本發(fā)明涉及航天器領(lǐng)域，特別地，涉及一種航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量方法及裝置。

背景技術(shù)：

對(duì)于管道中的流量或氣泡兩相流的測(cè)量，現(xiàn)有技術(shù)中存在諸如渦街、渦輪以及電磁測(cè)量方法，而超聲波測(cè)量技術(shù)以不侵入被測(cè)介質(zhì)、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、不影響流場(chǎng)和可測(cè)量導(dǎo)電介質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)中已有相關(guān)方案采用超聲波測(cè)量技術(shù)分別解決管道流量測(cè)量與氣泡檢測(cè)的方法。

工業(yè)所用超聲波流量測(cè)量方法大多采用脈沖波體系。具體而言，以圖1為例，第一超聲波探頭1發(fā)射一個(gè)或者一束脈沖波，第二超聲波探頭2檢測(cè)聲波到達(dá)時(shí)間，記為t₁。另一方面，超聲波探頭2發(fā)射脈沖波，第一超聲波探頭1檢測(cè)聲波到達(dá)時(shí)間，記為t₂。

記聲波在無(wú)約束靜水中的傳播速度為c，管道流動(dòng)的平均流速為u，聲波傳播通道距離為L(zhǎng)。在u²<<c²的情況下，管道流動(dòng)的平均流速可以表示為：

在管道橫截面積A已知的情況下，管道流動(dòng)流量可以表示為：

由于聲波在管道中傳播存在各種傳播模式，每一種傳播模式具有不同的傳播速度。隨著頻率的增加，傳播模式更多，導(dǎo)致對(duì)到達(dá)波的檢測(cè)非常困難，如圖2所示。另一方面，由于脈沖波的寬頻特點(diǎn)，聲波在探頭共振頻率上的激勵(lì)能量將減小，導(dǎo)致接收信號(hào)的信噪比降低。此外，工業(yè)生產(chǎn)中的超聲波探頭存在不一致，使得兩個(gè)超聲波探頭的共振頻率不一致，而且隨著外界環(huán)境的改變而變化。

這些問(wèn)題在脈沖波體系下無(wú)法避免。而在連續(xù)波激勵(lì)中，能量能夠集中在固定頻點(diǎn)上，信噪比將增加。另一方面，連續(xù)波體系下的超聲波探頭處于受迫振動(dòng)狀態(tài)，很好地解決了頻率不一致的問(wèn)題。Yang提出了一種基于連續(xù)波體系的流量測(cè)量方法，然而該方法只適用于不存在模糊數(shù)的情況，測(cè)量范圍受到了限制。為了得到較大的測(cè)量范圍，基于連續(xù)波與脈沖波體系的技術(shù)由Folkestad提出，然而該方法中的頻率不一致性也沒(méi)有得到解決。超聲波流量計(jì)利用管道流動(dòng)中聲波順逆流傳播的顯著區(qū)別，通過(guò)處理聲波信號(hào)獲得管道平均流速信息，進(jìn)而預(yù)測(cè)管道流動(dòng)流量。作者Yang提出了一種基于側(cè)音測(cè)量的連續(xù)波流量測(cè)量方法，如圖3所示，利用不同側(cè)音的相位解決了測(cè)量模糊數(shù)的問(wèn)題，理論上擴(kuò)大了連續(xù)波體系的流量測(cè)量范圍。該方法解決了管道流量的寬范圍與高精度測(cè)量問(wèn)題，但是沒(méi)有解決氣泡兩相流的檢測(cè)問(wèn)題。

對(duì)于兩相流測(cè)量方法，主要有兩大類，一種是基于目測(cè)方法，即通過(guò)人直接觀察管道內(nèi)部的流動(dòng)狀態(tài)，但是這種方法缺點(diǎn)明顯。由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等因素，管道透明度影響，以及人為誤差等因素的影響。對(duì)于空間自主測(cè)量而言，該方法行不通。

