CN114152774A - 液体流场的流速测量方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

液体流场的流速测量方法、装置、电子设备及存储介质 Download PDF

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CN114152774A CN202111476467.XA CN202111476467A CN114152774A CN 114152774 A CN114152774 A CN 114152774A CN 202111476467 A CN202111476467 A CN 202111476467A CN 114152774 A CN114152774 A CN 114152774A
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Abstract

本申请提供了一种液体流场的流速测量方法、装置、电子设备及存储介质。通过设置两组超声波探头阵列，并将两组超声波探头阵列设置为不同方向和不同载波频率，针对超声波探头进行不同载波频率的设置，可以消除不同方向的超声波探头之间的信号干扰，且基于超声波探头对应的目标时间，对超声波探头的回波信号进行延迟处理，得到该超声波探头的目标回波信号，回波信号的延迟处理，实现了超声波探头阵列的同发同收，可以消除同方向上的回波信号的信号干扰，本申请基于与任一散射体满足预设位置约束条件的超声波探头的目标回波信号，确定该散射体的回波吸收信号，进而确定散射体的多普勒频移和二维流场的流速，提高了二维流场流速测量的准确性。

Description

液体流场的流速测量方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本申请涉及电网优化技术领域，尤其是涉及一种液体流场的流速测量方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
不透明液体内部流场的流速测量方式，一直是当前实验流体力学领域的一个难点，由于液体金属流体的不透明性，使得光学测量手段失效。
目前，对于不透明的液体金属流体的流场测量主要依赖于电势探针技术和超声测速技术，但是，电势探针只能实现在磁场环境中的垂直于磁场方向的单点流速测量，无法完成整个流场的流速测量，且对外部环境的要求较为苛刻，而目前的超声波测速法，主要适用于一维流场测速，而对于二维流场的测速很有限，且目前的超声波测速法在测速的过程中，超声探头之间会产生信号干扰，影响回波信息的采集，达到降低了测速的准确性。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种液体金属二维流场的流速测量方法、装置、电子设备及存储介质，通过设置两组超声波探头阵列，并将两组超声波探头阵列设置为不同方向和不同载波频率，针对超声波探头进行不同载波频率的设置，可以消除不同方向的超声波探头之间的信号干扰，且基于超声波探头对应的目标时间，对超声波探头的回波信号进行延迟处理，得到该超声波探头的目标回波信号，回波信号的延迟处理，实现了超声波探头阵列的同发同收，可以消除同方向上的回波信号的信号干扰，本申请基于与任一散射体满足预设位置约束条件的超声波探头的目标回波信号，确定该散射体的回波吸收信号，进而确定散射体的多普勒频移和二维流场的流速，提高了二维流场流速测量的准确性。
本申请实施例提供了一种液体流场的流速测量方法，所述流速测量方法包括：
控制两组超声波探头阵列中每个超声波探头发射超声波信号，并接收各个超声波探头对应的回波信号；两组不同方向的超声波探头阵列设置成不同的载波频率；
针对一组超声波探头阵列中的任一超声波探头，基于该超声波探头对应的目标时间，对该超声波探头的回波信号进行延迟处理，得到该超声波探头的目标回波信号；所述目标时间为该超声波探头从发射超声波信号到接收回波信号所用的时间；
针对液体流场中的任一散射体，基于与该散射体满足预设位置约束条件的超声波探头的目标回波信号，确定该散射体的回波吸收信号；
针对所述液体流场中的任一散射体，根据该散射体的所述回波吸收信号计算该散射体的多普勒频移，并根据该散射体的多普勒频移计算该散射体的速度；
基于所述液体流场中各个散射体的速度，确定所述液体流场的流速。
进一步的，通过以下方式确定任一超声波探头对应的目标时间：
