CN109856620A - 一种新型多管多流速测量***及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型多管多流速测量方法，其特征在于：在多根内部具有流动液体的非金属材质的水管外侧一周放置多个可收发微波信号的收发机及其天线，在其中一根水管中放置一个微波信号发生装置。由微波信号发生装置的天线发射宽带脉冲信号，由外侧的多个收发机的天线同时接收此信号；移除水管内的微波信号发射装置；的多个收发机通过天线同时周期性发射信号，在放置微波信号发生装置的水管内实现信号聚焦；外侧多个收发机中任意一个接收此信号并获得其频率偏移的程度，根据多普勒原理可以计算出水管中液体的流速。本发明可有效测量一束多个水管中的不同流速，具有测量快速准确，***部署简单，适用性强等特点。

Description

一种新型多管多流速测量***及测量方法

技术领域

本发明涉及一种流速测量设备，尤其涉及一种新型多管多流速测量***。

背景技术

在石油工业以及动力机械工程中，常常需要测量工作介质在某些特定区域的流速，以研究其流动状态对工作过程和性能的影响，如进行管道泄漏检测等。因此，流速测量具有重要的意义。

随着现代技术日新月异的发展，流速的测量方法和相应的测量仪器也越来越多。在石油工业与动力机械中，目前常用的流速测量方法有机械法测速，皮托管测速，热线流速仪测速和激光多普勒流速仪测速等。

发明内容

本发明提供一种新型多管多流速测量***，其目的是解决现有技术的缺点，可逐一将水管中液体的流速测出。

本发明还提供一种新型多管多流速测量方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种新型多管多流速测量***，具有多根内部具有流动液体的非金属材质的水管，其特征在于：在上述多根水管外侧一周放置多个可收发微波信号的收发机及其天线，在其中一根水管中放置一个微波信号发生装置。

所述多个可收发微波信号的收发机及其天线是圆周均布的。

所述多个可收发微波信号的收发机及其天线是以所述多根水管的几何中心圆周均布的。

一种新型多管多流速测量方法，其特征在于：

先在多根内部具有流动液体的非金属材质的水管外侧一周放置多个可收发微波信号的收发机及其天线，在其中一根水管中放置一个微波信号发生装置；

再由微波信号发生装置的天线发射宽带脉冲信号，由外侧的多个收发机的天线同时接收此信号；

再移除水管内的微波信号发射装置；

根据收发机的天线接收到的信号，由：

E_T(r_k,ω)＝P(ω)G_F(r_k,r₀,ω)

得到收发机发射的信号幅度；

以相同的幅度和相位由水管外侧的多个收发机通过天线同时周期性发射信号，在放置微波信号发生装置的水管内实现信号聚焦；

原微波信号发射装置的位置的信号幅度为：

信号聚焦后的散射信号发生频率偏移，外侧多个收发机中任意一个接收此散射信号并获得其频率偏移的程度，根据：

可以计算出此根水管中液体的流速。

依照此方法选择不同的水管，可以逐一将所有水管中液体的流速测出。

本发明的有益之处在于：

本发明提出的测量方法可有效测量一束多个水管中的不同流速，依据电磁波理论和时间反转原理和多普勒效应，具有测量快速准确，***部署简单，适用性强等特点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的确定外部8个收发机发射信号幅度相位的过程；

图2为本发明实施例提供的根据8个收发机发射信号幅度相位反向聚焦的过程；

图3为本发明实施例中收发机发射信号的原理图；

图4为本发明实施例中收发机接收信号的原理图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，详细描述本发明的实施过程。

如图1所示为7根水管的流速测量模型。

水管材料为非金属材料，如聚四氟乙烯等。

在7根水管1的外侧一周放置8个可收发微波信号的收发机3及其天线，在位于中间的一根水管1中放置一个微波信号发生装置2。

8个可收发微波信号的收发机3及其天线是以7根水管1的几何中心圆周均布的。

流速测量主要分为两个过程：

第一个过程，

如图1所示，由微波信号发生装置2的天线发射宽带脉冲信号，由外侧多个收发机3的天线同时接收此信号。

如图4所示：收发机3接收原理过程为：天线接收信号后经过低噪放(LNA) 并进行下变频，然后AD转换后通过微处理器(MPU)，输出幅度和相位，记录幅度和相位。

第二个过程，移除水管1内的微波信号发射装置2；

再如图2所示，水管1外侧的8个收发机3通过天线以相同的幅度和相位同时周期性发射信号。

根据电磁波传播原理与散射理论建立电磁场模型，由时间反转原理，由接收到的信号特性调整管道外部放置8个收发机3的幅度相位。

设发射机2位于r₀，发射信号为P(ω)，周围的收发机3位于r_k，则收发机3 发射的信号幅度由公式(1)确定：

E_T(r_k,ω)＝P(ω)G_F(r_k,r₀,ω) (1)

其中G_F(r_k,r₀,ω)为前向格林函数。

如图3所示：收发机3的发射原理过程为：设置幅度和相位以及波形存储器，输入微处理器(MPU)，得到所需信号，然后进行DA转换，通过放大器(PA) 用天线发射出去。

即可在原来放置微波信号发生装置2的水管1内实现信号聚焦，位于r₀处的信号由公式(2)确定为：

当此水管1中液体的流速不同时，信号聚焦后的散射信号会发生不同的频率偏移，外侧多个收发机3中任意一个接收此散射信号并获得其频率偏移的程度，根据多普勒原理，由公式(3)可以计算出此根水管1中液体的流速。

其中v为波在该介质中的行进速度；v_o为接收者移动速度，若接近发射源则前方运算符号为+号,反之则为-号；v_s为发射源移动速度，若接近观察者则前方运算符号为-号，反之则为+号。可以计算出此根水管1中液体的流速。依照此方法选择不同的水管1，可以逐一将所有水管1中液体的流速测出。

依照此方法选择不同的水管1，可以逐一将所有水管1中液体的流速测出。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种新型多管多流速测量***，具有多根内部具有流动液体的非金属材质的水管，其特征在于：在上述多根水管外侧一周放置多个可收发微波信号的收发机及其天线，在其中一根水管中放置一个微波信号发生装置。

2.如权利要求1所述的一种新型多管多流速测量***，其特征在于：所述多个可收发微波信号的收发机及其天线是圆周均布的。

3.如权利要求2所述的一种新型多管多流速测量***，其特征在于：所述多个可收发微波信号的收发机及其天线是以所述多根水管的几何中心圆周均布的。

4.一种新型多管多流速测量方法，其特征在于：

先在多根内部具有流动液体的非金属材质的水管外侧一周放置多个可收发微波信号的收发机及其天线，在其中一根水管中放置一个微波信号发生装置；

再由微波信号发生装置的天线发射宽带脉冲信号，由外侧的多个收发机的天线同时接收此信号；

再移除水管内的微波信号发射装置；

根据收发机的天线接收到的信号，由：

E_T(r_k,ω)＝P(ω)G_F(r_k,r₀,ω)

得到收发机发射的信号幅度；

以相同的幅度和相位由水管外侧的多个收发机通过天线同时周期性发射信号，在放置微波信号发生装置的水管内实现信号聚焦；

原微波信号发射装置的位置的信号幅度为：

信号聚焦后的散射信号发生频率偏移，外侧多个收发机中任意一个接收此散射信号并获得其频率偏移的程度，根据：

可以计算出此根水管中液体的流速。

5.如权利要求4所述的一种新型多管多流速测量方法，其特征在于：选择不同的水管放置微波信号发生装置，测出该水管中液体的流速。