一種可用于長期監(jiān)測流體流速的電磁測量裝置及測量方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于針對低電導率流體的流速測量領域，涉及一種可用于長期監(jiān)測流體流 速的電磁測量裝置及測量方法。
【背景技術】
[0002] 氣液兩相流在自然界和化工、制藥、石油等工業(yè)過程中普遍存在，其離散相速度的 監(jiān)測是一個非常重要的研究課題?，F(xiàn)有的流體流速測量方法主要有電學測量法，光學測量 法及高速攝影法，其中電學測量方案中檢測部件多與被測流體直接接觸，易造成電化學腐 蝕等問題，不適用于在工業(yè)應用中進行長期監(jiān)測，同時在測量環(huán)境較差的應用場合也常常 出現(xiàn)電機粘污，這些都會嚴重影響測量結果的準確性和現(xiàn)場實用性;而光學法和高速攝影 法往往對應用環(huán)境的要求比較高，同時還存在成本較高的問題，難以在實際工業(yè)環(huán)境中得 到大規(guī)模應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] ( - )發(fā)明目的
[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種可用于長期監(jiān)測流體流速的電磁測量裝置及測量方法， 實現(xiàn)利用共軸線圈間的電磁互感信息快速、準確的測量流體流速。
[0005] (二)技術方案
[0006] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種可用于長期監(jiān)測流體流速的電磁測量裝 置，其包括:包括PC主機，連接PC主機的FPGA主板，以及連接FPGA主板的傳感器，F(xiàn)PGA主板包 括通過USB接口連接PC主機的微處理器，以及連接微處理器的直接數(shù)字頻率合成器、模/數(shù) 轉換模塊、數(shù)/模轉換模塊和累加器，直接數(shù)字頻率合成器連接模/數(shù)轉換模塊，數(shù)/模轉換 模塊連接累加器;傳感器包括共軸的激勵線圈和接收線圈，以及前端電路，前端電路包括連 接模/數(shù)轉換模塊的功率放大模塊、連接數(shù)/模轉換模塊的信號預處理模塊，以及連接激勵 線圈、接收線圈、功率放大模塊和信號預處理模塊的模擬開關，所述微處理器還與模擬開關 連接，向模擬開關傳送邏輯控制信號，以控制模擬開關的通斷。
[0007] 其中，所述測量裝置用于流體流速測量時，激勵線圈和接收線圈安裝在被測流體 管道外表面且分別對應一個測量截面，兩個測量截面之間的距離固定為一個預設值，傳感 器四周包裹屏蔽材料。
[0008] 本發(fā)明還提供了一種可用于長期監(jiān)測流體流速的電磁測量方法，測量流體流速 時，激勵線圈上注入預設頻率和幅值的激勵信號，根據(jù)電磁感應原理，對應的接收線圈上產(chǎn) 生與激勵信號頻率相同的感應電壓;感應信號通過前端電路傳輸?shù)紽PGA主板后，經(jīng)過AD采 樣轉化成數(shù)字信號，F(xiàn)PGA主板將數(shù)據(jù)進行采集存儲，采用解調算法得到感應信號的相位信 息，在預設距離的兩個測量截面上進行同步數(shù)據(jù)采集，提取兩組數(shù)據(jù)中相同的特征點以得 到氣泡經(jīng)過兩個截面所使用的時間，計算出該段時間的平均流速，當兩個測量截面的間距 無窮小時，得到流體的瞬時流速。
[0009] 其中，所述激勵信號的預設頻率為固定的頻率點值或頻率段，當激勵信號的預設 頻率為固定的頻率點值時，利用兩個測量截面之間的距離除以氣泡經(jīng)過兩個截面所使用的 時間得到流體在該段時間內(nèi)的平均流速；當激勵信號的預設頻率為頻率段時，采用掃頻測 量的方法，激勵頻率及掃頻點預先由操作人員通過PC主機進行設定，測量時依次使用該頻 率段的激勵信號，得到每個頻率點對應的流蘇測量結果后取平均值即可。
