CN104296813A - 单收发器超声流量计设备及方法 - Google Patents

Abstract

单个波束形成超声换能器元件阵列(210)的元件被选择性地激活，从而将两个或更多个超声波束(220-222-224、230-232-234)引导到安装到或者制作在管道214内表面的已知位置处的一系列声学镜(255、260、265)。超声波束(220-222-224、230-232-234)在被单个换能器阵列(210)接收返回之前，通过流过管道(214)的流体以已知角度穿过测量路径段(224、234)。根据减去由已知长度的非测量路径段(220、230、222、232)提供的飞行时间(TOF)分量后的沿第一和第二超声波束路径(220-222-224、230-232-234)的TOF差计算沿流体流动路径的流体流动速率。TOF中的差由沿第一测量路径段(224)的增加的下游流体流动速率矢量分量和沿第二测量路径段(234)的减少的上游流体流动速率矢量分量引起。

Description

单收发器超声流量计设备及方法

技术领域

本文所描述的结构和方法涉及管道以及管路中流体流速的测量，包括比较通过流体发送的超声脉冲的飞行时间(TOF)从而检测下游流体速率以及上游流体速率对TOF做出的贡献。

背景技术

图1示出根据现有技术的流体流量测量技术的现有技术示意图。第一超声换能器110位于管道120上游的壁115处，第二超声换能器125位于管道120下游的壁130处。

第一超声信号从上游换能器110发射，并且穿过路径135A在下游换能器125处接收。测量第一超声信号发送和接收之间的飞行时间(TOF)T(1，2)。第二超声信号从下游换能器125发射，并且穿过路径135B在上游换能器110处接收。测量第二超声信号发送和接收之间的TOF T(2，1)。路径135A和135B长度L相等。每条路径135A和135B与管道120纵轴线成角度θ。

穿过管道120的流体流动速率提高了下游角度θ上传播的超声信号的速率，从而降低TOF(1，2)。同样地，穿过管道120的流体流动速率阻碍了上游角度θ上传播的超声信号的速率，从而增加TOF(2，1)。

具体来说，穿过路径135A的第一超声信号的速率是通过穿过管道120的静态型流体传播的超声能量的速率C和沿路径135A的流体速率U的速率矢量分量v的总和。U是平行于管道120的纵轴线流动的流体的总速率。也就是说，穿过长度为L的路径135A的第一超声信号的总速率等于C+v。因此TOF T(1，2)为：T(1，2)＝(距离)/(速度)＝L/(C+v)。

同样地，穿过路径135B的第二超声信号的速率为通过穿过管道120的静态型流体传播的超声能量的速率C与沿路径135B的流体速率U的速率矢量分量v之间的差。也就是说，穿过长度为L的路径135B的第二超声信号的总速率等于C-v。因此TOF T(2，1)为：T(2，1)＝(距离)/速度)＝L/(C-v)。

穿过静态流体的超声能量的速率C对于流过管道120的具体流体是常量。因此，测得的T(1，2)和T(2，1)提供上述两个方程式，其中v和L未知。求解上述两个方程式获得v：

$v=\frac{L}{2}\left[\frac{T\left(\mathrm{2,1}\right)-T\left(\mathrm{1,2}\right)}{T\left(\mathrm{1,2}\right)*T\left(\mathrm{2,1}\right)}\right]$

然而，TOF的测量值仅考虑沿流体流动速率U的测量路径135A和135B的矢量分量v。整个流体流动速率U等于v/cosθ。因此：

$U=\frac{L}{2\cos \mathrm{\θ}}\left[\frac{T\left(\mathrm{2,1}\right)-T\left(\mathrm{1,2}\right)}{T\left(\mathrm{1,2}\right)*T\left(\mathrm{2,1}\right)}\right]$

发明内容

本文所公开的设备和方法使用波束形成超声换能器元件阵列测量流过管路或管道的流体流速，其中超声换能器元件能够安装在管路或管道壁上的单个位置(本公开中所使用的术语“管道”和“管路”含义相同。)。波束形成驱动器电路与超声换能器元件阵列联合以提供从阵列发射以及在阵列处接收的超声能量的方向性控制。得到的超声波束通过安装或者制作在管道内表面的已知位置上的一系列声学镜引导返回单个超声阵列。本文所述的实施例在商业上的优点在于它们采用单个超声换能器/收发器单元而不是多个单元。这样做能够降低与超声换能器自身相关的成本，以及管道内的安装成本和安装后的校准成本。

