CN118094908A - 超声波流量计数字孪生模型的获取方法及装置、电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声波流量计数字孪生模型的获取方法及装置、电子设备，包括以下步骤：对超声波流量计流道进行参数化建模并进行流场数值模拟；对超声波换能器的结构与综合性能进行集中参数系统建模；实现流场数值模拟与换能器模型的双向耦合；实现换能器模型与换能器驱动电路仿真模型的双向耦合；实现流场数值模拟与接收电路仿真模型的单相耦合，最终得到完整的超声波流量计数字孪生模型。该方法能够快速建立超声波流量计的数字孪生模型，准确还原超声波流量计在各种流速分布及干扰条件下的工作状态，可以用于指导超声波换能器驱动和接收电路与流道结构的联合优化设计，显著降低开发成本。
Description
技术领域
本申请涉及仪器仪表技术领域，具体涉及一种超声波流量计数字孪生模型的获取方法及装置、电子设备。
背景技术
目前，超声波流量计的开发主要分为驱动电路部分的开发和流场分析与设计两个部分。然而，在实际生产过程中，上述两个部分都被单独考虑。由于驱动电路部分与流场分析设计部分之间耦合的缺失，二者之间的相互影响被忽略了。这就造成了超声波流量计的实际精度低于设计精度等问题，也给非系统级数字孪生系统的搭建造成一定困难。
发明内容
基于此，本申请实施例的目的是提供一种超声波流量计数字孪生模型的获取方法及装置、电子设备，以解决背景技术中存在的技术问题。
根据本申请实施例的第一方面，提供一种超声波流量计数字孪生模型的获取方法，所述超声波流量计数字孪生模型包括管道、超声波换能器以及超声波换能器驱动电路三个部分，包括：
获取工业现场超声波流量计部署位置及上下游管道结构参数，获取能被加工的超声波换能器的结构参数，获取压电材料的物理属性，获取有效的超声波换能器驱动电路设计图；
根据所述超声波流量计部署位置及上下游管道结构参数与超声波换能器的结构参数，基于计算流体力学特性建立管道结构模型；
根据所述管道结构模型建立用于管道流场数值模拟的计算域，根据工业现场实际情况确定计算域非换能器区域的边界条件，根据雷诺数进行计算域内部流态分析，确立管道流场数值模拟模型；
根据所述超声波换能器的结构参数与所述压电材料的物理属性，利用机械振动和电振荡两种运动规律之间的相似性，结合压电方程建立超声波换能器的物理模型；
根据所述超声波换能器驱动电路设计图，搭建超声波换能器驱动电路的仿真模型；
根据所述管道流场数值模拟模型与所述超声波换能器的物理模型确定管道流场数值模拟模型与超声波换能器物理模型之间的第一双向耦合模型，实现管道流场数值模拟模型与超声波换能器物理模型之间的双向数据交互，上述两个模型对应的实物在装配后存在空间接触的位置在仿真时所需的边界条件将由对方提供；
根据所述超声波换能器的物理模型与所述超声波换能器驱动电路的仿真模型确定超声波换能器物理模型与超声波换能器驱动电路仿真模型的第二双向耦合模型，实现超声波换能器物理模型与超声波换能器驱动电路仿真模型之间的双向数据交互，超声波换能器物理模型被封装成换能器物理元件形式嵌入超声波换能器驱动电路仿真模型中；
根据所述第一双向耦合模型与所述第二双向耦合模型，建立两个模型之间的数据收发模块，获得完整的超声波流量计数字孪生模型。
可选的，在基于计算流体力学特性建立管道结构模型的过程中，需要忽略管道内不影响流体力学特性的阻流件，同时，根据声道位置、声道结构、管道内径、管道走向、管道的上下游直管段长度、上游结构和下游结构因素，对超声波流量计管道部分的几何结构进行建模。
可选的，所述超声波流量计管道部分的几何结构模型，应能够在模型中同时体现超声波换能器的结构与流场结构。
可选的，根据雷诺数进行计算域内部流态分析，确立管道流场数值模拟模型时，相关计算公式表示为：
式中：Re-管道雷诺数；
ρ-工质密度，kg/m3；
v-工质在管道内的平均流速，m/s；
D-管道直径，m；
μ-工质的动力粘度，Pa·s；
根据流态，采用相对应的计算流体力学模型，任何情况下，选择计算流体力学模型和工业现场边界条件时，由于涉及到数值计算模型与换能器参数模型的耦合，应采用瞬态计算；其次，根据工业现场实际情况配置出入口边界的边界类型，设置出入口边界相关参数。
可选的，建立超声波换能器的物理模型过程中，应综合考虑压电材料结构，压电弹性力学与工业实际中压电材料的边界条件，所使用的压电方程应符合其边界条件。
