[发明专利]超声平面波扫描式多相流可视化测量装置

摘要

本发明涉及一种超声平面波扫描式多相流可视化测试装置，采用超声相控阵探头发射方向可调的超声平面波，对被测区域进行扫描，包括超声相控阵阵列、超声平面波发生与控制单元、超声发射单元、超声信号采集与处理单元、数据解调单元、相分布重建与显示单元；所述的超声相控阵阵列为M组超声相控阵探头的组合，均匀分布在被测管道相同的截面位置，每组相控阵探头包含N个超声阵元。每组超声相控阵探头在分别向其他组超声相控阵探头发射超声平面波后，切换至其相邻的下一组探头进行激励，并重复以上扫描测试过程。

主权项

1.一种超声平面波扫描式多相流可视化测试装置，采用超声相控阵探头发射方向可调的超声平面波，对被测区域进行扫描，包括超声相控阵阵列、超声平面波发生与控制单元、超声发射单元、超声信号采集与处理单元、数据解调单元、相分布重建与显示单元；所述的超声相控阵阵列为M组超声相控阵探头的组合，均匀分布在被测管道相同的截面位置，每组相控阵探头包含N个超声阵元。超声平面波发生与控制单元包括波束成形电路与控制芯片，控制芯片向波束成形电路发送寄存器配置数据，实现调节脉冲宽度、频率和重复频率的功能，通过波束成形电路控制连接于一组相控阵探头中各阵元通路上的脉冲产生延时，精确控制该组相控阵探头内每个阵元发射超声的不同时间，合成平面波束，并通过控制延时来控制平面波的偏转角度和偏转角扫描速度，以便在被测空间中分别与其他组相控阵探头形成平面波发射接收通路；超声发射单元包括高压脉冲电路和阵元复用电路，超声平面波发生与控制单元的输出信号进入超声发射单元后，可输出单极性或双极性的高压脉冲信号，并将高压脉冲信号与波束成形电路保护隔离，高压发射多路复用器由控制芯片控制各超声阵列通道的选通，实现超声信号发射；超声接收信号由超声信号采集与处理单元采集，该单元包括超声回波高压隔离电路，可变增益放大器，抗混叠滤波电路和AD采样电路，超声回波高压隔离电路用来实现发射的高压脉冲信号与超声接收信号间的隔离限幅；可变增益放大器通用于控制不同强度采集信号的放大增益，抗混叠滤波电路用于滤除所采集的超声接收信号的高频成分，限制噪声带宽，滤除夹杂在传感器和接收通道中的高频噪声；AD采样电路将滤除了高频成分的采样数据转换成数字信号后输入到数据解调单元；数据解调单元用于实现数据的传输控制与解调算法，获取测量每组超声相控阵探头中每一阵元接收到的超声波强度与渡越时间，形成一个N维的超声衰减向量与一个N维的超声时延向量；每组超声相控阵探头在分别向其他组超声相控阵探头发射超声平面波后，切换至其相邻的下一组探头进行激励，并重复以上扫描测试过程，直至所有超声探头阵列按顺序激励一圈后，完成一幅截面数据的激励与采集，共获得M(M‑1)组超声衰减向量与M(M‑1)组超声时延向量。数据解调单元将获得的测量数据通过工业标准总线协议发送至相分布重建与显示单元，利用接收的超声衰减向量重建出气相分布，利用超声时延向量重建出不同液相介质的分布，并通过重建图像融合获得最终的多相介质分布图像，进行显示输出。