波束形成驱动器电路选择性地激活阵列的换能器元件，从而将两个或更多个输出超声波束通过流过管道的流体引导到一个或更多个声学镜。在一些实施例中，声学镜安装在管道的内壁上。超声波束沿两种类型的路径段行进，这两种类型的路径段通过它们对波束TOF的效应被分类。“测量”超声路径段以与管道纵轴线成小于90度的角度穿过流体流动路径并包括上游或下游流体流动速率分量。“非测量”路径段要么以与管道纵轴线成90度的角度穿过流体流动路径，要么放置在管道内壁附近，在此处，流体流动速率基本为零。在两种情况下，非测量路径段有效地排除上游和下游流体流动速率分量。

沿流体流动路径的流体流动速率以及流体流动容积根据先前所呈现的实例中描述的TOF测量值计算。然而，在所公开的设备以及方法的情况下，从所测量的TOF总值中减去长度已知的非测量路径段对TOF时间的贡献。这样做使得根据测量路径段的TOF测量值部分计算流体流动速率以及容积。

附图说明

图1为示出流体流量测量技术的现有技术示意图。

图2为根据本发明的各个示例性实施例示出采用单波束形成超声换能器阵列的流体流量测量装置的示意图。

图3为根据各个示例性实施例示出采用一维波束形成超声换能器阵列的流体流量测量装置的示意图。

图4为根据各个示例性实施例示出采用单个二维波束形成超声换能器阵列的流体流量测量装置的示意图。

图5为根据各个示例性实施例示出采用单个凸面三维波束形成超声换能器阵列的流体流量测量装置的示意图。

图6为根据各个示例性实施例示出采用单个凸面三维波束形成超声换能器阵列的流体流量测量装置的示意图。

图7为根据各个示例性实施例示出采用单波束形成超声换能器阵列的流体流量测量装置的示意图，其中所述单波束形成超声换能器阵列被配置为附接到一维子阵列的二维子阵列。

图8为根据各个实例活动示出流体流量测量的方法的流程图。

图9为根据各个实例活动示出与实现流体流量测量方法的流体流量测量装置相关的超声波束序列的示意图。

图10为根据各个实例活动示出与实现流体流量测量方法的流体流量测量装置相关的超声波束序列的示意图。

图11为根据各个实例活动示出与实现流体流量测量方法的流体流量测量装置相关的超声波束序列的示意图。

图12为根据各个实例活动示出与实现流体流量测量方法的流体流量测量装置相关的超声波束序列的示意图，其包括受保护的流量屏障内的超声波束路径段。

图13为示出根据各个实例活动的流体流量测量方法的流程图。

图14根据各个实例活动示出由单波束形成超声换能器阵列同时发射的超声波束序列，其与实现流体流量测量方法的流体流量测量装置相关。

图15为根据各个实例活动示出超声波束序列实例，每个超声波束从单波束形成超声换能器阵列以不同的超声频率发射，所述超声波束序列与实现流体流量测量方法的流体流量测量装置相关联。

具体实施方式

图2为根据各个示例性实施例示出采用单波束形成超声换能器阵列210的流体流量测量装置205。换能器阵列210包括单独可选择的超声换能器元件且能够安装在管道214的壁212上的单个位置处。流体流量测量装置205提供对从换能器元件阵列210(例如，与波束路径220-222-224相关的波束路径段220和224以及与波束路径230-232-234相关的波束路径段230和234)发射并在换能器元件阵列210处接收的超声能量的方向控制。

单波束形成超声换能器阵列210的换能器元件包括大体积压电换能器元件、容性微机械超声换能器(CMUT)元件、压电微机械超声换能器(PMUT)元件或者它们的组合，如下面进一步描述的。

