本公开提供了一种用于测量流体流速的方法、测流设备和计算机可读存储介质。该方法包括：向所述流体发射探测超声波；在多个连续时间区间中采集所述探测超声波被所述流体中的运动微粒散射产生的散射超声波的声压数据；以及基于所述探测超声波在所述流体中产生的声压分布和所述散射超声波的声压数据，确定所述运动微粒在所述流体中的运动速度作为所述流体的流速。体的流速。体的流速。
【技术实现步骤摘要】
用于测量流体流速的方法、测流设备和计算机存储介质
[0001]本公开概括而言涉及流体测量领域，更具体地，涉及一种用于测量流体流速的方法、测流设备和计算机可读存储介质。
技术介绍
[0002]在关于流体的各种科学研究中，如何快速精准地流体流速测量是一个非常基础的问题。已经提出了许多基于不同原理的测量仪器来解决这一问题，例如基于流体总压力与静压力之差的毕托管、基于流体运动速度与导热率关系的热线(热膜)测流技术、基于超声波传播速度差的测量技术、基于超声波多普勒效应的测速技术、粒子图像测速技术等。其中，相比于毕托管和热线(热膜)测速技术，基于超声波的水流测速技术由于其不会干扰被测流体的巨大优势，因此被广泛应用于水流测量中。
[0003]然而，当前的测速技术测量准确性受流体流动影响较大，无法实现瞬时全流场的测量，并且仪器接收信号的信息利用率过低，尚无完善的方法来解决这些问题。
技术实现思路
[0004]针对上述问题中的至少一个，本公开提供了一种基于反源问题的流速计算模型，完整地利用接收信号的全部信息来计算流体中的运动微粒的运动速度，能够精准快速高效地测量流体的瞬时全流场的速度分布，弥补了已有测流技术的缺陷。
[0005]根据本公开的一个方面，提供了一种测量流体流速的方法。该方法包括：向所述流体发射探测超声波；在多个连续时间区间中采集所述探测超声波被所述流体中的运动微粒散射产生的散射超声波的声压数据；以及基于所述探测超声波在所述流体中产生的声压分布和所述散射超声波的声压数据，确定所述运动微粒在所述流体中的运动速度作为所述流体的流速。
[0006]在一些实施例中，该方法还包括：基于所述探测超声波的波形和超声波在所述流体中的传播速度，利用波方程确定所述探测超声波在所述流体中产生的声压分布。
[0007]在一些实施例中，确定所述运动微粒在所述流体中的运动速度包括：对于所述多个连续时间区间中的每个时间区间，基于所述散射超声波的声压数据和所述探测超声波在所述流体中产生的声压分布，计算所述运动微粒在所述流体中的密度分布；以及基于所述多个连续时间区间所述运动微粒在所述流体中的密度分布，确定所述运动微粒在所述流体中的运动速度。
[0008]在一些实施例中，计算所述运动微粒在所述流体中的密度分布包括：在每个时间区间，基于所述探测超声波在所述流体中产生的声压分布和所述运动微粒的近似位置确定所述散射超声波的模拟接收数据；对所述散射超声波的模拟接收数据和所述散射超声波的声压数据的差值进行逆时传播以确定所述散射超声波在所述运动微粒的近似位置处的强度修正值；确定所述强度修正值是否小于特定阈值；如果所述强度修正值小于所述特定阈值，将所述运动微粒的近似位置确定为所述运动微粒在所述时刻的位置；以及如果所述强
度修正值大于或等于所述特定阈值，利用所述强度修正值对所述运动微粒的近似位置进行修正。
[0009]在一些实施例中，确定所述运动微粒在所述流体中的运动速度包括：响应于确定所述运动微粒在所述流体中的数量较小，基于所述密度分布利用临近点搜索法确定所述运动微粒在所述流体中的运动速度；或者响应于确定所述运动微粒在所述流体中的数量较大，基于所述密度分布利用光流法确定所述运动微粒在所述流体中的运动速度。
[0010]根据本公开的另一个方面，提供了一种测流设备。该测流设备包括：一个或多个发射机，其被配置为向流体发射探测超声波；以及多个接收机，其被配置为在多个连续时间区间中采集所述探测超声波被所述流体中的运动微粒散射产生的散射超声波的声压数据，并且基于所述探测超声波在所述流体中产生的声压分布和所述散射超声波的声压数据确定所述运动微粒在所述流体中的运动速度作为所述流体的流速。
[0011]在一些实施例中，所述发射机或者所述接收机还被配置为基于所述探测超声波的波形和超声波在所述流体中的传播速度，利用波方程确定所述探测超声波在所述流体中产生的声压分布。
[0012]在一些实施例中，所述多个接收机被配置为：对于所述多个连续时间区间中的每个时间区间，基于所述散射超声波的声压数据和所述探测超声波在所述流体中产生的声压分布，计算所述运动微粒在所述流体中的密度分布；基于所述多个连续时间区间所述运动微粒在所述流体中的密度分布，确定所述运动微粒在所述流体中的运动速度。