基于差壓傳感器的流體檢測(cè)技術(shù)運(yùn)用差壓傳感器安裝在兩相流的實(shí)驗(yàn)管段，在流體流動(dòng)期間采集兩相流的過(guò)程檢測(cè)參數(shù)，但是由于測(cè)量精度和成本的原因，現(xiàn)如今普遍采用這種測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量，但是該方法需要接觸被測(cè)介質(zhì)。高速攝影，需要利用高速攝攝像機(jī)，通過(guò)透明的實(shí)驗(yàn)管段或者窗口來(lái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拍攝，并且針對(duì)不同的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行，相比較而言高速攝像方法較目測(cè)法有了進(jìn)一步的改進(jìn)。但是，在復(fù)雜工況條件下，高速攝影由于受到光照條件，兩相流體容易受到反射折射的影響。射線吸收的方法，通過(guò)設(shè)備發(fā)出相應(yīng)的X射線或者多束射線使之穿過(guò)兩相流的管壁，通過(guò)最終測(cè)得射線的衰減程度最終確定管段的吸收情況，從而判別出管道內(nèi)部的流動(dòng)狀況。缺點(diǎn)就是關(guān)于發(fā)射探頭的選擇尤為關(guān)鍵，以及合適的材料減少管道材質(zhì)對(duì)射線的吸收。接觸式探頭，如光導(dǎo)探頭或者電導(dǎo)方式，利用光或者電的導(dǎo)電性進(jìn)行檢測(cè)，從而確定流體的流動(dòng)介質(zhì)情況。這種測(cè)量方法缺點(diǎn)就是需要接觸管道內(nèi)部的流體，探頭易受到介質(zhì)的影響，并且會(huì)影響流場(chǎng)的分布。過(guò)程層析成像，主要方法有電容層析成像和電阻層析成像，超聲成像，微波成像等測(cè)量原理選擇適當(dāng)?shù)拿舾性?，并且能夠?qū)上嗔餍瓦M(jìn)行在線檢測(cè)，這些方法配置較為復(fù)雜。

在間接法測(cè)量方面，超聲波技術(shù)應(yīng)用較為廣泛。對(duì)于兩相流檢測(cè)問(wèn)題，當(dāng)液體中存在氣泡時(shí)，可以采用多普勒效應(yīng)對(duì)其測(cè)量，但是超聲多普勒方法不能測(cè)量純凈流體。由于空間流體總體處于單相流動(dòng)狀態(tài)，兩相流狀態(tài)出現(xiàn)的可能性較小，多普勒方法應(yīng)用效益低下。對(duì)于超聲波氣泡檢測(cè)方法，工業(yè)上主要采用三種方法進(jìn)行測(cè)量：超聲波散射法、反射法以及滲透法。

超聲波散射法根據(jù)超聲波散射效應(yīng)，利用非集流、非轉(zhuǎn)子的方式來(lái)測(cè)量混合介質(zhì)中含氣率，從而實(shí)現(xiàn)含氣率的測(cè)量，由于散射法將影響流場(chǎng)，不能很好地體現(xiàn)超聲波檢測(cè)技術(shù)的非侵入優(yōu)點(diǎn)。超聲波回波反射法根據(jù)超聲波穿透管道后在管壁處形成回波信號(hào)，并根據(jù)回波信號(hào)的大小計(jì)算聲阻抗。通過(guò)分析聲阻抗以及渡越時(shí)間等參數(shù)來(lái)分析兩相流。超聲波透射法是利用超聲波在穿越氣液兩相流的過(guò)程中遇到兩相形成的阻抗界面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射以及吸收衰減，從而導(dǎo)致接收到的超聲波信號(hào)能量降低，并且信號(hào)能量的衰減幅度與氣相的含量有關(guān)。在氣泡存在下，由于超聲波回波的能量較低，超聲發(fā)射探頭100安裝在第一壁面200管徑側(cè)壁，超聲接收探頭500安裝在第二壁面200管徑側(cè)壁，樣品池200設(shè)置在第一壁面200和第二壁面200之間，如圖4所示。

由于傳統(tǒng)的超聲波流量與兩相流測(cè)量方法利用不同的原理，需要用兩套測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)，增加了空間設(shè)備的體積，重量以及安全風(fēng)險(xiǎn)等，因此，現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法采用一套測(cè)量裝置來(lái)同時(shí)測(cè)量流量與兩相流，是一個(gè)亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量方法及裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法采用一套測(cè)量裝置來(lái)同時(shí)測(cè)量流量與兩相流的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量方法，應(yīng)用于航天器流量與兩相流同步測(cè)量?jī)x中，航天器流量與兩相流同步測(cè)量?jī)x包括設(shè)置在航天器流體管道的外壁的對(duì)應(yīng)位置上的第一超聲波探頭和第二超聲波探頭，該航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量方法包括：

通過(guò)第一超聲波探頭將激勵(lì)的設(shè)定頻率的聲波信號(hào)穿過(guò)航天器流體管道內(nèi)的被測(cè)流體后傳輸給第二超聲波探頭；

測(cè)量穿過(guò)被測(cè)流體后的聲波信號(hào)的傳播相位和幅度，同步獲取被測(cè)流體的流量信息和氣泡信息。

進(jìn)一步地，通過(guò)第一超聲波探頭將激勵(lì)的設(shè)定頻率的聲波信號(hào)穿過(guò)航天器流體管道內(nèi)的被測(cè)流體后傳輸給第二超聲波探頭的步驟之前還包括：

采用鎖相環(huán)對(duì)穿過(guò)航天器流體管道內(nèi)的純凈流體后的聲波信號(hào)進(jìn)行跟蹤，獲取純凈流體中聲波幅度值和幅度變化方差，并將獲取的純凈流體中聲波幅度值和幅度變化方差作為純凈流體標(biāo)準(zhǔn)幅度閾值存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

