一种基于太赫兹高速回波效应的流体流速测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于太赫兹高速回波效应的流体流速测量方法，通过生成源信号与参考信号，检测源信号经流体反射的太赫兹回波，根据太赫兹回波和参考信号，获取时域谱亮度偏差值，根据不同的流速对应的时域谱亮度偏差值不同，建立时域谱亮度偏差

【技术实现步骤摘要】
一种基于太赫兹高速回波效应的流体流速测量方法


[0001]本专利技术主要涉及流体流速测量
，特指一种基于太赫兹高速回波效应的流体流速测量方法。

技术介绍

[0002]在流体流速测量领域，测量方法基本可分为直接测量与间接测量两种方式：间接测量基本上应用于可测量容器容积的条件下经过高度压力换算方法间接推算出瞬时流速。而直接测量方式又可分为接触式测量与非接触式测量两种测量方法，接触式检测设备以经典流速流量仪为代表，通过将流速检测装置置入待测流体中，通过流体的运动带动检测装置发生运动，再由传感器检测装置变化进而获取流速值，接触式方法具有检测精度高、响应时间短、使用寿命长等特点，但其在测量具有杂质、高温、高腐蚀性的流体时，会因检测装置物理结构发生变化而导致使用寿命大幅降低，不适用于特种环境的流体流速检测；非接触式测速方法是一种以视觉特征检测与分析为基础的流体流速测量方法，其具有使用寿命长、抗环境干扰能力强等优点，但是相较于流速流量仪具有响应时间相对较长、检测精度达不到接触式检测设备的水平的缺陷，只适用于特种环境、响应时间相对较低的条件下。近年来，随着通讯领域在太赫兹(THz)波段方面的研究不断加深，一些研究发现，太赫兹信号在不同流速的流体处产生的回波信号具有一定的变化规律，故可借助太赫兹信号被不同流速的流体吸收的能量具有差异的特点，将太赫兹信号应用于流速检测领域。
[0003]THz(太赫兹，TeraHertz)通常是指频率在0.1
‑
10THz范围内的电磁辐射，在电磁波谱上位于微波和红外线之间。由于太赫兹波具有许多独特的性质，例如高透性、低能性、指纹频谱等，这些特性赋予了太赫兹波具有重大的研究价值。由于太赫兹波对于流体的穿透能力低、部分能量被流体吸收、流体流速变化时吸收的能量具有一定规律，使得利用太赫兹波的特性来设计与研发具有实用价值的太赫兹回波流速测量仪称为可能。
[0004]专利公开号CN211955537U专利技术专利是一种液体流速测量设备，其由包括插杆、设置在插杆底端的尖锥、设置在插杆上的安装框、设置在安装框内的流速传感器、设置在插杆上端并与流速传感器的信号输出端连接的流速测算仪以及设置在插杆上的电源组成，通过流体流经流速测算仪形成流速冲击，根据由冲击产生的电信号测算获得实时流速值，该专利技术专利在基本的流速测量仪的检测基础上提高了测量精度，并解决了现有技术中的河渠水流流速测量仪在使用时，河水中的杂物易缠绕在流速传感器上的问题，在具有杂物易干扰的环境中具有较强的适应性，然而该设备只能检测无腐蚀性、常温流体的检测，是一种接触式测量设备，无法满足具有一定腐蚀性、高温流体如高温铁水、高温铜水的检测需求。
[0005]专利公开号CN101576567专利技术专利是一种高温熔体流速测量方法，主要测量的是一种火法冶炼过程中高温熔体，其测量过程是先将阻流件放入待测高温流体区域，根据阻流件所受的作用力经刚性传递件传递至数模转换器，并获取信号作为检测的流体流速，其具有劳动强度小、可即时测量流速值、测量精度高等特点，但因其属于接触式测量，高温流体接触测速设备时容易将其损坏而无法正常使用，使用寿命较低，且安装设备时容易造成
高温熔体溅出，有一定的安全隐患。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供的基于太赫兹高速回波效应的流体流速测量方法，解决了现有非接触式流体流速测量方法在复杂恶劣环境下精度低的技术问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提出的基于太赫兹高速回波效应的流体流速测量方法包括：
[0008]生成源信号与参考信号；
[0009]检测源信号经流体反射的太赫兹回波；
[0010]根据太赫兹回波和参考信号，获取时域谱亮度偏差值；
[0011]根据不同的流速对应的时域谱亮度偏差值不同，建立时域谱亮度偏差
‑
流速关系模型；
[0012]根据时域谱亮度偏差
‑
流速关系模型和待测流体对应的时域谱亮度偏差值，获得流体流速。
[0013]进一步地，生成源信号与参考信号之前还包括：
[0014]对采用基于太赫兹高速回波效应的流体流速测量方法的流体流速检测装置进行定位，使流体流速检测装置正对目标流体。
[0015]进一步地，对采用基于太赫兹高速回波效应的流体流速测量方法的流体流速检测装置进行定位，使流体流速检测装置正对目标流体包括：
