CN106679748B - 航天器超声波流量与两相流同步测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航天器超声波流量与两相流同步测量方法与装置，通过第一超声波探头将激励的设定频率的声波信号穿过航天器流体管道内的被测流体后传输给第二超声波探头；测量穿过被测流体后的声波信号的传播相位和幅度，同步获取被测流体的流量信息和气泡信息。本发明提供的航天器超声波流量与两相流同步测量方法及装置，采用一套装置同步实现对卫星管道中的流量测量与气泡检测，从而提高超声波测量装置集成化程度，增加利用效率；降低风险、成本、体积与重量。

Description

航天器超声波流量与两相流同步测量方法及装置

技术领域

本发明涉及航天器领域，特别地，涉及一种航天器超声波流量与两相流同步测量方法及装置。

背景技术

对于管道中的流量或气泡两相流的测量，现有技术中存在诸如涡街、涡轮以及电磁测量方法，而超声波测量技术以不侵入被测介质、无运动部件、不影响流场和可测量导电介质等优点，在工业中已有相关方案采用超声波测量技术分别解决管道流量测量与气泡检测的方法。

工业所用超声波流量测量方法大多采用脉冲波体系。具体而言，以图1为例，第一超声波探头1发射一个或者一束脉冲波，第二超声波探头2检测声波到达时间，记为t₁。另一方面，超声波探头2发射脉冲波，第一超声波探头1检测声波到达时间，记为t₂。

记声波在无约束静水中的传播速度为c，管道流动的平均流速为u，声波传播通道距离为L。在u²<<c²的情况下，管道流动的平均流速可以表示为：

在管道横截面积A已知的情况下，管道流动流量可以表示为：

由于声波在管道中传播存在各种传播模式，每一种传播模式具有不同的传播速度。随着频率的增加，传播模式更多，导致对到达波的检测非常困难，如图2所示。另一方面，由于脉冲波的宽频特点，声波在探头共振频率上的激励能量将减小，导致接收信号的信噪比降低。此外，工业生产中的超声波探头存在不一致，使得两个超声波探头的共振频率不一致，而且随着外界环境的改变而变化。

这些问题在脉冲波体系下无法避免。而在连续波激励中，能量能够集中在固定频点上，信噪比将增加。另一方面，连续波体系下的超声波探头处于受迫振动状态，很好地解决了频率不一致的问题。Yang提出了一种基于连续波体系的流量测量方法，然而该方法只适用于不存在模糊数的情况，测量范围受到了限制。为了得到较大的测量范围，基于连续波与脉冲波体系的技术由Folkestad提出，然而该方法中的频率不一致性也没有得到解决。超声波流量计利用管道流动中声波顺逆流传播的显著区别，通过处理声波信号获得管道平均流速信息，进而预测管道流动流量。作者Yang提出了一种基于侧音测量的连续波流量测量方法，如图3所示，利用不同侧音的相位解决了测量模糊数的问题，理论上扩大了连续波体系的流量测量范围。该方法解决了管道流量的宽范围与高精度测量问题，但是没有解决气泡两相流的检测问题。

对于两相流测量方法，主要有两大类，一种是基于目测方法，即通过人直接观察管道内部的流动状态，但是这种方法缺点明显。由于现场环境等因素，管道透明度影响，以及人为误差等因素的影响。对于空间自主测量而言，该方法行不通。

基于差压传感器的流体检测技术运用差压传感器安装在两相流的实验管段，在流体流动期间采集两相流的过程检测参数，但是由于测量精度和成本的原因，现如今普遍采用这种测量方法进行测量，但是该方法需要接触被测介质。高速摄影，需要利用高速摄摄像机，通过透明的实验管段或者窗口来进行现场拍摄，并且针对不同的流动状态进行，相比较而言高速摄像方法较目测法有了进一步的改进。但是，在复杂工况条件下，高速摄影由于受到光照条件，两相流体容易受到反射折射的影响。射线吸收的方法，通过设备发出相应的X射线或者多束射线使之穿过两相流的管壁，通过最终测得射线的衰减程度最终确定管段的吸收情况，从而判别出管道内部的流动状况。缺点就是关于发射探头的选择尤为关键，以及合适的材料减少管道材质对射线的吸收。接触式探头，如光导探头或者电导方式，利用光或者电的导电性进行检测，从而确定流体的流动介质情况。这种测量方法缺点就是需要接触管道内部的流体，探头易受到介质的影响，并且会影响流场的分布。过程层析成像，主要方法有电容层析成像和电阻层析成像，超声成像，微波成像等测量原理选择适当的敏感元件，并且能够对两相流型进行在线检测，这些方法配置较为复杂。

