[发明专利]两相流分布参数双模式超声可视化测量装置

摘要

本发明涉及一种两相流分布参数双模式超声可视化测量装置，用于对流经管道被测截面内的两相流体相分布进行重建，包括超声传感器阵列、超声信号发生单元、超声发射单元、超声信号采集与处理单元、数据解调单元、工业总线数据传输单元，图像重建与显示单元；所述的超声传感器阵列由两组超声探头阵列组成，每组阵列由N个超声探头构成并在管道同一截面内沿管壁均匀分布，相邻传感器的夹角相同，每支探头可同时以超声收发模式工作，两组超声探头阵列分别安装于被测管道相距L的两个截面上，即截面1和截面2。

主权项

1.一种两相流分布参数双模式超声可视化测量装置，用于对流经管道被测截面内的两相流体相分布进行重建，包括超声传感器阵列、超声信号发生单元、超声发射单元、超声信号采集与处理单元、数据解调单元、工业总线数据传输单元，图像重建与显示单元；所述的超声传感器阵列由两组超声探头阵列组成，每组阵列由N个超声探头构成并在管道同一截面内沿管壁均匀分布，相邻传感器的夹角相同，每支探头可同时以超声收发模式工作，两组超声探头阵列分别安装于被测管道相距L的两个截面上，即截面1和截面2。截面1内超声探头以与管壁呈θ1角度的形式安装于管壁上，截面2处的超声探头以与管壁呈θ2角度的形式安装于管壁上，安装角度θ1与θ2应保证截面1内超声探头i，i＝1,2,…,N发射超声的传播路径，经过管道中心后，透射到达截面2处的相对位置处的超声探头j，j＝1,2,…,N，以此方式，可在截面1和截面2的对应超声探头之间形成N对超声透射传播通路，用以获得超声透射信息，并在截面1的发射探头i与截面2的除与发射探头相对位置的探头j以外的其他接收探头间形成交叉的测量空间与超声反射路径，用以获得超声反射信息；超声信号发生单元包括直接数字合成电路，利用FPGA向直接数字合成电路发送控制数据，从而实现脉冲幅值、频率的程控可调，得到初始信号；在超声发射单元中，初始信号经过滤波与放大环节，以滤掉高频噪声与直流偏置，得到激励信号，高带宽运算放大器电路对激励信号放大至需要的电压值；放大后的信号经过开关切换电路激励选定的超声传感器，通过开关逻辑控制脉冲信号重复频率，并通过控制导通时间确定截面1内每支超声探头发射声波的脉冲数量；逐一选通截面1中的超声探头i，i＝1,2,…,N发射超声波，并通过截面2中的N个超声探头并行采集超声波，每一路超声采集信号经过超声信号采集与处理单元的低噪声放大、可编程增益放大和抗混叠滤波处理后，将模拟信号转化为数字信号，通过高速数据通讯端口输出；将所获数字信号送入数据解调单元，计算出每一采集通路的超声衰减与反射频移信息，截面1内每一探头激励下，截面2可获得一组1×1维超声衰减向量和一组1×N维超声频移向量。当截面1中的超声探头全部依次激励，且截面2中的N个超声探头完成每次激励下的测量后，得到一组1×N维的超声衰减矩阵和一组N×(N‑1)的超声频移矩阵，也即完成一幅截面数据扫描。将所述两个测量矩阵通过工业标准总线送往图像重建与显示单元，利用超声衰减数据重建出被测空间内。