CN112986382A - 一种管道内液固两相流多参数一体化测量系统及测量方法 - Google Patents

一种管道内液固两相流多参数一体化测量系统及测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种管道内液固两相流多参数一体化测量系统，涉及工业生产过程在线实时测量技术领域。包括高压脉冲发生器，提供激励脉冲；自发自收换能器，受激励脉冲的激励在管道的第一侧外壁发出第一超声信号，接收管道的第一侧内壁反射回的第二超声信号；接收换能器，在管道的第二侧外壁接收到第三超声信号；声发射系统，与高压脉冲发生器同步触发；计算机，根据第一超声信号、第二超声信号、第三超声信号的时域、幅值信息计算管道内液固两相流的温度和浓度等信息。本发明利用一只自发自收换能器和一只接收换能器分别布置在管道的两侧，通过发射和接收超声波，实现对管道材料的声速，管道内液固两相流的温度、浓度等多参数的一体化测量。

Description

一种管道内液固两相流多参数一体化测量系统及测量方法
技术领域
本发明涉及工业生产过程在线实时测量技术领域，尤其涉及一种管道内液固两相流多参数一体化测量系统及测量方法。
背景技术
管道内的液固两相流在工业上和日常生活中是十分常见的，其中较为重要的是水煤浆的管道运输，作为煤炭运输方式的一次突破，它能在很大程度上解决由资源分布不均造成的煤炭运输问题。在此过程实现对管道材料、管道内液固两相流流动参数的测量就显得尤为重要，如对管道材料的声速的测量，可以探究运输管道的质量、是否有裂缝；对管道内液固两相流的流速、温度、颗粒物粒径、浓度等参数的测量，对于了解水煤浆的性质、质量，进而对输运参数进行实时调整，防止危险事故的发生具有重要作用。
对管道内的液固两相流进行测量，国内外已经有较多的研究，如光学法、电学法、差压法等，但是他们的应用都存在一定的限制，例如，对于光学法，其不能应用于浓度较高的情况，因为会对光学镜头造成污染，而且光学仪器大多造价昂贵，不适用于环境复杂的工业现场；对于电学法，以电容法为例，其极易受到环境中电磁干扰的影响，因而应用范围比较有限。鉴于声音在传播中具有比光更强的穿透能力，且不受颗粒浓度的影响，加之其波长通常远大于微米级颗粒，受散射效应影响较小，并且声学仪器价格低廉、使用方便，使得声学方法在两相流的测量中起到越来越重要的作用。
目前，对于超声法在液固两相的测量还局限在单参数的测量，如参见申请号为CN201921543377.6的实用新型专利，其公开了一种测量气固或液固两相流中速度的方法；参见申请号为CN201911399576.9的发明专利，其公开了一种研究液固两相流中固体颗粒分布的装置及方法。但是对于两相流中多参数的同时测量还鲜见报道，而在工业环境中,实时测量出更多的参数对于调节生产过程、提高经济效益具有重要作用，因此实现对多个参数的一体化测量具有重要的研究意义及发展前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种管道内液固两相流多参数一体化测量系统及测量方法，以解决背景技术中提到的至少一个技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种管道内液固两相流多参数一体化测量系统，包括
高压脉冲发生器，提供激励脉冲；
对向设置在管道外壁两侧的自发自收换能器和接收换能器，所述自发自收换能器受激励脉冲的激励在管道的第一侧外壁发出第一超声信号，同时接收该第一超声信号于管道的第一侧内壁反射回的第二超声信号，所述接收换能器在管道的第二侧外壁接收到第三超声信号；
声发射系统，与高压脉冲发生器同步触发，同步接收第一超声信号、第二超声信号与第三超声信号，并其进行预处理后发送给计算机；
计算机，根据第一超声信号、第二超声信号、第三超声信号的时域信息计算管道内液固两相流的温度；根据第一超声信号、第二超声信号、第三超声信号的幅值信息计算管道内液固两相流的浓度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用一只自发自收换能器和一只接收换能器分别布置在管道的两侧，通过发射和接收超声波，实现对管道材料的声速，管道内液固两相流的温度、浓度等多参数的一体化测量。
