【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于测量，涉及一种多模式可配置流体流动参数超声测量装置，可根据不同的流动参数测量需求组合配置测量装置，在线测量浓度、流速流动参数。
技术介绍
0、技术背景
1、单相及多相流体流动广泛应用于石油化工、能源动力等工业过程中，浓度及流速是最常见的流动参数，可以有效表征流动情况，对流动结构设计、安全生产和工业过程控制至关重要。如在燃料电池氢气再循环泵回路中，由于水未及时排空等情况，使得管道回路内存在多相流体，影响流动安全。实时准确获取流动参数有助于描述回路内流体流动特性，研究流动机理等。
2、流体浓度(多相流分相含率)测量技术包括快关阀法、电学法、射线法、光学法及超声法等。流体流速测量技术包括皮托管法、电磁法、相关法、粒子成像测速法、热学法及超声法等。
3、超声法作为可以测量流体浓度及流速的测量方法，具有结构简单、非扰动、成本低等优势。超声法测量流体浓度基本原理，是利用超声波在经过多相分散流体时产生衰减差异测量浓度，主要分为单频衰减测量及多频衰减测量。单频衰减测量主要通过测量单相(参考相，一般为多相流中的连续相)及多相流体的超声接收信号衰减值，建立浓度与衰减值的对应关系进而测量浓度。多频衰减测量利用不同粒径的离散相在多频超声激励下的衰减特性差异得到粒径分布信息，结合超声衰减模型测量浓度。超声法测量流体速度包括时差法、多普勒法。时差法是利用超声波在流体中顺逆流传播的时间差与流体的流速之间的关系测量流速，多普勒法是利用流体中离散相接收到的多普勒频移结合多普勒原理测量流体流速。
4、现
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种多模式可配置流体流动参数超声测量装置，测量装置可根据参数测量需求组合配置，实现多相流体浓度、流速参数在线测量。本专利技术的技术方案如下：
2、一种多模式可配置流体流动参数超声测量装置，包括超声传感器、超声硬件系统板卡及上位机；其中超声传感器包超声多普勒传感器，时差法超声传感器及超声透射衰减传感器，超声硬件系统板卡包括工作模式控制线及接口、信号激励模块、数据接收模块、板卡供电模块、数据存储模块、主控模块及数据上传模块；所述的多模式可配置流体流动参数超声测量装置通过工作模式切换开关及工作模式控制线，完成激励方式、数据处理方式及超声传感器切换，并组合配置超声硬件系统板卡内不同模块，控制装置工作在不同模式，结合上位机实现多相流体的浓度、流速流动参数在线测量；
3、多模式流体流动超声测量装置的多模式，包括不同流动参数测量的工作模式，在不同的工作模式下，通过硬件系统板卡中主控模块中的程序，采用不同激励方式、数据处理方式及传感器配置，超声硬件系统板卡主控模块中保存了不同工作模式对应的程序，通过读取控制模式选通开关的逻辑电平值，实现工作模式控制线的切换，并通过组合配置结合上位机程序实现不同流动参数测量；
4、激励方式包括工作在流速测量模式的单频激励及工作在浓度测量模式的扫频激励，激励模块通过主控模块中波形发生器输出到信号激励模块；激励模块包括可编程放大器芯片，其倍数调节可适应不同工况需求；
5、传感器配置包括传感器的安装方式及传感器类型的选择，传感器的安装方式包括单探头或双探头超声多普勒法安装方式，双探头时差法超声传感器安装方式及一发一收超声透射衰减安装方式；传感器类型包括工作在流速测量的单频超声传感器及工作在浓度测量的宽频传感器；
6、数据处理方式包括工作在流速测量模式下的多普勒频移提取，渡越时间提取及工作在浓度测量模式下的多频接收信号幅值解调；流速测量模式中超声多普勒回波信号经过数据接收模块后进入主控模块通过乘法解调或快速傅里叶变换实现多普勒频移提取；流速测量模式中渡越时间为激励信号起始点与接收信号的峰值点的时间间隔；浓度测量模式中超声接收信号被数据接收模块采集后传输到主控模块中执行快速傅里叶变换，得到不同频率下的幅值；测量数据通过cpci总线协议上传至上位机后续处理。
7、进一步的，当上位机工作模式开关设置为时差法超声流速测量模式时，激励方式选择为单频激励，传感器配置为双探头时差法超声传感器安装方式，数据处理方式切换为渡越时间提取，并将渡越时间数据上传至上位机，结合上位机对应程序输出流速信息；当上位机工作模式开关设置为超声多普勒法流速测量模式时，激励方式选择为单频激励，传感器配置为单探头或双探头超声多普勒法安装方式，数据处理方式切换为超声多普勒频移提取，并将多普勒频移数据上传至上位机，结合上位机对应程序计算流速剖面或平均流速，输出流速信息；当上位机工作模式开关设置为浓度测量模式时，激励方式选择为扫频激励，传感器配置为一发一收超声透射衰减传感器安装方式，数据处理方式切换为多频接收信号幅值解调，并将不同频率下的幅值数据上传至上位机，结合上位机对应程序中超声衰减理论模型及反演算法，实现浓度测量；当上位机工作模式开关设置为浓度、流速同步测量模式时，激励方式选择为单频及扫频激励，传感器配置为一发一收超声透射衰减传感器安装方式及单/双探头超声多普勒法安装方式，数据处理方式切换为多频接收信号幅值解调及超声多普勒频移提取，并将不同频率下的幅值数据及多普勒频移数据上传至上位机，结合上位机对应程序实现浓度、流速同步测量。
