基于连续声波传播的液体密度测量方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于连续声波传播的液体密度测量方法及系统，通过获取连续声波在流动状态下的液体流体中沿顺流、逆流方向传播时的传播时间或传播相位，其中，液体流体在有均匀流场的管道内稳定流动；根据获取的连续声波在液体流体中沿顺流、逆流方向传播时的传播时间或传播相位，计算出液体流体的密度。本发明专利技术提供的基于连续声波传播的液体密度测量方法及系统，综合考虑了管道中存在的液体流体的流动状态，且采用连续声波的方式，通过获取连续声波在液体流体中沿顺流、逆流方向传播时的传播时间或传播相位来计算出液体流体的密度，避免了高精度时间测量的困难，测量方便且测量精度高。

Liquid density measurement method and system based on continuous sound wave propagation

The invention discloses a method and system for measuring liquid density continuous wave propagation based on the fluid obtained by liquid continuous wave in the condition of flow along the direction of propagation of the concurrent and countercurrent propagation time or propagation phase, the liquid fluid in steady flow pipeline in uniform flow; according to the continuous sound wave acquisition in liquid fluid along the propagation time or propagation phase spread downstream, upstream of the calculated liquid fluid density. Method and system for measuring liquid density continuous wave propagation based on the provided, considering the flow state of fluid in the pipeline, and the use of continuous wave mode, by acquiring the continuous sound waves to calculate the fluid density along the propagation direction of the concurrent and countercurrent propagation time or propagation phase in liquid fluid and to avoid the difficulty of high precision time measurement, convenient measurement and high measurement accuracy.

【技术实现步骤摘要】
基于连续声波传播的液体密度测量方法及系统
本专利技术涉及液体密度测量领域，特别地，涉及一种基于连续声波传播的液体密度测量方法及系统。
技术介绍
流体密度测量在冶金、建筑、石化、煤炭、医疗、贸易、国防以及科学研究等领域中广泛应用。流体密度测量不仅关系到产品的产量与质量的控制，而且，从经济或技术观点来看，准确的流体密度计量测试已是必不可少的环节。工业生产过程中，流体密度计已经成为用以控制和检测流体密度、浓度、组分和质量流量等必不可少的一种工业用仪器；在现代生物医学领域中，对人的体液(血液、淋巴液等)流体密度的测量已成为医学临床和基础研究的一种重要方法；在商品交易中，准确的流体密度测量是保证供销和国家税收的重要依据。现场应用较多的为振动式流体密度计、电容式流体密度计、射线式流体密度计和超声式流体密度计。振动式和电容式成本低，在测量中应用较多，但测量准确度不高，维护较为麻烦。射线式可进行非接触的测量，但存在射线的辐射危害，因此使用较少。超声式流体密度计的应用范围广、维护方便、测量准确度高、对人体没有危害、不接触被测介质、响应速度快，但对于现有的超声波液体密度测量方法而言，未考虑到流动状态的情况，只能测量出静止流体时的液体密度，且对于高精度密度测量，需要高精度的时间测量，测量难度大。因此，现有超声波液体密度测量方法中存在的测量难度大、且只能测量出处于静止状态下的流体的液体密度，是一个亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于连续声波传播的液体密度测量方法及系统，以解决现有超声波液体密度测量方法中存在的测量难度大、且只能测量出处于静止状态下的流体的液体密度的技术问题。本专利技术采用的技术方案如下：根据本专利技术的一个方面，提供一种基于连续声波传播的液体密度测量方法，包括以下步骤：获取连续声波在流动状态下的液体流体中沿顺流、逆流方向传播时的传播时间或传播相位，其中，液体流体在有均匀流场的管道内稳定流动；根据获取的连续声波在液体流体中沿顺流、逆流方向传播时的传播时间或传播相位，计算出液体流体的密度。进一步地，获取连续声波在流动状态下的液体流体中沿顺流、逆流方向传播时的传播相位的步骤包括：获取连续声波在液体流体中传播时的声波频率；根据获取的声波频率及得出的连续声波在液体流体中传播时的顺流传播时间和逆流传播时间，得出连续声波在流动状态下的液体流体中沿顺流方向传播时的顺流传播相位和连续声波在流动状态下的液体流体中沿逆流方向传播时的逆流传播相位。进一步地，顺流传播相位由下列公式得出：φd＝360°×f×td其中，φd为顺流传播相位，f为声波频率，td为顺流传播时间。进一步地，逆流传播相位由下列公式得出：φu＝360°×f×tu其中，φu为逆流传播相位，f为声波频率，tu为逆流传播时间。进一步地，流体密度由下列公式计算出：其中，E为体积弹性模量，td为顺流传播时间，tu为逆流传播时间，L为传播长度。进一步地，流体密度由下列公式计算出：其中，ρ为流体密度，E为体积弹性模量，f为声波频率，L为传播长度，φd为顺流传播相位，φu为逆流传播相位。进一步地，根据获取的连续声波在液体流体中沿顺流、逆流方向传播时的传播相位，计算出液体流体的密度的步骤之后还包括：根据获取的连续声波在液体流体中沿顺流和逆流方向传播时的传播相位，得出顺逆流相位差；根据得出的顺逆流相位差，同步测量出液体流体的瞬时体积流量和瞬时质量流量。进一步地，瞬时体积流量由下列公式测量出：其中，QV为瞬时体积流量，R为管道半径，f为声波频率，L为传播长度，φd为顺流传播相位，φu为逆流传播相位。进一步地，瞬时质量流量由下列公式测量出：QM＝ρ×QV其中，QM为瞬时体积流量，ρ为流体密度，QV为瞬时体积流量。根据本专利技术的另一方面，还提供一种基于连续声波传播的液体密度测量系统，包括：获取模块，用于获取连续声波在流动状态下的液体流体中沿顺流、逆流方向传播时的传播时间或传播相位，其中，液体流体在有均匀流场的管道内稳定流动；第一计算模块，用于根据获取的连续声波在液体流体中沿顺流、逆流方向传播时的传播时间或传播相位，计算出液体流体的密度。进一步地，获取模块包括：获取单元，用于获取连续声波在液体流体中传播时的声波频率；计算单元，用于根据获取的声波频率及得出的连续声波在液体流体中传播时的顺流传播时间和逆流传播时间及得出的连续声波在液体流体中传播时的顺流传播时间和逆流传播时间，得出连续声波在流动状态下的液体流体中沿顺流方向传播时的顺流传播相位和连续声波在流动状态下的液体流体中沿逆流方向传播时的逆流传播相位。进一步地，基于连续声波传播的液体密度测量系统，还包括：第二计算模块，用于根据获取的连续声波在液体流体中沿顺流和逆流方向传播时的传播相位，得出顺逆流相位差；测量模块，用于根据得出的顺逆流相位差，同步测量出液体流体的瞬时体积流量和/或瞬时质量流量。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的基于连续声波传播的液体密度测量方法及系统，综合考虑了管道中存在的液体流体的流动状态，且采用连续声波的方式，通过获取连续声波在液体流体中沿顺流、逆流方向传播时的传播时间或传播相位来计算出液体流体的密度，避免了高精度时间测量的困难，本专利技术提供的基于连续声波传播的液体密度测量方法及系统，测量方便且测量精度高。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术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专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术基于连续声波传播的液体密度测量方法第一优选实施例的流程示意图；图2是本专利技术超声波流体密度测量装置优选实施例的结构示意图；图3是图1中获取连续声波在流动状态下的液体流体中沿顺流、逆流方向传播时的传播时间的步骤的细化流程示意图；图4是图1中获取连续声波在流动状态下的液体流体中沿顺流、逆流方向传播时的传播相位的步骤的细化流程示意图；图5是本专利技术基于连续声波传播的液体密度测量方法第二优选实施例的流程示意图；图6是本专利技术基于连续声波传播的液体密度测量系统第一优选实施例的功能框图；图7是图6中获取模块优先实施例的结构示意图；图8是本专利技术基于连续声波传播的液体密度测量系统第二优选实施例的功能框图。附图标号说明：10、获取模块；20、第一计算模块；11、获取单元；12、计算单元；30、第二计算模块；40、测量模块；100、管道；200、第一超声波探头；300、第二超声波探头；110、入流口；120、出流口；130、流体腔；131、声波传播通道。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专利技术。参照图1，本专利技术的优选实施例提供了一种基于连续声波传播的液体密度测量方法，应用于如图2所示的超声波流体密度测量装置中，该超声波流体密度测量装置包括管道100、第一超声波探头200和第二超声波探头300，管道10包括用于注入液体流体的入流口110和用于输出入流口110注入的液体流体的出流口120、以及用于连接入流口110和出流口120以形成流动的液体流体的流体腔130，第一超声波探头200和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于连续声波传播的液体密度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：获取连续声波在流动状态下的液体流体中沿顺流、逆流方向传播时的传播时间或传播相位，其中，所述液体流体在有均匀流场的管道内稳定流动；根据获取的所述连续声波在所述液体流体中沿顺流、逆流方向传播时的传播时间或传播相位，计算出所述液体流体的密度。

