[发明专利]一种超声风速仪及其测量方法

说明书

本发明涉及一种超声风速仪及其测量方法。本发明采用了多个换能器组合的超声波发射站和接收站，降低了超声波被吹偏后丢失信号的概率，能够扩展大口径或高流速下超声风速仪的测量范围。设置包括多个超声换能器的上游超声站和下游超声站，使超声波在大口径测量管或者高流体流速条件下被吹偏时仍然可以被换能器接收到，从而扩展了超声风速仪的流速测量量程。提供了一种设置超声站中的换能器间隔布置的实施方式，在扩展超声风速仪的量程的同时节约了换能器数量。提供了使用本发明提供的超声风速仪进行流速测量的方法，能够扩展超声风速仪的量程，并且能够提高风速测量的精度。

技术领域

本发明属于风速仪技术领域，涉及一种超声风速仪及其测量方法。

背景技术

空气的流速是通风系统的一项基本参数，由于空气密度较小，并且在其流动的过程中存在较强的湍动，因此使得风速测量相对困难。超声风速仪利用超声波在流体的传播速度受到流体流速影响的原理来测量流速，其应用范围广、适用性强、测量精度高、可以广泛地用于包括气体、液体以及固体物质的测量；并且，由于超声波测量无接触、不发热、受介质影响小的特点，超声波风速仪特别适用于高洁净度、高温、高压、非导电、强腐蚀性、易爆和放射性等特殊介质流量的测量。

常见的超声风速仪采用时差法测量流体流速，上游超声波换能器受到激励发射出声波信号，使声波信号顺流地穿过流体到达下游换能器被接收，再激励下游换能器发射声波信号，使声波信号逆流地穿过流体到达，上游换能器；由于流体流动会加速声波顺流传播速度而减慢声波逆流传播速度，因此对超声波顺流和逆流的传播时间差进行检测，通过计算可以获得流体的流速。现有时差式超声风速仪存在的一个技术问题是超声波在传播过程中被流体过度加速或减速，未能到达接收换能器或者只有少部分信号被接收换能器接收，即所谓的超声波“吹偏”现象。超声波吹偏现象限制了超声风速仪的测量范围。在大口径或高流体流速的超声风速仪中，由于声波传播路径长，受流体加速或减速的时间长，声波更容易被吹偏，测量范围受限制的程度更加明显。

发明内容

本发明的目的就是提供一种超声风速仪及其测量方法。一种超声风速仪，包括上游超声站和下游超声站，上游超声站和下游超声站以轴线重合的方式布置于测量管的两端；上游超声站和下游超声站的轴线与测量管的轴线成一大于0°小于90°的夹角；上游超声站和下游超声站各自包括多个超声换能器，超声换能器沿流体流向布置，上游超声站和下游超声站的超声换能器一一对应布置；上游超声站中沿流向的第一超声换能器是超声波发射换能器，下游超声站中沿流向的第一超声换能器是超声波发射换能器。

进一步的，所述上游超声站和下游超声站中的超声换能器间隔布置。

进一步的，所述超声换能器的间距小于超声波抵达接收超声站时的覆盖宽度。

作为优选，所述超声换能器的间距小于超声波抵达接收超声站时覆盖宽度的一半。

进一步的，上游超声站和下游超声站的轴线与测量管的轴线成45°夹角。

用于上述风速仪的一种超声风速测量方法，包括如下步骤：

步骤一：上游超声站中的位于流向上第一个的上游第一换能器发射超声波，穿过测量管中的流体，顺流传播至下游超声站；

步骤二：检测下游超声站中各超声换能器接收到的信号，取强度最大的信号作为后续流量计算的接收信号，接收到最强超声信号的换能器作为下游接收换能器，取上游第一换能器和下游接收换能器之间的路径为超声波的顺流传播路径，发射和接收到超声信号之间的时间为顺流传播时间；

步骤三：完成一次超声波顺流传播过程后，开始一次超声波逆流传播过程，令下游超声站中的位于流向上第一个的下游第一换能器发射超声波，穿过测量管中的流体，逆流传播至上游超声站；