在间接法测量方面，超声波技术应用较为广泛。对于两相流检测问题，当液体中存在气泡时，可以采用多普勒效应对其测量，但是超声多普勒方法不能测量纯净流体。由于空间流体总体处于单相流动状态，两相流状态出现的可能性较小，多普勒方法应用效益低下。对于超声波气泡检测方法，工业上主要采用三种方法进行测量：超声波散射法、反射法以及渗透法。

超声波散射法根据超声波散射效应，利用非集流、非转子的方式来测量混合介质中含气率，从而实现含气率的测量，由于散射法将影响流场，不能很好地体现超声波检测技术的非侵入优点。超声波回波反射法根据超声波穿透管道后在管壁处形成回波信号，并根据回波信号的大小计算声阻抗。通过分析声阻抗以及渡越时间等参数来分析两相流。超声波透射法是利用超声波在穿越气液两相流的过程中遇到两相形成的阻抗界面时，会产生反射以及吸收衰减，从而导致接收到的超声波信号能量降低，并且信号能量的衰减幅度与气相的含量有关。在气泡存在下，由于超声波回波的能量较低，超声发射探头100安装在第一壁面200管径侧壁，超声接收探头500安装在第二壁面200管径侧壁，样品池200设置在第一壁面200和第二壁面200之间，如图4所示。

由于传统的超声波流量与两相流测量方法利用不同的原理，需要用两套测量装置实现，增加了空间设备的体积，重量以及安全风险等，因此，现有技术中无法采用一套测量装置来同时测量流量与两相流，是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种航天器超声波流量与两相流同步测量方法及装置，以解决现有技术中无法采用一套测量装置来同时测量流量与两相流的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供一种航天器超声波流量与两相流同步测量方法，应用于航天器流量与两相流同步测量仪中，航天器流量与两相流同步测量仪包括设置在航天器流体管道的外壁的对应位置上的第一超声波探头和第二超声波探头，该航天器超声波流量与两相流同步测量方法包括：

通过第一超声波探头将激励的设定频率的声波信号穿过航天器流体管道内的被测流体后传输给第二超声波探头；

测量穿过被测流体后的声波信号的传播相位和幅度，同步获取被测流体的流量信息和气泡信息。

进一步地，通过第一超声波探头将激励的设定频率的声波信号穿过航天器流体管道内的被测流体后传输给第二超声波探头的步骤之前还包括：

采用锁相环对穿过航天器流体管道内的纯净流体后的声波信号进行跟踪，获取纯净流体中声波幅度值和幅度变化方差，并将获取的纯净流体中声波幅度值和幅度变化方差作为纯净流体标准幅度阈值存储在数据库中。

进一步地，测量穿过被测流体后的声波信号的传播相位和幅度，同步获取被测流体的流量信息和气泡信息的步骤包括：

若识别到锁相环无法对被测流体中声波传播相位差进行相位锁定时，则初步判断被测流体内存在气泡，并对被测流体中的声波幅度值和幅度变化方差进行测量。

进一步地，若识别到锁相环无法对被测流体中声波传播相位差进行相位锁定时，则初步判断被测流体内存在气泡，并对被测流体中的声波幅度值和幅度变化方差进行测量的步骤之后还包括：

将测量出的被测流体中的声波幅度值和幅度变化方差与事先存储在数据中的纯净流体标准幅度阈值进行比较，若测量出的被测流体中的声波幅度值和幅度变化方差不在纯净流体标准幅度阈值范围内时，则判定被测流体中存在气泡。