进一步的，所述液固两相流的温度计算过程如下：
WD1，以管道内径除以第三超声信号与第二超声信号的时间差得到声波在液固两相流内的第二传播速度；
WD2，通过检测声波在两个或两个以上不同温度下液固两相流内的传播速度，构建声波在液固两相流内的传播速度与温度的关系式；
WD3，将WD1得到的第二传播速度代入WD2的关系式，反推出液固两相流的温度。
通过分析自发自收换能器发射的信号与接收换能器接收的信号间的时域差异，此时间差减去在管道材料内传播的时间即为在两相流中的传播时间，已知管道的内径后，就可求得超声在液固两相流中的传播速度；在获得了超声在液固两相流中的传播速度后，根据声速随温度的变化关系即可得到不同情况下的温度。
进一步的，还包括以下步骤：
WD4，计算第一超声信号与第二超声信号的第一时间差；
WD5，以两倍的管道壁厚除以第一时间差得到声波在管道壁内的第一传播速度。在已知管道厚度的情况下，在得知发射信号和接受的反射信号间的时域差异之后，即可得到管道材料中超声的传播速度。
进一步的，所述液固两相流的浓度计算过程如下：
ND1，选择ECAH模型作为声波在液固两相流中的衰减模型：
Figure BDA0002942113820000031
其中，kf为液固两相流中声波的复波数；kc为压缩波复波数，即在纯液相中声波的复波数；
Figure BDA0002942113820000032
r代表颗粒的半径，
Figure BDA0002942113820000033
为液固两相流中的颗粒相体积浓度，
Figure BDA0002942113820000034
表示单位体积的颗粒数，An为压缩波的散射系数，表示被单个颗粒散射的压缩波场的幅度大小，与对应的n阶球汉克尔函数有关；
ND2，将不同的浓度
Figure BDA0002942113820000035
依次代入所述衰减模型中，得到相应的液固两相流中声波的复波数kf；
ND3，取浓度
Figure BDA0002942113820000036
作为横坐标，取复波数kf中的虚部即声波在液固两相流中的声衰减系数α为纵坐标，得到浓度
Figure BDA0002942113820000041
与声衰减系数α的关系式；
ND4，根据第一超声信号与第二超声信号的幅值计算出声波在管道壁内的第一声衰减系数；
ND5，结合所述第一超声信号的幅值及第一声衰减系数得出声波在管道第一侧内壁的幅值；结合所述第三超声信号的幅值及第一声衰减系数得出声波在管道第二侧内壁的幅值；
ND6，计算声波在液固两相流中的第二声衰减系数；
ND7，将所述第二声衰减系数代入浓度
Figure BDA0002942113820000042
与声衰减系数α的关系式便可得到液固两相流中的颗粒相体积浓度。
通过分析自发自收换能器发射的信号与接收换能器接收的信号间的幅值差异，计算超声在通过液固两相流的衰减系数，通过理论计算得到的衰减谱法反演得到液固两相流的浓度分布。
进一步的，所述第一声衰减系数的计算过程如下：
Figure BDA0002942113820000043
其中，α1为第一声衰减系数；B1为第一超声信号的幅值，B2为第二超声信号的幅值；L1为管道的壁厚。
进一步的，声波在管道第一侧内壁和第二侧内壁的幅值计算过程如下：
Figure BDA0002942113820000044
Figure BDA0002942113820000045
其中，B41为声波在管道第一侧内壁的幅值，B42为声波在管道第二侧内壁的幅值；B3为第三超声信号的幅值。
进一步的，所述第二声衰减系数的计算过程如下：
Figure BDA0002942113820000051
其中，α2为第二声衰减系数，L2为管道的内径。
一种管道内液固两相流多参数一体化测量方法，包括以下步骤：
S1，提供激励脉冲；