【技术特征摘要】
1.一种基于连续声波传播的液体密度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：获取连续声波在流动状态下的液体流体中沿顺流、逆流方向传播时的传播时间或传播相位，其中，所述液体流体在有均匀流场的管道内稳定流动；根据获取的所述连续声波在所述液体流体中沿顺流、逆流方向传播时的传播时间或传播相位，计算出所述液体流体的密度。2.根据权利要求1所述的基于连续声波传播的液体密度测量方法，其特征在于，所述获取连续声波在流动状态下的液体流体中沿顺流、逆流方向传播时的传播相位的步骤包括：获取所述连续声波在液体流体中传播时的声波频率；根据获取的所述声波频率及得出的所述连续声波在液体流体中传播时的顺流传播时间和逆流传播时间，得出所述连续声波在流动状态下的液体流体中沿顺流方向传播时的顺流传播相位和所述连续声波在流动状态下的液体流体中沿逆流方向传播时的逆流传播相位。3.根据权利要求2所述的基于连续声波传播的液体密度测量方法，其特征在于，所述顺流传播相位由下列公式得出：φd＝360°×f×td所述逆流传播相位由下列公式得出：φu＝360°×f×tu其中，φd为顺流传播相位，f为声波频率，td为顺流传播时间，φu为逆流传播相位，tu为逆流传播时间。4.根据权利要求1所述的基于连续声波传播的液体密度测量方法，其特征在于，所述流体密度由下列公式计算出：其中，E为体积弹性模量，td为顺流传播时间，tu为逆流传播时间，L为传播长度。5.根据权利要求1所述的基于连续声波传播的液体密度测量方法，其特征在于，所述流体密度由下列公式计算出：其中，ρ为流体密度，E为体积弹性模量，f为声波频率，L为传播长度，φd为顺流传播相位，φu为逆流传播相位。6.根据权利要求1所述的基于连续声波传播的液体密度测量方法，其特征在于，所述根据获取的所述连续声波在所述液体流体中沿顺流、逆流方向传播时的传播相位，计算出所述液体流体的密度的步骤之后还包括：根据获取的所述连续声波在所述液体流体中沿顺流和逆流...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈勇，陈小前，黄奕勇，赵勇，姚雯，张翔，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43