进一步地，将测量出的被测流体中的声波幅度值和幅度变化方差与事先存储在数据中的纯净流体标准幅度阈值进行比较，若测量出的被测流体中的声波幅度值和幅度变化方差不在纯净流体标准幅度阈值范围内时，则判定流体中存在气泡的步骤之后还包括：

根据预先建立在数据库中的声波幅度值与含气率映射表和测量出的被测流体中的声波幅度值，获取被测流体的含气率，其中，声波幅度值与含气率映射表中映射有声波幅度值与含气率的对应关系，该对应关系可对在轨测量到的纯净流体中的声波幅度值进行在线修正。

根据本发明的另一方面，还提供了一种航天器超声波流量与两相流同步测量装置，应用于航天器流量与两相流同步测量仪中，航天器流量与两相流同步测量仪包括设置在航天器的航天器流体管道的外壁的对应位置上的第一超声波探头和第二超声波探头，航天器超声波流量与两相流同步测量装置包括：

激励模块，用于通过第一超声波探头将激励的设定频率的声波信号穿过航天器流体管道内的被测流体后传输给第二超声波探头；

获取模块，用于测量穿过被测流体后的声波信号的传播相位和幅度，同步获取被测流体的流量信息和气泡信息。

进一步地，航天器超声波流量与两相流同步测量装置还包括预置模块，

预置模块，用于采用锁相环对穿过航天器流体管道内的纯净流体后的声波信号进行跟踪，获取纯净流体中声波幅度值和幅度变化方差，并将获取的纯净流体中声波幅度值和幅度变化方差作为纯净流体标准幅度阈值存储在数据库中。

进一步地，获取模块包括相位检测单元，

相位检测单元，用于若识别到锁相环无法对被测流体中声波传播相位差进行相位锁定时，则初步判断被测流体内存在气泡，并对被测流体中的声波幅度值和幅度变化方差进行测量。

进一步地，获取模块还包括幅度比较单元，

幅度比较单元，用于将测量出的被测流体中的声波幅度值和幅度变化方差与事先存储在数据中的纯净流体标准幅度阈值进行比较，若测量出的被测流体中的声波幅度值和幅度变化方差不在纯净流体标准幅度阈值范围内时，则判定被测流体中存在气泡。

进一步地，获取模块还包括含气率获取单元，

含气率获取单元，用于根据预先建立在数据库中的声波幅度值与含气率映射表和测量出的被测流体中的声波幅度值，获取被测流体的含气率，其中，声波幅度值与含气率映射表中映射有声波幅度值与含气率的对应关系，该对应关系可对在轨测量到的纯净流体中的声波幅度值进行在线修正。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的航天器超声波流量与两相流同步测量方法及装置，通过第一超声波探头将激励的设定频率的声波信号穿过航天器流体管道内的被测流体后传输给第二超声波探头；测量穿过被测流体后的声波信号的传播相位和幅度，同步获取被测流体的流量信息和气泡信息。本发明提供的航天器超声波流量与两相流同步测量方法及装置，采用一套装置同步实现对卫星管道中的流量测量与气泡检测，从而提高超声波测量装置集成化程度，增加利用效率；降低风险、成本、体积与重量。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是微小管径超声波流量测量示意图；

图2是脉冲波测量中接收声波信号示意图；

图3是侧音连续波体系下的激励信号示意图；

图4是超声波回波发射法的探头安装方式示意图；

图5是本发明航天器超声波流量与两相流同步测量方法第一实施例的流程示意图；

图6是本发明航天器超声波流量与两相流同步测量方法第二实施例的流程示意图；

图7是图5中测量穿过所述被测流体后的声波信号的传播相位和幅度，同步获取所述被测流体的流量信息和气泡信息的步骤的细化流程示意图；

图8是本发明航天器超声波流量与两相流同步测量装置第一实施例的结构框图；

图9是本发明航天器超声波流量与两相流同步测量装置第二实施例的结构框图；

图10是图8中获取模块优选实施例的功能模块示意图。

附图标号说明：

100、超声发射探头；200、第一壁面；300、第二壁面；400、样品池；500、超声接收探头；10、激励模块；20、获取模块；30、预置模块；21、相位检测单元；22、幅度比较单元；23、含气率获取单元。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图5，本发明的优选实施例提供了一种航天器超声波流量与两相流同步测量方法，应用于航天器流量与两相流同步测量仪中，航天器流量与两相流同步测量仪包括设置在航天器的航天器流体管道的外壁的对应位置上的第一超声波探头和第二超声波探头，该航天器超声波流量与两相流同步测量方法包括：