S2，受所述激励脉冲的激励，在管道的第一侧外壁发出第一超声信号，同时接收该第一超声信号于管道的次一侧内壁反射回的第二超声信号；在管道的第二侧外壁接收到第三超声信号；
S3，根据第一超声信号、第二超声信号、第三超声信号的时域信息计算管道内液固两相流的温度；根据第一超声信号、第二超声信号、第三超声信号的幅值信息计算管道内液固两相流的浓度。
附图说明
图1为本发明一实施例的测量系统示意图。
图2为本发明发射与接收回波与实验系统对应的说明示意图。
图3为本发明由衰减谱反演浓度信息的示意图。
图4为本发明一实施例的测量方法流程图。
图中：1、高压脉冲发生器；2、自发自收换能器；3、接收换能器；4、声发射系统；5、计算机；8、管道；X1、第一超声信号；X2、第二超声信号；X3、第三超声信号。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请结合图1和图2，本实施例提供一种管道内液固两相流多参数一体化测量系统，包括以下构件：
高压脉冲发生器1，提供激励脉冲给自发自收换能器2；
对向设置在管道8外壁两侧的自发自收换能器2和接收换能器3，所述自发自收换能器受激励脉冲的激励在管道的第一侧外壁发出第一超声信号X1，同时接收该第一超声信号X1于管道的内壁反射回的第二超声信号X2，所述接收换能器在管道的第二侧外壁接收到第三超声信号X3；
声发射系统4，与高压脉冲发生器同步触发，同步接收第一超声信号X1、第二超声信号X2与第三超声信号X3，并其进行滤波、放大等预处理后发送给计算机5。
计算机5，根据第一超声信号X1、第二超声信号X2、第三超声信号X3的时域信息计算管道内液固两相流的温度；根据第一超声信号X1、第二超声信号X2、第三超声信号X3的幅值信息计算管道内液固两相流的浓度。
具体的，所述液固两相流的温度计算过程如下：
WD1，获取超声在液固两相流中的第二传播速度。超声在管道壁中传播遇到壁面-液体分界面时，一部分超声波会发生反射被自发自收换能器2接收到，而另一部分继续向前传播进入液固两相流，最终被对向布置的接收换能器3接收到。
高压脉冲发生器和声发射装置之间设置了同步触发，自发自收换能器2在发出第一超声信号X1的同时，接收换能器3开始接收，也即二者的初始时间是相同的。这样，超声在管道壁及液固两相流传播的总时间就可以通过发射和接收信号的时间差得到，在已知管道内径L1的情况下，超声在两相流中的第二传播速度为管道内径除以第三超声信号X3与第二超声信号X2的时间差；
Figure BDA0002942113820000071
其中，V2为超声在两相流中的第二传播速度；L2为管道内径；ΔT为第三超声信号X3与第一超声信号X1的时间差；Δt为第二超声信号X2与第一超声信号X1的时间差。于本实施例中，第一超声信号X1的发出时间为初始时间，默认为0。
WD2，声音在液体中的传播速度与温度有很大关系，一般来说温度越高，声速越大，呈线性关系，因而对于同一种两相流，可以通过声速信息反推温度信息。在这一步中，首先要通过检测声波在两个或两个以上不同温度下液固两相流内的传播速度，构建声波在液固两相流内的传播速度与温度的关系式Vt＝V0+βt；其中，t为温度；Vt为声波在温度为t的液固两相流内的传播速度；β为系数；V0为基准温度。通过步骤WD2确定系数β和基准温度V0，即确定了关系式。
WD3，将WD1得到的第二传播速度代入WD2的关系式，即可简单地反推出液固两相流的温度t。
于本实施例中，还进一步包括测量超声在管道材料中的传播速度。发射的超声波首先进入管道壁，由于管道材料和两相流的声阻抗存在一定的差异，其在内壁与两相流的交界面处会发生反射，反射信号返回到自发自收换能器，经由声发射系统上传到计算机。通过对比分析自发自收换能器发射和接收信号之间的时间差Δt，在已知管道壁厚L2的情况下，即可求得此时声音在管道材料中的传播速度。具体包括以下步骤：
WD4，计算自收自发换能器2发出的第一超声信号X1与接收到的第二超声信号X2的第一时间差Δt；
WD5，以两倍的管道壁厚2L1除以第一时间差Δt便可简单地得到声波在管道壁内的第一传播速度：
Figure BDA0002942113820000081