進(jìn)一步地，測(cè)量穿過(guò)被測(cè)流體后的聲波信號(hào)的傳播相位和幅度，同步獲取被測(cè)流體的流量信息和氣泡信息的步驟包括：

若識(shí)別到鎖相環(huán)無(wú)法對(duì)被測(cè)流體中聲波傳播相位差進(jìn)行相位鎖定時(shí)，則初步判斷被測(cè)流體內(nèi)存在氣泡，并對(duì)被測(cè)流體中的聲波幅度值和幅度變化方差進(jìn)行測(cè)量。

進(jìn)一步地，若識(shí)別到鎖相環(huán)無(wú)法對(duì)被測(cè)流體中聲波傳播相位差進(jìn)行相位鎖定時(shí)，則初步判斷被測(cè)流體內(nèi)存在氣泡，并對(duì)被測(cè)流體中的聲波幅度值和幅度變化方差進(jìn)行測(cè)量的步驟之后還包括：

將測(cè)量出的被測(cè)流體中的聲波幅度值和幅度變化方差與事先存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中的純凈流體標(biāo)準(zhǔn)幅度閾值進(jìn)行比較，若測(cè)量出的被測(cè)流體中的聲波幅度值和幅度變化方差不在純凈流體標(biāo)準(zhǔn)幅度閾值范圍內(nèi)時(shí)，則判定被測(cè)流體中存在氣泡。

進(jìn)一步地，將測(cè)量出的被測(cè)流體中的聲波幅度值和幅度變化方差與事先存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中的純凈流體標(biāo)準(zhǔn)幅度閾值進(jìn)行比較，若測(cè)量出的被測(cè)流體中的聲波幅度值和幅度變化方差不在純凈流體標(biāo)準(zhǔn)幅度閾值范圍內(nèi)時(shí)，則判定流體中存在氣泡的步驟之后還包括：

根據(jù)預(yù)先建立在數(shù)據(jù)庫(kù)中的聲波幅度值與含氣率映射表和測(cè)量出的被測(cè)流體中的聲波幅度值，獲取被測(cè)流體的含氣率，其中，聲波幅度值與含氣率映射表中映射有聲波幅度值與含氣率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，該對(duì)應(yīng)關(guān)系可對(duì)在軌測(cè)量到的純凈流體中的聲波幅度值進(jìn)行在線修正。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量裝置，應(yīng)用于航天器流量與兩相流同步測(cè)量?jī)x中，航天器流量與兩相流同步測(cè)量?jī)x包括設(shè)置在航天器的航天器流體管道的外壁的對(duì)應(yīng)位置上的第一超聲波探頭和第二超聲波探頭，航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量裝置包括：

激勵(lì)模塊，用于通過(guò)第一超聲波探頭將激勵(lì)的設(shè)定頻率的聲波信號(hào)穿過(guò)航天器流體管道內(nèi)的被測(cè)流體后傳輸給第二超聲波探頭；

獲取模塊，用于測(cè)量穿過(guò)被測(cè)流體后的聲波信號(hào)的傳播相位和幅度，同步獲取被測(cè)流體的流量信息和氣泡信息。

進(jìn)一步地，航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量裝置還包括預(yù)置模塊，

預(yù)置模塊，用于采用鎖相環(huán)對(duì)穿過(guò)航天器流體管道內(nèi)的純凈流體后的聲波信號(hào)進(jìn)行跟蹤，獲取純凈流體中聲波幅度值和幅度變化方差，并將獲取的純凈流體中聲波幅度值和幅度變化方差作為純凈流體標(biāo)準(zhǔn)幅度閾值存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

進(jìn)一步地，獲取模塊包括相位檢測(cè)單元，

相位檢測(cè)單元，用于若識(shí)別到鎖相環(huán)無(wú)法對(duì)被測(cè)流體中聲波傳播相位差進(jìn)行相位鎖定時(shí)，則初步判斷被測(cè)流體內(nèi)存在氣泡，并對(duì)被測(cè)流體中的聲波幅度值和幅度變化方差進(jìn)行測(cè)量。

進(jìn)一步地，獲取模塊還包括幅度比較單元，

幅度比較單元，用于將測(cè)量出的被測(cè)流體中的聲波幅度值和幅度變化方差與事先存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中的純凈流體標(biāo)準(zhǔn)幅度閾值進(jìn)行比較，若測(cè)量出的被測(cè)流體中的聲波幅度值和幅度變化方差不在純凈流體標(biāo)準(zhǔn)幅度閾值范圍內(nèi)時(shí)，則判定被測(cè)流體中存在氣泡。