步骤S100、通过第一超声波探头将激励的设定频率的声波信号穿过航天器流体管道内的被测流体后传输给第二超声波探头。

首先将第一超声波探头和第二超声波探头相对设置在航天器的航天器流体管道的两侧外壁上，其中，航天器流体管道可以为微小管道，直径在4～10mm，航天器流体管道内载有流动的被测流体，被测流体可能是单相介质，也可能是双相介质，例如气泡两相流。然后通过第一超声波探头将激励的设定频率的连续声波信号穿过航天器流体管道内的被测流体后传输给第二超声波探头。

步骤S200、测量穿过被测流体后的声波信号的传播相位和幅度，同步获取被测流体的流量信息和气泡信息。

通过超声波流量计测量穿过被测流体后的声波信号的传播相位得到被测流体中声波传播相位，以及通过超声波气泡计检测穿过被测流体后的声波信号的幅度得到被测流体中声波传播幅度。根据超声波流量计测量到的被测流体中声波传播相位，获取被测流体的流量信息。根据超声波气泡计检测到的被测流体中声波传播幅度，获取被测流体的气泡信息。在本实施例中，根据超声波流量计和超声波气泡计测得的声波在传播过程中的相位与幅度，并通过对相位与幅度进行处理，得到流量与两相流信息。

本实施例提供的航天器超声波流量与两相流同步测量方法，通过第一超声波探头将激励的设定频率的声波信号穿过航天器流体管道内的被测流体后传输给第二超声波探头；测量穿过被测流体后的声波信号的传播相位和幅度，同步获取被测流体的流量信息和气泡信息。本实施例提供的航天器超声波流量与两相流同步测量方法，采用一套装置同步实现对卫星管道中的流量测量与气泡检测，从而提高超声波测量装置集成化程度，增加利用效率；降低风险、成本、体积与重量。

优选地，如图6所示，图6是本发明航天器超声波流量与两相流同步测量方法第二实施例的流程示意图，在第一实施例的基础上，步骤S100之前还包括：

步骤S100A、采用锁相环对穿过航天器流体管道内的纯净流体后的声波信号进行跟踪，获取纯净流体中声波幅度值和幅度变化方差，并将获取的纯净流体中声波幅度值和幅度变化方差作为纯净流体标准幅度阈值存储在数据库中。

在侧音测相过程中，对于某一设定频率f，其传播相位差采用锁相环进行跟踪，同时跟踪顺流或者逆流传播过程中的声波幅度信息，获取纯净流体中声波幅度值和幅度变化方差，存储纯净流体中的纯净流体幅度值X₀和纯净流体幅度变化方差S₀，并将获取的纯净流体幅度值X₀和纯净流体幅度变化方差S₀作为纯净流体标准幅度阈值存储在数据库中，以便于与被测流体进行对比，快速识别带有两相流的被测流体。

本实施例提供的航天器超声波流量与两相流同步测量方法，预先在数据库中建立纯净流体标准幅度阈值，以便于与被测流体进行对比，从而快速识别带有两相流的被测流体。本实施例提供的航天器超声波流量与两相流同步测量方法，解决了气泡两相流的检测问题，且检测方便快捷。