根据该超声波探头与所述液体流场中的任一散射体之间的第一距离，以及与该超声波探头相邻的超声波探头与该散射体之间的第二距离，得到总距离；
基于所述总距离，以及超声波传播的超声波速度，确定该超声波探头对应的目标时间。
进一步的，针对所述液体流场中的任一散射体，通过以下步骤确定与该散射体满足预设位置约束条件的超声波探头的目标回波信号：
针对一组超声波探头阵列中的任一超声波探头，计算该散射体与该超声波探头之间的垂直距离；
确定该超声波探头和该散射体之间的线段，以及所述线段与所述垂直距离之间的夹角；
基于所述垂直距离和所述夹角，确定该超声波探头的目标回波信号是否为与该散射体满足预设位置约束条件的超声波探头的目标回波信号。
进一步的，在所述针对所述液体流场中的任一散射体，基于与该散射体满足预设位置约束条件的超声波探头的目标回波信号，确定该散射体的回波吸收信号之后，所述流速测量方法还包括：
将所述散射体的回波吸收信号进行低频信号的滤波去杂，并基于预设信号补偿强度，对滤波去杂后的所述回波吸收信号进行信号补偿；
所述针对所述液体流场中的任一散射体，根据该散射体的所述回波吸收信号计算该散射体的多普勒频移，包括：
针对信号补偿后的该散射体的所述回波吸收信号，计算该散射体的多普勒频移。
进一步的，所述散射体的多普勒频移的公式为：
Figure BDA0003393580260000031
其中，
Figure BDA0003393580260000032
N为超声波探的脉冲次数；
Figure BDA0003393580260000033
为散射体的多普勒频移；IQbf(i)为目标回波信号；IQbf*(i+1)；R(T)为散射体的回波吸收信号；T为超声波探的脉冲周期；Im为散射体的回波吸收信号的虚部；Re为散射体的回波吸收信号的实部；
Figure BDA0003393580260000041
为散射体的多普勒频移。
进一步的，所述散射体的速度的计算公式为：
Figure BDA0003393580260000042
其中，v为散射体的速度；cosθ为散射体的速度方向与超声波探头发射的超声波信号的方向之间的夹角；
Figure BDA0003393580260000043
为散射体的多普勒频移；fc为超声波探头的中心频率；c为超声波的声速。
进一步的，所述基于所述液体流场中各个散射体的速度，确定所述液体流场的流速，包括：
针对液体流场中的任一散射体，将该散射体在两组不同方向上的子速度进行矢量求和，得到该散射体的速度；
根据所述液体流场中各个散射体的速度，确定所述液体流场中的各个散射体的二维向量速度云图；
根据所述液体流场中的各个散射体的所述二维向量速度云图，确定所述液体流场的流速。
本申请实施例还提供了一种液体金属二维流场的流速测量装置，所述流速测量装置包括：
获取模块，用于控制两组超声波探头阵列中每个超声波探头发射超声波信号，并接收各个超声波探头对应的回波信号；两组不同方向的超声波探头阵列设置成不同的载波频率；
延迟处理模块，用于针对一组超声波探头阵列中的任一超声波探头，基于该超声波探头对应的目标时间，对该超声波探头的回波信号进行延迟处理，得到该超声波探头的目标回波信号；所述目标时间为该超声波探头从发射超声波信号到接收回波信号所用的时间；
第一确定模块，用于针对液体流场中的任一散射体，基于与该散射体满足预设位置约束条件的超声波探头的目标回波信号，确定该散射体的回波吸收信号；
计算模块，用于针对所述液体流场中的任一散射体，根据该散射体的所述回波吸收信号计算该散射体的多普勒频移，并根据该散射体的多普勒频移计算该散射体的速度；
第二确定模块，用于基于所述液体流场中各个散射体的速度，确定所述液体流场的流速。
本申请实施例还提供一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如上述的流速测量方法的步骤。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如上述流速测量方法的步骤。
本申请实施例提供的液体流场的流速测量方法、装置、电子设备及存储介质，与现有技术相比，本申请通过设置两组超声波探头阵列，并将两组超声波探头阵列设置为不同方向和不同载波频率，针对超声波探头进行不同载波频率的设置，可以消除不同方向的超声波探头之间的信号干扰，且基于超声波探头对应的目标时间，对超声波探头的回波信号进行延迟处理，得到该超声波探头的目标回波信号，回波信号的延迟处理，实现了超声波探头阵列的同发同收，可以消除同方向上的回波信号的信号干扰，本申请基于与任一散射体满足预设位置约束条件的超声波探头的目标回波信号，确定该散射体的回波吸收信号，进而确定散射体的多普勒频移和二维流场的流速，提高了二维流场流速测量的准确性。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了现有手段中进行超声测速的原理图；