進(jìn)一步地，獲取模塊還包括含氣率獲取單元，

含氣率獲取單元，用于根據(jù)預(yù)先建立在數(shù)據(jù)庫(kù)中的聲波幅度值與含氣率映射表和測(cè)量出的被測(cè)流體中的聲波幅度值，獲取被測(cè)流體的含氣率，其中，聲波幅度值與含氣率映射表中映射有聲波幅度值與含氣率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，該對(duì)應(yīng)關(guān)系可對(duì)在軌測(cè)量到的純凈流體中的聲波幅度值進(jìn)行在線修正。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量方法及裝置，通過(guò)第一超聲波探頭將激勵(lì)的設(shè)定頻率的聲波信號(hào)穿過(guò)航天器流體管道內(nèi)的被測(cè)流體后傳輸給第二超聲波探頭；測(cè)量穿過(guò)被測(cè)流體后的聲波信號(hào)的傳播相位和幅度，同步獲取被測(cè)流體的流量信息和氣泡信息。本發(fā)明提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量方法及裝置，采用一套裝置同步實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星管道中的流量測(cè)量與氣泡檢測(cè)，從而提高超聲波測(cè)量裝置集成化程度，增加利用效率；降低風(fēng)險(xiǎn)、成本、體積與重量。

除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是微小管徑超聲波流量測(cè)量示意圖；

圖2是脈沖波測(cè)量中接收聲波信號(hào)示意圖；

圖3是側(cè)音連續(xù)波體系下的激勵(lì)信號(hào)示意圖；

圖4是超聲波回波發(fā)射法的探頭安裝方式示意圖；

圖5是本發(fā)明航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量方法第一實(shí)施例的流程示意圖；

圖6是本發(fā)明航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量方法第二實(shí)施例的流程示意圖；

圖7是圖5中測(cè)量穿過(guò)所述被測(cè)流體后的聲波信號(hào)的傳播相位和幅度，同步獲取所述被測(cè)流體的流量信息和氣泡信息的步驟的細(xì)化流程示意圖；

圖8是本發(fā)明航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量裝置第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖；

圖9是本發(fā)明航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量裝置第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖；

圖10是圖8中獲取模塊優(yōu)選實(shí)施例的功能模塊示意圖。

附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明：

100、超聲發(fā)射探頭；200、第一壁面；300、第二壁面；400、樣品池；500、超聲接收探頭；10、激勵(lì)模塊；20、獲取模塊；30、預(yù)置模塊；21、相位檢測(cè)單元；22、幅度比較單元；23、含氣率獲取單元。

具體實(shí)施方式

需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。

參照?qǐng)D5，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供了一種航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量方法，應(yīng)用于航天器流量與兩相流同步測(cè)量?jī)x中，航天器流量與兩相流同步測(cè)量?jī)x包括設(shè)置在航天器的航天器流體管道的外壁的對(duì)應(yīng)位置上的第一超聲波探頭和第二超聲波探頭，該航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量方法包括：

步驟S100、通過(guò)第一超聲波探頭將激勵(lì)的設(shè)定頻率的聲波信號(hào)穿過(guò)航天器流體管道內(nèi)的被測(cè)流體后傳輸給第二超聲波探頭。

首先將第一超聲波探頭和第二超聲波探頭相對(duì)設(shè)置在航天器的航天器流體管道的兩側(cè)外壁上，其中，航天器流體管道可以為微小管道，直徑在4～10mm，航天器流體管道內(nèi)載有流動(dòng)的被測(cè)流體，被測(cè)流體可能是單相介質(zhì)，也可能是雙相介質(zhì)，例如氣泡兩相流。然后通過(guò)第一超聲波探頭將激勵(lì)的設(shè)定頻率的連續(xù)聲波信號(hào)穿過(guò)航天器流體管道內(nèi)的被測(cè)流體后傳輸給第二超聲波探頭。

步驟S200、測(cè)量穿過(guò)被測(cè)流體后的聲波信號(hào)的傳播相位和幅度，同步獲取被測(cè)流體的流量信息和氣泡信息。

通過(guò)超聲波流量計(jì)測(cè)量穿過(guò)被測(cè)流體后的聲波信號(hào)的傳播相位得到被測(cè)流體中聲波傳播相位，以及通過(guò)超聲波氣泡計(jì)檢測(cè)穿過(guò)被測(cè)流體后的聲波信號(hào)的幅度得到被測(cè)流體中聲波傳播幅度。根據(jù)超聲波流量計(jì)測(cè)量到的被測(cè)流體中聲波傳播相位，獲取被測(cè)流體的流量信息。根據(jù)超聲波氣泡計(jì)檢測(cè)到的被測(cè)流體中聲波傳播幅度，獲取被測(cè)流體的氣泡信息。在本實(shí)施例中，根據(jù)超聲波流量計(jì)和超聲波氣泡計(jì)測(cè)得的聲波在傳播過(guò)程中的相位與幅度，并通過(guò)對(duì)相位與幅度進(jìn)行處理，得到流量與兩相流信息。

