一种超声流量检测系统及方法技术方案

本申请提供了一种超声流量检测系统及方法，该系统包括：脉冲发生器、超声发射传感器、至少两个超声接收传感器、固定座以及控制器；该固定座将超声发射传感器以及超声接收传感器分别以不同角度固定在被测流体的管道外壁上；该脉冲发生器用于产生目标频率的电信号，该超声发射传感器用于向该被测流体发射超声波发射信号，超声接收传感器用于接收被测流体反射的回波信号；该控制器分别计算各个回波信号与超声波发射信号之间的频率差，以获取该被测流体的实际流速与实际流向。本申请解决了现有检测方法的检测精度较低且测量过程繁琐的技术问题，实现以相对简单的装置结构完成流速检测和计算，提高了检测精度，且测量过程简单。且测量过程简单。且测量过程简单。

【技术实现步骤摘要】
一种超声流量检测系统及方法


[0001]本申请涉及超声流量检测
，具体涉及一种超声流量检测系统及方法。

技术介绍

[0002]超声波传感器是将超声波信号转换成其它能量信号的传感器，可用于测量管道中流体的流量与流速。超声流量检测技术已广泛应用在工业、国防、生物医学等方面，尤其是生物医学中的血流检测。
[0003]超声流量检测技术是将一个超声波换能器以一个非垂直的角度置于流体的管道壁上，并实时发射超声波信号，超声波信号遇到流体中的散射子产生回波信号，并被超声波换能器接收，由于流体以一定的速度流动，所以接收到的回波信号会受到多普勒效应的影响产生频移，通过计算该频移可以反推得到流体的移动速度。常用流量检测方法包括了连续超声多普勒CW法和脉冲多普勒PW法，其中，针对连续超声多普勒CW法，其采集的回波信息是超声束通过路径上所有流体的散射回波，不具有深度分辨能力，检测精度较低；而脉冲多普勒PW法所检测的血流速度和深度受采样频率的限制，同时需要超声波图像进行辅助测量才能实现。
[0004]因此，在上述方案中，现有的流量检测方法，检测精度较低且测量过程繁琐。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种超声流量检测系统及方法，实现以相对简单的装置结构完成流速检测和计算，检测精度较高且测量过程简单，该技术方案如下。
[0006]一方面，提供了一种超声流量检测系统，所述系统包括：脉冲发生器、超声发射传感器、至少两个超声接收传感器、固定座以及控制器；
[0007]所述脉冲发生器与所述超声发射传感器连接；所述固定座将所述超声发射传感器以及各个所述超声接收传感器，分别以不同角度固定在被测流体的管道外壁上；
[0008]所述脉冲发生器用于产生目标频率的电信号，所述超声发射传感器用于基于所述目标频率的电信号，产生超声波发射信号，并向所述被测流体发射所述超声波发射信号，各个所述超声接收传感器用于接收所述被测流体反射的回波信号；
[0009]所述控制器，用于分别计算各个所述回波信号与所述超声波发射信号之间的频率差，以获取所述被测流体的实际流速与实际流向。
[0010]在一种可能的实施方式中，所述固定座为三角形，所述固定座的第一条边与所述被测流体的管道外壁呈目标夹角，所述固定座的第二条边上设置有所述超声发射传感器，所述固定座的第三条边上设置有至少两个超声发射传感器。
[0011]在一种可能的实施方式中，所述固定座为棱锥体，所述固定座的底面与所述被测流体的管道外壁呈目标夹角，所述固定座的目标侧棱上设置有所述超声发射传感器，除所述目标侧棱外，所述固定座的其他侧棱上分别设置有至少一个超声发射传感器。
[0012]在一种可能的实施方式中，所述系统还包括：至少两个超声前端通道以及至少两
个解调器；
[0013]所述超声前端通道以及所述解调器，与所述超声接收传感器的数量相等，且一一对应；
[0014]针对每个所述超声前端通道，所述超声前端通道的两端分别与所述解调器以及所述控制器连接。
[0015]在一种可能的实施方式中，所述超声前端通道用于对所述超声接收传感器接收的回波信号进行放大处理；所述解调器用于对放大处理后的回波信号进行IQ解调处理，以获取各个回波信号对应的解调信号。
[0016]在一种可能的实施方式中，所述系统还包括：至少两个滤波器；所述滤波器的数量与所述超声接收传感器的数量相等，且一一对应；
[0017]针对每个滤波器，所述滤波器的两端分别与所述解调器以及所述控制器连接。
[0018]在一种可能的实施方式中，所述滤波器用于对所述解调信号进行滤波处理，以获取滤波后的所述解调信号。
[0019]又一方面，提供了一种超声流量检测方法，所述方法由超声流量检测系统中的控制器执行，所述系统包括：脉冲发生器、超声发射传感器、至少两个超声接收传感器、固定座以及控制器；所述脉冲发生器与所述超声发射传感器连接；所述固定座将所述超声发射传感器以及各个所述超声接收传感器，分别以不同角度固定在被测流体的管道外壁上；所述脉冲发生器用于产生目标频率的电信号，所述超声发射传感器用于基于所述目标频率的电信号，产生超声波发射信号，并向所述被测流体发射所述超声波发射信号，各个所述超声接收传感器用于接收所述被测流体反射的回波信号；
[0020]所述方法包括：
[0021]分别计算各个所述回波信号与所述超声波发射信号之间的频率差，以分别获取各个所述超声接收传感器所测得的所述被测流体的预计速度矢量；并根据各个所述预计速度矢量，计算所述被测流体的实际速度矢量，以获取所述被测流体的实际流速与实际流向。
