超聲波流量測量的發展概況和研究進程（一）

　　（4）尤其適合替代電磁流量計來測量腐蝕性液體、高粘度液體以及非導電性液體的流量；

　　（5）多聲道技術可縮短要求的直管段長度而仍然能保證較高測量精度；

　　（6）可以從厚的金屬管道外側測量管內流體的流速，無需對原有管道進行任何加工，尤其適合應用于大管徑、大流量場合。

　　相對傳統的流量計，超聲多普勒流量測量方法特點比較突出，適合多種工況條件和液體類型流量的測量，在工業流量測量中具有廣泛的應用前景。近年來，隨著電子技術和信息技術的飛速發展，超聲波流量測量的技術水平有了很大提高，但研究重點非常明顯地集中在血流測量等醫學領域，超聲波工業管道流量測量方面的研究相對較少，且主要集中于時差式流量測量（以天然氣流量測量最為突出），在多普勒方法方面的研究不多，導致現有工業管道用超聲多普勒流量計的性能普遍不高，存在以下缺點：

　　（1）不能判斷流速方向；

　　（2）低流速測量困難；

　　（3）動態響應速度慢、實時性差；

　　（4）基本誤差一般為±（1%～10%）FS，重復性為0.2%～1%，相對時差式超聲波流量計、質量流量計、電磁流量計等其它流量計而言精度比較低。

　　這些缺點極大限制了超聲多普勒流量計的推廣和使用。目前超聲多普勒流量計一般只在一些特殊場合下使用，比如便攜式測量、明渠流量測量、超大管徑流量測量等。

1.2 超聲多普勒流量測量研究進展

　　1.2.1 多普勒流量測量模型

　　超聲多普勒流量測量技術在過去的幾十年中得到不斷發展，出現了多種測量模型，本章概括為分為連續波多普勒（CW Doppler）模型 、脈沖波多普勒（PW Doppler）模型、偽隨機多普勒模型和調頻多普勒（FM Doppler）模型 四種。CW Doppler流量測量采用收發分離的換能器，它們分別連續不斷地發射和接收超聲波信號并進行后續處理，這種測量模型一般用于平均流速和流量的測量，詳細原理見本文4.2小節，本章主要介紹后面三種模型的研究進展情況。

　　（1）PW Doppler模型

　　PW Doppler可采用收發共用的換能器，進行間斷式的脈沖發射，并作時間的門控式（Time-Gate）選通接收，測量原理如圖1-1所示。

　　超聲換能器在起始時刻t0發射一串超聲脈沖，并延遲一段時間1 t后接收超聲回波信號，選通時間2 t決定了采樣的回波信號長度，對應于取樣分析的散射體樣本大小，散射體樣本在超聲波傳播方向的長度為：

　　式中c0為流體中的聲速。散射體距離管壁的徑向位置為：