流体流量测量装置205还包括波束形成驱动器电路250，其通信地耦合到波束形成超声传感器阵列210。波束形成驱动器电路250选择性地激活换能器元件阵列210中的换能器元件的一个或更多个第一子阵列，从而引导两个或者更多个输出超声波束通过流过管道的流体。超声波束行进到安装在管道内壁上的一个或更多个声学镜并从一个或者更多个声学镜行进(例如，与路径220-222-224相关的声学镜255和260，以及与路径230-232-234相关的声学镜255和265)。需要注意的是，在一些实施例中，声学镜(一个或更多个)可以包括管道内壁的一部分。

波束形成驱动器电路250还选择性地激活来自阵列210的换能器元件的一个或更多个第二子阵列，从而感测以选定角度反射返回的信号(例如，沿着波束路径段224和234的反射返回的信号，其分别与沿着路径段220和230的两个输出超声波束中每一束相关)。

一些实施例中，换能器元件的第一和第二子阵列可以包括相同的元件和/或可以包含超声换能器元件阵列210中的所有元件。子阵列是否用于对发射和接收的超声波束进行方向控制取决于波束形成驱动器电路250控制的超声换能器元件阵列210实施的波束形成技术。

一些波束形成技术，例如，可以利用第一子阵列元件沿路径段220和230引导出射波束。第二子阵列可用于监听来自测量路径224方向的第一返回信号，并且第三子阵列可用于监听来自测量路径234方向的第二返回信号。一些实施例可使用相控阵列技术选择性地激励超声换能器元件阵列210的单个元件和/或元件的子阵列，从而控制波束瓣形成，从而控制波束方向。尤其，在时域、频域、相位域和幅值域的一个或更多个中可选择地激励单独元件和/或元件的子阵列。

流体流量测量装置205还包括控制和测量模块275，其通信地耦合到换能器元件阵列210。控制和测量模块275测量两个或更多个超声波束中的每一个(例如，与波束路径220-222-224以及230-232-234相关的波束)从换能器元件阵列210发射到在阵列210处接收相应返回的信号的TOF。

控制和测量模块275根据分别穿过第一和第二路径220-222-224和230-232-234的两束波束之间的TOF差值计算通过管道214的流体流动速度。TOF的至少一部分差值源自沿着第一路径220-222-224测量段224的增加的下游流体流动速率矢量分量。TOF的另一部分差值源自沿着第二路径230-232-234的测量段234的减少的下游流体流动速率矢量分量。两个测量段224和234都以与管道纵轴线成小于90度的角度穿过流体。一些实施例中，第一和第二路径测量段224和234等长，并且相应的下游和上游流体流动速率分量幅值相同、方向相反。

一些流体流量测量装置205的实施例中，声学镜(一个或更多个)可以经配置以沿着管道的内壁在上游方向反射超声波束的一个(在此处，流体的流速为零或者基本为零)，并且沿着管道内壁在下游方向反射超声波束的另一个(在此处，流体流速为零或者基本为零)。

图3-5为根据各个示例性实施例示出采用波束形成超声换能器元件阵列210A-210C的流体流量测量装置205的示意图。换能器阵列210A-210C可分别形成为一维阵列，二维阵列和三维阵列。图5的阵列210C通过向图4的阵列210B加入凸起曲面而形成为三维的。

图6为根据各个示例性实施例示出采用凸面三维波束形成超声换能器阵列210C的流体流量测量装置205的示意图。阵列210C安装在管道214处并且示出波束路径(例如，图2的波束路径230-232-234)。从阵列发射的波束路径(例如，波束路径段230)以及在阵列处接收的波束路径(例如，波束路径段234)之间的角度差可以由阵列两端的凸出曲面、如下进一步所述的电子波束方向控制或者两者产生。

图7为根据各个示例性实施例示出采用单波束形成超声换能器阵列210D的流体流量测量装置205的示意图。阵列210D形成为换能器元件的多个子阵列(例如，与一维子阵列715邻接的二维子阵列710)。换能器元件的多个子阵列能够沿着从阵列210D延伸的波束路径和/或延伸到阵列210D的波束路径发射超声波束，两个波束路径都平行且垂直于管道214的纵轴线。

图8为根据各个实例活动示出流体流量测量的方法800的流程图。方法800在方框810处开始，选择性地激活能够安装在管道壁的单个位置处的换能器元件阵列中的元件(例如，图2的换能器元件阵列210)。换能器元件在第一时间被选择性地激活从而产生被朝向声学镜(例如，声学镜255)引导的第一超声波束(例如，超声波束段220)。声学镜与第一系列声学镜(例如，声学镜系列255和260)相关。