图2示出了本申请实施例所提供的一种液体流场的流速测量方法的流程图；
图3示出了本申请实施例所提供的一种液体流场的流速测量方法中超声波探头与散射体之间的示意图；
图4示出了本申请实施例所提供的一种液体流场的流速测量装置的结构示意图；
图5示出了本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。
图中：
400-流速测量装置；410-获取模块；420-延迟处理模块；430-第一确定模块；440-计算模块；450-第二确定模块；500-电子设备；510-处理器；520-存储器；530-总线。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的每个其他实施例，都属于本申请保护的范围。
首先，经研究发现，目前，对于不透明的液体金属流体的流场测量主要依赖于电势探针技术和超声测速技术，但是，电势探针只能实现在磁场环境中的垂直于磁场方向的单点流速测量，无法完成整个流场的流速测量，且对外部环境的要求较为苛刻，而目前的超声波测速法，主要适用于一维流场测速，而对于二维流场的测速很有限，且目前的超声波测速法在测速的过程中，超声探头之间会产生信号干扰，影响回波信息的采集，达到降低了测速的准确性。
现有的超声测速中，通常使用多普勒的方法来计算超声波的速度，在脉冲多普勒超声中，发射器不是连续的发射超声波的，而周期性的发射短的超声波脉冲，而接收机会连续地收集超声回波，假设如下图所示的情况，在超声束中只有一个粒子，可计算出该粒子的深度P：
Figure BDA0003393580260000071
式中，Td为超声波从超声波探头发射到达散射体再反射回超声波探头所经历的全部时间(由于散射体的速度远远小于超声波声速，因此超声波走过一个来回的时间内可以视为散射体没有移动)，c为超声波声速，P为散射体的深度。
参阅图1，图1为现有手段中进行超声测速的原理图。如图1中所示，在散射体在超声波探头发射超声波信号的过程中发生相对运动的情况下，假设散射体相对于超声波探头发射超声波信号以角度θ发生运动，则可以通过计算时间延迟Tprf在时间上分离的散射体之间的深度变化来测量其速度，这里，利用超声测速的原理，测得的速度表达式为：
Figure BDA0003393580260000081
式中，(P2-P1)为时间延迟Tprf在时间上分离的散射体之间的深度变化，v为散射体的速度，θ为散射体的速度方向与超声波探头发出的超声方向的夹角，vcosθ为散射体在超声方向上的投影速度，Tprf为超声发射的时间间隔，c为超声波声速，T1和T2分别为Tprf在时间上分离的散射体的两个位置处的Td(超声波从超声波探头发射到达散射体再反射回超声波探头所经历的全部时间)，
Figure BDA0003393580260000082
为超声波从P1所对应的位置到P2所对应的位置走过的深度,由于时差(T2-T1)的时间间隔很短，大多数时间不到一微秒，所以，使用超声波探头对应的接收器接收到的回波的相移测量代替这种时间测量是可行的，下面，回波的多普勒相移表示为：
δ＝2πfc(T2-T1)；
其中，δ为多普勒相移，fc为超声波探头发射的中心频率，这里，中心频率与载波频率的频率带宽有关，中心频率为在一个带宽的载波频率中的最高的频率。
下面，根据多普勒相移，确定散射体的速度表示为：
Figure BDA0003393580260000083
上式由
Figure BDA0003393580260000084
和δ＝2πfc(T2-T1)联立得到，其中，v为散射体的速度，cosθ为散射体的速度方向与超声波探头发射的超声波信号的方向之间的夹角；fd为散射体的多普勒频移；fc为超声波探头的中心频率；c为超声波的声速。
上述中的超声测速技术无法避免多个超声波探头之间的相互干扰，从而无法实现二维流场流速的准确测量。
