換模塊，數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊連接累加器;傳感器包括共軸的激勵(lì)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(zhuǎn)換模塊的功率放大模塊、連接數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊的信 號(hào)預(yù)處理模塊，以及連接激勵(lì)線圈、接收線圈、功率放大模塊和信號(hào)預(yù)處理模塊的模擬開(kāi) 關(guān)，所述微處理器還與模擬開(kāi)關(guān)連接，向模擬開(kāi)關(guān)傳送邏輯控制信號(hào)，以控制模擬開(kāi)關(guān)的通 斷。
[0022]測(cè)量時(shí)，激勵(lì)線圈上注入頻率和幅值一定的正弦交流信號(hào)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，對(duì) 應(yīng)的接收線圈上會(huì)產(chǎn)生與激勵(lì)信號(hào)頻率相同的感應(yīng)電壓。感應(yīng)信號(hào)傳輸?shù)诫姶艡z測(cè)裝置 后，經(jīng)過(guò)AD采樣轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，F(xiàn)PGA將數(shù)據(jù)進(jìn)行采集存儲(chǔ)，通過(guò)一定的解調(diào)算法得到感應(yīng) 信號(hào)的相位信息，在距離一定的兩個(gè)測(cè)量截面上進(jìn)行同步數(shù)據(jù)采集，提取兩組數(shù)據(jù)中相同 的特征點(diǎn)可以得到氣泡經(jīng)過(guò)兩個(gè)截面所使用的時(shí)間，從而計(jì)算出該段時(shí)間的平均流速，當(dāng) 兩個(gè)測(cè)量截面的間距足夠小時(shí)，就可以得到流體的近似瞬時(shí)流速。
[0023]目前比較常用的解調(diào)算法是正交解調(diào)法，該算法可以看作是FFT解調(diào)在數(shù)學(xué)上的 簡(jiǎn)化，它克服了模擬電路固有的誤差和系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，滿足信號(hào)分析所要求的高性能和 快速測(cè)量等。激勵(lì)頻率設(shè)計(jì)為可調(diào)頻率，頻率范圍為1ΚΗζ-20ΜΗζ，另外，為了確保測(cè)量精度， 系統(tǒng)還可以進(jìn)行掃頻測(cè)量，即測(cè)量時(shí)依次使用一定頻率段的激勵(lì)信號(hào)，得到每個(gè)頻率點(diǎn)的 測(cè)量結(jié)果后取平均值，其中激勵(lì)頻率及掃頻點(diǎn)均可由操作人員通過(guò)上位機(jī)軟件進(jìn)行設(shè)置。
[0024] 氣液兩相流在工業(yè)中的存在環(huán)境一般分為水平管和垂直管，各自包含的流型結(jié)構(gòu) 如圖3所示。本實(shí)施例根據(jù)實(shí)際條件，選擇垂直管中的彈狀流(段塞流)作為測(cè)量對(duì)象。傳感 器縱向距離設(shè)置為200mm，每隔lms保存一組相位解調(diào)數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)比測(cè)量數(shù)據(jù)特征點(diǎn)即能 得到氣泡在兩個(gè)截面之間經(jīng)歷的時(shí)間，進(jìn)而計(jì)算出流速。為增加結(jié)果的對(duì)比性，在測(cè)量過(guò)程 中氣液兩相流被設(shè)置為三種流速，數(shù)據(jù)保存時(shí)間為5秒（即保存5000組數(shù)據(jù)），測(cè)量結(jié)果如圖 4所示，為便于觀察，我們對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了縱向平移處理?？梢钥闯觯瑹o(wú)論從氣泡通過(guò)單個(gè)截面 傳感器所經(jīng)歷的時(shí)間tpass，還是從氣泡在兩個(gè)截面間經(jīng)歷的時(shí)間，都可以明確分別出三種 流速。對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，流速計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表一，其中極大值點(diǎn)（上)和極大值點(diǎn)（?。?分別代表上下兩層截面?zhèn)鞲衅鞲袘?yīng)信號(hào)相角信息分段極大值所在的采樣點(diǎn)數(shù)。
[0025] 表一試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果 「00261

[0028] 圖5為上位機(jī)軟件界面示意圖。該軟件通過(guò)USB和設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，操作人員還 可以通過(guò)UI界面設(shè)置相關(guān)參數(shù)，如選擇單激勵(lì)模式還是掃頻模式，兩個(gè)截面的相位曲線和 測(cè)量結(jié)果均能直接顯示。
[0029] 綜上所述，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)流體流速的快速、準(zhǔn)確測(cè)量，傳感器設(shè)計(jì)既滿足 了測(cè)量要求，又可以避免接觸式傳感器易受腐蝕等問(wèn)題，更加適合滿足工業(yè)過(guò)程中對(duì)氣液 兩相流流速進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的需求;通過(guò)采取掃頻測(cè)量、噪聲屏蔽等方法，使得整個(gè)測(cè)量過(guò)程 方便靈活、準(zhǔn)確可靠，與傳統(tǒng)的測(cè)量方法相比有明顯的效果和優(yōu)點(diǎn)。