方法800包括在方框815处沿第一路径(例如，图2的路径220-222-224)引导第一超声波束。第一路径包括一个或更多个第一路径测量段(例如，路径测量段224)。路径测量段以与管道的纵轴线成小于90度的角度穿过流过管道的流体。路径测量段在包括增加的下游流体流动速率矢量分量的方向上前进。方法800还包括在方框820处在第二时间在换能器元件阵列处接收返回的第一超声波束。

方法800还包括在方框825处在换能器元件阵列处产生第二超声波束(例如，图2的超声波束段230)。第二超声波束在第三时间被引导朝向与第二系列声学镜(例如，图2的声学镜系列255和265)相关的声学镜(例如，声学镜255)。

方法800在方框830处继续，沿着第二路径(例如，图2的路径230-232-234)引导第二超声波束。第二路径包括一个或更多个第二路径测量段(例如，图2的路径测量段234)。第二路径测量段以与管道的纵轴线成小于90度的角度穿过流过管道的流体。路径测量度在包括减少的上游流体流动速率矢量分量的方向上行进。方法800还包括在方框835处，在第四时间在换能器元件的单个阵列处接收返回的第二超声波束。

方法800在方框840处终止，如上面详细讨论的计算通过管道的流体流动速度。流体流动速度是第一和第二超声波束之间的TOF的差值的函数。TOF的至少一部分差值是沿着第一路径测量段的增加下游流体流动速率矢量分量以及沿着第二路径测量段的减小的下游流体流动速率矢量分量的结果。在方法800的一些实施方式中，第一和第二路径等长，并且下游和上游流体流动速率矢量分量幅值相同、方向相反。

图9-11示出实现方法800的流体流量测量装置205产生的超声波束的示例性序列图。方法800的一些实施方式包括沿着管道214的内壁(在此处，流体的流速基本上为零)反射第一和第二超声波束。实例包括图2的波束路径段222和232、图9的路径段922和932和图10的路径段1022、1026、1030以及1034。

方法800的一些实施方式包括穿过换能器元件阵列210和与换能器元件阵列210相对的单个声学镜或管道214的内壁之间的第一和第二路径测量段，如图11所示的路径1120-1122和1130-1132。

图12为根据各个实例活动示出与实现方法800的流体流量测量装置205相关的超声波束序列的示意图，其包括受保护的流动屏障内的超声波束路径段。方法800可以包括在沿着管道214的内壁形成的封闭通道1250内反射第一和第二超声波束的非测量路径段(例如，路径段1222和1232)。这样做进一步将第一和第二超声波束的非测量路径段与流体隔离。

在方法800的一些版本中，第一和第二路径的每个可以包括各种类型的路径段。路径段类型包括与管道的纵轴线正交的路径段(例如，图2的路径段220和230；图9的路径段924和934；图10的路径段1020和1036；和图12的路径段1220和1230)。沿着这种正交路径段的流体流动速率分量为零或者基本为零。第一和第二路径的每个还可以包括沿管道的内壁(在此处，流体的流速基本为零，如前所述)延伸的路段。每个路径附加包括一个或更多个路径测量段(例如，图2的路径测量段224和234；图9的路径测量段920和930；图10的路径测量段1024和1032；图11的路径测量段1120、1122、1130和1132和图12的路径测量段1224和1234)。

方法800的一些实施方式包括穿过换能器元件阵列和第一声学镜之间的第一路径测量段以及穿过换能器元件阵列和第二声学镜之间的第二路径测量段(例如，图2的路径测量段224和234；图9的路径测量段920和930；图12的路径测量段1224和1234)。方法800的其他实施方式包括穿过声学镜之间的路径测量段(例如，图10的路径测量段1024和1032)。

图13为根据各个实例活动示出流体流量测量的方法1300的流程图。附图14为根据各个实例活动，示出同时由单波束形成换能器阵列210发射的超声波束序列，其与实现方法1300的流体流量测量装置205相关。与方法1300相关的活动参考附图14中所示的波束序列在下面进行描述。