基于此，本申请实施例提供了一种液体流场的流速测量方法、装置、电子设备及存储介质，本申请通过设置两组超声波探头阵列，并将两组超声波探头阵列设置为不同方向和不同载波频率，针对超声波探头进行不同载波频率的设置，可以消除不同方向的超声波探头之间的信号干扰，且基于超声波探头对应的目标时间，对超声波探头的回波信号进行延迟处理，得到该超声波探头的目标回波信号，回波信号的延迟处理，实现了超声波探头阵列的同发同收，可以消除同方向上的回波信号的信号干扰，本申请基于与任一散射体满足预设位置约束条件的超声波探头的目标回波信号，确定该散射体的回波吸收信号，进而确定散射体的多普勒频移和二维流场的流速，提高了二维流场流速测量的准确性。
请参阅图2，图2为本申请实施例所提供的一种液体流场的流速测量方法的流程图。如图2中所示，本申请实施例提供的流速测量方法，包括：
S201、控制两组超声波探头阵列中每个超声波探头发射超声波信号，并接收各个超声波探头对应的回波信号；两组不同方向的超声波探头阵列设置成不同的载波频率。
该步骤中，每组超声波探头阵列包括多个超声波探头，且超声波发射器能够通过每组超声波探头阵列中的每个超声波探头发射超声波信号，在超声波发射器通过超声波探头发射超声波信号后，接收器接收每个超声波探头对应的回波信号，这里，为了保证基于超声波探头不仅能够测试一维流场中的液体流速，还能够测试二维流场中的液体流速，为了保证超声波探头在不同方向上接收的回波信号的干扰问题，将两组不同方向的超声波探头阵列设置成不同的载波频率，且保证每组超声波探头阵列中的所有超声波探头为相同的载波频率，两组超声波探头阵列采用不同的晶振单元组成，不同方向的超声波探头阵列中的晶振单元的载波频率不同，晶振单元的载波频率一般是具有一定变化范围的，选择不同载波频率的超声波探头阵列通过更换不同载波频率的晶振单元即可实现。
这里，两组超声波探头阵列的方向不需要正交，只要不平行即可。
而上述中，流场为流体运动所占据的空间，用欧拉法描述的流体质点运动，其流速、压强等函数定义在时间和空间点坐标场上的流速场、压强场等的统称。
其中，载波频率的不同时通过作业人员在参数设定环节进行及定于设置的，作业人员在控制两组超声波探头阵列中每个超声波探头发射超声波信号前，会先设置每组超声波探头阵列的参数以及每个超声波探头的发射模式，所述超声波探头阵列的参数包括但不限制于每个超声波探头的间隔、每个超声波探头的曲率(即每个超声波探头的弯曲程度)、每个超声波探头的高度、超声波探头接收回波信号的频率(及即参数采样率)、发射超声波信号的载波频率、超声波的声速、门数、时间延迟的周期、频率带宽、发射波形以及信号补偿器的选择以及滤波器的选择，每个超声波探头的发射模式通过设置超声波探头之间的发射间隔和遍历发射时间来实现，两组不同方向的超声波探头阵列设置不同的载波频率。
S202、针对一组超声波探头阵列中的任一超声波探头，基于该超声波探头对应的目标时间，对该超声波探头的回波信号进行延迟处理，得到该超声波探头的目标回波信号；所述目标时间为该超声波探头从发射超声波信号到接收回波信号所用的时间。
该步骤中，在基于该超声波探头对应的目标时间，对该超声波探头的回波信号进行延迟处理之前，需要对接收的每个超声波探头对应的回波信号先进行调制解调处理，这里所述的调制解调处理方式包括但不限制于使用正交调制解调方法，本实施例使用的调制解调方法为正交调制解调，使用正交调制解调将一维的回波信号调制成二维的回波信号，用于后续对杂波的滤波处理，在正交调制解调后，将调制解调后的回波信号进行延迟处理，得到该超声波探头的目标回波信号，这里，是基于超声波探头对应的目标时间，对该超声波探头的目标回波信号进行延迟处理的。
上述中，调制解调中调制就是用基带信号去控制载波信号的某个或几个参量的变化，将信息荷载在其上形成已调信号传输，而解调是调制的反过程，通过具体的方法从已调信号的参量变化中将恢复原始的基带信号。
其中，对回波信号的正交解调公式为：
IQ＝RF(cos(2πfc)+i sin(2πfc))；
这样，IQ＝I+iQ，IQ为正交解调后的回波信号(复数)；RF为未进行正交解调的回波信号(实数)，fc为超声波探头发射的中心频率，i为单位虚数。
进一步的，通过以下方式确定任一超声波探头对应的目标时间：
根据该超声波探头与所述液体流场中的任一散射体之间的第一距离，以及与该超声波探头相邻的超声波探头与该散射体之间的第二距离，得到总距离。
基于所述总距离，以及超声波传播的超声波速度，确定该超声波探头对应的目标时间。
这里，超声波探头对应的目标时间的公式为：
Figure BDA0003393580260000121