可选的，所述第一双向耦合模型需要主动控制处于发射状态的换能器的运动状态，所述第一双向耦合模型中，利用模拟软件对处于接收状态的换能器的运动状态进行数值模拟，为所述换能器物理模型提供参数。
可选的，所述第二双向耦合模型中超声波换能器物理模型的元件形式通过编程方式获得，换能器处于发射状态时，由所述第二双向耦合模型中的所述驱动电路仿真模型作为电源，向所述换能器物理元件提供触发信号，换能器处于接收状态时，由所述换能器物理元件作为电源，向所述驱动电路仿真模型提供触发信号。
可选的，所述第一双向耦合模型的采样时间向所述数据收发模块发送数据的仿真时间间隔为所述第二双向耦合模型向所述数据收发模块发送数据的仿真时间间隔的整数倍。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种超声波流量计数字孪生模型的获取装置，所述超声波流量计数字孪生模型包括管道、超声波换能器以及超声波换能器驱动电路三个部分，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取工业现场超声波流量计部署位置及上下游管道结构参数，获取能被加工的超声波换能器的结构参数，获取压电材料的物理属性，获取有效的超声波换能器驱动电路设计图；
第一模型建立模块，用于根据所述超声波流量计部署位置及上下游管道结构参数与超声波换能器的结构参数，基于计算流体力学特性建立管道结构模型；
第二模型建立模块，用于根据所述管道结构模型建立用于管道流场数值模拟的计算域，根据工业现场实际情况确定计算域非换能器区域的边界条件，根据雷诺数进行计算域内部流态分析，确立管道流场数值模拟模型；
第三模型建立模块，用于根据所述超声波换能器的结构参数与所述压电材料的物理属性，利用机械振动和电振荡两种运动规律之间的相似性，结合压电方程建立超声波换能器的物理模型；
第四模型建立模块，用于根据所述超声波换能器驱动电路设计图，搭建超声波换能器驱动电路的仿真模型；
第五模型建立模块，用于根据所述管道流场数值模拟模型与所述超声波换能器的物理模型确定管道流场数值模拟模型与超声波换能器物理模型之间的第一双向耦合模型，实现管道流场数值模拟模型与超声波换能器物理模型之间的双向数据交互，上述两个模型对应的实物在装配后存在空间接触的位置在仿真时所需的边界条件将由对方提供；
第六模型建立模块，用于根据所述超声波换能器的物理模型与所述超声波换能器驱动电路的仿真模型确定超声波换能器物理模型与超声波换能器驱动电路仿真模型的第二双向耦合模型，实现超声波换能器物理模型与超声波换能器驱动电路仿真模型之间的双向数据交互，超声波换能器物理模型被封装成换能器物理元件形式嵌入超声波换能器驱动电路仿真模型中；
第七模型建立模块，用于根据所述第一双向耦合模型与所述第二双向耦合模型，建立两个模型之间的数据收发模块，获得完整的超声波流量计数字孪生模型。
根据本申请实施例的第三方面，提供一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如第一方面所述的方法。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
由上述实施例可知，本申请以计算流体力学，流固耦合方法，压电弹性力学和电路仿真工具为依托，通过将超声波流量计所涉及的所有环境因素、结构因素和电路架构联合建模来获得高度耦合的超声波流量计的数字孪生模型。能够有效还原目标超声波流量计在各种工作环境和干扰条件下的工作状态，获得设计激励下，超声波流量计的真实输出，可以用于辅助超声波换能器驱动和接收电路与流道结构的联合优化设计以及非系统级数字孪生模型的搭建。能够有效降低流量计开发的时间成本与经济成本，缩小预期精度与实际精度之间的误差，更大程度上保证了流量计的可靠性与稳定性。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种超声波流量计数字孪生模型的获取方法的流程图。
图2是根据一示例性实施例示出的处于发射状态的换能器受到的激励信号与机械响应结果。
图3是根据一示例性实施例示出的接收端换能器与发射端换能器端面受力情况图。
图4是根据一示例性实施例示出的压电材料正压电效应示意图。
图5是根据一示例性实施例示出的压电材料负压电效应示意图。