优选地，如图7所示，图7是本发明航天器超声波流量与两相流同步测量方法中S200的细化流程示意图，在本实施例中，步骤S200包括：

步骤S210、若识别到锁相环无法对被测流体中声波传播相位差进行相位锁定时，则初步判断被测流体内存在气泡，并对被测流体中的声波幅度值和幅度变化方差进行测量。

当被测流体是单相介质时，传播相位差的变化较慢，此时锁相环能够对相位进行锁定。当被测流体出现气泡后，由于气泡对声波存在散射和折射等作用，其相位将发生突然变化，同时幅度相应也会发生变化，在此过程中，锁相环将无法对相位突变进行相位锁定。若识别到锁相环无法对穿过被测流体后的声波信号的被测流体传播相位差进行相位锁定时，则初步判断被测流体内存在气泡，并对被测流体的被测流体幅度值和被测流体幅度变化方差进行测量以进一步得出是否存在气体的判断。

本实施例提供的航天器超声波流量与两相流同步测量方法，通过对锁相环的相位锁定功能进行测量，若相环无法对穿过被测流体后的声波信号的被测流体传播相位差进行相位锁定时，则初步判断被测流体内存在气泡，并对被测流体的被测流体幅度值和被测流体幅度变化方差进行测量以确认被测流体内是否存在气泡，从而快速识别带有两相流的被测流体。本实施例提供的航天器超声波流量与两相流同步测量方法，解决了气泡两相流的检测问题，且检测方便快捷。

进一步地，参见如图7，本实施例提供的航天器超声波流量与两相流同步测量方法，步骤S210之后还包括：

步骤S220、将测量出的被测流体中的声波幅度值和幅度变化方差与事先存储在数据中的纯净流体标准幅度阈值进行比较，若测量出的被测流体中的声波幅度值和幅度变化方差不在纯净流体标准幅度阈值范围内时，则判定被测流体中存在气泡。

在本实施例中，将测量出的被测流体中的被测流体幅度值X和被测流体幅度变化方差S与事先存储在数据中的纯净流体标准幅度阈值进行比较，即将纯净流体中的纯净流体幅度值X₀和纯净流体幅度变化方差S₀进行比较，若被测流体幅度值X和纯净流体幅度值X₀存在较大差别以及被测流体幅度变化方差S与纯净流体幅度变化方差S₀差别较大时，可以判定被测流体中存在气泡。

本实施例提供的航天器超声波流量与两相流同步测量方法，将测量出的被测流体中的被测流体幅度值和被测流体幅度变化方差与事先存储在数据中的纯净流体标准幅度阈值进行比较，从而快速识别带有两相流的被测流体。本实施例提供的航天器超声波流量与两相流同步测量方法，解决了气泡两相流的检测问题，且检测方便快捷。

优选地，参见如图8，本实施例提供的航天器超声波流量与两相流同步测量方法，步骤S220之后还包括：

步骤S320、根据预先建立在数据库中的声波幅度值与含气率映射表和测量出的被测流体中的声波幅度值，获取被测流体的含气率，其中，声波幅度值与含气率映射表中映射有声波幅度值与含气率的对应关系，该对应关系可对在轨测量到的纯净流体中的声波幅度值进行在线修正。

在本实施例中，幅度值与含气率的对应关系可以提前通过试验进行标定，并记录标定过程中的纯净流体中的幅度以在计算过程中修正纯净流体幅度值X₀带来的偏差。同时，将标定的幅度值与含气率的对应关系记录在幅度值与含气率映射表中，然后将幅度值与含气率映射表存储在数据库中，一旦测量到被测流体幅度值X，即可根据幅度值与含气率映射表获取被测流体的含气率。

本实施例提供的航天器超声波流量与两相流同步测量方法，根据预先建立在数据库中的幅度值与含气率映射表和测量出的被测流体中的被测流体幅度值，获取被测流体的含气率，从而快速获取带有两相流的被测流体的含气率。本实施例提供的航天器超声波流量与两相流同步测量方法，解决了气泡两相流的检测问题，且检测方便快捷。

如图8所示，本发明还提供了一种航天器超声波流量与两相流同步测量装置，应用于航天器流量与两相流同步测量仪中，航天器流量与两相流同步测量仪包括设置在航天器的航天器流体管道的外壁的对应位置上的第一超声波探头和第二超声波探头，航天器超声波流量与两相流同步测量装置包括：

