利用(yòng)超聲波脈沖測量流體流量的(de)技術發展很快(kuài)。基于不同原理(lǐ)，适用(yòng)于不同場(chǎng)合的(de)各種形式的(de)超聲波流量計 已相繼出現，其應用(yòng)領域涉及到工農業、水(shuǐ)利、水(shuǐ)電等部門，正日趨成爲測流工作的(de)首選工具。

　　2超聲波流量計的(de)測量原理(lǐ)

　　超聲波流量計常用(yòng)的(de)測量方法爲傳播速度差法、多(duō)普勒 法等。傳播速度差法又包括直接時(shí)差法 、相差法和(hé)頻(pín)差法。其基本原理(lǐ)都是測量超聲波脈沖順水(shuǐ)流和(hé)逆水(shuǐ)流時(shí)速度之差來(lái)反映流體的(de)流速，從而測出流量；多(duō)普勒 法的(de)基本原理(lǐ)則是應用(yòng)聲波中的(de)多(duō)普勒 效應測得(de)順水(shuǐ)流和(hé)逆水(shuǐ)流的(de)頻(pín)差來(lái)反映流體的(de)流速從而得(de)出流量。

　　2.1時(shí)差法 測量原理(lǐ)

測流 原理(lǐ)圖

　　時(shí)差法 測量流體流量的(de)原理(lǐ)如圖1所示。它利用(yòng)聲波在流體中傳播時(shí)因流體流動方向不同而傳播速度不同的(de)特點,測量它的(de)順流傳播時(shí)間t1和(hé)逆流傳播時(shí)間t2的(de)差值,從而計算(suàn)流體流動的(de)速度和(hé)流量。

　　以上各式中：d爲垂直于水(shuǐ)流方向上兩換能器之間水(shuǐ)平投影(yǐng)的(de)距離，爲聲道數，S爲兩聲道之間的(de)過水(shuǐ)斷面面積。

測流 原理(lǐ)圖 src="static/picture/214759_1_3.jpg">

　　2.2多(duō)普勒法測量原理(lǐ)

　　多(duō)普勒法測量原理(lǐ)，是依據聲波中的(de)多(duō)普勒效應，檢測其多(duō)普勒頻(pín)率差。超聲波發生器爲一固定聲源，随流體以同速度運動的(de)固體顆粒與聲源有相對(duì)運動，該固體顆粒可(kě)把入射的(de)超聲波反射回接收器。入射聲波與反射聲波之間的(de)頻(pín)率差就是由于流體中固體顆粒運動而産生的(de)聲波多(duō)普勒頻(pín)移。由于這(zhè)個(gè)頻(pín)率差正比于流體流速，所以通(tōng)過測量頻(pín)率差就可(kě)以求得(de)流速，進而可(kě)以得(de)到流體流量，如圖3。

　　式(11)、(12)是按單個(gè)顆粒考慮時(shí)，測得(de)的(de)流體流速和(hé)流量。但對(duì)于實際含有大(dà)量粒群的(de)水(shuǐ)流，則應對(duì)所有頻(pín)移信号進行統計處理(lǐ)。超聲波多(duō)普勒流量計的(de)換能器通(tōng)常采用(yòng)收發一體結構，見圖4。換能器接收到的(de)反射信号隻能是發生器和(hé)接收器的(de)兩個(gè)指向性波束重疊區(qū)域内顆粒的(de)反射波，這(zhè)個(gè)重疊區(qū)域稱爲多(duō)普勒信号的(de)信息窗(chuāng)。換能器所收到的(de)信号就是由信息窗(chuāng)中所有流動懸浮顆粒的(de)反射波的(de)疊加，即信息窗(chuāng)内多(duō)普勒頻(pín)移爲反射波疊加的(de)平均值。

　　由上可(kě)知，該流量計測得(de)的(de)多(duō)普勒頻(pín)移信号僅反映了(le)信息窗(chuāng)區(qū)域内的(de)流體速度，因此要求信息窗(chuāng)應位于管渠内接近平均流速的(de)部位，才能使其測量值反映管渠内流體的(de)平均流速。