本實(shí)施例提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量方法，通過(guò)第一超聲波探頭將激勵(lì)的設(shè)定頻率的聲波信號(hào)穿過(guò)航天器流體管道內(nèi)的被測(cè)流體后傳輸給第二超聲波探頭；測(cè)量穿過(guò)被測(cè)流體后的聲波信號(hào)的傳播相位和幅度，同步獲取被測(cè)流體的流量信息和氣泡信息。本實(shí)施例提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量方法，采用一套裝置同步實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星管道中的流量測(cè)量與氣泡檢測(cè)，從而提高超聲波測(cè)量裝置集成化程度，增加利用效率；降低風(fēng)險(xiǎn)、成本、體積與重量。

優(yōu)選地，如圖6所示，圖6是本發(fā)明航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量方法第二實(shí)施例的流程示意圖，在第一實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟S100之前還包括：

步驟S100A、采用鎖相環(huán)對(duì)穿過(guò)航天器流體管道內(nèi)的純凈流體后的聲波信號(hào)進(jìn)行跟蹤，獲取純凈流體中聲波幅度值和幅度變化方差，并將獲取的純凈流體中聲波幅度值和幅度變化方差作為純凈流體標(biāo)準(zhǔn)幅度閾值存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

在側(cè)音測(cè)相過(guò)程中，對(duì)于某一設(shè)定頻率f，其傳播相位差采用鎖相環(huán)進(jìn)行跟蹤，同時(shí)跟蹤順流或者逆流傳播過(guò)程中的聲波幅度信息，獲取純凈流體中聲波幅度值和幅度變化方差，存儲(chǔ)純凈流體中的純凈流體幅度值X₀和純凈流體幅度變化方差S₀，并將獲取的純凈流體幅度值X₀和純凈流體幅度變化方差S₀作為純凈流體標(biāo)準(zhǔn)幅度閾值存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便于與被測(cè)流體進(jìn)行對(duì)比，快速識(shí)別帶有兩相流的被測(cè)流體。

本實(shí)施例提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量方法，預(yù)先在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立純凈流體標(biāo)準(zhǔn)幅度閾值，以便于與被測(cè)流體進(jìn)行對(duì)比，從而快速識(shí)別帶有兩相流的被測(cè)流體。本實(shí)施例提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量方法，解決了氣泡兩相流的檢測(cè)問(wèn)題，且檢測(cè)方便快捷。

優(yōu)選地，如圖7所示，圖7是本發(fā)明航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量方法中S200的細(xì)化流程示意圖，在本實(shí)施例中，步驟S200包括：

步驟S210、若識(shí)別到鎖相環(huán)無(wú)法對(duì)被測(cè)流體中聲波傳播相位差進(jìn)行相位鎖定時(shí)，則初步判斷被測(cè)流體內(nèi)存在氣泡，并對(duì)被測(cè)流體中的聲波幅度值和幅度變化方差進(jìn)行測(cè)量。

當(dāng)被測(cè)流體是單相介質(zhì)時(shí)，傳播相位差的變化較慢，此時(shí)鎖相環(huán)能夠?qū)ο辔贿M(jìn)行鎖定。當(dāng)被測(cè)流體出現(xiàn)氣泡后，由于氣泡對(duì)聲波存在散射和折射等作用，其相位將發(fā)生突然變化，同時(shí)幅度相應(yīng)也會(huì)發(fā)生變化，在此過(guò)程中，鎖相環(huán)將無(wú)法對(duì)相位突變進(jìn)行相位鎖定。若識(shí)別到鎖相環(huán)無(wú)法對(duì)穿過(guò)被測(cè)流體后的聲波信號(hào)的被測(cè)流體傳播相位差進(jìn)行相位鎖定時(shí)，則初步判斷被測(cè)流體內(nèi)存在氣泡，并對(duì)被測(cè)流體的被測(cè)流體幅度值和被測(cè)流體幅度變化方差進(jìn)行測(cè)量以進(jìn)一步得出是否存在氣體的判斷。

本實(shí)施例提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量方法，通過(guò)對(duì)鎖相環(huán)的相位鎖定功能進(jìn)行測(cè)量，若相環(huán)無(wú)法對(duì)穿過(guò)被測(cè)流體后的聲波信號(hào)的被測(cè)流體傳播相位差進(jìn)行相位鎖定時(shí)，則初步判斷被測(cè)流體內(nèi)存在氣泡，并對(duì)被測(cè)流體的被測(cè)流體幅度值和被測(cè)流體幅度變化方差進(jìn)行測(cè)量以確認(rèn)被測(cè)流體內(nèi)是否存在氣泡，從而快速識(shí)別帶有兩相流的被測(cè)流體。本實(shí)施例提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量方法，解決了氣泡兩相流的檢測(cè)問(wèn)題，且檢測(cè)方便快捷。