[0030] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種可用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)流體流速的電磁測(cè)量裝置，其特征在于，包括:包括PC主機(jī)，連 接PC主機(jī)的FPGA主板，以及連接FPGA主板的傳感器，F(xiàn)PGA主板包括通過(guò)USB接口連接PC主機(jī) 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(zhuǎn)換模塊、數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊和 累加器，直接數(shù)字頻率合成器連接模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊連接累加器;傳感器包括 共軸的激勵(lì)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(zhuǎn)換模塊的功率放大 模塊、連接數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊的信號(hào)預(yù)處理模塊，以及連接激勵(lì)線圈、接收線圈、功率放大模塊 和信號(hào)預(yù)處理模塊的模擬開(kāi)關(guān)，所述微處理器還與模擬開(kāi)關(guān)連接，向模擬開(kāi)關(guān)傳送邏輯控 制信號(hào)，以控制模擬開(kāi)關(guān)的通斷。2. 如權(quán)利要求1所述的可用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)流體流速的電磁測(cè)量裝置，其特征在于，所述測(cè) 量裝置用于流體流速測(cè)量時(shí)，激勵(lì)線圈和接收線圈安裝在被測(cè)流體管道外表面且分別對(duì)應(yīng) 一個(gè)測(cè)量截面，兩個(gè)測(cè)量截面之間的距離固定為一個(gè)預(yù)設(shè)值，傳感器四周包裹屏蔽材料。3. -種可用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)流體流速的電磁測(cè)量方法，其特征在于，測(cè)量流體流速時(shí)，激勵(lì) 線圈上注入預(yù)設(shè)頻率和幅值的激勵(lì)信號(hào)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，對(duì)應(yīng)的接收線圈上產(chǎn)生與激 勵(lì)信號(hào)頻率相同的感應(yīng)電壓;感應(yīng)信號(hào)通過(guò)前端電路傳輸?shù)紽PGA主板后，經(jīng)過(guò)AD采樣轉(zhuǎn)化 成數(shù)字信號(hào)，F(xiàn)PGA主板將數(shù)據(jù)進(jìn)行采集存儲(chǔ)，采用解調(diào)算法得到感應(yīng)信號(hào)的相位信息，在預(yù) 設(shè)距離的兩個(gè)測(cè)量截面上進(jìn)行同步數(shù)據(jù)采集，提取兩組數(shù)據(jù)中相同的特征點(diǎn)以得到氣泡經(jīng) 過(guò)兩個(gè)截面所使用的時(shí)間，計(jì)算出該段時(shí)間的平均流速，當(dāng)兩個(gè)測(cè)量截面的間距無(wú)窮小時(shí)， 得到流體的瞬時(shí)流速。4. 如權(quán)利要求3所述的可用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)流體流速的電磁測(cè)量方法，其特征在于，所述激 勵(lì)信號(hào)的預(yù)設(shè)頻率為固定的頻率點(diǎn)值或頻率段，當(dāng)激勵(lì)信號(hào)的預(yù)設(shè)頻率為固定的頻率點(diǎn)值 時(shí)，利用兩個(gè)測(cè)量截面之間的距離除以氣泡經(jīng)過(guò)兩個(gè)截面所使用的時(shí)間得到流體在該段時(shí) 間內(nèi)的平均流速;當(dāng)激勵(lì)信號(hào)的預(yù)設(shè)頻率為頻率段時(shí)，采用掃頻測(cè)量的方法，激勵(lì)頻率及掃 頻點(diǎn)預(yù)先由操作人員通過(guò)PC主機(jī)進(jìn)行設(shè)定，測(cè)量時(shí)依次使用該頻率段的激勵(lì)信號(hào)，得到每 個(gè)頻率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流蘇測(cè)量結(jié)果后取平均值即可。5. 如權(quán)利要求3所述的可用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)流體流速的電磁測(cè)量方法，其特征在于，所述解 調(diào)算法采用正交解調(diào)法。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種可用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)流體流速的電磁測(cè)量裝置及測(cè)量方法，利用電磁法測(cè)量氣液兩相流流速，原理就是兩相流中的氣體分相經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)會(huì)使得互感信號(hào)的相位發(fā)生變化，在距離一定的兩個(gè)測(cè)量截面上進(jìn)行同步數(shù)據(jù)采集，提取兩組數(shù)據(jù)中相同的特征點(diǎn)可以得到氣泡經(jīng)過(guò)兩個(gè)截面所使用的時(shí)間，從而計(jì)算出該段時(shí)間的平均流速，當(dāng)兩個(gè)測(cè)量截面的間距足夠小時(shí)，就可以得到流體的近似瞬時(shí)流速。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)流體流速的快速、準(zhǔn)確測(cè)量，滿足工業(yè)過(guò)程中對(duì)氣液兩相流流速進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的需求；整個(gè)測(cè)量過(guò)程方便靈活、準(zhǔn)確可靠，與傳統(tǒng)的測(cè)量方法相比有明顯的效果和優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01P5/18
【公開(kāi)號(hào)】CN105510626
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510744388
【發(fā)明人】陳廣, 王樂(lè)鴻, 所玉君, 崔建飛
【申請(qǐng)人】天津津航計(jì)算技術(shù)研究所
【公開(kāi)日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年11月5日