一种多声道流通截面检测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种多声道流通截面检测装置及检测方法。本发明专利技术通过在管道侧壁同一横截面上均匀设置N个超声波探头，N个超声波探头通过通道控制模块与单片机相连接，所述通道控制模块用于控制各超声波探头的工作与否；所述单片机通过USB通讯模块与上位机相接；通过这N个超声波探头，可依据超声波测厚仪原理和超声层析成像技术对管道内径进行测量，进而可计算出管道横截面面积。本发明专利技术基于超声波的层析成像原理，利用超声波阵列，进行层析成像。通过本发明专利技术获得的超声信息量大，计算方法先进，降低了流通截面的计算误差，有效地提高了流通截面的测量精度，为实现流量的测量提供更准确的依据。据。据。

【技术实现步骤摘要】
一种多声道流通截面检测装置及检测方法


[0001]本专利技术涉及两相流检测
，具体地说是一种多声道流通截面检测装置及检测方法。

技术介绍

[0002]目前流通截面尚未被系统地研究，现有针对流通截面的测量常采用如下测厚仪进行：X射线测厚仪、薄膜测厚仪、磁性涂层测厚仪、电涡流测厚仪、超声波测厚仪，除此以外还有一种激光测厚的方法可以测量厚度。
[0003]X射线测厚仪的原理是：X射线本身具有很强的穿透性，当穿透不同障碍物的时候，穿透性强度有所不同，且障碍物的厚度越厚，X射线衰减越明显，利用这一性质，根据检测到的不同强度的射线去判断物体厚度，可以设计出X射线测厚仪。
[0004]薄膜测厚仪的原理是：单能α粒子穿过薄膜后的能量损失是由薄膜材料和薄膜厚度所决定的，α粒子薄膜测厚仪的原理，就是利用α粒子穿过薄膜后的能量损失来测量薄膜厚度。仪器安装后，先用已知面密度的标准膜(材料与待测膜相同)对仪器进行定标，实验时，分别测出α粒子穿过薄膜前、后的能量，由此定出薄膜厚度。
[0005]磁性涂层测厚仪可测量磁性金属基体(如钢、铁、合金和硬磁性钢等)上非磁性涂层的厚度(如铝、铬、铜、珐琅、橡胶、油漆等)及非磁性金属基体(如铜、铝、锌、锡等)上非导电覆层的厚度(如：珐琅、橡胶、油漆、塑料等)。其主要通过测量回路磁阻来测量厚度，振荡器为涂层厚度传感器提供一个振幅和频率都相当稳定的交流信号源。传感器是具有开路磁芯的电感线圈，线圈两端加上交流信号，并使开路磁芯的两个磁极接触待测物体表面和涂层。此时磁芯和磁性基体内就有交变的磁通产生。
[0006]电涡流测厚法适合于导电金属上非导电层的厚度测量。它的基本原理是，当给激励线圈施加一定周期的脉冲激励电压信号的时候，激励线圈中会产生相同周期的激励电流，在激励电流的上升沿和下降沿地方，激励电流会在激励线圈周围产生一个脉冲磁场，而这个快速衰减变化的磁场会在被测试件中感应出电涡流，反过来该脉冲涡流在被测试件中必然也会产生一个涡流磁场，而且这个涡流磁场总是与原先脉冲激励的磁场方向相反，当被测试件的某些性质发生变化的时候，如厚度、裂纹，必然会影响到被测试件中的涡流特性如幅值、相位、流向等，由此会造成涡流磁场的变化，因此检测线圈中检测到的磁感应强度的变化或是感应电动势的变化将反映出被测试件的信息。
[0007]激光测厚法是上下激光器发出激光，透镜组通过其特性聚焦漫反射光，最后投射在CCD靶面形成光斑。被测物的上下表面可被看作为两个相对于中间轴线所在平面分别向上向下移动的距离为H1和H2的两个平面，当被测物在轴线所在平面上移动时，测量CCD靶面上的光斑的移动距离，就能测得H1和H2的距离差ΔH。但是激光测厚法无法针对不透明管道进行测厚。
[0008]超声波测厚仪的基本原理是通过超声波探头产生压电效应发射、接收超声波。压电效应分为正压电效应和逆压电效应，正压电效应指某些晶体受到拉力或压力而产生变形
时，在晶体的界面上出现电荷的现象；而在电场的作用下，晶体发生弹性变形的现象，称为逆压电效应。超声波探头的核心元件是薄片状压电晶体，通常称为压电晶片。测厚仪发射产生的高频电发射的电脉冲施加于探头时，激励压电晶片发生高频振动，产生超声波，通过耦合层进入被测工件后，产生反射后被接收电路接收，通过单片机计数处理后，经液晶显示器显示厚度数值。超声波测厚仪主要根据声波在被测物体中的传播速度乘以通过被测物体的时间而得到被测物体的厚度。
[0009]目前在流体流量检测过程中，都是已知流通截面，测量流速利用流量的定义(即流速乘以横截面)计算出流量。目前研究较多的是流速，鲜少有人研究流通截面的测量方式。而且，传统超声波流通截面的测量方案具有很强的局限性和很大的误差，流通截面测量不准确，直接影响流量的测量精度。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的就是提供一种多声道流通截面检测装置及检测方法，以解决现有技术中对于流通截面测量精度不高的问题。