激励模块10，用于通过第一超声波探头将激励的设定频率的声波信号穿过航天器流体管道内的被测流体后传输给第二超声波探头；

获取模块20，用于测量穿过被测流体后的声波信号的传播相位和幅度，同步获取被测流体的流量信息和气泡信息。

将第一超声波探头和第二超声波探头相对设置在航天器的航天器流体管道的两侧外壁上，其中，航天器流体管道可以为微小管道，直径在4～10mm，航天器流体管道内载有流动的被测流体，被测流体可能是单相介质，也可能是双相介质，例如气泡两相流。激励模块10通过第一超声波探头将激励的设定频率的连续声波信号穿过航天器流体管道内的被测流体后传输给第二超声波探头。

获取模块20通过超声波流量计测量穿过被测流体后的声波信号的传播相位得到被测流体中声波传播相位，以及通过超声波气泡计检测穿过被测流体后的声波信号的幅度得到被测流体中声波传播幅度。根据超声波流量计测量到的被测流体中声波传播相位，获取被测流体的流量信息。根据超声波气泡计检测到的被测流体中声波传播幅度，获取被测流体的气泡信息。在本实施例中，根据超声波流量计和超声波气泡计测得的声波在传播过程中的相位与幅度，并通过对相位与幅度进行处理，得到流量与两相流信息。

本实施例提供的航天器超声波流量与两相流同步测量装置，通过第一超声波探头将激励的设定频率的声波信号穿过航天器流体管道内的被测流体后传输给第二超声波探头；测量穿过被测流体后的声波信号的传播相位和幅度，同步获取被测流体的流量信息和气泡信息。本实施例提供的航天器超声波流量与两相流同步测量装置，采用一套装置同步实现对卫星管道中的流量测量与气泡检测，从而提高超声波测量装置集成化程度，增加利用效率；降低风险、成本、体积与重量。

如图9所示，图9是本发明航天器超声波流量与两相流同步测量装置第二实施例的结构框图，在第一实施例的基础上，本实施例提供的航天器超声波流量与两相流同步测量装置还包括预置模块20，

预置模块20，采用锁相环对穿过航天器流体管道内的纯净流体后的声波信号进行跟踪，获取纯净流体中声波幅度值和幅度变化方差，并将获取的纯净流体中声波幅度值和幅度变化方差作为纯净流体标准幅度阈值存储在数据库中。

在侧音测相过程中，预置模块20对于某一设定频率f，其传播相位差采用锁相环进行跟踪，同时跟踪顺流或者逆流传播过程中的声波幅度信息，存储纯净流体中的纯净流体幅度值X₀和纯净流体幅度变化方差S₀，并将获取的纯净流体幅度值X₀和纯净流体幅度变化方差S₀作为纯净流体标准幅度阈值存储在数据库中，以便于与被测流体进行对比，快速识别带有两相流的被测流体。

本实施例提供的航天器超声波流量与两相流同步测量装置，预先在数据库中建立纯净流体标准幅度阈值，以便于与被测流体进行对比，从而快速识别带有两相流的被测流体。本实施例提供的航天器超声波流量与两相流同步测量装置，解决了气泡两相流的检测问题，且检测方便快捷。

参见图10，本实施例提供的航天器超声波流量与两相流同步测量装置，获取模块20包括相位检测单元21，

相位检测单元21，用于若识别到锁相环无法对被测流体中声波传播相位差进行相位锁定时，则初步判断被测流体内存在气泡，并对被测流体中的声波幅度值和幅度变化方差进行测量。

当被测流体是单相介质时，传播相位差的变化较慢，此时锁相环能够对相位进行锁定。当被测流体出现气泡后，由于气泡对声波存在散射和折射等作用，其相位将发生突然变化，同时幅度相应也会发生变化，在此过程中，锁相环将无法对相位突变进行相位锁定。相位检测单元21若识别到锁相环无法对穿过被测流体后的声波信号的被测流体传播相位差进行相位锁定时，则初步判断被测流体内存在气泡，并对被测流体的被测流体幅度值和被测流体幅度变化方差进行测量以进一步得出是否存在气体的判断。

