[发明专利]非侵入式敞开通道流量计

权利要求书

1.一种用于测量流经管道或通道(3)的流体(2)的表面速度的方法，其中，所述流体具有自由表面，该方法包括以下步骤：

-借助于贴片天线(5)发送微波束，该贴片天线包括至少一个发射贴片区(6TX)和平行于该发射贴片区(6TX)的至少两个接收贴片区(7RX1，RX2，…，RXM)；

-在间隔开预定距离d的该至少两个接收贴片区(7RX1，RX2，…，RXM)上接收由该移动流体(2)的自由表面反射的微波信号，所述贴片天线垂直于流动(即在水平面中)或者在与平均流体速度平行的竖直面中；

-针对在该贴片区(7RX1，RX2，…，RXM)上接收到的每个微波信号，确定不同贴片区(7RX1，RX2，…，RXM)接收到的微波信号之间的相移从而允许计算方位角α以确定反射体在流体表面(2)上的方位角位置，或允许计算与在该接收区(7RX1，RX2，…，RXM)上接收到的每个信号相对应的仰角θ；

-针对在该接收贴片区(7RX1，RX2，…，RXM)上接收的每个微波信号，确定在所发送的微波束与所接收的微波信号之间的多普勒频移fd；

-基于这些多普勒频移和相应的相移计算该流体(2)的表面速度的横向和/或纵向分布。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所发送的微波束包括一系列相继的线性调频连续波(上啁啾)，并且所接收的信号是所发射的啁啾的时间延迟版本，通过评估相继啁啾的相位差来确定反射体速度。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，使用零差接收机来比较所发送的微波束与所接收的信号，从而产生由所发射的信号与所接收的信号之间的频率差定义的中频信号，该中频信号与信号传播时间成正比，并且因此与该微波贴片天线(5)与目标之间的距离成正比。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所发送的微波束的方位角包括在20°到90°之间，并且仰角包括在10°到30°之间。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，这些微波束的频率包括在20GHz到80GHz之间、优选地在24.125GHz到77GHz之间。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，这些微波信号的中心频率fc选自由24.125GHz、61GHz和77GHz组成的组。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，相邻接收贴片区之间的间距d等于约λ/2，其中，λ表示该中心频率信号fc的波长。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，这些接收贴片区(7RX1，RX2，…，RXM)位于与该流体流平行的竖直面中，从而允许确定各个目标速度和到达方位角。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，这些接收贴片区(7RX1，RX2，…，RXM)位于与该流体流平行的水平面中，从而允许确定各个目标速度以及该传感器(1)与该流体之间的距离r。

10.根据权利要求7或8所述的方法，包括以下步骤：进行第一组完整的测量和计算，将天线围绕其法线轴线旋转90°，并且进行第二组完整的测量和计算。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，该传感器包括：

-彼此正交放置的至少两个微波贴片区发射器(6TX)，第一贴片区发射器(6TX)位于与该流平行的竖直面中，并且第二贴片天线发射器(6TX)位于与该流平行的水平面中，以及

-至少两组接收天线(7RX1，RX2，…，RXM)，分别与该第一贴片天线发射器和该第二贴片天线发射器平行，

对不同的相移和频移的测量允许确定各个目标速度、到达角和到该流体的距离r。