　　3超聲波流量計的(de)分(fēn)類

　　3.1根據超聲波聲道結構類型可(kě)分(fēn)爲單聲道和(hé)多(duō)聲道超聲波流量計

　　單聲道超聲波流量計是在被測管道或渠道上安裝一對(duì)換能器構成一個(gè)超聲波通(tōng)道，應用(yòng)比較多(duō)的(de)換能器是外夾式和(hé)插入式。單聲道超聲波流量計結構簡單、使用(yòng)方便，但這(zhè)種流量計對(duì)流态分(fēn)布變化(huà)适應性差，測量精度不易控制，一般用(yòng)于中小口徑管道和(hé)對(duì)測量精度要求不高(gāo)的(de)渠道。多(duō)聲道超聲波是在被測管道或渠道上安裝多(duō)對(duì)超聲波換能器構成多(duō)個(gè)超聲波通(tōng)道，綜合各聲道測量結果求出流量。與單聲道超聲波流量計相比，多(duō)聲道流量計對(duì)流态分(fēn)布變化(huà)适應能力強，測量精度高(gāo)，可(kě)用(yòng)于大(dà)口徑管道和(hé)流态分(fēn)布複雜(zá)的(de)管渠。

　　3.2根據超聲波流量計适用(yòng)的(de)流道不同可(kě)分(fēn)爲管道流量計、管渠流量計和(hé)河(hé)流流量計

　　管道流量計一般是指用(yòng)于有壓管道的(de)流量計，其中也(yě)包括有壓的(de)各種形狀斷面的(de)涵洞，這(zhè)種流量計一般是通(tōng)過一個(gè)或多(duō)個(gè)聲道測量流體中的(de)流速，然後求得(de)流量。用(yòng)于管渠的(de)超聲波流量計除了(le)要具有測流速的(de)換能器以外，還(hái)需要有測水(shuǐ)位的(de)換能器，根據測得(de)的(de)流速和(hé)水(shuǐ)位求得(de)流量。用(yòng)于管渠的(de)流量計一般含有多(duō)個(gè)測速換能器(由聲道數決定)和(hé)一個(gè)測水(shuǐ)位換能器。多(duō)數河(hé)流超聲波流量計僅測流速和(hé)水(shuǐ)位，而河(hé)流的(de)過水(shuǐ)流量由用(yòng)戶根據河(hé)床斷面進行計算(suàn)。

　　4應用(yòng)研究

　　結合國家大(dà)型灌區(qū)信息化(huà)建設的(de)研究内容，作者在昌樂(yuè)縣高(gāo)崖水(shuǐ)庫灌區(qū)的(de)北(běi)幹渠上布設了(le)4處監測站：其中徐家廟監測站渠底寬7.0m，水(shuǐ)深1.0～2.0m，采用(yòng)5聲道明(míng)渠超聲波流量計監測，見圖5。山秦監測站将一段明(míng)渠改造爲有壓管道輸水(shuǐ)，管徑是1.4m，采用(yòng)單聲道管道超聲波流量計監測，見圖6。在日照(zhào)水(shuǐ)庫灌區(qū)總幹渠上布設了(le)6個(gè)測站，其中石咀監測站渠寬4m，水(shuǐ)深1.5～2m，采用(yòng)了(le)多(duō)普勒超聲波流量計進行監測，見圖7。

　　各測站采用(yòng)高(gāo)精度流速儀對(duì)所測的(de)瞬時(shí)流量進行對(duì)比分(fēn)析。通(tōng)過比較和(hé)個(gè)别參數修訂，各測站測出的(de)瞬時(shí)流量穩定可(kě)靠，與流速儀測出的(de)數據有很高(gāo)的(de)一緻性。

　　5結束語

　　超聲波測流技術以其測量精度高(gāo)、實時(shí)性好的(de)特點越來(lái)越得(de)到重視。但因其價格高(gāo)、專業性強、維護管理(lǐ)要求高(gāo)使其應用(yòng)推廣較慢(màn)。随著(zhe)國家對(duì)水(shuǐ)利投入的(de)加大(dà)和(hé)節水(shuǐ)型社會的(de)建設，該技術設備将很快(kuài)成爲主要測流手段而得(de)到廣泛的(de)應用(yòng)。