其中，如图3所示，图3为本实施例提供的一种液体流场的流速测量方法中超声波探头与散射体之间的示意图；
在图3中，(Xs,Zs)为散射体的位置坐标；τi(Xs)横坐标处于Xs处的超声波探头对应的目标时间；dTX(Xs)为处于Xs处的超声波探头与(Xs,Zs)处散射体之间的第一距离；dRX(Xs,Xi)为处于Xi处的超声波探头与(Xs,Zs)处散射体之间的第二距离,即与处于Xs处的超声波探头相邻的处于Xi处的超声波探头，与(Xs,Zs)处散射体之间的第二距离；t0为根据超声波探头型号而设置的信号采集的开始时间；c为超声波的声速；W为超声波探头的宽度。
其中，根据勾股定理，可得：
dTX(Xs)＝zs；
Figure BDA0003393580260000122
上述中，以本实施例提供的散射体(Xs,Zs)为例，第一距离为Zs，第二距离为
Figure BDA0003393580260000123
这里，对该超声波探头的目标回波信号进行延迟处理的表达式为：
Figure BDA0003393580260000124
式中，IQi(τi(Xs))是平移延迟时间τi(Xs)的IQ回波信号，
Figure BDA0003393580260000125
是在平移过程的数学处理中产生的移项。
这样，假定超声波的声速c在介质中是均匀传播的，这里的目标时间为处于xs处超声波探头从发射超声波信号到散射体，再从该散射体接收回波信号到处于xi处的超声波探头之间所用的时间。
S203、针对所述液体流场中的任一散射体，基于与该散射体满足预设位置约束条件的超声波探头的目标回波信号，确定该散射体的回波吸收信号。
该步骤中，针对液体流场中的任一散射体，首先对超声波探头对应的若干个目标回波信号进行预设位置约束条件的筛选，确定满足预设位置约束条件的超声波探头的目标回波信号，并将满足预设位置约束条件的超声波探头的目标回波信号进行叠加求和处理，确定该散射体的回波吸收信号，下面为确定散射体的回波吸收信号的公式(即对预设位置约束条件的超声波探头的目标回波信号进行延迟求和的过程)：
Figure BDA0003393580260000131
式中，
Figure BDA0003393580260000132
用于表征散射体Xs对应的足预设位置约束条件的超声波探头的序号。
这样，对满足预设位置约束条件的超声波探头的目标回波信号进行了延迟求和处理，其中延迟求和用于表征波束合成。顾名思义，延时是根据阵元与焦点的距离差，计算出延迟的时间，加权是对不同阵元施以不同的权值，最后将多条数据加成一条。
进一步的，针对所述液体流场中的任一散射体，通过以下步骤确定与该散射体满足预设位置约束条件的超声波探头的目标回波信号：
针对一组超声波探头阵列中的任一超声波探头，计算该散射体与该超声波探头之间的垂直距离。
这里，确定该超声波探头和该散射体之间的线段，以及所述线段与所述垂直距离之间的夹角。
基于所述垂直距离和所述夹角，确定该超声波探头的目标回波信号是否为与该散射体满足预设位置约束条件的超声波探头的目标回波信号。
这里，首先确定超声波探头和该散射体之间的线段，进一步确定线段与垂直距离之间的夹角，使得上述夹角满足声波传播角α的大小。
其中，声波传播角α的表达式为：
Figure BDA0003393580260000141
式中，λ为超声波的波长；λ＝λ(fc+B/2)maxmin，用于表征声波传播角α需要满足最小波长即最大频率；θ为声波的传播角；sinc为辛格函数，sin c(x)＝sin(x)/x。
本申请提供的实施例中，我们仅仅考虑具有-3dB以上振幅的信号，且-3dB对应Dthresh＝0.71，这里，通过规定振幅的最小值得到阈值Dthersh，来使得信号有较好的信噪比；D是一个正比于声压的量；Dthersh为一个D的阈值。
根据所述声波传播角α，确定散射体与超声波探头之间的预设垂直距离，下面的公式用于表示预设垂直距离：
Figure BDA0003393580260000142
在确定预设垂直距离后，判断散射体与超声波探头之间的垂直距离是否大于等于预设垂直距离，具体的表达式如下所示：
Figure BDA0003393580260000143
式中，zs为散射体的垂直距离；|xs-xi|为处于xs处的超声波探头与相邻的处于xi处的超声波探头之间的距离；
Figure BDA0003393580260000144
为散射体与超声波探头之间的垂直距离。