方法1300从方框1310开始，选择性地激活能够安装在管道壁上的单个位置处的换能器元件阵列(例如，图14的换能器元件阵列210)中的元件。在第一时间选择性地激活换能器元件从而产生被朝向一个或更多个声学镜(例如，声学镜1450)引导的第一和第二超声波束(例如，超声波束段1420A和1420B)。声学镜(一个或更多个)与第一系列和第二系列声学镜相关(例如，声学镜系列1450和1455以及声学镜系列1450和1460)。

方法1300包括在方框1315处，沿第一路径(例如，图2的路径1420A-1422A-1424A)引导第一超声波束。第一路径包括一个或更多个第一路径测量段(例如，路径测量段1424A)。路径测量段以与管道的纵轴线成小于90度的角度穿过流过管道的流体。路径测量段在包括增加的下游流体流动速率矢量分量的方向上行进。

方法1300还包括在方框1320处，沿第二路径(例如，图14的路径1420B-1422B-1424B)引导第二超声波束。第二路径包括一个或更多个第二路径测量段(例如，路径测量段1424B)。路径测量段以与管道的纵轴线成小于90度的角度穿过流过管道的流体。路径测量段在包括减少的上游流体流动速率矢量分量的方向上行进。

方法1300还包括在方框1325处，在第二时间在单个换能器元件阵列处接收返回的第一超声波束。方法1300还包括在方框1335处，在第三时间在单个换能器元件阵列处接收返回的第二超声波束。在方框1340处，方法1300的一些版本基于在单个换能器阵列处由返回信号产生的干扰图案来区分第一和第二返回信号。

图15为根据各个示例性序列，示出超声波束的示例序列的示意图，每个超声波束都从单波束形成超声换能器阵列以不同的超声频率发射，所述超声波束的示例序列与实现方法1300的流体流量测量装置205相关。穿过波束路径1520F1-1522F1-1524F1的频率F1的超声波束与穿过波束路径1520F2-1522F2-1524F2的频率F2的超声波束被同时发射。在方框1345处，方法1300的一些版本基于超声发射频率F1和F2区分第一和第二返回信号。

方法1300在方框1350处终止，如上面详细讨论的，计算通过管道的流体流动速度。流体流动速度是第一和第二超声波束之间的TOF差值的函数。TOF的至少一部分差值是沿第一路径测量段的增加的下游流体流动速率矢量分量以及沿第二路径测量段的减少的上游流体流动速率矢量分量的结果。方法1300的一些实施方式中，第一和第二路径等长，并且下游和上游流体流动速率矢量分量幅值相同、方向相反。

本文所述的设备、系统和方法可以用于除了单一传感器流体流量测量之外的各种应用中。单一传感器流体流量测量的设备205、方法800和1300的实例旨在提供对各种实施例的各种方法和结构的顺序的普通理解。并不打算用于对方法、设备和系统的所有元件和特征进行完整的说明，这些方法、设备和系统可以利用这些示例性序列和结构。各种实施例可以并入流体流动系统中以用于工业、石油化工、医药、科研、计算机以及其他应用。

本文公开的设备和方法包括安装在管道表面的单个位置处的单超声换能器元件阵列以及相关的驱动器和测量电路，从而对在阵列处发射和接收的超声能量提供方向控制。得到的超声波束被安装在或者制作在管道内表面的已知位置处的一系列声学镜引导回到单超声阵列。本文所说明的实施例在商业上的优点在于它们使用单超声换能器/收发器单元而不是多个单元。这样做降低了与超声换能器自身相关的成本以及在管道内安装的成本和安装后的校准成本。

通过示例而非限制的方式，附图示出了本主题可以实施的具体方面。应当注意的是，连接线的一端或两端的箭头旨在示出电流流动，数据流动、逻辑流动等的一般方向。连接器线箭头并不打算将这种流动限制到一个具体方向而排除任何相反方向的流动。所示的各种方面被足够详细地描述从而使本领域技术人员能够实施本文所公开的教导。也可以使用其他方面或从其中推导，从而在不偏离本公开的范围的情况下可以做出结构和逻辑替换以及改变。因此，具体实施例部分并不是限制意义。各个方面的宽度由所附权利要求以及这种权利要求赋予的等同物的整个范围来限定。

