CN112525276A - 一种基于激光光路的外夹超声流量计安装误差模拟装置 - Google Patents

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史慧超
朱国俊
魏焕昌
康希锐
陈凡
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开了一种所述装置包括换能器A、换能器B和激光发射器a；所述激光发射器a嵌入在换能器A内，使激光向玻璃管道的入射角与超声波入射角一致；以及使激光向玻璃管道发射的激光角度与超声波发射角度不同。能更好的确定超声流量计换能器准确的安装位置，以达到更好的测量精度。

Description

一种基于激光光路的外夹超声流量计安装误差模拟装置
技术领域
本发明涉及超声流量计安装误差技术领域，尤其涉及一种基于激光光路的外夹超声流量计安装误差模拟装置。
背景技术
随着测量技术的不断发展，随着超声波传感器技术的飞速进步，其应有于生产生活各个领域的范围也越来越宽，工业生产中的时差式超声流量计、多普勒超声波流量计等产品大行其道，产品市场销售呈几何级增长。在与居民生活密切相关的医疗、交通、供水等领域也得到了大量的应用，比如医疗上常说的B超，彩超，交通站点的测速仪，自来水管道的水量测量都可以看到超声波传感器技术的身影。正是超声流传感器技术具有非常大的优势，才会得到用户的喜欢，并且随着相关的研发技术的深入，超声波传感器技术将与人们的生产生活更加紧密。
外夹式超声流量计在实际应用中具有非常多的优势，首先，外夹式超声流量计为非接触式测量方法，用于测量的传感器无需跟测量液体直接接触，测量结构不受被测流体的黏度、电导率的影响，故可测各种液体或气体的流量。如可用于各种液体或气体的流量。如何用于各种液体的流量测量，包括测量腐浊性液体、高黏度液体和非导电液体的流量，尤其适于测量大口径管道的水流量或各种水渠、河流、海水的流速和流量，在医学上还用于测量血液流量等；其次，外夹式超声流量计特别适合大口径测量。超声波流量计没有插入管道的阻流部件，仅靠声波的传导与反射来达到测量目的，外夹式超声波流量计可测口径达10m以上，能解决其他流量计目前还无法解决的大口径测量问题，而且它的造价和质量基本上与被测管道的口径无关；另外，可测含有大量杂质和气泡的液体介质，能解决污水处理、环境保护等行业使用其它流量计无法测量的问题。
尽管外夹式超声流量计具有非常多的应用优势，但是其在实际应用中的很大一部分误差来源于安装误差，本发明中提出一种基于激光光路外夹式超声流量计安装误差装置，目的在于更好的确定超声流量计换能器准确的安装位置以达到更好的测量精度。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于激光光路外夹式超声流量计安装误差模拟装置。
本发明的目的通过以下的技术方案来实现：
一种基于激光光路的外夹超声流量计安装误差模拟装置，
包括换能器A、换能器B和激光发射器a；所述激光发射器a嵌入在换能器A内，使激光向玻璃管道的入射角与超声波入射角一致；以及使激光向玻璃管道发射的激光角度与超声波发射角度不同。
与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：
能更好的确定超声流量计换能器准确的安装位置，以达到更好的测量精度。
附图说明
图1是第一实施例提供的两换能器之间激光入射折射示意图；
图2是第二实施例提供的两换能器之间激光入射折射示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。
实施例1
如图1所示，包括换能器A、换能器B，在换能器A中嵌入一个激光发射器a，使得激光向玻璃管道的入射角与超声波入射角一致。由于声波和光波均符合折射定律(斯奈尔定律)，但在不同介质中的传播速度不一样，所以两者以同样角度向管道发射时，经过管道的折射和反射后必定到达不同的位置，x1点为激光出射点，x2点为超声波出射点。通过斯奈尔定律计算出激光出射点x1与超声波出射点x2之间的准确距离d，由于x2＝x1+d，即可计算出换能器B的准确位置。其中斯奈尔定律公式为：
Figure BDA0002833135740000031
式中，θ1为激光入射角，C1是激光在空气中的传播速度；θ2是激光折射角，C2和C3是激光的传播速度；θ3是激光出射角，C4是激光在流体中的传播速度，θ4是激光在流体中的折射角。
实施例2
另一种准确的安装换能器B的方式也是在换能器A中嵌入激光发射装置，与上一种方式不同的是，这次激光向玻璃管道发射的激光角度与超声波发射角度不同，已知换能器A和换能器B之间的理想距离，我们能根据激光在不同介质中的折射率知道激光在不同介质中的传播速度，同时利用斯奈尔折射定律计算出合适的激光入射角，使得激光出射位置正好为换能器B的理想安装位置，如此安装换能器B时，只需找准光点进行安装即可，减少了方式1中测量d的误差。如图2所示，其中θ1为激光入射角，α1为超声波入射角，在正确安装的情况下，激光接收器B可以接收到激光，产生示数。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种基于激光光路的外夹超声流量计安装误差模拟装置，其特征在于，所述装置包括换能器A、换能器B和激光发射器a；所述激光发射器a嵌入在换能器A内，使激光向玻璃管道的入射角与超声波入射角一致。
2.如权利要求1所述的基于激光光路的外夹超声流量计安装误差模拟装置，其特征在于，通过斯奈尔定律计算出激光出射点x1与超声波出射点x2之间的准确距离d，由于x2＝x1+d，计算出的x2得到换能器B的准确位置。
3.如权利要求1所述的基于激光光路的外夹超声流量计安装误差模拟装置，其特征在于，将所述激光发射器a嵌入在换能器A内，使激光向玻璃管道发射的激光角度与超声波发射角度不同；以及在换能器B中嵌入激光发射器b。
4.如权利要求3所述的基于激光光路的外夹超声流量计安装误差模拟装置，其特征在于，根据已知的换能器A和换能器B之间的理想距离，并依据激光在不同介质中的折射率知道激光在不同介质中的传播速度，同时利用斯奈尔折射定律计算出合适的激光入射角，使得激光出射位置正好为换能器B的理想安装位置，即在安装换能器B时，找到准光点安装即可。
5.如权利要求3所述的基于激光光路的外夹超声流量计安装误差模拟装置，其特征在于，所述换能器B安装正确位置后，则换能器B中的激光接收器b接收到激光，产生示数。
6.如权利要求2或4所述的基于激光光路的外夹超声流量计安装误差模拟装置，其特征在于，所述斯奈尔定律计算公式为：
Figure FDA0002833135730000011
式中，θ1为激光入射角，C1是激光在空气中的传播速度；θ2是激光折射角，C2和C3是激光的传播速度；θ3是激光出射角，C4是激光在流体中的传播速度，θ4是激光在流体中的折射角。
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