其中，V1为声波在管道壁内的第一传播速度。
在前述内容中，是根据发射和接收换能器接收的信号的时域差异，获得两相流的声速信息。接下去，根据两信号的幅值差异，获取声衰减的相关信息。声衰减用衰减系数进行表征，可以定义为：
B＝B0e-αx
其中，B0为衰减前的信号幅值，α为声衰减系数；x为信号传播的距离；B为衰减后的信号幅值。
请参照图3，本发明的液固两相流的浓度计算过程如下：
ND1，引起声衰减的因素有很多,主要可以将其分为吸收衰减、散射衰减和扩散衰减三种类型。其中吸收衰减和散射衰减主要受传播介质的影响，而扩散衰减一般由声源特性引起。研究声波在两相介质中的传播规律时，一般忽略第三种衰减形式，特别是当用传感器进行研究时，往往认为声衰减是由吸收和散射效应引起的。超声的测量技术发展至今，已经形成了很多衰减模型，用于分析超声在两相流中的衰减。本发明选择ECAH模型作为声波在液固两相流中的衰减模型，ECAH模型较为全面的考虑了各项衰减机制的影响，是两相流检测中最为基础的模型，具体如下：
Figure BDA0002942113820000082
其中，kf为液固两相流中声波的复波数，表示为
Figure BDA0002942113820000083
kc为压缩波复波数，即在纯液相中声波的复波数，表示为
Figure BDA0002942113820000091
可通过检测得到；
Figure BDA0002942113820000092
r代表颗粒的半径，
Figure BDA0002942113820000093
为液固两相流中的颗粒相体积浓度，
Figure BDA0002942113820000094
表示单位体积的颗粒数，An为压缩波的散射系数，表示被单个颗粒散射的压缩波场的幅度大小，与对应的n阶球汉克尔函数有关；
系数A0主要包含三个方面的物理意义：两相介质不同的压缩率产生的效果，即二者对于相同声压下产生的体积形变不一样；以压力-温度耦合的形式体现的热波效果，两相间不同的热膨胀系数和热流动程度引起的效果；材料取代的基本效果，由两相材料波速的差别引起。
A0＝i(kR)3[(ρk'2/ρ'k2)-1]/3-k2RVTρτH(β/ρCP-β'/ρ'C'P)2
H＝{1/(1-iz)-τ/τ'·tan(z')/[tan(z')-z']}-1
z＝(1+i)r/δt
这里有无上标分别代表颗粒相和连续相的性质，
Figure BDA0002942113820000095
表示波数，ρ为材料密度，T表示温度，β为材料的压缩系数，δt是热集肤深度，它定义为：超声压缩波在两相介质中传播时，由于两相的可压缩性不同，粒子会相对于周围流体发生脉动。如果这两相具有不同的热性质，粒子内的温度波动将不同于周围介质中的温度波动，因此在界面上建立了一个温度梯度。这将导致热量在界面上流动，从而减弱粒子的脉动。周围流体的温度降低到原值的1/e所经过的距离，叫作“热集肤深度”
Figure BDA0002942113820000096
其中τ是热导率，ω为角速度，CP是比热容。粒子的脉动会产生单极散射场，其振幅与A0项有关。
系数A1表示了粘性损失，主要是由二者的密度差异而使得它们之间产生相对滑移运动引起的，表达式如下。当颗粒和周围流体具有不同密度时，会产生粘惯性输运机制。此时在超声波在传播过程中，会有一个净惯性力作用在粒子上，使它相对于周围的液体振动。这种振荡受液体粘度的影响而减弱。由于颗粒振幅引起剪切波幅值减小到原来1/e的传播距离叫做“粘性集肤深度”
Figure BDA0002942113820000101
μ是剪切粘度。振荡粒子会产生偶极散射场，其幅值与A1项有关。当波长远大于颗粒粒径时，可以忽略n>1的系数，此时只剩下A0和A1两项衰减系数，如果二相密度比较接近，那么A1项也可被忽略，A0是主导项；若二者密度差异较大，那么以系数A1作为主导项，可以不考虑A0项。
Figure BDA0002942113820000106
系数A2及以上代表颗粒共振的情况与高阶汉克尔函数及勒让德多项式有关。对于大部分的胶体颗粒物质共振的发生一般要在100MHz以上，故此时可以忽略这些项的影响。
