基於超聲成像技術的微通道內氣液兩相流流型檢測方法
2023-05-29 20:05:01 1
基於超聲成像技術的微通道內氣液兩相流流型檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於超聲成像技術的微通道內氣液兩相流流型檢測方法，步驟如下：在待測微通道內流體中散布示蹤粒子，並在微通道外側設置超聲探頭；超聲設備產生激勵信號，觸發超聲探頭的所有超聲單元陣列在待測微通道內的測量區域逐列的發射超聲波，並通過超聲探頭接收待測微通道內散射射頻信號；將射頻信號轉換為射頻數據；提取所述的射頻數據，生成灰度模式的粒子圖像，通過粒子圖像得出微通道內氣液兩相流流型。與現有技術相比，本發明採用線陣超聲探頭逐列掃描待測流場，其超聲解析度遠遠高於其它形式的超聲探頭，對超聲探頭接收的信號進行處理並生成灰度模式的粒子圖像得出微通道內氣液兩相流流型，可以較全面的檢測微通道內的流型。
【專利說明】基於超聲成像技術的微通道內氣液兩相流流型檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種應用於微通道內氣液兩相流流型檢測方法。
【背景技術】
[0002] 氣液兩相流廣泛存在於自然界和動力、化工、核能等工業生產過程中。氣液兩相流 受壓力和流量等因素的影響會形成不同的流型，流型對氣液兩相流的流動特性和傳熱傳質 特性有較大的影響。根據外觀形狀和相的分布特點等條件，氣液兩相流的流型可以分為泡 狀流、塞狀流、彈狀流和環狀流等。
[0003] 隨著微加工技術的迅速發展，工業設備逐漸呈現出微型化趨勢。微通道內的氣液 兩相流動體系廣泛出現在工業生產和人們的生活中，隨著通道內徑的減小，微通道內氣液 兩相流的流動特性與常規管道兩相流的流動特性有著較大的差異，這使得常規管道內流型 的檢測手段不能很好地用於微通道內氣液兩相流流型的檢測。
[0004] 超聲的頻帶範圍寬，適合檢測從納米到毫米級的顆粒物，可以將超聲技術應用到 微通道內氣液兩相流流型的檢測中。為此，本發明設計了一種應用於微通道內氣液兩相流 流型檢測的方法。
【發明內容】
[0005] 本發明針對上述現有技術的不足，提供一種應用於微通道內氣液兩相流流型檢測 方法。
[0006] 為實現上述目的，本發明所採用的技術解決方案是： 一種基於超聲成像技術的微通道內氣液兩相流流型檢測方法，其特徵在於，步驟如 下： 第一步、在待測微通道內流體中散布示蹤粒子，並在微通道外側設置超聲探頭； 第二步、通過計算機模塊控制與超聲波探頭連接的超聲設備產生激勵信號，觸發所述 超聲探頭的所有超聲單元陣列在待測微通道內的測量區域逐列的發射超聲波，並通過超聲 探頭接收待測微通道內的示蹤粒子被超聲波照射後產生背向散射射頻信號； 第三步、將所述超聲探頭接收的射頻信號轉換為射頻數據； 第四步、提取所述的射頻數據，將得到的數射頻據按照時間順序進行組合，生成灰度模 式的粒子圖像，通過粒子圖像得出微通道內氣液兩相流流型。
[0007] 所述的示蹤粒子為跟隨性良好且與周圍流體聲阻抗差別較大的造影劑微泡或固 體顆粒。
[0008] 所述的第三步由信號處理模塊完成，其中信號處理模塊由放大器、時間增益補償 和模數轉換組成，所述的放大器用於放大所述的射頻信號，所述的數模轉換將經放大的射 頻信號轉換成射頻數據。
[0009] 所述粒子圖像的生成方法如下： 導入所述的射頻數據； 尋找各幀圖像之間的分隔點和每幀圖像中的聲束； 運用希爾伯特變換尋找包絡線，得到解析信號； 對圖像的參數進行設置，然後對所述的解析信號進行對數變換，然後將數據轉化為灰 度階，並進行插值來改善圖像清晰度，最後將數據顯示成圖像。
[0010] 所述第四步的粒子圖像由由軟體模塊完成，其中軟體模塊由數據處理模塊和圖像 產生模塊組成，所述的數據處理模塊首先從文件中導入所述的射頻數據，然後尋找各幀圖 像之間的分隔點和每巾貞圖像中的聲束，最後運用希爾伯特變換（Hilbert Transform)尋找 包絡線，得到解析信號，所述的圖像產生模塊首先對圖像的參數進行設置，然後對所述的解 析信號進行對數變換，然後將數據轉化為灰度階，並進行插值來改善圖像清晰度，最後將數 據顯示成圖像。
[0011] 在進行圖像採集時，首先超聲探頭中的一組單元陣列在測量區域產生超聲波並接 收所述的示蹤粒子反射的回波信號生成超聲圖像中的一列。然後下一組新的單元陣列按照 該方式繼續採樣生成超聲圖像的第二列，以同樣方式依次掃描，直至所有超聲單元陣列掃 描完待測微通道。最後，將得到的掃描線按照採樣的時間順序進行組合，得到一張合成超聲 粒子圖像。
