一种基于脉冲多普勒技术识别管道内气液两相流流型的方法

技术特征：
1.一种基于脉冲多普勒技术识别管道内气液两相流流型的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一：首先将超声换能器与超声检测仪相连接，超声检测仪与数字化仪连接，数字化仪与计算机相连接；然后往水箱中加入适量自来水，打开水泵后使管道中形成循环水；最后打开气泵往管道中注入压缩空气，通过调节阀控制气体流量；步骤二：将超声换能器靠近被测管道，并使其发射的超声波入射角为45
°
，超声检测仪在计算机的控制下产生脉冲信号，超声换能器将该信号转换为超声波向待测管道发射，同时接收超声波进入管道后遇移动散射体因声强反射作用产生回波信号；步骤三：计算机采用正交解调方法从超声换能器接收回波信号中提取所需的多普勒信号；步骤四：利用短时傅里叶变换提取回波信号中各种流型的多普勒振幅，绘制概率密度函数，并设定多普勒振幅阈值；步骤五：根据设定的阈值绘制时频谱图，通过观察时频谱图中多普勒振幅的颜色变化对各种流型进行识别。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二中声强反射率的表达式为：式中，为散射体的密度，为流体密度，c1为散射体中的声速，c2为流体的声速，z1为散射体的声阻抗，z2为流体的声阻抗。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三中使用正交解调方法提取多普勒回波信号时，首先由超声检测仪控制超声换能器不断发射脉冲频率为的超声波，然后由超声换能器接收回波信号，其中第n个脉冲在测量位置i处的接收时间t
ni
为:式中，d为被测粒子距离换能器的距离；d可表示为：其中c是超声波在液体中的传播速度，t是换能器从发射到接收信号的时间，根据该公式可以确定被测气泡在管道中的位置；被测粒子反射的回波信号f(t)可表示为:式中， 为脉冲重复时间t
prf
内被测粒子移动的距离；得到回波信号f(t)后，首先对回波信号进行正交解调，即用f(t)分别乘以正弦分量和
余弦分量，再通过低通滤波器消除载波分量和基频分量，得到的连续多普勒信号为：在t
ni
时刻对连续多普勒信号进行采样，得到离散的多普勒信号d
i
(n)为：式中，φ
i
为同向信号x
i
和正交信号x
q
的初始相位。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤四中使用短时傅里叶变换提取多普勒回波信号时，先对多普勒信号进行短时傅里叶变换，然后将信号分为多个相邻的窗口，并利用公式(7)将每个窗口的信号沿几个较短的时间转换为频谱；时频谱图在t时刻的多普勒振幅和频移可用公式(8)、(9)表示：通过短时傅里叶变换得到的时频谱图能直观的展现多普勒信号的时频特性，通过时频谱图能够判断测量通道上的气泡尺寸。

技术总结
本发明公开了一种基于脉冲多普勒技术识别管道内气液两相流流型的方法，基于脉冲多普勒原理，利用气液两相之间回波信号多普勒频移和振幅的差异，通过正交解调方法提取回波信号中的多普勒信号，并利用短时傅里叶变换绘制时频谱图，再通过时频谱图对测量通道中的气泡尺寸进行判断，从而对管道内流体的流型进行识别，具有检测速率快、准确性高，性能稳定、使用范围广泛的优点。范围广泛的优点。范围广泛的优点。


技术研发人员：李晓高 李浩冬 沈国浪 冯浩 王兴国
受保护的技术使用者：景德镇陶瓷大学
技术研发日：2022.07.27
技术公布日：2022/11/11