图6是根据一示例性实施例示出的一种超声波流量计数字孪生模型的获取装置的框图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在......时”或“当......时”或“响应于确定”。
图1是根据一示例性实施例示出的一种超声波流量计数字孪生模型的获取方法的流程图，如图1所示，该方法可以包括以下步骤：
S1：获取工业现场超声波流量计部署位置及上下游管道结构参数，获取能被加工的超声波换能器的结构参数，获取压电材料的物理属性，获取有效的超声波换能器驱动电路设计图；
具体地，对于超声波流量计，整个设计过程中需要考虑传感器选型，传感器布置和电路设计等因素。在具体设计过程种，需要保证以上因素被合理设计。保证传感器的频率和能量输出与工质特性相匹配，避免信号质量和测量范围出现问题；保证传感器的位置合理，避免信号衰减、散射、反射等问题，以及降低流速分布不均给测量带来的影响；保证电路设计合理，避免出现信号干扰、动态范围不足、信号延迟和稳定性问题。符合上述所有条件的设计方案都可用于后续的数字孪生模型的搭建。
S2：根据所述超声波流量计部署位置及上下游管道结构参数与超声波换能器的结构参数，基于计算流体力学特性建立管道结构模型；
具体地，模型应充分反应工业现场的实际情况。选择合理的流量计上下游管道长度，在保证流量计附近流场与实际情况符合的同时，尽可能减少计算量。为了实现模型的快速修改，即快速调整所述管道结构模型中超声波换能器与上下游管道的结构参数，用参数化建模的方式搭建所述管道结构模型。
S3：根据所述管道结构模型建立用于管道流场数值模拟的计算域，根据工业现场实际情况确定计算域非换能器区域的边界条件，根据雷诺数进行计算域内部流态分析，确立管道流场数值模拟模型；
具体地，根据雷诺数进行计算域内部流态分析，确立管道流场数值模拟模型时，相关计算公式表示为：
式中：Re-管道雷诺数；
ρ-工质密度，kg/m3；
v-工质在管道内的平均流速，m/s；
D-管道直径，m；
μ-工质的动力粘度，Pa·s；
根据流态，采用相对应的计算流体力学模型，任何情况下，选择计算流体力学模型和工业现场边界条件时，由于涉及到数值计算模型与换能器参数模型的耦合，应采用瞬态计算；其次，根据工业现场实际情况配置出入口边界的边界类型，设置出入口边界相关参数。
所述计算域应能够充分反应仿真过程中换能器的振动情况及其对流场产生的影响。对于所述计算域内的流动，当雷诺数Re＜2300时，所述计算域内工质的流动属于层流；当雷诺数2300＜Re＜4000时，所述计算域内工质的流动属于过渡流状态；当雷诺数Re＞4000时，所述计算域内工质的流动属于湍流状态。完成流动判断后，应再次根据所述管道结构模型选择合适的计算流体力学分析方法，并根据工业现场的实际运行参数配置所述计算域的边界条件。所述计算域中换能器部分的边界条件需要在仿真过程中根据其当前状态以及与所述超声波换能器的物理模型进行数据交互后确定。
S4：根据所述超声波换能器的结构参数与所述压电材料的物理属性，利用机械振动和电振荡两种运动规律之间的相似性，结合压电方程建立超声波换能器的物理模型；
具体地，根据压电材料的夹持方式与电学条件，选取合适的压电方程；将压电材料的电场-机械位移关系转换到时域，以建立所述超声波换能器的物理模型。以边界条件为机械夹持和电学开路为例，其压电方程为h型，相关计算公式表示为：
式中：T3-轴向应力分量；
-弹性系数分量；
h33-压电常数分量；
E3-轴向电场强度分量；
-恒应变下的隔离率分量；
D3-轴向的电位移分量；
通过假设压电材料是均匀和各向同性的方法在保证所述超声波换能器的物理模型精度的同时降低建模难度；
S5：根据所述超声波换能器驱动电路设计图，搭建超声波换能器驱动电路的仿真模型；
具体地，在仿真软件中实现所述超声波换能器驱动电路的仿真模型，在模型中为所述超声波换能器的物理模型预留位置，用于后续搭建所述第二双向耦合模型。
S6：根据所述管道流场数值模拟模型与所述超声波换能器的物理模型确定管道流场数值模拟模型与超声波换能器物理模型之间的第一双向耦合模型，实现管道流场数值模拟模型与超声波换能器物理模型之间的双向数据交互，上述两个模型对应的实物在装配后存在空间接触的位置在仿真时所需的边界条件将由对方提供；
