[发明专利]一种管道内液体流速非接触测量方法及装置

说明书

本发明提供一种管道内液体流速非接触测量方法及装置，借助毫米波雷达通过非接触式的方式感知目标管道中流动的液体，通过快速傅里叶变换获取反射信号的频域信号，并提取目标管道中液体体积的周期性变化特征，根据这种液体体积周期性变化的频率以及目标管道在单个周期内能够泵送的单位流量计算得到液体流速。所述方法和装置部署简单，能够在不嵌入管道的情况下鲁棒地实现对管道内液体流量的高精度的感知。

技术领域

本发明涉及流体测量技术领域，尤其涉及一种管道内液体流速非接触测量方法及装置。

背景技术

液体在管道中的流动速度代表了液体运输系统的实际工作状态，实时监控这项数据对液体的安全运输至关重要。传统方法通常利用叶轮式测量装置进行液体的流速检测，现有技术中还采用基于电信号和超声波信号的实时液体流动状态的监测。

但是，叶轮式流速测量装置结构复杂，长期使用后叶轮易磨损，会导致测量精度极大的下降。基于电信号的电磁流速测量，对高速流动的液体测量较为精准，但是对于流速较低的液体则易受到环境的干扰，测量数据不精确。基于超声波信号的超声波流速测量方法在大口径流量测量方面有较突出的优点，但易受超声波换能器与管道之间的耦合材料耐温程度的影响，从而导致数据不准确。

再者，这些接触式的监测方法往往需要改造液体管道，将设备嵌入管道中，成本昂贵且不具有可移动性。

发明内容

鉴于此，本发明实施例提供了一种管道内液体流速非接触测量方法及装置，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷，解决现有技术测量管道中液体流速时需要嵌入式改造设置并且容易受环境干扰导致检测结果不准确的问题。

本发明的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种管道内液体流速非接触测量方法，包括：

毫米波雷达在离目标管道设定距离的位置发射调制连续信号后，接收所述毫米波雷达采集的由所述目标管道和干扰物反射回来的多个反射信号，检测各反射信号的距离和强度信息；其中，所述毫米波雷达通过多个接收天线组成的阵列接收所述调制连续信号；

获取距离与所述设定距离匹配的反射信号的强度，提取出该强度的反射信号以作为所述目标管道的目标反射信号；

对所述毫米波雷达中的每个接收天线接收到的目标反射信号分别做快速傅里叶变换，得到各接收天线对应的目标反射信号的频域信号；

根据各频域信号的选择对所述目标管道感知效果最强的接收天线作为最佳信道，将所述最佳信道所对应频域信号中振幅最大的频率作为液体流动频率，所述液体流动频率用于表征所述目标管道中液体流动的周期性；

根据所述目标管道管径、驱动泵的对所述目标管道的挤压特性确定所述目标管道中每个周期内液体的单位流量，根据所述单位流量和所述液体流动频率计算所述目标管道内液体的流速，所述挤压特性为所述驱动泵旋转一周对所述目标管道的挤压次数。

在一些实施例中，对所述毫米波雷达中的每个接收天线接收到的目标反射信号分别做快速傅里叶变换之前，还包括：对所述毫米波雷达中的每个接收天线接收到的目标反射信号进行带通滤波，以去除环境噪声和谐振引起的干扰。

在一些实施例中，根据各频域信号的选择对所述目标管道感知效果最强的接收天线作为最佳信道，包括：计算每个频域信号中各频率最大振幅和平均振幅的比值，将所述比值最大的频域信号对应的接收天线作为最佳信道。

在一些实施例中，对所述毫米波雷达中的每个接收天线接收到的目标反射信号分别做快速傅里叶变换之前，包括：对所述毫米波雷达中的每个接收天线接收到的目标反射信号进行信号放大处理。

在一些实施例中，所述方法还包括：沿所述目标管道设置多个毫米波雷达，分别根据各毫米波雷达采集到的信号对计算所述目标管道中的液体流速，去除各液体流速中的最高值和最低值后求平均，得到最终的液体流速。