[0010] 其中，所述解調算法采用正交解調法。
[0011](三)有益效果
[0012] 上述技術方案所提供的可用于長期監(jiān)測流體流速的電磁測量裝置及測量方法，可 以實現(xiàn)對被測流體流速的快速、準確測量，傳感器設計既滿足了測量要求，又可以避免接觸 式傳感器易受腐蝕等問題，更加適合滿足工業(yè)過程中對氣液兩相流流速進行長期監(jiān)測的需 求;通過采取掃頻測量、噪聲屏蔽等方法，使得整個測量過程方便靈活、準確可靠，與傳統(tǒng)的 測量方法相比有明顯的效果和優(yōu)點。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明實施例傳感器示意圖；
[0014] 圖2是本發(fā)明實施例測量裝置功能框圖；
[0015]圖3是本發(fā)明實施例流型圖；
[0016 ]圖4是本發(fā)明實施例數(shù)據(jù)采集曲線；
[0017] 圖5是本發(fā)明實施例上位機軟件界面示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容和優(yōu)點更加清楚，下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具 體實施方式作進一步詳細描述。
[0019]針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本實施例嘗試將電磁測量法引入至幌相流流速的測 量應用中來，這種方法最大的優(yōu)點的是非接觸式測量，測量設備無需直接接觸被測對象，克 服了傳統(tǒng)接觸式測量的一些主要的缺點，受環(huán)境影響小，使用壽命長，依托高頻電磁數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)，測量速度快，測量精度高等等，同時結構簡單、成本較低。電磁檢測技術以渦流檢測 為基礎，它的基本原理可以表述為：當載有交變電流的實驗線圈靠近被測物體時，由于線圈 產(chǎn)生的交變磁場的作用會在物體中感生出渦流。渦流的大小、相位及流動形式受到目標大 小、形狀及其電學特性的影響，而渦流的反作用又使線圈之間的互感發(fā)生變化。被測物體的 電學特性決定了電學測量方法的敏感量，利用電磁法測量高導電率物體時（如金屬導體）， 由于產(chǎn)生的渦流較強，被測物體就像一面鏡子，將一部分的電磁信號反射回去，造成接收傳 感器感應信號的減小，具體表現(xiàn)為幅值的減小;而當被測物體電導率較低(如鹽水），其中產(chǎn) 生的渦流很弱，大部分的電磁信號穿過被測物體，因此接收傳感器上的感應信號在幅值上 變化并不大，其變化主要表現(xiàn)在相位上。利用電磁法測量氣液兩相流流速，原理就是兩相流 中的氣體分相經(jīng)過傳感器時會使得互感信號的相位發(fā)生變化，在距離一定的兩個測量截面 上進行同步數(shù)據(jù)采集，提取兩組數(shù)據(jù)中相同的特征點可以得到氣泡經(jīng)過兩個截面所使用的 時間，從而計算出該段時間的平均流速，當兩個測量截面的間距足夠小時，就可以得到流體 的近似瞬時流速。
[0020]如圖1所示，本實施例的重要組成部分傳感器由兩對共軸線圈和前端電路組成，每 對線圈對應一個測量截面，兩個測量截面之間的距離固定為d。傳感器四周包裹屏蔽材料， 測量過程中線圈安裝在流體管道外表面，既可以滿足測量需求，又可以避免測量傳感器和 被測電解質之間的直接接觸，防止長時間接觸造成的傳感器腐蝕問題，延長使用壽命，保證 測量精度。
[0021 ] 如圖2所示，本實施例測量裝置包括PC主機，連接PC主機的FPGA主板，以及連接 FPGA主板的傳感器，F(xiàn)PGA主板包括通過USB接口連接PC主機的微處理器，以及連接微處理器 的直接數(shù)字頻率合成器、模/數(shù)轉換模塊、數(shù)/模轉換模塊和累加器，直接數(shù)字頻率合成器連 接模/數(shù)轉