進(jìn)一步地，參見(jiàn)如圖7，本實(shí)施例提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量方法，步驟S210之后還包括：

步驟S220、將測(cè)量出的被測(cè)流體中的聲波幅度值和幅度變化方差與事先存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中的純凈流體標(biāo)準(zhǔn)幅度閾值進(jìn)行比較，若測(cè)量出的被測(cè)流體中的聲波幅度值和幅度變化方差不在純凈流體標(biāo)準(zhǔn)幅度閾值范圍內(nèi)時(shí)，則判定被測(cè)流體中存在氣泡。

在本實(shí)施例中，將測(cè)量出的被測(cè)流體中的被測(cè)流體幅度值X和被測(cè)流體幅度變化方差S與事先存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中的純凈流體標(biāo)準(zhǔn)幅度閾值進(jìn)行比較，即將純凈流體中的純凈流體幅度值X₀和純凈流體幅度變化方差S₀進(jìn)行比較，若被測(cè)流體幅度值X和純凈流體幅度值X₀存在較大差別以及被測(cè)流體幅度變化方差S與純凈流體幅度變化方差S₀差別較大時(shí)，可以判定被測(cè)流體中存在氣泡。

本實(shí)施例提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量方法，將測(cè)量出的被測(cè)流體中的被測(cè)流體幅度值和被測(cè)流體幅度變化方差與事先存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中的純凈流體標(biāo)準(zhǔn)幅度閾值進(jìn)行比較，從而快速識(shí)別帶有兩相流的被測(cè)流體。本實(shí)施例提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量方法，解決了氣泡兩相流的檢測(cè)問(wèn)題，且檢測(cè)方便快捷。

優(yōu)選地，參見(jiàn)如圖8，本實(shí)施例提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量方法，步驟S220之后還包括：

步驟S320、根據(jù)預(yù)先建立在數(shù)據(jù)庫(kù)中的聲波幅度值與含氣率映射表和測(cè)量出的被測(cè)流體中的聲波幅度值，獲取被測(cè)流體的含氣率，其中，聲波幅度值與含氣率映射表中映射有聲波幅度值與含氣率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，該對(duì)應(yīng)關(guān)系可對(duì)在軌測(cè)量到的純凈流體中的聲波幅度值進(jìn)行在線修正。

在本實(shí)施例中，幅度值與含氣率的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以提前通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行標(biāo)定，并記錄標(biāo)定過(guò)程中的純凈流體中的幅度以在計(jì)算過(guò)程中修正純凈流體幅度值X₀帶來(lái)的偏差。同時(shí)，將標(biāo)定的幅度值與含氣率的對(duì)應(yīng)關(guān)系記錄在幅度值與含氣率映射表中，然后將幅度值與含氣率映射表存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，一旦測(cè)量到被測(cè)流體幅度值X，即可根據(jù)幅度值與含氣率映射表獲取被測(cè)流體的含氣率。

本實(shí)施例提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量方法，根據(jù)預(yù)先建立在數(shù)據(jù)庫(kù)中的幅度值與含氣率映射表和測(cè)量出的被測(cè)流體中的被測(cè)流體幅度值，獲取被測(cè)流體的含氣率，從而快速獲取帶有兩相流的被測(cè)流體的含氣率。本實(shí)施例提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量方法，解決了氣泡兩相流的檢測(cè)問(wèn)題，且檢測(cè)方便快捷。

如圖8所示，本發(fā)明還提供了一種航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量裝置，應(yīng)用于航天器流量與兩相流同步測(cè)量?jī)x中，航天器流量與兩相流同步測(cè)量?jī)x包括設(shè)置在航天器的航天器流體管道的外壁的對(duì)應(yīng)位置上的第一超聲波探頭和第二超聲波探頭，航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量裝置包括：

激勵(lì)模塊10，用于通過(guò)第一超聲波探頭將激勵(lì)的設(shè)定頻率的聲波信號(hào)穿過(guò)航天器流體管道內(nèi)的被測(cè)流體后傳輸給第二超聲波探頭；

獲取模塊20，用于測(cè)量穿過(guò)被測(cè)流體后的聲波信號(hào)的傳播相位和幅度，同步獲取被測(cè)流體的流量信息和氣泡信息。

將第一超聲波探頭和第二超聲波探頭相對(duì)設(shè)置在航天器的航天器流體管道的兩側(cè)外壁上，其中，航天器流體管道可以為微小管道，直徑在4～10mm，航天器流體管道內(nèi)載有流動(dòng)的被測(cè)流體，被測(cè)流體可能是單相介質(zhì)，也可能是雙相介質(zhì)，例如氣泡兩相流。激勵(lì)模塊10通過(guò)第一超聲波探頭將激勵(lì)的設(shè)定頻率的連續(xù)聲波信號(hào)穿過(guò)航天器流體管道內(nèi)的被測(cè)流體后傳輸給第二超聲波探頭。