[0011]本专利技术是这样实现的：一种多声道流通截面检测装置，在管道侧壁同一横截面上均布有N个超声波探头，N为偶数；N个超声波探头通过通道控制模块与单片机相连接，所述通道控制模块用于控制各超声波探头的工作与否；所述单片机通过USB通讯模块与上位机相接；通过这N个超声波探头，可依据超声波测厚仪原理和超声层析成像技术对管道内径进行测量，进而可计算出管道横截面面积。优选的，N为8。
[0012]本专利技术中，各超声波探头通过一附加装置进行安装固定，所述附加装置类似一绑带结构，在该附加装置上等间距设置通孔，并在通孔处设卡口，以便对超声波探头进行固定。
[0013]优选的，所述通道控制模块采用74HC4052D芯片，所述单片机采用MSP430FR6047芯片。
[0014]与上述检测装置相对应的多声道流通截面检测方法，包括如下步骤：
[0015]a、在管道侧壁同一横截面上均匀设置N个超声波探头，N为偶数；
[0016]b、利用这N个超声波探头，基于超声波测厚仪原理测量管道内径，并求均值；
[0017]c、当步骤b所测管道内径不符合要求时，利用这N个超声波探头，基于超声层析成像技术测量管道内壁结垢、腐蚀处的位置及尺寸；
[0018]d、基于步骤b或步骤c中数据求解管道横截面面积；
[0019]优选的，上述步骤c具体包括如下步骤：
[0020]c
‑
1、利用N个超声波探头，基于超声层析成像技术测量管道内壁结垢、腐蚀处的位置及尺寸；
[0021]c
‑
2、利用管道内壁结垢、腐蚀处尺寸，计算结垢、腐蚀处扇形面积，其余扇形面积利用步骤b中管道内径均值进行计算；
[0022]c
‑
3、将步骤c
‑
2中各扇形面积相加，即得管道内部流通截面面积。
[0023]优选的，步骤c
‑
1具体如下：
[0024]c
‑
11、使N个超声波探头依次进行一发多收；
[0025]c
‑
12、假定在每个小网格里，波速衰减保持恒定不变，求出经过该小网格s(x0，y0)
的所有超声波射线ti；
[0026]c
‑
13、设超声波信号沿直线传播，根据步骤c
‑
12中经过该小网格s(x0，y0)的所有超声波射线ti，利用拉东逆变换离散化求解波速衰减后的si；
[0027]c
‑
14、将步骤c
‑
13所求的所有si形成矩阵方程，解出方程，求得s(x0，y0)；
[0028]c
‑
15、根据s(x0，y0)计算出结垢、腐蚀处位置及尺寸。
[0029]优选的，步骤b具体如下：
[0030]b
‑
1、使超声波探头发射超声波信号；
[0031]b
‑
2、接收一次回波以及二次回波信号，并计算一次回波、二次回波与发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多声道流通截面检测装置，其特征是，在管道侧壁同一横截面上均布有N个超声波探头，N为偶数；N个超声波探头通过通道控制模块与单片机相连接，所述通道控制模块用于控制各超声波探头的工作与否；所述单片机通过USB通讯模块与上位机相接；通过这N个超声波探头，可依据超声波测厚仪原理和超声层析成像技术对管道内径进行测量，进而可计算出管道横截面面积。2.根据权利要求1所述的多声道流通截面检测装置，其特征是，N为8。3.根据权利要求1所述的多声道流通截面检测装置，其特征是，各超声波探头通过一附加装置进行安装固定，所述附加装置类似一绑带结构，在该附加装置上等间距设置通孔，并在通孔处设卡口，以便对超声波探头进行固定。4.根据权利要求1所述的多声道流通截面检测装置，其特征是，所述通道控制模块采用74HC4052D芯片，所述单片机采用MSP430FR6047芯片。5.一种多声道流通截面检测方法，其特征是，包括如下步骤：a、在管道侧壁同一横截面上均匀设置N个超声波探头，N为偶数；b、利用这N个超声波探头，基于超声波测厚仪原理测量管道内径，并求均值；c、当步骤b所测管道内径不符合要求时，利用这N个超声波探头，基于超声层析成像技术测量管道内壁结垢、腐蚀处的位置及尺寸；d、基于步骤b或步骤c中数据求解管道内部流通截面面积。6.根据权利要求5所述的多声道流通截面检测方法，其特征是，步骤c具体包括如下步骤：c
‑
1、利用N个超声波探头，基于超声层析成像技术测量管道内壁结垢、腐蚀处的位置及尺寸；c
‑
2、利用管道内壁结垢、腐蚀处尺寸，计算结垢、腐蚀处扇形面积，其余...

【专利技术属性】
技术研发人员：方立德，周琮，苑欣悦，韦子辉，赵宁，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：