ND2，由ECAH模型的公式可知，声衰减系数与两相流浓度是有一定函数关系的，因此将不同的浓度
Figure BDA0002942113820000102
依次代入所述衰减模型中，得到相应的液固两相流中声波的复波数kf；
ND3，取浓度
Figure BDA0002942113820000103
作为横坐标，取复波数kf中的虚部即声波在液固两相流中的声衰减系数α为纵坐标，得到浓度
Figure BDA0002942113820000104
与声衰减系数α的关系式；
ND4，根据第一超声信号与第二超声信号的幅值计算出声波在管道壁内的第一声衰减系数；
Figure BDA0002942113820000105
其中，α1为第一声衰减系数；B1为第一超声信号的幅值，B2为第二超声信号的幅值；L1为管道的壁厚。
ND5，结合所述第一超声信号的幅值及第一声衰减系数得出声波在管道第一侧内壁的幅值；结合所述第三超声信号的幅值及第一声衰减系数得出声波在管道第二侧内壁的幅值；
Figure BDA0002942113820000111
Figure BDA0002942113820000112
其中，B41为声波在管道第一侧内壁的幅值，B42为声波在管道第二侧内壁的幅值；B3为第三超声信号的幅值。
ND6，计算声波在液固两相流中的第二声衰减系数；
Figure BDA0002942113820000113
其中，α2为第二声衰减系数，L2为管道的内径。
ND7，将所述第二声衰减系数代入浓度
Figure BDA0002942113820000114
与声衰减系数α的关系式便可得到液固两相流中的颗粒相体积浓度。
本实施例利用一只自发自收换能器和一只接收换能器分别布置在管道的两侧，通过发射和接收超声波，实现对管道材料的声速，管道内液固两相流的声速、温度、浓度等多参数的一体化测量。
实施例二：
请参照图4，本实施例提供一种管道内液固两相流多参数一体化测量方法，包括以下步骤：
S1，提供激励脉冲；
S2，受所述激励脉冲的激励，在管道的第一侧外壁发出第一超声信号，同时接收该第一超声信号于管道的次一侧内壁反射回的第二超声信号；在管道的第二侧外壁接收到第三超声信号；
S3，根据第一超声信号、第二超声信号、第三超声信号的时域信息计算管道内液固两相流的声速、温度；计算过程如下：
WD1，以管道内径除以第三超声信号与第二超声信号的时间差得到声波在液固两相流内的第二传播速度；
WD2，通过检测声波在两个或两个以上不同温度下液固两相流内的传播速度，构建声波在液固两相流内的传播速度与温度的关系式；
WD3，将WD1得到的第二传播速度代入WD2的关系式，反推出液固两相流的温度。
进一步的，还包括以下步骤：
WD4，计算第一超声信号与第二超声信号的第一时间差；
WD5，以两倍的管道壁厚除以第一时间差得到声波在管道壁内的第一传播速度。在已知管道厚度的情况下，在得知发射信号和接受的反射信号间的时域差异之后，即可得到管道材料中超声的传播速度。
根据第一超声信号、第二超声信号、第三超声信号的幅值信息计算管道内液固两相流的浓度。浓度计算过程如下：
ND1，选择ECAH模型作为声波在液固两相流中的衰减模型：
Figure BDA0002942113820000121
其中，kf为液固两相流中声波的复波数；kc为压缩波复波数，即在纯液相中声波的复波数；
Figure BDA0002942113820000122
r代表颗粒的半径，
Figure BDA0002942113820000123
为液固两相流中的颗粒相体积浓度，
Figure BDA0002942113820000124
表示单位体积的颗粒数，An为压缩波的散射系数，表示被单个颗粒散射的压缩波场的幅度大小，与对应的n阶球汉克尔函数有关；
ND2，将不同的浓度
Figure BDA0002942113820000125
依次代入所述衰减模型中，得到相应的液固两相流中声波的复波数kf；
ND3，取浓度
Figure BDA0002942113820000131