若确定散射体与超声波探头之间的垂直距离大于等于预设垂直距离，则确定超声波探头的目标回波信号为与该散射体满足预设位置约束条件的超声波探头的目标回波信号。
进一步的，在所述针对所述液体流场中的任一散射体，基于与该散射体满足预设位置约束条件的超声波探头的目标回波信号，确定该散射体的回波吸收信号之后，所述流速测量方法还包括：
将所述散射体的回波吸收信号进行低频信号的滤波去杂，并基于预设信号补偿强度，对滤波去杂后的所述回波吸收信号进行信号补偿。
这里，使用高通滤波器对散射体的回波吸收信号进行低频信号的滤波去杂，目标为去除掉由壁面运动产生的低频噪音，并在滤波去杂后，通过预设信号补偿强度来对滤波去杂后的回波吸收信号进行信号补偿，实现减小由于回波吸收信号在介质中长距离传输导致的信号衰减问题。
所述针对所述液体流场中的任一散射体，根据该散射体的所述回波吸收信号计算该散射体的多普勒频移，包括：
针对信号补偿后的该散射体的所述回波吸收信号，计算该散射体的多普勒频移。
S204、针对所述液体流场中的任一散射体，根据该散射体的所述回波吸收信号计算该散射体的多普勒频移，并根据该散射体的多普勒频移计算该散射体的速度。
该步骤中，将发射超声波信号与接收的回波信号在数据处理软件中进行信号比较后，得到脉冲超声波的散射体的多普勒频移，这里，在超声波探头发射超声波信号的方向上，可以获得多个散射体的速度值，速度的方向仅仅沿着超声波信号的传播方向。
其中，散射体的多普勒频移的公式为：
Figure BDA0003393580260000151
其中，
Figure BDA0003393580260000152
N为超声波探的脉冲次数；
Figure BDA0003393580260000161
为散射体的多普勒频移；IQbf(i)为目标回波信号；IQbf*(i+1)；R(T)为散射体的回波吸收信号；T为超声波探的脉冲周期；Im为散射体的回波吸收信号的虚部；Re为散射体的回波吸收信号的实部；
Figure BDA0003393580260000162
为散射体的多普勒频移。
进一步的，散射体的速度的计算公式为：
Figure BDA0003393580260000163
其中，v为散射体的速度；θ为散射体的速度方向与超声波探头发射的超声波信号的方向之间的夹角；
Figure BDA0003393580260000164
为散射体的多普勒频移；fc为超声波探头的中心频率；c为超声波的声速。
这里，
Figure BDA0003393580260000165
与fd之间的关系为：
Figure BDA0003393580260000166
式中，
Figure BDA0003393580260000167
为散射体的多普勒频移，fd为超声波探头的载波频率。
S205、基于所述液体流场中各个散射体的速度，确定所述液体流场的流速。
该步骤中，确定液体流场中散射体的分布情况，以及散射体的个数，这里，可以通过对液体流场进行网格划分，并将划分后的网格交点定义为散射体，这样，液体流场中散射体的分布即为网格交点的分布，这样的涉及使得液体流场中散射体的分布十分的均匀，更有利于计算相对准确的液体流场的流速，然后基于所述液体流场中各个散射体的速度，确定液体流场中全部散射体的速度，进而实现确定液体流场的流速。
其中，本申请提供的液体流场的流速测量方法不仅可以适用于不透明液体所在流场的流速测量，同样也可以适用于透明液体所在流场的流速测量，本申请提供的液体流场的流速测量方法对于不透明液体所在流场的流速测量具有高时空的分辨率。
这里，高时空反映现象或事物随时间与空间变化细节的能力。通常为单位时间内现象或事物重现的次数与单个栅格单元所表达的地球表面实地面积。
进一步的，所述基于所述液体流场中各个散射体的速度，确定所述液体流场的流速，包括：
针对液体流场中的任一散射体，将该散射体在两组不同方向上的子速度进行矢量求和，得到该散射体的速度。
其中，上述仅仅是计算了散射体在一组超声波探头阵列中的子速度，而想要获得该散射体在两组不同方向上的超声波探头阵列中的总速度，需要先分别确定该散射体在两组不同方向上的超声波探头阵列中两个子速度，然后将两个子速度进行矢量求和，确定矢量求和后的速度为散射体的速度。
根据所述液体流场中各个散射体的速度，确定所述液体流场中的各个散射体的二维向量速度云图。
其中，将液体流场中各个散射体速度进行向量表示，确定各个散射体液体流场中二维向量速度，在确定各个散射体液体流场中二维向量速度的基础上，确定液体流场中的各个散射体的二维向量速度云图。
