的計算式
(式中為正時如附圖所示方向，為負時與附圖所示方向相反，#為 超聲波在流體中的傳播速度，嶔為超聲波入射角)，設管的橫截面積為力，則管中的體積流量 為：
，可以算出大幅度的提高流體測量精度。
【附圖說明】
[0008] 附圖1是一種基于超聲波干涉法的流體流量測量方法的原理圖。
[0009] 附圖1中普通超聲波探頭1為發射端，流量計專用超聲波探頭2為接收端，流量 計專用超聲波探頭2由連個超聲波通路和普通的超聲波探頭構成，:M為超聲波發射位置， 4篇和超聲波通路，碟為通路崩的長度，表為通路_的長度，成為通路^和通路 之間的距離(A很小，基本可忽略)，#為超聲波在流體中的傳播速度，滅為超聲波入射 角。
【具體實施方式】
[0010] 下面結合附圖1對本發明專利進行詳細說明。
[0011] 普通超聲波探頭1為發射端，流量計專用超聲波探頭2為接收端，流量計專用超聲 波探頭2由連個超聲波通路和普通的超聲波探頭構成，M為超聲波發射位置，和CD超 聲波通路肩:為通路:崩的長度，灰為通路CD的長度，#為通路和通路之間的距離 (必很小，基本可忽略)，#為超聲波在流體中的傳播速度，1超聲波在通路中的波長，我為超 聲波入射角。
[0012] 采用特定頻率為/Q的功率信號激勵探頭1，在流體流速為，的管道中，超聲波由位 置M傳播到探頭2時，探頭而會接收到頻率為義的超聲波和頻率為^的板波，其中頻率為 乂的超聲波由多普勒效應引起的，頻率A :
在探頭2中，因為位置和位置欲之間的距離J很短，可以忽略，因此可以認為到達位 置4:和位置_復合超聲波是一樣的，使通路和_的長度差等于超聲波波長的二分之 一的奇數倍，即： a-~b = (2^ -i)/i^ (2) 這樣復合超聲波分別經過通路和通路CD到達_、為后，是兩個信號關于中頻率 為_的部分相位相差180度，兩個通道信號相加可以消除激勵頻率透成分，突出頻率乂成 分，測量出頻率乂，根據公式（1)得出流速公式：
設管的橫截面積為，，則管中的體積流量為：
該方法設計兩并行且距離遺可忽略的超聲波通路4衷和CXK導波桿)，在特定頻率為 _:的功率信號激勵下，超聲波在流速為賞的管中由于多普勒效應會產生頻率為_和乂復 合超聲波，復合超聲波在4、_處的振幅和相位相同，使兩通路的長度差等于超聲波波長的 二分之一的奇數倍，這樣復合超聲波分別經過通路和通路◎￡)到達5、￡>后，兩個通道 超聲波信號中頻率為X的信號相位相差180度，兩個通道信號相加可以消除激勵頻率乂 成分，突出頻率為1成分，根據流體流速的計算式
（式中^為超聲波 在流體中的傳播速度，濟為超聲波入射角），可以大幅度的提高流體測量精度。
【主權項】
1. 一種基于超聲波干涉法的流體流量測量方法，其特征在于： 該方法設計兩并行且距離講可忽略的超聲波通路和C0 (導波桿)，在特定頻率 為I的功率信號激勵下，普通超聲波探頭1會產生頻率為濟的超聲波；當管中流體的速 度為V時，由于多普勒效應，頻率為/Q的超聲波由:靜傳播到流量計專用超聲波探頭2時， 探頭2接收到頻率為乂和復合超聲波，且復合超聲波在汲、C處的振幅和相位相同， 使通路崩和CD的長度差等于超聲波波長的二分之一的奇數倍，即m-U V (式 中_為通路遍的長度，洛.為通路C0的長度，,超聲波在通路中的波長，％為正整數)，令 經過通路^^?后的信號為_，經過通路后的信號為&，這樣復合超聲波分別經過通路 4S和通路到達波、?后，信號M和信號為中頻率為/a的部分相位相差180度，兩個 通道信號相加可以消除激勵頻率#成分，突出所需頻率為A成分，得到流體流速的計算式(式中彳為正時如附圖所示方向，為負時與附圖所示方向相反J為 超聲波在流體中的傳播速度，為超聲波入射角），設管的橫截面積為？，則管中的體積流量 為，可以大幅度的提高流體測量精度。2. 根據權利要求1.所述的一種基于超聲波干涉法的流體流量測量方法，其特征在于： 一種基于超聲 波干涉法的流體流量測量方法不僅可以針對液體流量進行檢測，對氣體也可以流量檢 測。
【文檔編號】G01F1/66GK106052779SQ201510183247
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年4月17日
【發明人】梁巍
【申請人】西安保泰電子科技有限責任公司