本发明的主题的这些方面在此单独或者合并地采用“发明”这一术语，仅仅是为了方便，而并不旨在在多于一个实际上已经公开的情况下，主动地将该申请限定到任何单独的发明或者发明理念。因此，尽管在此已经示出并且描述了具体方面，但是任何计算出来的能够实现相同目的的配置可以替换所示的具体方面。本公开旨在覆盖各个方面的任意一个或全部的适应性或者变体。

提供本公开的摘要以满足37 C.F.R.§1.72(b)，其要求摘要允许读者快速确定所公开技术的性质。应该理解其提交并不是用于解释或者限定权利要求的范围或意义。在前面的具体实施方式部分，各种特征以单个实施例一起分组，其目的在于使得公开更流畅。这种公开的方法不被解释为要求比每个权利要求中明确引用的特征更多的特征。相反，发明的主题可以在比单个公开的实施例的所有特征更少的特征中找到。据此，下面权利要求并入具体实施例中，其中每个权利要求自身代表一个独立的实施例。

Claims (20)

1.一种流体流量测量设备，包括：

波束形成超声换能器元件阵列，其能够安装在管道壁的单个位置处以提供超声能量的方向控制，所述超声能量从所述换能器元件阵列发射并在所述换能器元件阵列处接收；以及

波束形成驱动器电路，其通信地耦合到所述波束形成超声换能器元件阵列，以选择性地激活所述换能器元件阵列的至少一个第一子阵列，从而将至少两个输出的超声波束通过流过所述管道的流体引导到安装在所述管道的内壁处的至少一个声学镜，并选择性地激活换能器元件的至少一个第二子阵列，从而以所选择的角度感测与所述至少两个输出的超声波束相关的反射的返回信号。

2.根据权利要求1所述的流体流量测量设备，进一步包括：

控制和测量模块，其通信地耦合到所述波束形成超声换能器元件阵列以测量所述至少两个超声波束从所述超声元件阵列的发射到所述超声元件阵列处所述返回信号的接收的飞行时间即TOF，并根据能够穿过第一路径的所述至少两个超声波束中的第一个和能够穿过第二路径的所述至少两个超声波束中的第二个之间的TOF的差计算流体流动速度，TOF的至少一部分差是由沿第一路径测量段的增加的下游流体流动速率矢量分量和沿第二路径测量段的减少的上游流体流动速率矢量分量引起，其中所述第一路径测量段以与管道的纵轴线成小于90度的角度穿过所述流体，所述第二路径测量段以与管道的纵轴线成小于90度的角度穿过所述流体。

3.根据权利要求2所述的流体流量测量设备，所述第一和第二路径测量段长度相等，并且所述下游和上游流体流动速率分量的幅值相同、方向相反。

4.根据权利要求1所述的流体流量测量设备，所述换能器元件的第一和第二子阵列包括相同元件。

5.根据权利要求1所述的流体流量测量设备，所述至少一个声学镜经配置以沿所述管道的所述内壁反射所述第一和第二超声波束，其中所述流体的流速基本为零。

6.根据权利要求1所述的流体流量测量设备，所述波束形成超声换能器元件阵列形成为一维阵列、二维阵列或三维阵列中的至少一个。

7.根据权利要求1所述的流体流量测量设备，所述波束形成换能器元件阵列形成为多个换能器元件子阵列，所述多个换能器元件子阵列能够沿着从所述波束形成换能器元件阵列延伸和/或延伸到所述波束形成换能器元件阵列的波束路径段投射所述超声波束，所述波束路径段两者都平行且垂直于所述管道的纵轴线。

8.根据权利要求1所述的流体流量测量设备，所述换能器元件阵列的至少一个换能器元件选自包括下列项的组：大体积压电换能器元件、容性微机械超声换能器元件，即CMUT元件，以及压电微机械超声换能器元件，即PMUT元件。

9.根据权利要求1所述的流体流量测量设备，所述至少一个声学镜由所述管道的所述内壁的一部分形成。

10.一种流体流量测量方法，包括：

在第一时间，选择性地激活能够安装在管道壁上的单个位置处的换能器元件阵列的元件，从而产生朝着与第一系列声学镜相关的声学镜引导的第一超声波束；

沿包括至少一个第一路径测量段的第一路径引导所述第一超声波束，从而在包括增加的下游流体流动速率矢量分量的方向上以与所述管道的纵轴线成小于90度的角度穿过流过所述管道的流体；