根据所述液体流场中的各个散射体的所述二维向量速度云图，确定所述液体流场的流速。
本申请实施例提供的流速测量方法，与现有技术中相比，本申请通过设置两组超声波探头阵列，并将两组超声波探头阵列设置为不同方向和不同载波频率，针对超声波探头进行不同载波频率的设置，可以消除不同方向的超声波探头之间的信号干扰，且基于超声波探头对应的目标时间，对超声波探头的回波信号进行延迟处理，得到该超声波探头的目标回波信号，回波信号的延迟处理，实现了超声波探头阵列的同发同收，可以消除同方向上的回波信号的信号干扰，本申请基于与任一散射体满足预设位置约束条件的超声波探头的目标回波信号，确定该散射体的回波吸收信号，进而确定散射体的多普勒频移和二维流场的流速，提高了二维流场流速测量的准确性。
这里，本申请实施例提供的流速测量方法，与现有技术中相比，本申请可以通过设置两组超声波探头阵列的参数来兼容多种探头，使得本申请实施例提供的流速测量方法具体更高的兼容性。
请参阅图4，图4为本申请实施例所提供的一种液体流场的流速测量装置的结构示意图。如图4中所示，所述流速测量装置400包括：
获取模块410，用于控制两组超声波探头阵列中每个超声波探头发射超声波信号，并接收各个超声波探头对应的回波信号；两组不同方向的超声波探头阵列设置成不同的载波频率。
延迟处理模块420，用于针对一组超声波探头阵列中的任一超声波探头，基于该超声波探头对应的目标时间，对该超声波探头的回波信号进行延迟处理，得到该超声波探头的目标回波信号；所述目标时间为该超声波探头从发射超声波信号到接收回波信号所用的时间。
第一确定模块430，用于针对所述液体流场中的任一散射体，基于与该散射体满足预设位置约束条件的超声波探头的目标回波信号，确定该散射体的回波吸收信号。
计算模块440，用于针对所述液体流场中的任一散射体，根据该散射体的所述回波吸收信号计算该散射体的多普勒频移，并根据该散射体的多普勒频移计算该散射体的速度。
第二确定模块450，用于基于所述液体流场中各个散射体的速度，确定所述液体流场的流速。
本申请实施例提供的流速测量装置400，与现有技术相比，本申请通过设置两组超声波探头阵列，并将两组超声波探头阵列设置为不同方向和不同载波频率，针对超声波探头进行不同载波频率的设置，可以消除不同方向的超声波探头之间的信号干扰，且基于超声波探头对应的目标时间，对超声波探头的回波信号进行延迟处理，得到该超声波探头的目标回波信号，回波信号的延迟处理，实现了超声波探头阵列的同发同收，可以消除同方向上的回波信号的信号干扰，本申请基于与任一散射体满足预设位置约束条件的超声波探头的目标回波信号，确定该散射体的回波吸收信号，进而确定散射体的多普勒频移和二维流场的流速，提高了二维流场流速测量的准确性。
请参阅图5，图5为本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。如图5中所示，所述电子设备500包括处理器510、存储器520和总线530。
所述存储器520存储有所述处理器510可执行的机器可读指令，当电子设备500运行时，所述处理器510与所述存储器520之间通过总线530通信，所述机器可读指令被所述处理器510执行时，可以执行如上述图1以及图2所示方法实施例中的流速测量方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时可以执行如上述图1所示方法实施例中的流速测量方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种液体流场的流速测量方法，其特征在于，所述流速测量方法包括：
控制两组超声波探头阵列中每个超声波探头发射超声波信号，并接收各个超声波探头对应的回波信号；两组不同方向的超声波探头阵列设置成不同的载波频率；
针对一组超声波探头阵列中的任一超声波探头，基于该超声波探头对应的目标时间，对该超声波探头的回波信号进行延迟处理，得到该超声波探头的目标回波信号；所述目标时间为该超声波探头从发射超声波信号到接收回波信号所用的时间；
针对液体流场中的任一散射体，基于与该散射体满足预设位置约束条件的超声波探头的目标回波信号，确定该散射体的回波吸收信号；
针对所述液体流场中的任一散射体，根据该散射体的所述回波吸收信号计算该散射体的多普勒频移，并根据该散射体的多普勒频移计算该散射体的速度；
基于所述液体流场中各个散射体的速度，确定所述液体流场的流速。
2.根据权利要求1所述的流速测量方法，其特征在于，通过以下方式确定任一超声波探头对应的目标时间：