具体地，所述第一双向耦合模型从所述数据收发模块接收超声波换能器的运动状态与工业现场的运行参数，以此计算下一个采样时刻所述第一双向耦合模型内部分布参数系统的状态。所述第一双向耦合模型可以随时提取其仿真的分布参数系统中各个位置的数据，用于数据分析或发送给数据收发模块，如图3所示，在所述第一双向耦合模型仿真过程中提取的负责发射信号的换能器与负责接收信号的换能器的端面受力情况。
S7：根据所述超声波换能器的物理模型与所述超声波换能器驱动电路的仿真模型确定超声波换能器物理模型与超声波换能器驱动电路仿真模型的第二双向耦合模型，实现超声波换能器物理模型与超声波换能器驱动电路仿真模型之间的双向数据交互，超声波换能器物理模型被封装成换能器物理元件形式嵌入超声波换能器驱动电路仿真模型中；
具体地，第二双向耦合模型从所述数据收发模块接收换能器空间与力学参数，以此计算换能器的电学参数与部分空间参数，如图4所示，换能器在某空间与力学参数条件下产生电信号参数的过程，如图5所示，换能器在某电信号与力学参数条件下产生的空间参数。所述第二双向耦合模型可以随时提取其仿真的集中参数系统中的所有数据，用于数据分析或发送给数据收发模块，如图2所示为某实施例条件下所述超声波换能器物理模型在收到电信号激励时得到的换能器端面运动速度。
S8：根据所述第一双向耦合模型与所述第二双向耦合模型，建立两个模型之间的数据收发模块，获得完整的超声波流量计数字孪生模型。
具体地，所述数据收发模块仅提供稳定的数据交换通道，在接收到所述第一双向耦合模型发送的数据后，不加处理的发送给所述第二双向耦合模型，反之同理。
由上述实施例可知，本申请通过搭建所述第一双向耦合模型、第二耦合模型与数据收发模型，利用所述数据收发模型实现所述第一双向耦合模型和所述第二耦合模型数据耦合的方法，获得了超声波流量计数字孪生模型。该超声波流量计数字孪生模型能够在保持各工作环节耦合的情况下还原真实超声波流量计的全工作流程，包括激励信号产生、电信号与声信号转换，声信号在待测介质中的调制，声信号与电信号的转换，接收信号处理，流量积算等。利用该方法产生的超声波流量计数字孪生模型测试超声波流量计的设计效果，能够在保证还原所有故障的同时，有效降低超声波流量计生产研发的成本。
与前述的超声波流量计数字孪生模型的获取方法的实施例相对应，本申请还提供了超声波流量计数字孪生模型的获取装置的实施例。
图6是根据一示例性实施例示出的一种超声波流量计数字孪生模型的获取装置框图。参照图6，所述超声波流量计数字孪生模型包括管道、超声波换能器以及超声波换能器驱动电路三个部分，该装置包括：
获取模块1，用于获取工业现场超声波流量计部署位置及上下游管道结构参数，获取能被加工的超声波换能器的结构参数，获取压电材料的物理属性，获取有效的超声波换能器驱动电路设计图；
第一模型建立模块2，用于根据所述超声波流量计部署位置及上下游管道结构参数与超声波换能器的结构参数，基于计算流体力学特性建立管道结构模型；
第二模型建立模块3，用于根据所述管道结构模型建立用于管道流场数值模拟的计算域，根据工业现场实际情况确定计算域非换能器区域的边界条件，根据雷诺数进行计算域内部流态分析，确立管道流场数值模拟模型；
第三模型建立模块4，用于根据所述超声波换能器的结构参数与所述压电材料的物理属性，利用机械振动和电振荡两种运动规律之间的相似性，结合压电方程建立超声波换能器的物理模型；
第四模型建立模块5，用于根据所述超声波换能器驱动电路设计图，搭建超声波换能器驱动电路的仿真模型；
第五模型建立模块6，用于根据所述管道流场数值模拟模型与所述超声波换能器的物理模型确定管道流场数值模拟模型与超声波换能器物理模型之间的第一双向耦合模型，实现管道流场数值模拟模型与超声波换能器物理模型之间的双向数据交互，上述两个模型对应的实物在装配后存在空间接触的位置在仿真时所需的边界条件将由对方提供；
第六模型建立模块7，用于根据所述超声波换能器的物理模型与所述超声波换能器驱动电路的仿真模型确定超声波换能器物理模型与超声波换能器驱动电路仿真模型的第二双向耦合模型，实现超声波换能器物理模型与超声波换能器驱动电路仿真模型之间的双向数据交互，超声波换能器物理模型被封装成换能器物理元件形式嵌入超声波换能器驱动电路仿真模型中；
第七模型建立模块8，用于根据所述第一双向耦合模型与所述第二双向耦合模型，建立两个模型之间的数据收发模块，获得完整的超声波流量计数字孪生模型。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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模块来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