8、进一步的，流动参数测量的工作模式包括时差法超声流速测量模式、超声多普勒法流速测量模式、浓度测量模式。
9、本专利技术的有益效果及优点如下：
10、1、测量装置通过上位机工作模式切换开关，实现不同流动参数测量模式配置及切换；
11、2、测量装置可以实现独立流速测量，独立浓度测量及流速、浓度同步测量；
12、3、测量装置硬件系统板卡采用模块化设计方案，降低设计成本，便于后续升级和维护；
13、4、测量装置基于cpci工业总线，数据上传符合工业数据传输标准，连接工业总线机箱，保证测量装置在复杂的工况下稳定运行。
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1.一种多模式可配置流体流动参数超声测量装置，包括超声传感器、超声硬件系统板卡及上位机；其中超声传感器包超声多普勒传感器，时差法超声传感器及超声透射衰减传感器，超声硬件系统板卡包括工作模式控制线及接口、信号激励模块、数据接收模块、板卡供电模块、数据存储模块、主控模块及数据上传模块；所述的多模式可配置流体流动参数超声测量装置通过工作模式切换开关及工作模式控制线，完成激励方式、数据处理方式及超声传感器切换，并组合配置超声硬件系统板卡内不同模块，控制装置工作在不同模式，结合上位机实现多相流体的浓度、流速流动参数在线测量；
2.根据权利要求1所述的多模式可配置流体流动参数超声测量装置，其特征在于，当上位机工作模式开关设置为时差法超声流速测量模式时，激励方式选择为单频激励，传感器配置为双探头时差法超声传感器安装方式，数据处理方式切换为渡越时间提取，并将渡越时间数据上传至上位机，结合上位机对应程序输出流速信息。。
3.根据权利要求1所述的多模式可配置流体流动参数超声测量装置，其特征在于，当上位机工作模式开关设置为超声多普勒法流速测量模式时，激励方式选择为单频激励，传感
4.根据权利要求1所述的多模式可配置流体流动参数超声测量装置，其特征在于，当上位机工作模式开关设置为浓度测量模式时，激励方式选择为扫频激励，传感器配置为一发一收超声透射衰减传感器安装方式，数据处理方式切换为多频接收信号幅值解调，并将不同频率下的幅值数据上传至上位机，结合上位机对应程序中超声衰减理论模型及反演算法，实现浓度测量。
5.根据权利要求1所述的多模式可配置流体流动参数超声测量装置，其特征在于，当上位机工作模式开关设置为浓度、流速同步测量模式时，激励方式选择为单频及扫频激励，传感器配置为一发一收超声透射衰减传感器安装方式及单/双探头超声多普勒法安装方式，数据处理方式切换为多频接收信号幅值解调及超声多普勒频移提取，并将不同频率下的幅值数据及多普勒频移数据上传至上位机，结合上位机对应程序实现浓度、流速同步测量。
6.根据权利要求1所述的多模式可配置流体流动参数超声测量装置，其特征在于，根据权利要求1所述的多模式可配置流体流动参数超声测量装置，其特征在于，流动参数测量的工作模式包括时差法超声流速测量模式、超声多普勒法流速测量模式、浓度测量模式。
7.根据权利要求1所述的多模式可配置流体流动参数超声测量装置，其特征在于，测量数据通过CPCI总线协议上传至上位机后续处理。
...【技术特征摘要】
1.一种多模式可配置流体流动参数超声测量装置，包括超声传感器、超声硬件系统板卡及上位机；其中超声传感器包超声多普勒传感器，时差法超声传感器及超声透射衰减传感器，超声硬件系统板卡包括工作模式控制线及接口、信号激励模块、数据接收模块、板卡供电模块、数据存储模块、主控模块及数据上传模块；所述的多模式可配置流体流动参数超声测量装置通过工作模式切换开关及工作模式控制线，完成激励方式、数据处理方式及超声传感器切换，并组合配置超声硬件系统板卡内不同模块，控制装置工作在不同模式，结合上位机实现多相流体的浓度、流速流动参数在线测量；
2.根据权利要求1所述的多模式可配置流体流动参数超声测量装置，其特征在于，当上位机工作模式开关设置为时差法超声流速测量模式时，激励方式选择为单频激励，传感器配置为双探头时差法超声传感器安装方式，数据处理方式切换为渡越时间提取，并将渡越时间数据上传至上位机，结合上位机对应程序输出流速信息。。
3.根据权利要求1所述的多模式可配置流体流动参数超声测量装置，其特征在于，当上位机工作模式开关设置为超声多普勒法流速测量模式时，激励方式选择为单频激励，传感器配置为单探头或双探头超声多普勒法安装方式，数据处理方式切换为超声多普勒频移提取，并将多普勒频移数据上传至上位机，结合上位机对应程序计算流速剖面或平均流速，...
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