[0013]在一些实施例中，所述多个接收机被配置为：在每个时间区间，基于所述探测超声波在所述流体中产生的声压分布和所述运动微粒的近似位置确定所述散射超声波的模拟接收数据；对所述散射超声波的模拟接收数据和所述散射超声波的声压数据的差值进行逆时传播以确定所述散射超声波在所述运动微粒的近似位置处的强度修正值；确定所述强度修正值是否小于特定阈值；如果所述强度修正值小于所述特定阈值，将所述运动微粒的近似位置确定为所述运动微粒在所述时刻的位置；以及如果所述强度修正值大于或等于所述特定阈值，利用所述强度修正值对所述运动微粒的近似位置进行修正。
[0014]在一些实施例中，所述多个接收机被配置为：如果所述流体中的运动微粒的数量较少，基于所述密度分布利用临近点搜索法确定所述运动微粒在所述流体中的运动速度；或者如果所述流体中的运动微粒的数量较多，基于所述密度分布利用光流法确定所述运动微粒在所述流体中的运动速度。
[0015]根据本公开的再一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序代码，该计算机程序代码在被运行时执行如上所述的方法。
附图说明
[0016]通过参考下列附图所给出的本公开的具体实施方式的描述，将更好地理解本公开，并且本公开的其他目的、细节、特点和优点将变得更加显而易见。
[0017]图1A示出了根据现有技术的超声时差法的示意图。
[0018]图1B和图1C分别示出了根据现有技术的两种基于多普勒效应的测流设备的示意图。
[0019]图2A和2B示出了根据本公开实施例的用于测量流体流速的测流设备的示意图。
[0020]图3示出了根据本公开的实施例的测量流体流速的方法的流程图。
[0021]图4示出了根据本公开实施例的确定运动微粒在流体中的运动速度的过程的进一步流程图。
[0022]图5示出了根据本公开实施例的基于散射超声波的声压数据和探测超声波在流体中产生的声压分布计算运动微粒在流体中的密度分布的过程的进一步详细流程图。
[0023]图6示出了适合实现本公开的实施例的设备的结构方框图。
具体实施方式
[0024]下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0025]在下文的描述中，出于说明各种专利技术的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种专利技术实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种测量流体流速的方法，包括：向所述流体发射探测超声波；在多个连续时间区间中采集所述探测超声波被所述流体中的运动微粒散射产生的散射超声波的声压数据；以及基于所述探测超声波在所述流体中产生的声压分布和所述散射超声波的声压数据，确定所述运动微粒在所述流体中的运动速度作为所述流体的流速。2.如权利要求1所述的方法，还包括：基于所述探测超声波的波形和超声波在所述流体中的传播速度，利用波方程确定所述探测超声波在所述流体中产生的声压分布。3.如权利要求1所述的方法，其中确定所述运动微粒在所述流体中的运动速度包括：对于所述多个连续时间区间中的每个时间区间，基于所述散射超声波的声压数据和所述探测超声波在所述流体中产生的声压分布，计算所述运动微粒在所述流体中的密度分布；以及基于所述多个连续时间区间所述运动微粒在所述流体中的密度分布，确定所述运动微粒在所述流体中的运动速度。4.如权利要求3所述的方法，其中计算所述运动微粒在所述流体中的密度分布包括：在每个时间区间，基于所述探测超声波在所述流体中产生的声压分布和所述运动微粒的近似位置确定所述散射超声波的模拟接收数据；对所述散射超声波的模拟接收数据和所述散射超声波的声压数据的差值进行逆时传播以确定所述散射超声波在所述运动微粒的近似位置处的强度修正值；确定所述强度修正值是否小于特定阈值；如果所述强度修正值小于所述特定阈值，将所述运动微粒的近似位置确定为所述运动微粒在所述时刻的位置；以及如果所述强度修正值大于或等于所述特定阈值，利用所述强度修正值对所述运动微粒的近似位置进行修正。5.如权利要求3所述的方法，其中确定所述运动微粒在所述流体中的运动速度包括：响应于确定所述运动微粒在所述流体中的数量较小，基于所述密度分布利用临近点搜索法确定所述运动微粒在所述流体中的运动速度；或者响应于确定所述运动微粒在所述流体中的数量较大，基于所述密度分布利用光流法确定所述运动微粒在所述流体中的运动速度。6.一种测流设备，包括：一个或多个发射机，其被配置为向流体发射探测超声波；...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱凌云，李冀维，蔚辉，王忠静，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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