相应的，本申请还提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述的超声波流量计数字孪生模型的获取方法。
相应的，本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现如上述的超声波流量计数字孪生模型的获取法。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种超声波流量计数字孪生模型的获取方法，所述超声波流量计数字孪生模型包括管道、超声波换能器以及超声波换能器驱动电路三个部分，其特征在于，包括：
获取工业现场超声波流量计部署位置及上下游管道结构参数，获取能被加工的超声波换能器的结构参数，获取压电材料的物理属性，获取有效的超声波换能器驱动电路设计图；
根据所述超声波流量计部署位置及上下游管道结构参数与超声波换能器的结构参数，基于计算流体力学特性建立管道结构模型；
根据所述管道结构模型建立用于管道流场数值模拟的计算域，根据工业现场实际情况确定计算域非换能器区域的边界条件，根据雷诺数进行计算域内部流态分析，确立管道流场数值模拟模型；
根据所述超声波换能器的结构参数与所述压电材料的物理属性，利用机械振动和电振荡两种运动规律之间的相似性，结合压电方程建立超声波换能器的物理模型；
根据所述超声波换能器驱动电路设计图，搭建超声波换能器驱动电路的仿真模型；
根据所述管道流场数值模拟模型与所述超声波换能器的物理模型确定管道流场数值模拟模型与超声波换能器物理模型之间的第一双向耦合模型，实现管道流场数值模拟模型与超声波换能器物理模型之间的双向数据交互，上述两个模型对应的实物在装配后存在空间接触的位置在仿真时所需的边界条件将由对方提供；
根据所述超声波换能器的物理模型与所述超声波换能器驱动电路的仿真模型确定超声波换能器物理模型与超声波换能器驱动电路仿真模型的第二双向耦合模型，实现超声波换能器物理模型与超声波换能器驱动电路仿真模型之间的双向数据交互，超声波换能器物理模型被封装成换能器物理元件形式嵌入超声波换能器驱动电路仿真模型中；
根据所述第一双向耦合模型与所述第二双向耦合模型，建立两个模型之间的数据收发模块，获得完整的超声波流量计数字孪生模型。
2.根据权利要求1所述的一种超声波流量计数字孪生模型的获取方法，其特征在于，在基于计算流体力学特性建立管道结构模型的过程中，需要忽略管道内不影响流体力学特性的阻流件，同时，根据声道位置、声道结构、管道内径、管道走向、管道的上下游直管段长度、上游结构和下游结构因素，对超声波流量计管道部分的几何结构进行建模。
3.根据权利要求2所述的一种超声波流量计数字孪生模型的获取方法，其特征在于，所述超声波流量计管道部分的几何结构模型，应能够在模型中同时体现超声波换能器的结构与流场结构。
4.根据权利要求1所述的一种超声波流量计数字孪生模型的获取方法，其特征在于，根据雷诺数进行计算域内部流态分析，确立管道流场数值模拟模型时，相关计算公式表示为：
式中：Re—管道雷诺数；
ρ—工质密度，kg/m3；
v—工质在管道内的平均流速，m/s；
D—管道直径，m；
μ—工质的动力粘度，Pa·s；
根据流态，采用相对应的计算流体力学模型，任何情况下，选择计算流体力学模型和工业现场边界条件时，由于涉及到数值计算模型与换能器参数模型的耦合，应采用瞬态计算；其次，根据工业现场实际情况配置出入口边界的边界类型，设置出入口边界相关参数。
5.根据权利要求1所述的一种超声波流量计数字孪生模型的获取方法，其特征在于，建立超声波换能器的物理模型过程中，应综合考虑压电材料结构，压电弹性力学与工业实际中压电材料的边界条件，所使用的压电方程应符合其边界条件。
6.根据权利要求1所述的一种超声波流量计数字孪生模型的获取方法，其特征在于，所述第一双向耦合模型需要主动控制处于发射状态的换能器的运动状态，所述第一双向耦合模型中，利用模拟软件对处于接收状态的换能器的运动状态进行数值模拟，为所述换能器物理模型提供参数。