獲取模塊20通過(guò)超聲波流量計(jì)測(cè)量穿過(guò)被測(cè)流體后的聲波信號(hào)的傳播相位得到被測(cè)流體中聲波傳播相位，以及通過(guò)超聲波氣泡計(jì)檢測(cè)穿過(guò)被測(cè)流體后的聲波信號(hào)的幅度得到被測(cè)流體中聲波傳播幅度。根據(jù)超聲波流量計(jì)測(cè)量到的被測(cè)流體中聲波傳播相位，獲取被測(cè)流體的流量信息。根據(jù)超聲波氣泡計(jì)檢測(cè)到的被測(cè)流體中聲波傳播幅度，獲取被測(cè)流體的氣泡信息。在本實(shí)施例中，根據(jù)超聲波流量計(jì)和超聲波氣泡計(jì)測(cè)得的聲波在傳播過(guò)程中的相位與幅度，并通過(guò)對(duì)相位與幅度進(jìn)行處理，得到流量與兩相流信息。

本實(shí)施例提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量裝置，通過(guò)第一超聲波探頭將激勵(lì)的設(shè)定頻率的聲波信號(hào)穿過(guò)航天器流體管道內(nèi)的被測(cè)流體后傳輸給第二超聲波探頭；測(cè)量穿過(guò)被測(cè)流體后的聲波信號(hào)的傳播相位和幅度，同步獲取被測(cè)流體的流量信息和氣泡信息。本實(shí)施例提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量裝置，采用一套裝置同步實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星管道中的流量測(cè)量與氣泡檢測(cè)，從而提高超聲波測(cè)量裝置集成化程度，增加利用效率；降低風(fēng)險(xiǎn)、成本、體積與重量。

如圖9所示，圖9是本發(fā)明航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量裝置第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖，在第一實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量裝置還包括預(yù)置模塊20，

預(yù)置模塊20，采用鎖相環(huán)對(duì)穿過(guò)航天器流體管道內(nèi)的純凈流體后的聲波信號(hào)進(jìn)行跟蹤，獲取純凈流體中聲波幅度值和幅度變化方差，并將獲取的純凈流體中聲波幅度值和幅度變化方差作為純凈流體標(biāo)準(zhǔn)幅度閾值存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

在側(cè)音測(cè)相過(guò)程中，預(yù)置模塊20對(duì)于某一設(shè)定頻率f，其傳播相位差采用鎖相環(huán)進(jìn)行跟蹤，同時(shí)跟蹤順流或者逆流傳播過(guò)程中的聲波幅度信息，存儲(chǔ)純凈流體中的純凈流體幅度值X₀和純凈流體幅度變化方差S₀，并將獲取的純凈流體幅度值X₀和純凈流體幅度變化方差S₀作為純凈流體標(biāo)準(zhǔn)幅度閾值存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便于與被測(cè)流體進(jìn)行對(duì)比，快速識(shí)別帶有兩相流的被測(cè)流體。

本實(shí)施例提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量裝置，預(yù)先在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立純凈流體標(biāo)準(zhǔn)幅度閾值，以便于與被測(cè)流體進(jìn)行對(duì)比，從而快速識(shí)別帶有兩相流的被測(cè)流體。本實(shí)施例提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量裝置，解決了氣泡兩相流的檢測(cè)問(wèn)題，且檢測(cè)方便快捷。

參見(jiàn)圖10，本實(shí)施例提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量裝置，獲取模塊20包括相位檢測(cè)單元21，

相位檢測(cè)單元21，用于若識(shí)別到鎖相環(huán)無(wú)法對(duì)被測(cè)流體中聲波傳播相位差進(jìn)行相位鎖定時(shí)，則初步判斷被測(cè)流體內(nèi)存在氣泡，并對(duì)被測(cè)流體中的聲波幅度值和幅度變化方差進(jìn)行測(cè)量。

當(dāng)被測(cè)流體是單相介質(zhì)時(shí)，傳播相位差的變化較慢，此時(shí)鎖相環(huán)能夠?qū)ο辔贿M(jìn)行鎖定。當(dāng)被測(cè)流體出現(xiàn)氣泡后，由于氣泡對(duì)聲波存在散射和折射等作用，其相位將發(fā)生突然變化，同時(shí)幅度相應(yīng)也會(huì)發(fā)生變化，在此過(guò)程中，鎖相環(huán)將無(wú)法對(duì)相位突變進(jìn)行相位鎖定。相位檢測(cè)單元21若識(shí)別到鎖相環(huán)無(wú)法對(duì)穿過(guò)被測(cè)流體后的聲波信號(hào)的被測(cè)流體傳播相位差進(jìn)行相位鎖定時(shí)，則初步判斷被測(cè)流體內(nèi)存在氣泡，并對(duì)被測(cè)流體的被測(cè)流體幅度值和被測(cè)流體幅度變化方差進(jìn)行測(cè)量以進(jìn)一步得出是否存在氣體的判斷。