根据该超声波探头与所述液体流场中的任一散射体之间的第一距离，以及与该超声波探头相邻的超声波探头与该散射体之间的第二距离，得到总距离；
基于所述总距离，以及超声波传播的超声波速度，确定该超声波探头对应的目标时间。
3.根据权利要求1所述的流速测量方法，其特征在于，针对所述液体流场中的任一散射体，通过以下步骤确定与该散射体满足预设位置约束条件的超声波探头的目标回波信号：
针对一组超声波探头阵列中的任一超声波探头，计算该散射体与该超声波探头之间的垂直距离；
确定该超声波探头和该散射体之间的线段，以及所述线段与所述垂直距离之间的夹角；
基于所述垂直距离和所述夹角，确定该超声波探头的目标回波信号是否为与该散射体满足预设位置约束条件的超声波探头的目标回波信号。
4.根据权利要求1所述的流速测量方法，其特征在于，在所述针对所述液体流场中的任一散射体，基于与该散射体满足预设位置约束条件的超声波探头的目标回波信号，确定该散射体的回波吸收信号之后，所述流速测量方法还包括：
将所述散射体的回波吸收信号进行低频信号的滤波去杂，并基于预设信号补偿强度，对滤波去杂后的所述回波吸收信号进行信号补偿；
所述针对所述液体流场中的任一散射体，根据该散射体的所述回波吸收信号计算该散射体的多普勒频移，包括：
针对信号补偿后的该散射体的所述回波吸收信号，计算该散射体的多普勒频移。
5.根据权利要求1所述的流速测量方法，其特征在于，所述散射体的多普勒频移的公式为：
Figure FDA0003393580250000021
其中，
Figure FDA0003393580250000022
N为超声波探的脉冲次数；
Figure FDA0003393580250000031
为散射体的多普勒频移；IQbf(i)为目标回波信号；IQbf*(i+1)；R(T)为散射体的回波吸收信号；T为超声波探的脉冲周期；Im为散射体的回波吸收信号的虚部；Re为散射体的回波吸收信号的实部；
Figure FDA0003393580250000032
为散射体的多普勒频移。
6.根据权利要求1所述的流速测量方法，其特征在于，所述散射体的速度的计算公式为：
Figure FDA0003393580250000033
其中，v为散射体的速度；cosθ为散射体的速度方向与超声波探头发射的超声波信号的方向之间的夹角；
Figure FDA0003393580250000034
为散射体的多普勒频移；fc为超声波探头的中心频率；c为超声波的声速。
7.根据权利要求1所述的流速测量方法，其特征在于，所述基于所述液体流场中各个散射体的速度，确定所述液体流场的流速，包括：
针对液体流场中的任一散射体，将该散射体在两组不同方向上的子速度进行矢量求和，得到该散射体的速度；
根据所述液体流场中各个散射体的速度，确定所述液体流场中的各个散射体的二维向量速度云图；
根据所述液体流场中的各个散射体的所述二维向量速度云图，确定所述液体流场的流速。
8.一种液体金属二维流场的流速测量装置，其特征在于，所述流速测量装置包括：
获取模块，用于控制两组超声波探头阵列中每个超声波探头发射超声波信号，并接收各个超声波探头对应的回波信号；两组不同方向的超声波探头阵列设置成不同的载波频率；
延迟处理模块，用于针对一组超声波探头阵列中的任一超声波探头，基于该超声波探头对应的目标时间，对该超声波探头的回波信号进行延迟处理，得到该超声波探头的目标回波信号；所述目标时间为该超声波探头从发射超声波信号到接收回波信号所用的时间；
第一确定模块，用于针对液体流场中的任一散射体，基于与该散射体满足预设位置约束条件的超声波探头的目标回波信号，确定该散射体的回波吸收信号；
计算模块，用于针对所述液体流场中的任一散射体，根据该散射体的所述回波吸收信号计算该散射体的多普勒频移，并根据该散射体的多普勒频移计算该散射体的速度；
第二确定模块，用于基于所述液体流场中各个散射体的速度，确定所述液体流场的流速。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器运行时执行如上述权利要求1至7中任一所述的流速测量方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如上述权利要求1至7中任一所述的流速测量方法的步骤。
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