7.根据权利要求1所述的一种超声波流量计数字孪生模型的获取方法，其特征在于，所述第二双向耦合模型中超声波换能器物理模型的元件形式通过编程方式获得，换能器处于发射状态时，由所述第二双向耦合模型中的所述驱动电路仿真模型作为电源，向所述换能器物理元件提供触发信号，换能器处于接收状态时，由所述换能器物理元件作为电源，向所述驱动电路仿真模型提供触发信号。
8.根据权利要求1所述的一种超声波流量计数字孪生模型的获取方法，其特征在于，所述第一双向耦合模型的采样时间向所述数据收发模块发送数据的仿真时间间隔为所述第二双向耦合模型向所述数据收发模块发送数据的仿真时间间隔的整数倍。
9.一种超声波流量计数字孪生模型的获取装置，所述超声波流量计数字孪生模型包括管道、超声波换能器以及超声波换能器驱动电路三个部分，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取工业现场超声波流量计部署位置及上下游管道结构参数，获取能被加工的超声波换能器的结构参数，获取压电材料的物理属性，获取有效的超声波换能器驱动电路设计图；
第一模型建立模块，用于根据所述超声波流量计部署位置及上下游管道结构参数与超声波换能器的结构参数，基于计算流体力学特性建立管道结构模型；
第二模型建立模块，用于根据所述管道结构模型建立用于管道流场数值模拟的计算域，根据工业现场实际情况确定计算域非换能器区域的边界条件，根据雷诺数进行计算域内部流态分析，确立管道流场数值模拟模型；
第三模型建立模块，用于根据所述超声波换能器的结构参数与所述压电材料的物理属性，利用机械振动和电振荡两种运动规律之间的相似性，结合压电方程建立超声波换能器的物理模型；
第四模型建立模块，用于根据所述超声波换能器驱动电路设计图，搭建超声波换能器驱动电路的仿真模型；
第五模型建立模块，用于根据所述管道流场数值模拟模型与所述超声波换能器的物理模型确定管道流场数值模拟模型与超声波换能器物理模型之间的第一双向耦合模型，实现管道流场数值模拟模型与超声波换能器物理模型之间的双向数据交互，上述两个模型对应的实物在装配后存在空间接触的位置在仿真时所需的边界条件将由对方提供；
第六模型建立模块，用于根据所述超声波换能器的物理模型与所述超声波换能器驱动电路的仿真模型确定超声波换能器物理模型与超声波换能器驱动电路仿真模型的第二双向耦合模型，实现超声波换能器物理模型与超声波换能器驱动电路仿真模型之间的双向数据交互，超声波换能器物理模型被封装成换能器物理元件形式嵌入超声波换能器驱动电路仿真模型中；
第七模型建立模块，用于根据所述第一双向耦合模型与所述第二双向耦合模型，建立两个模型之间的数据收发模块，获得完整的超声波流量计数字孪生模型。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-8任一项所述的方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410205788.3A CN118094908A (zh) | 2024-02-23 | 2024-02-23 | 超声波流量计数字孪生模型的获取方法及装置、电子设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410205788.3A CN118094908A (zh) | 2024-02-23 | 2024-02-23 | 超声波流量计数字孪生模型的获取方法及装置、电子设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118094908A true CN118094908A (zh) | 2024-05-28 |
Family
ID=91162756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410205788.3A Pending CN118094908A (zh) | 2024-02-23 | 2024-02-23 | 超声波流量计数字孪生模型的获取方法及装置、电子设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118094908A (zh) |
-
2024
- 2024-02-23 CN CN202410205788.3A patent/CN118094908A/zh active Pending
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