基于二维超声相控阵的流量测量技术研究

罗 浩

(新疆维吾尔自治区水利科技推广总站，乌鲁木齐 830000)

1 概 述

基于瞬时超声技术的流量测量，在水利、石化和医学行业中越来越流行[1-2]。在这种方法中，两个超声换能器相对放置在上下游，通过测量超声束上下游传播的时间差可以得到平均流速。然而，超声信号的信噪比经常受到声波漂移的影响，延长了接收时间，增加了测量范围，降低了检测概率，而且传感器的安装误差会进一步降低流量测量的精度。本文介绍了一种基于相控阵技术的超声波流量测量方法。使用相控阵的一个优点是，高流速引起的超声波束传播方向的变化可以通过波束控制进行电子和动态补偿，从而实现最佳信噪比、更宽的测量范围以及使用多个超声波路径进行测量[3-4]。

弯曲超声换能器利用板弯曲模式工作，能够在空气和水等低声阻抗流体中产生和接收超声波，具有较高的转换效率、鲁棒性和相对较低的成本。将弯曲超声换能器与相控阵技术相结合，可以实现这些优点，本研究验证了二维弯曲超声相控阵技术在流量测量中的适用性。

2 研究方法

相控阵流量仪器测量系统由二维超声相控阵和单个超声换能器组成。建议在相控阵系统的最终版本中，只使用相控阵传感器，可增加最终系统的灵活性。流量测量配置的横截面见图1，其中传感器1为单个超声波换能器，阵列元件A、B、C和D分别代表四元线性阵列。单个传感器以相对于阵列法线方向的θ角面向阵列中心。……