[0012] 在進行微通道內氣液兩相流流型檢測時，首先在待測微通道內流體中散布示蹤粒 子，然後通過計算機模塊控制的超聲設備產生激勵信號，觸發超聲探頭髮射超聲波。待測流 場內的示蹤粒子被超聲照射後產生背向散射射頻信號並被超聲探頭接收。超聲設備接收到 的超聲射頻信號產生的電壓信號經信號處理模塊轉換最終通過數據存儲模塊存儲為射頻 數據。軟體模塊提取射頻數據並重建生成灰度模式的粒子圖像。通過粒子圖像可以得出微 通道內氣液兩相流流型。
[0013] 本發明的有益效果： 1、 超聲的頻帶範圍寬，可以實現微通道內流型檢測； 2、 採用線陣超聲探頭逐列掃描待測流場，其超聲解析度遠遠高於其它形式的超聲探 頭； 3、 超聲波在介質中的穿透性較強，可以檢測不透明微通道內流型； 4、 超聲探頭價格便宜並且具有較強的抗汙染能力，可直接安裝在微通道外，實現非接 觸測量，不影響微通道內流動； 5、 超聲探頭可以安裝在微通道外不同位置，可以較全面的檢測微通道內的流型。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014] 圖1本發明基於超聲成像技術的微通道內氣液兩相流流型識別系統圖。
[0015] 圖中，1.計算機；2.超聲設備；3.信號處理模塊；4.存儲模塊；5.超聲探頭； 6.微通道進口；7.微通道；8.示蹤粒子；9.微通道出口。
【具體實施方式】
[0016] 下面結合【專利附圖】
【附圖說明】和【具體實施方式】對本發明進一步說明。
[0017] 如圖1所示，一種基於超聲成像技術的微通道內氣液兩相流流型檢測裝置。包括 計算機1、超聲設備2、超聲探頭5、示蹤粒子8、信號處理模塊3、數據存儲模塊4和軟體模 塊。計算機1通過數據線和超聲設備2相連，超聲設備2連接有超聲探頭5,超聲探頭5置 於微通道7外，示蹤粒子8分布在微通道7內液體中，超聲設備2還與信號處理模塊3連接， 信號處理模塊3與數據存儲模塊4相連。
[0018] 在進行微通道內氣液兩相流流型檢測時，首先在待測微通道7內流體中散布示蹤 粒子8,然後通過計算機1控制超聲設備2產生激勵信號，觸發超聲探頭5發射超聲波。待 測流場內的示蹤粒子8被超聲照射後產生背向散射射頻信號並被超聲探頭5接收。
[0019] 在進行圖像採集時，首先超聲探頭5中的一組單元陣列在測量區域產生超聲波並 接收示蹤粒子8反射的回波信號生成超聲圖像中的一列。然後下一組新的單元陣列按照該 方式繼續採樣生成超聲圖像的第二列，以同樣方式依次掃描，直至所有超聲單元陣列掃描 完待測微通道7。超聲設備2接收到的超聲射頻信號產生的電壓信號經信號處理模塊3轉 換最終通過所述的數據存儲模塊4存儲為射頻數據。軟體模塊提取射頻數據，將得到的掃 描線按照採樣的時間順序進行組合，得到一張合成超聲粒子圖像。通過粒子圖像可以得出 微通道內氣液兩相流流型。
【權利要求】
1. 一種基於超聲成像技術的微通道內氣液兩相流流型檢測方法，其特徵在於，步驟如 下： 第一步、在待測微通道內流體中散布示蹤粒子，並在微通道外側設置超聲探頭； 第二步、通過計算機控制與超聲波探頭連接的超聲設備產生激勵信號，觸發所述超聲 探頭的所有超聲單元陣列在待測微通道內的測量區域逐列的發射超聲波，並通過超聲探頭 接收待測微通道內的示蹤粒子被超聲波照射後產生背向散射射頻信號； 第三步、將所述超聲探頭接收的射頻信號轉換為射頻數據； 第四步、提取所述的射頻數據，將得到的射頻數據按照時間順序進行組合，生成灰度模 式的粒子圖像，通過粒子圖像得出微通道內氣液兩相流流型。
2. 根據權利要求1所述的流型檢測方法，其特徵在於，所述的示蹤粒子為跟隨性良好 且與周圍流體聲阻抗差別較大的造影劑微泡或固體顆粒。
3. 根據權利要求1所述的流型檢測方法，其特徵在於，所述的第三步由信號處理模塊 完成，其中信號處理模塊由放大器、時間增益補償和模數轉換組成，所述的放大器用於放大 所述的射頻信號，所述的數模轉換將經放大的射頻信號轉換成射頻數據。
4. 根據權利要求1所述的流型檢測裝方法，其特徵在於，所述粒子圖像的生成方法如 下： 導入所述的射頻數據； 尋找各幀圖像之間的分隔點和每幀圖像中的聲束； 運用希爾伯特變換尋找包絡線，得到解析信號； 對圖像的參數進行設置，然後對所述的解析信號進行對數變換，然後將數據轉化為灰 度階，並進行插值來改善圖像清晰度，最後將數據顯示成圖像。
【文檔編號】G01N29/44GK104155362SQ201410398070
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月14日 優先權日:2014年8月14日
【發明者】許兆林, 孫東科 申請人:東南大學