超聲波流量計多普勒原理的探討  七十

超聲波流量計是流量測量最有發展前途的三種途徑之一，但當前國內外的研究主要集中于時差法，工業管道用超聲多普勒流量計的性能普遍不高，無論是理論方法還是技術實現手段均停留在20世紀90年代初期的水平，存在不能判斷流速方向、低流速測量困難、動態響應速度慢、實時性差等缺點。

論文以超聲多普勒管道流量測量的方法、系統實現和產品化為研究對象，首先分析歸納了管道流體的速度分布規律、厚度伸縮振動模式壓電換能器的等效電路以及超聲波在管道和流體中的傳播規律，為超聲多普勒探頭的設計、管道截面平均流速的估計等提供了理論依據。

在理論方面，研究將超聲多普勒信號解調到一個中頻基準，建立了一種新的超聲多普勒管道流量測量方法，該方法主要有三個方面的優點：(1)能判斷流速的方向；(2)解決了低流速測量難題；(3)提高了流速測量尤其是低流速測量的動態響應速度、實時性以及穩定性。在此基礎上，對選定窄帶內的多普勒信號進行高精度頻譜估計，并提出一種閾值抽取譜峰搜索方法估計管道中心軸線上的最大流速，該方法運算量小、穩定性好，并能修正多普勒譜峰低頻偏移的影響。在實踐方面，研究設計了外夾式超聲多普勒探頭，基于虛擬儀器實現了一種新型超聲多普勒流量測量系統，并建立了一套流體循環實驗裝置用于該系統的實驗研究。通過實驗確定了一種簡單的閾值設定方法，分析了測量系統的流速測量特點尤其是在低流速情況下的性能。根據國家計量檢定規程對系統進行了標定實驗，結果表明該系統的準確度等級達到1.5級。

超聲波流量計