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专利号: 2020104747230
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于多普勒和声呐图像技术的多相测试方法,其特征在于包括如下操作步骤:

第一步:首先采用信号处理及控制基阵发射声呐信号,通过水声换能器产生脉冲声波并用功率放大器进行放大和阻抗匹配,形成多个指向性的大功率声呐信号;

第二步:接着声呐信号接触到颗粒后发生反射,由接收接基阵收反射回的回波信号,回波信号经过信号处理通过电路信号的采样并保持电路的输出稳定性,再由A/D转换电路将回波信号转换成数字电信号;

第三步:数字电信号进行放大和滤波处理提高距离分辨率,对处理后的信号进一步加工生成声呐图像,结合图像识别技术获得被测截面内的颗粒分布;

得出声呐的原始成像数据,由成像数据对应回波点的极坐标值,可以计算出各点在笛卡尔坐标下的位置,将笛卡尔坐标系下的坐标填充到对应的坐标位置后,完成对整个成像数据矩阵的运算生成声呐图像;笛卡尔坐标系中的坐标: ,;

第四步:将声呐图像中得出灰度强弱不同的灰度图像进行帅选去噪,其中较亮的图像为截面中的流体,而较暗的图像可能为流体中的颗粒或者颗粒群,而颗粒与水的边界难以区别,用高斯滤波器对图像进行滤波处理去除图像中的部分噪声: ,;

第五步:然后用Kittler算法将图像进行二值化处理,得到二值化图像;最后用Canny算子操作得到颗粒边缘清晰的截面图像;

第六步:在被测截面的下游位置设置两个超声波探测组件连接多普勒测速仪,采用两个超声波探测组件连接多普勒测速仪测得管道内的颗粒运动速度;

第七步:结合被测截面内颗粒的速度和多次扫描获得的序列截面图,通过三维重建的MarchingCubes算法实现出管内的颗粒的空间分布。

2.根据权利要求1所述的基于多普勒和声呐图像技术的多相测试方法,其特征在于:在被测容器的外壁设置有若干个超声波基阵,相邻两超声波基阵分别设置为发射基阵和接收基阵,分别连接信号处理及控制基阵的发射电路和接收电路,所有基阵的测量线相交于环形中心,形成超声波环形阵列,以便于发射波束和接收波束在被测截面上的全覆盖。

3.根据权利要求2所述的基于多普勒和声呐图像技术的多相测试方法,其特征在于:声呐图像中回波的返回时间可以测出颗粒的距离信息,波束的指向则给出了颗粒的方位信息,结合现有的成熟声呐成像技术可以获得被测截面上颗粒的瞬时分布。

4.根据权利要求1所述的基于多普勒和声呐图像技术的多相测试方法,其特征在于:两个超声波探测组件连接多普勒测速仪的控制模块均发射信号给发射基阵,发射基阵以一定的安放角向管内斜向发射探测声呐信号,接收基阵接受经颗粒反射后发生频移的声呐信号并回馈到控制模块,根据安放角、声呐波长和频移大小测得管道内的颗粒运动速度。

5.根据权利要求1所述的基于多普勒和声呐图像技术的多相测试方法,其特征在于:多相测试仪内设置有声呐发射和接收装置、信号处理及控制装置、多普勒测速仪,声呐发射和接收装置依次相邻、以环形阵列的方式安装在被测管道的截面外围上,声呐基阵的测量线均相交于环形中心。

6.根据权利要求5所述的基于多普勒和声呐图像技术的多相测试方法,其特征在于:超声波的阵列技术和多普勒测速技术能适用于固、气、液多相,故还能测试气液两相,且能捕捉气泡的大小以及运动速度。

7.根据权利要求1所述的基于多普勒和声呐图像技术的多相测试方法,其特征在于:结合前后两个截面的颗粒分布和颗粒通过速度,用空间线性差值还原出被测截面上一段时间的上下游控制体的颗粒空间分布。