[0022]在一种可能的实施方式中，在所述分别计算各个所述回波信号与所述超声波发射信号之间的频率差之前，所述方法还包括：
[0023]获取各个所述回波信号，并针对每个回波信号，对所述回波信号进行放大处理；
[0024]对放大处理后的所述回波信号进行IQ解调处理，以获取解调信号；
[0025]对所述解调信号进行滤波处理，以获取滤波后的解调信号；
[0026]根据滤波后的所述解调信号，计算所述回波信号对应的回波频率。
[0027]在一种可能的实施方式中，所述至少两个超声接收传感器包括第一超声接收传感器以及第二超声接收传感器；
[0028]所述计算所述被测流体的实际速度矢量，包括：
[0029]通过如下公式获取所述被测流体的实际速度矢量：
[0030]v＝v2/(cosθ2)；
[0031]θ2＝tan
‑
1((cosθ
‑
v1/v2)/sinθ)；
[0032]其中，v表示所述被测流体的实际速度矢量，v1表示所述第一超声接收传感器所测得的所述被测流体的第一预计速度矢量，v2表示所述第二超声接收传感器所测得的所述被测流体的第二预计速度矢量，θ表示所述第一超声接收传感器与所述第二超声接收传感器
在坐标系上形成的角度；θ2表示所述第二超声接收传感器与所述超声发射传感器在坐标系上形成的角度。
[0033]再一方面，提供了一种超声流量检测装置，所述装置包括：
[0034]预计速度矢量获取模块，用于分别计算各个所述回波信号与所述超声波发射信号之间的频率差，以分别获取各个所述超声接收传感器所测得的所述被测流体的预计速度矢量。
[0035]流速与流向获取模块，用于根据各个所述预计速度矢量，计算所述被测流体的实际速度矢量，以获取所述被测流体的实际流速与实际流向。
[0036]在一种可能的实施方式中，所述装置还包括：
[0037]放大处理模块，用于获取各个所述回波信号，并针对每个回波信号，对所述回波信号进行放大处理；
[0038]解调信号获取模块，用于对放大处理后的所述回波信号进行IQ解调处理，以获取解调信号；
[0039]解调信号获取模块，用于对所述解调信号进行滤波处理，以获取滤波后的解调信号；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声流量检测系统，其特征在于，所述系统包括：脉冲发生器、超声发射传感器、至少两个超声接收传感器、固定座以及控制器；所述脉冲发生器与所述超声发射传感器连接；所述固定座将所述超声发射传感器以及各个所述超声接收传感器，分别以不同角度固定在被测流体的管道外壁上；所述脉冲发生器用于产生目标频率的电信号，所述超声发射传感器用于基于所述目标频率的电信号，产生超声波发射信号，并向所述被测流体发射所述超声波发射信号，各个所述超声接收传感器用于接收所述被测流体反射的回波信号；所述控制器，用于分别计算各个所述回波信号与所述超声波发射信号之间的频率差，以获取所述被测流体的实际流速与实际流向。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述固定座为三角形，所述固定座的第一条边与所述被测流体的管道外壁呈目标夹角，所述固定座的第二条边上设置有所述超声发射传感器，所述固定座的第三条边上设置有至少两个超声发射传感器。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述固定座为棱锥体，所述固定座的底面与所述被测流体的管道外壁呈目标夹角，所述固定座的目标侧棱上设置有所述超声发射传感器，除所述目标侧棱外，所述固定座的其他侧棱上分别设置有至少一个超声发射传感器。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：至少两个超声前端通道以及至少两个解调器；所述超声前端通道以及所述解调器，与所述超声接收传感器的数量相等，且一一对应；针对每个所述超声前端通道，所述超声前端通道的两端分别与所述解调器以及所述控制器连接。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述超声前端通道用于对所述超声接收传感器接收的回波信号进行放大处理；所述解调器用于对放大处理后的回波信号进行IQ解调处理，以获取各个回波信号对应的解调信号。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：至少两个滤波器；所述滤波器的数量与所述超声接收传感器的数量相等，且一一对应；针对每个滤波器，所述滤波器的两端分别与所述解调器以及所述控制器连接。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述滤波器用于对所述解调信号进行滤波处理，以获取滤波后...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐杰，王宁浩，焦阳，沈之天，崔崤峣，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：