超聲波流量測量的發(fā)展概況和研究進(jìn)程（一）

　?。?）尤其適合替代電磁流量計來(lái)測量腐蝕性液體、高粘度液體以及非導電性液體的流量；

　?。?）多聲道技術(shù)可縮短要求的直管段長(cháng)度而仍然能保證較高測量精度；

　?。?）可以從厚的金屬管道外側測量管內流體的流速，無(wú)需對原有管道進(jìn)行任何加工，尤其適合應用于大管徑、大流量場(chǎng)合。

　　相對傳統的流量計，超聲多普勒流量測量方法特點(diǎn)比較突出，適合多種工況條件和液體類(lèi)型流量的測量，在工業(yè)流量測量中具有廣泛的應用前景。近年來(lái)，隨著(zhù)電子技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，超聲波流量測量的技術(shù)水平有了很大提高，但研究重點(diǎn)非常明顯地集中在血流測量等醫學(xué)領(lǐng)域，超聲波工業(yè)管道流量測量方面的研究相對較少，且主要集中于時(shí)差式流量測量（以天然氣流量測量最為突出），在多普勒方法方面的研究不多，導致現有工業(yè)管道用超聲多普勒流量計的性能普遍不高，存在以下缺點(diǎn)：

　?。?）不能判斷流速方向；

　?。?）低流速測量困難；

　?。?）動(dòng)態(tài)響應速度慢、實(shí)時(shí)性差；

　?。?）基本誤差一般為±（1%～10%）FS，重復性為0.2%～1%，相對時(shí)差式超聲波流量計、質(zhì)量流量計、電磁流量計等其它流量計而言精度比較低。

　　這些缺點(diǎn)極大限制了超聲多普勒流量計的推廣和使用。目前超聲多普勒流量計一般只在一些特殊場(chǎng)合下使用，比如便攜式測量、明渠流量測量、超大管徑流量測量等。

1.2 超聲多普勒流量測量研究進(jìn)展

　　1.2.1 多普勒流量測量模型

　　超聲多普勒流量測量技術(shù)在過(guò)去的幾十年中得到不斷發(fā)展，出現了多種測量模型，本章概括為分為連續波多普勒（CW Doppler）模型 、脈沖波多普勒（PW Doppler）模型、偽隨機多普勒模型和調頻多普勒（FM Doppler）模型 四種。CW Doppler流量測量采用收發(fā)分離的換能器，它們分別連續不斷地發(fā)射和接收超聲波信號并進(jìn)行后續處理，這種測量模型一般用于平均流速和流量的測量，詳細原理見(jiàn)本文4.2小節，本章主要介紹后面三種模型的研究進(jìn)展情況。

　?。?）PW Doppler模型

　　PW Doppler可采用收發(fā)共用的換能器，進(jìn)行間斷式的脈沖發(fā)射，并作時(shí)間的門(mén)控式（Time-Gate）選通接收，測量原理如圖1-1所示。

　　超聲換能器在起始時(shí)刻t0發(fā)射一串超聲脈沖，并延遲一段時(shí)間1 t后接收超聲回波信號，選通時(shí)間2 t決定了采樣的回波信號長(cháng)度，對應于取樣分析的散射體樣本大小，散射體樣本在超聲波傳播方向的長(cháng)度為：

　　式中c0為流體中的聲速。散射體距離管壁的徑向位置為：