作为横坐标，取复波数kf中的虚部即声波在液固两相流中的声衰减系数α为纵坐标，得到浓度
Figure BDA0002942113820000132
与声衰减系数α的关系式；
ND4，根据第一超声信号与第二超声信号的幅值计算出声波在管道壁内的第一声衰减系数；
ND5，结合所述第一超声信号的幅值及第一声衰减系数得出声波在管道第一侧内壁的幅值；结合所述第三超声信号的幅值及第一声衰减系数得出声波在管道第二侧内壁的幅值；
ND6，计算声波在液固两相流中的第二声衰减系数；
ND7，将所述第二声衰减系数代入浓度
Figure BDA0002942113820000133
与声衰减系数α的关系式便可得到液固两相流中的颗粒相体积浓度。
具体细节与实施例一内容相同，在此不再赘述。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (10)

1.一种管道内液固两相流多参数一体化测量系统，其特征在于，包括
高压脉冲发生器，提供激励脉冲；
对向设置在管道外壁两侧的自发自收换能器和接收换能器，所述自发自收换能器受激励脉冲的激励在管道的第一侧外壁发出第一超声信号，同时接收该第一超声信号于管道的第一侧内壁反射回的第二超声信号，所述接收换能器在管道的第二侧外壁接收到第三超声信号；
声发射系统，与高压脉冲发生器同步触发，同步接收第一超声信号、第二超声信号与第三超声信号，并其进行预处理后发送给计算机；
计算机，根据第一超声信号、第二超声信号、第三超声信号的时域信息计算管道内液固两相流的温度；根据第一超声信号、第二超声信号、第三超声信号的幅值信息计算管道内液固两相流的浓度。
2.根据权利要求1所述的管道内液固两相流多参数一体化测量系统，其特征在于，所述温度计算过程如下：
WD1，以管道内径除以第三超声信号与第二超声信号的时间差得到声波在液固两相流内的第二传播速度；
WD2，通过检测声波在两个或两个以上不同温度下液固两相流内的传播速度，构建声波在液固两相流内的传播速度与温度的关系式；
WD3，将WD1得到的第二传播速度代入WD2的关系式，反推出液固两相流的温度。
3.根据权利要求2所述的管道内液固两相流多参数一体化测量系统，其特征在于，还包括以下步骤：
WD4，计算第一超声信号与第二超声信号的第一时间差；
WD5，以两倍的管道壁厚除以第一时间差得到声波在管道壁内的第一传播速度。
4.根据权利要求1所述的管道内液固两相流多参数一体化测量系统，其特征在于，所述液固两相流的浓度计算过程如下：
ND1，选择ECAH模型作为声波在液固两相流中的衰减模型：
Figure FDA0002942113810000021
其中，kf为液固两相流中声波的复波数；kc为压缩波复波数，即在纯液相中声波的复波数；
Figure FDA0002942113810000022
r代表颗粒的半径，
Figure FDA0002942113810000023
为液固两相流中的颗粒相体积浓度，
Figure FDA0002942113810000024
表示单位体积的颗粒数，An为压缩波的散射系数，表示被单个颗粒散射的压缩波场的幅度大小，与对应的n阶球汉克尔函数有关；
ND2，将不同的浓度
Figure FDA0002942113810000025
依次代入所述衰减模型中，得到相应的液固两相流中声波的复波数kf；
ND3，取浓度
Figure FDA0002942113810000026
作为横坐标，取复波数kf中的虚部即声波在液固两相流中的声衰减系数α为纵坐标，得到浓度
Figure FDA0002942113810000027
与声衰减系数α的关系式；
ND4，根据第一超声信号与第二超声信号的幅值计算出声波在管道壁内的第一声衰减系数；
ND5，结合所述第一超声信号的幅值及第一声衰减系数得出声波在管道第一侧内壁的幅值；结合所述第三超声信号的幅值及第一声衰减系数得出声波在管道第二侧内壁的幅值；
ND6，计算声波在液固两相流中的第二声衰减系数；
ND7，将所述第二声衰减系数代入浓度