在第二时间，在所述换能器元件阵列处接收返回的所述第一超声波束；

在第三时间，在所述换能器器元件阵列处，生成朝向与第二系列声学镜相关的声学镜引导的第二超声波束；

沿包括至少一个第二路径测量段的第二路径引导所述第二超声波束，从而在包括减少的上游流体流动速率矢量分量的方向上以与所述管道的纵轴线成小于90度的角度穿过流过所述管道的流体；

在第四时间，在所述换能器元件阵列处接收返回的所述第二超声波束；

根据所述第一和第二超声波束之间的飞行时间即TOF的差计算流体流量速度，TOF的至少一部分差是由沿所述第一路径测量段的增加的下游流体流动速率矢量分量以及沿所述第二路径测量段的减少的下游流体流动速率矢量分量引起。

11.根据权利要求10所述的流体流量测量方法，其中所述第一和第二路径长度相等，并且所述下游和上游流体流动速率矢量分量的幅值相同、方向相反。

12.根据权利要求10所述的流体流量测量方法，进一步包括：

沿所述管道的所述内壁反射所述第一和第二超声波束，其中所述流体的流速基本为零。

13.根据权利要求10所述的流体流量测量方法，进一步包括：

在沿所述管道的所述内壁形成的密闭通道内反射所述第一和第二超声波束，从而将所述第一和第二超声波束与所述流体隔离。

14.根据权利要求10所述的流体流量测量方法，所述第一和第二路径中的每一个包括与所述管道的所述纵轴线正交的段，以及沿所述管道的所述内壁延伸的段，其中所述流体的流速基本为零；所述第一路径附加地包括所述第一路径测量段，并且所述第二路径附加地包括所述第二路径测量段。

15.根据权利要求10所述的流体流量测量方法，进一步包括：

穿过所述换能器元件阵列和第一声学镜之间的所述第一路径测量段；以及

穿过所述换能器元件阵列和第二声学镜之间的所述第二路径测量段。

16.根据权利要求10所述的流体流量测量方法，进一步包括：

穿过两个声学镜之间的所述第一和第二路径测量段。

17.根据权利要求10所述的流体流量测量方法，进一步包括：

穿过所述换能器元件阵列和与所述换能器元件阵列相对的单个声学镜或所述管道的内壁的至少一个之间的所述第一和第二路径测量段。

18.一种流体流量测量方法，包括：

在第一时间，选择性地激活能够安装在管道壁上的单个位置处的换能器元件阵列的元件，从而生成第一超声波束和第二超声波束，所述第一超声波束朝向与第一系列声学镜相关的声学镜引导，并且所述第二超声波束朝向与第二系列声学镜相关的声学镜引导；

沿包括至少一个第一路径测量段的第一路径引导所述第一超声波束，从而在增加的下游流体流动速率矢量分量的方向上以与所述管道的纵轴线成小于90度的角度穿过流过所述管道的流体；

在第二时间，在所述换能器元件阵列处接收返回的所述第一超声波束；

沿包括至少一个第二路径测量段的第二路径引导所述第二超声波束，从而在减少的上游流体流动速率矢量分量的方向上以与所述管道的所述纵轴线成小于90度的角度穿过流过所述管道的流体；

在第三时间，在所述换能器元件阵列处接收返回的所述第二超声波束；

根据所述第一和第二超声波束之间的飞行时间即TOF的差计算流体流量速度，TOF的至少一部分差是由沿所述第一路径测量段的增加的下游流体流动速率矢量分量和沿所述第二路径测量段的减少的上游流体流动速率矢量分量引起。

19.根据权利要求18所述的流体流量测量方法，进一步包括：

基于与所述换能器元件阵列处感测到的各自返回的信号相关的干涉图案从所述第一和第二超声波束中区分各自的返回信号。

20.根据权利要求18所述的流体流量测量方法，进一步包括：

通过以不同于发射所述第二超声波束的频率的频率发射所述第一超声波束，从所述第一和第二超声波束中区分所述各自的返回信号。