本實(shí)施例提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量裝置，通過(guò)對(duì)鎖相環(huán)的相位鎖定功能進(jìn)行測(cè)量，若相環(huán)無(wú)法對(duì)穿過(guò)被測(cè)流體后的聲波信號(hào)的被測(cè)流體傳播相位差進(jìn)行相位鎖定時(shí)，則初步判斷被測(cè)流體內(nèi)存在氣泡，并對(duì)被測(cè)流體的被測(cè)流體幅度值和被測(cè)流體幅度變化方差進(jìn)行測(cè)量以確認(rèn)被測(cè)流體內(nèi)是否存在氣泡，從而快速識(shí)別帶有兩相流的被測(cè)流體。本實(shí)施例提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量裝置，解決了氣泡兩相流的檢測(cè)問(wèn)題，且檢測(cè)方便快捷。

進(jìn)一步地，如圖10所示，本實(shí)施例提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量裝置，獲取模塊20還包括幅度比較單元22，

幅度比較單元22，用于將測(cè)量出的被測(cè)流體中的聲波幅度值和幅度變化方差與事先存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中的純凈流體標(biāo)準(zhǔn)幅度閾值進(jìn)行比較，若測(cè)量出的被測(cè)流體中的聲波幅度值和幅度變化方差不在純凈流體標(biāo)準(zhǔn)幅度閾值范圍內(nèi)時(shí)，則判定被測(cè)流體中存在氣泡。

在本實(shí)施例中，幅度比較單元22將測(cè)量出的被測(cè)流體中的被測(cè)流體幅度值X和被測(cè)流體幅度變化方差S與事先存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中的純凈流體標(biāo)準(zhǔn)幅度閾值進(jìn)行比較，即將純凈流體中的純凈流體幅度值X₀和純凈流體幅度變化方差S₀進(jìn)行比較，若被測(cè)流體幅度值X和純凈流體幅度值X₀存在較大差別以及被測(cè)流體幅度變化方差S與純凈流體幅度變化方差S₀差別較大時(shí)，可以判定被測(cè)流體中存在氣泡。

本實(shí)施例提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量裝置，將測(cè)量出的被測(cè)流體中的被測(cè)流體幅度值和被測(cè)流體幅度變化方差與事先存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中的純凈流體標(biāo)準(zhǔn)幅度閾值進(jìn)行比較，從而快速識(shí)別帶有兩相流的被測(cè)流體。本實(shí)施例提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量裝置，解決了氣泡兩相流的檢測(cè)問(wèn)題，且檢測(cè)方便快捷。

可選地，如圖10所示，本實(shí)施例提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量裝置，獲取模塊20還包括含氣率獲取單元23，

含氣率獲取單元23，根據(jù)預(yù)先建立在數(shù)據(jù)庫(kù)中的聲波幅度值與含氣率映射表和測(cè)量出的被測(cè)流體中的聲波幅度值，獲取被測(cè)流體的含氣率，其中，聲波幅度值與含氣率映射表中映射有聲波幅度值與含氣率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，該對(duì)應(yīng)關(guān)系可對(duì)在軌測(cè)量到的純凈流體中的聲波幅度值進(jìn)行在線修正。

在本實(shí)施例中，幅度值與含氣率的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以提前通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行標(biāo)定，并記錄標(biāo)定過(guò)程中的純凈流體中的幅度以在計(jì)算過(guò)程中修正純凈流體幅度值X₀帶來(lái)的偏差。同時(shí)，含氣率獲取單元23將標(biāo)定的幅度值與含氣率的對(duì)應(yīng)關(guān)系記錄在幅度值與含氣率映射表中，然后將幅度值與含氣率映射表存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，一旦測(cè)量到被測(cè)流體幅度值X，即可根據(jù)幅度值與含氣率映射表獲取被測(cè)流體的含氣率。

本實(shí)施例提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量裝置，根據(jù)預(yù)先建立在數(shù)據(jù)庫(kù)中的幅度值與含氣率映射表和測(cè)量出的被測(cè)流體中的被測(cè)流體幅度值，獲取被測(cè)流體的含氣率，從而快速獲取帶有兩相流的被測(cè)流體的含氣率。本實(shí)施例提供的航天器超聲波流量與兩相流同步測(cè)量裝置，解決了氣泡兩相流的檢測(cè)問(wèn)題，且檢測(cè)方便快捷。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。