超聲波流量測(cè)量的發(fā)展概況和研究進(jìn)程（一）

　?。?）尤其適合替代電磁流量計(jì)來測(cè)量腐蝕性液體、高粘度液體以及非導(dǎo)電性液體的流量；

　?。?）多聲道技術(shù)可縮短要求的直管段長(zhǎng)度而仍然能保證較高測(cè)量精度；

　?。?）可以從厚的金屬管道外側(cè)測(cè)量管內(nèi)流體的流速，無需對(duì)原有管道進(jìn)行任何加工，尤其適合應(yīng)用于大管徑、大流量場(chǎng)合。

　　相對(duì)傳統(tǒng)的流量計(jì)，超聲多普勒流量測(cè)量方法特點(diǎn)比較突出，適合多種工況條件和液體類型流量的測(cè)量，在工業(yè)流量測(cè)量中具有廣泛的應(yīng)用前景。近年來，隨著電子技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，超聲波流量測(cè)量的技術(shù)水平有了很大提高，但研究重點(diǎn)非常明顯地集中在血流測(cè)量等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，超聲波工業(yè)管道流量測(cè)量方面的研究相對(duì)較少，且主要集中于時(shí)差式流量測(cè)量（以天然氣流量測(cè)量最為突出），在多普勒方法方面的研究不多，導(dǎo)致現(xiàn)有工業(yè)管道用超聲多普勒流量計(jì)的性能普遍不高，存在以下缺點(diǎn)：

　?。?）不能判斷流速方向；

　?。?）低流速測(cè)量困難；

　?。?）動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢、實(shí)時(shí)性差；

　?。?）基本誤差一般為±（1%～10%）FS，重復(fù)性為0.2%～1%，相對(duì)時(shí)差式超聲波流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)、電磁流量計(jì)等其它流量計(jì)而言精度比較低。

　　這些缺點(diǎn)極大限制了超聲多普勒流量計(jì)的推廣和使用。目前超聲多普勒流量計(jì)一般只在一些特殊場(chǎng)合下使用，比如便攜式測(cè)量、明渠流量測(cè)量、超大管徑流量測(cè)量等。

1.2 超聲多普勒流量測(cè)量研究進(jìn)展

　　1.2.1 多普勒流量測(cè)量模型

　　超聲多普勒流量測(cè)量技術(shù)在過去的幾十年中得到不斷發(fā)展，出現(xiàn)了多種測(cè)量模型，本章概括為分為連續(xù)波多普勒（CW Doppler）模型 、脈沖波多普勒（PW Doppler）模型、偽隨機(jī)多普勒模型和調(diào)頻多普勒（FM Doppler）模型 四種。CW Doppler流量測(cè)量采用收發(fā)分離的換能器，它們分別連續(xù)不斷地發(fā)射和接收超聲波信號(hào)并進(jìn)行后續(xù)處理，這種測(cè)量模型一般用于平均流速和流量的測(cè)量，詳細(xì)原理見本文4.2小節(jié)，本章主要介紹后面三種模型的研究進(jìn)展情況。

　?。?）PW Doppler模型

　　PW Doppler可采用收發(fā)共用的換能器，進(jìn)行間斷式的脈沖發(fā)射，并作時(shí)間的門控式（Time-Gate）選通接收，測(cè)量原理如圖1-1所示。

　　超聲換能器在起始時(shí)刻t0發(fā)射一串超聲脈沖，并延遲一段時(shí)間1 t后接收超聲回波信號(hào)，選通時(shí)間2 t決定了采樣的回波信號(hào)長(zhǎng)度，對(duì)應(yīng)于取樣分析的散射體樣本大小，散射體樣本在超聲波傳播方向的長(zhǎng)度為：

　　式中c0為流體中的聲速。散射體距離管壁的徑向位置為：