[0016]对采用基于太赫兹高速回波效应的流体流速测量方法的流体流速检测装置中相机采集的流体图像进行图像处理，获得流体边缘图像；
[0017]使用重心法计算流体边缘图像的重心；
[0018]将流体边缘图像的重心与相机图像的重心作差，获取图像偏差矢量；
[0019]根据图像偏差矢量，采用PID控制算法控制伺服云台，使得流体流速检测装置正对目标流体。
[0020]进一步地，将流体边缘图像的重心与相机图像的重心作差，获取图像偏差矢量的计算公式具体为：
[0021]P
diff
＝P
x,y
‑
P
图
，
[0022]其中，P
diff
代表图像偏差矢量，P
x,y
代表流体边缘图像的重心，P
图
代表相机图像的重心，且P表示流体边缘像素点，N表示流体边缘图像区域内的像素个数，A表示原始图像，S表示原图像像素点集。
[0023]进一步地，对采用基于太赫兹高速回波效应的流体流速测量方法的流体流速检测装置中相机采集的流体图像进行图像处理，获得流体边缘图像包括：
[0024]获取采用基于太赫兹高速回波效应的流体流速测量方法的流体流速检测装置中相机采集的流体图像；
[0025]采用灰度化算法对流体图像进行图像处理，获取流体灰度图像，且灰度化算法采用的计算公式具体为：
[0026]G(x,y)＝0.299*R(x,y)+0.578*G(x,y)+0.114*B(x,y)，
[0027]其中，G(x,y)为流体灰度图像的灰度值，R(x,y)、G(x,y)和B(x,y)分别代表流体图像的R通道、G通道和B通道的颜色值；
[0028]采用Sobel算子，提取流体灰度图像的流体边缘图像。
[0029]进一步地，根据太赫兹回波和参考信号，获取时域谱亮度偏差值包括：
[0030]对太赫兹回波进行放大，并根据放大后的太赫兹回波，获得太赫兹回波的时域谱亮度；
[0031]根据参考信号，获得参考信号时域谱亮度；
[0032]根据太赫兹回波的时域谱亮度与参考信号时域谱亮度的偏差，获取时域谱亮度偏差值。
[0033]进一步地，根据不同的流速对应的时域谱亮度偏差值不同，建立时域谱亮度偏差
‑
流速关系模型包括：
[0034]采用Akima样条插值法，对输入数据和输出数据进行拟合，从而建立时域谱亮度偏差
‑ꢀ
流速关系模型，其中输入数据为标定的回本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于太赫兹高速回波效应的流体流速测量方法，其特征在于，所述方法包括：生成源信号与参考信号；检测所述源信号经流体反射的太赫兹回波；根据所述太赫兹回波和参考信号，获取时域谱亮度偏差值；根据不同的流速对应的时域谱亮度偏差值不同，建立时域谱亮度偏差
‑
流速关系模型；根据所述时域谱亮度偏差
‑
流速关系模型和待测流体对应的时域谱亮度偏差值，获得流体流速。2.根据权利要求1所述的基于太赫兹高速回波效应的流体流速测量方法，其特征在于，生成源信号与参考信号之前还包括：对采用基于太赫兹高速回波效应的流体流速测量方法的流体流速检测装置进行定位，使所述流体流速检测装置正对目标流体。3.根据权利要求2所述的基于太赫兹高速回波效应的流体流速测量方法，其特征在于，对采用基于太赫兹高速回波效应的流体流速测量方法的流体流速检测装置进行定位，使所述流体流速检测装置正对目标流体包括：对采用基于太赫兹高速回波效应的流体流速测量方法的流体流速检测装置中相机采集的流体图像进行图像处理，获得流体边缘图像；使用重心法计算所述流体边缘图像的重心；将所述流体边缘图像的重心与相机图像的重心作差，获取图像偏差矢量；根据所述图像偏差矢量，采用PID控制算法控制伺服云台，使得所述流体流速检测装置正对目标流体。4.根据权利要求3所述的基于太赫兹高速回波效应的流体流速测量方法，其特征在于，将所述流体边缘图像的重心与相机图像的重心作差，获取图像偏差矢量的计算公式具体为：P
diff
＝P
x,y
‑
P
图
，其中，P
diff
代表图像偏差矢量，P
x,y
代表流体边缘图像的重心，P
图
代表相机图像的重心，且P表示流体边缘像素点，N表示流体边缘图像区域内的像素个数，A表示原始图像，S表示原图像像素点集。5.根据权利要求4所述的基于太赫兹高速回波效应的流体流速测量方法，其特征在于，对采用基于太赫兹高速回波效应的流体流速测量方法的流体流速检测装置中相机采集的流体图像进行图像处理，获得流体边缘图像包括：获取采用基于太赫兹高速回波效应的流体流速测量方法的流体流速检测装置中相机采集的流体图像；采用灰度化算法对所述流体图像进行图像处理，获取流体灰度图像，且所述灰度化算法采用的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈致蓬，阳春华，桂卫华，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：