Figure FDA0002942113810000028
与声衰减系数α的关系式便可得到液固两相流中的颗粒相体积浓度。
5.根据权利要求4所述的管道内液固两相流多参数一体化测量系统，其特征在于，所述第一声衰减系数的计算过程如下：
Figure FDA0002942113810000031
其中，α1为第一声衰减系数；B1为第一超声信号的幅值，B2为第二超声信号的幅值；L1为管道的壁厚。
6.根据权利要求5所述的管道内液固两相流多参数一体化测量系统，其特征在于，声波在管道第一侧内壁和第二侧内壁的幅值计算过程如下：
Figure FDA0002942113810000032
Figure FDA0002942113810000033
其中，B41为声波在管道第一侧内壁的幅值，B42为声波在管道第二侧内壁的幅值；B3为第三超声信号的幅值。
7.根据权利要求6所述的管道内液固两相流多参数一体化测量系统，其特征在于，所述第二声衰减系数的计算过程如下：
Figure FDA0002942113810000034
其中，α2为第二声衰减系数，L2为管道的内径。
8.一种管道内液固两相流多参数一体化测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，提供激励脉冲；
S2，受所述激励脉冲的激励，在管道的第一侧外壁发出第一超声信号，同时接收该第一超声信号于管道的次一侧内壁反射回的第二超声信号；在管道的第二侧外壁接收到第三超声信号；
S3，根据第一超声信号、第二超声信号、第三超声信号的时域信息计算管道内液固两相流的温度；根据第一超声信号、第二超声信号、第三超声信号的幅值信息计算管道内液固两相流的浓度。
9.根据权利要求8所述的管道内液固两相流多参数一体化测量方法，其特征在于，所述液固两相流的温度计算过程如下：
WD1，以管道内径除以第三超声信号与第二超声信号的时间差得到声波在液固两相流内的第二传播速度；
WD2，通过检测声波在两个或两个以上不同温度下液固两相流内的传播速度，构建声波在液固两相流内的传播速度与温度的关系式；
WD3，将WD1得到的第二传播速度代入WD2的关系式，反推出液固两相流的温度。
10.根据权利要求8所述的管道内液固两相流多参数一体化测量方法，其特征在于，所述液固两相流的浓度计算过程如下：
ND1，选择ECAH模型作为声波在液固两相流中的衰减模型：
Figure FDA0002942113810000041
其中，kf为液固两相流中声波的复波数；kc为压缩波复波数，即在纯液相中声波的复波数；
Figure FDA0002942113810000042
r代表颗粒的半径，
Figure FDA0002942113810000043
为液固两相流中的颗粒相体积浓度，
Figure FDA0002942113810000044
表示单位体积的颗粒数，An为压缩波的散射系数，表示被单个颗粒散射的压缩波场的幅度大小，与对应的n阶球汉克尔函数有关；
ND2，将不同的浓度
Figure FDA0002942113810000045
依次代入所述衰减模型中，得到相应的液固两相流中声波的复波数kf；
ND3，取浓度
Figure FDA0002942113810000046
作为横坐标，取复波数kf中的虚部即声波在液固两相流中的声衰减系数α为纵坐标，得到浓度
Figure FDA0002942113810000047
与声衰减系数α的关系式；
ND4，根据第一超声信号与第二超声信号的幅值计算出声波在管道壁内的第一声衰减系数；
ND5，结合所述第一超声信号的幅值及第一声衰减系数得出声波在管道第一侧内壁的幅值；结合所述第三超声信号的幅值及第一声衰减系数得出声波在管道第二侧内壁的幅值；
ND6，计算声波在液固两相流中的第二声衰减系数；
ND7，将所述第二声衰减系数代入浓度
Figure FDA0002942113810000051
与声衰减系数α的关系式便可得到液固两相流中的颗粒相体积浓度。
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