本实施例提供的航天器超声波流量与两相流同步测量装置，通过对锁相环的相位锁定功能进行测量，若相环无法对穿过被测流体后的声波信号的被测流体传播相位差进行相位锁定时，则初步判断被测流体内存在气泡，并对被测流体的被测流体幅度值和被测流体幅度变化方差进行测量以确认被测流体内是否存在气泡，从而快速识别带有两相流的被测流体。本实施例提供的航天器超声波流量与两相流同步测量装置，解决了气泡两相流的检测问题，且检测方便快捷。

进一步地，如图10所示，本实施例提供的航天器超声波流量与两相流同步测量装置，获取模块20还包括幅度比较单元22，

幅度比较单元22，用于将测量出的被测流体中的声波幅度值和幅度变化方差与事先存储在数据中的纯净流体标准幅度阈值进行比较，若测量出的被测流体中的声波幅度值和幅度变化方差不在纯净流体标准幅度阈值范围内时，则判定被测流体中存在气泡。

在本实施例中，幅度比较单元22将测量出的被测流体中的被测流体幅度值X和被测流体幅度变化方差S与事先存储在数据中的纯净流体标准幅度阈值进行比较，即将纯净流体中的纯净流体幅度值X₀和纯净流体幅度变化方差S₀进行比较，若被测流体幅度值X和纯净流体幅度值X₀存在较大差别以及被测流体幅度变化方差S与纯净流体幅度变化方差S₀差别较大时，可以判定被测流体中存在气泡。

本实施例提供的航天器超声波流量与两相流同步测量装置，将测量出的被测流体中的被测流体幅度值和被测流体幅度变化方差与事先存储在数据中的纯净流体标准幅度阈值进行比较，从而快速识别带有两相流的被测流体。本实施例提供的航天器超声波流量与两相流同步测量装置，解决了气泡两相流的检测问题，且检测方便快捷。

可选地，如图10所示，本实施例提供的航天器超声波流量与两相流同步测量装置，获取模块20还包括含气率获取单元23，

含气率获取单元23，根据预先建立在数据库中的声波幅度值与含气率映射表和测量出的被测流体中的声波幅度值，获取被测流体的含气率，其中，声波幅度值与含气率映射表中映射有声波幅度值与含气率的对应关系，该对应关系可对在轨测量到的纯净流体中的声波幅度值进行在线修正。

在本实施例中，幅度值与含气率的对应关系可以提前通过试验进行标定，并记录标定过程中的纯净流体中的幅度以在计算过程中修正纯净流体幅度值X₀带来的偏差。同时，含气率获取单元23将标定的幅度值与含气率的对应关系记录在幅度值与含气率映射表中，然后将幅度值与含气率映射表存储在数据库中，一旦测量到被测流体幅度值X，即可根据幅度值与含气率映射表获取被测流体的含气率。

本实施例提供的航天器超声波流量与两相流同步测量装置，根据预先建立在数据库中的幅度值与含气率映射表和测量出的被测流体中的被测流体幅度值，获取被测流体的含气率，从而快速获取带有两相流的被测流体的含气率。本实施例提供的航天器超声波流量与两相流同步测量装置，解决了气泡两相流的检测问题，且检测方便快捷。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种航天器超声波流量与两相流同步测量方法，其特征在于，应用于航天器流量与两相流同步测量仪中，所述航天器流量与两相流同步测量仪包括设置在航天器流体管道的外壁的对应位置上的第一超声波探头和第二超声波探头，所述航天器超声波流量与两相流同步测量方法包括：

采用锁相环对穿过所述航天器流体管道内的纯净流体后的声波信号进行跟踪，获取纯净流体中声波幅度值和幅度变化方差，并将获取的所述纯净流体中声波幅度值和幅度变化方差作为纯净流体标准幅度阈值存储在数据库中；

通过第一超声波探头将激励的设定频率的声波信号穿过所述航天器流体管道内的被测流体后传输给所述第二超声波探头；

测量穿过所述被测流体后的声波信号的传播相位和幅度，同步获取所述被测流体的流量信息和气泡信息；

所述测量穿过所述被测流体后的声波信号的传播相位和幅度，同步获取所述被测流体的流量信息和气泡信息的步骤包括：

若识别到所述锁相环无法对所述被测流体中声波传播相位差进行相位锁定时，则初步判断所述被测流体内存在气泡，并对所述被测流体中的声波幅度值和幅度变化方差进行测量。

2.根据权利要求1所述航天器超声波流量与两相流同步测量方法，其特征在于，

所述若识别到所述锁相环无法对所述被测流体中声波传播相位差进行相位锁定时，则初步判断所述被测流体内存在气泡，并对所述被测流体中的声波幅度值和幅度变化方差进行测量的步骤之后还包括：

将测量出的所述被测流体中的声波幅度值和幅度变化方差与事先存储在数据中的所述纯净流体标准幅度阈值进行比较，若测量出的所述被测流体中的声波幅度值和幅度变化方差不在所述纯净流体标准幅度阈值范围内时，则判定所述被测流体中存在气泡。

3.根据权利要求2所述航天器超声波流量与两相流同步测量方法，其特征在于，

所述将测量出的所述被测流体中的声波幅度值和幅度变化方差与事先存储在数据中的所述纯净流体标准幅度阈值进行比较，若测量出的所述被测流体中的声波幅度值和幅度变化方差不在所述纯净流体标准幅度阈值范围内时，则判定所述流体中存在气泡的步骤之后还包括：

根据预先建立在数据库中的声波幅度值与含气率映射表和测量出的所述被测流体中的声波幅度值，获取所述被测流体的含气率，其中，所述声波幅度值与含气率映射表中映射有声波幅度值与含气率的对应关系，该对应关系可对在轨测量到的所述纯净流体中的声波幅度值进行在线修正。

4.一种航天器超声波流量与两相流同步测量装置，其特征在于，应用于航天器流量与两相流同步测量仪中，所述航天器流量与两相流同步测量仪包括设置在航天器流体管道的外壁的对应位置上的第一超声波探头和第二超声波探头，所述航天器超声波流量与两相流同步测量装置包括：

预置模块(30)，用于采用锁相环对穿过所述航天器流体管道内的纯净流体后的声波信号进行跟踪，获取纯净流体中声波幅度值和幅度变化方差，并将获取的所述纯净流体中声波幅度值和幅度变化方差作为纯净流体标准幅度阈值存储在数据库中；

激励模块(10)，用于通过第一超声波探头将激励的设定频率的声波信号穿过所述航天器流体管道内的被测流体后传输给所述第二超声波探头；

获取模块(20)，用于测量穿过所述被测流体后的声波信号的传播相位和幅度，同步获取所述被测流体的流量信息和气泡信息；

所述获取模块(20)包括相位检测单元(21)，

所述相位检测单元(21)，用于若识别到所述锁相环无法对所述被测流体中声波传播相位差进行相位锁定时，则初步判断所述被测流体内存在气泡，并对所述被测流体中的声波幅度值和幅度变化方差进行测量。

5.根据权利要求4所述航天器超声波流量与两相流同步测量装置，其特征在于，

所述获取模块(20)还包括幅度比较单元(22)，

所述幅度比较单元(22)，用于将测量出的所述被测流体中的声波幅度值和幅度变化方差与事先存储在数据中的所述纯净流体标准幅度阈值进行比较，若测量出的所述被测流体中的声波幅度值和幅度变化方差不在所述纯净流体标准幅度阈值范围内时，则判定所述被测流体中存在气泡。

6.根据权利要求5所述航天器超声波流量与两相流同步测量装置，其特征在于，

所述获取模块(20)还包括含气率获取单元(23)，

所述含气率获取单元(23)，用于根据预先建立在数据库中的声波幅度值与含气率映射表和测量出的所述被测流体中的声波幅度值，获取所述被测流体的含气率，其中，所述声波幅度值与含气率映射表中映射有声波幅度值与含气率的对应关系，该对应关系可对在轨测量到的所述纯净流体中的声波幅度值进行在线修正。