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多普勒法測量原理

來(lái)源：www.zhzndt.com　作者：youwang　日期：2013-11-27 16:16:42　瀏覽次數：1409

多普勒法測量原理

多普勒法測量原理，是依據聲波中的多普勒效應，檢測其多普勒頻率差。超聲波發(fā)生器為一固定聲源，隨流體以同速度運動(dòng)的固體顆粒與聲源有相對運動(dòng)，該固體顆�？砂讶肷涞某暡ǚ瓷浠亟邮掌�。入射聲波與反射聲波之間的頻率差就是由于流體中固體顆粒運動(dòng)而產(chǎn)生的聲波多普勒頻移。由于這個(gè)頻率差正比于流體流速，所以通過(guò)測量頻率差就可以求得流速，進(jìn)而可以得到流體流量，如圖3。

圖3多普勒超聲波流量計測流原理圖

當隨流體以速度v運動(dòng)的顆粒流向聲波發(fā)生器時(shí)，顆粒接收到的聲波頻率f1為：

因此，聲波接收器和發(fā)生器間的多普勒頻移Δf為：

以上各式中：θ為聲波方向與流體流速v之間的夾角，f0為聲源的初始聲波頻率，c為聲源在介質(zhì)中的傳播速度。若c>>vcosθ則

式(11)、(12)是按單個(gè)顆�？紤]時(shí)，測得的流體流速和流量。但對于實(shí)際含有大量粒群的水流，則應對所有頻移信號進(jìn)行統計處理。超聲波多普勒流量計的換能器通常采用收發(fā)一體結構，見(jiàn)圖4。換能器接收到的反射信號只能是發(fā)生器和接收器的兩個(gè)指向性波束重疊區域內顆粒的反射波，這個(gè)重疊區域稱(chēng)為多普勒信號的信息窗。換能器所收到的信號就是由信息窗中所有流動(dòng)懸浮顆粒的反射波的疊加，即信息窗內多普勒頻移為反射波疊加的平均值。

平均多普勒頻移Δ-f可以表示為：

式中Δ-f——信息窗內所有反射粒子的多普勒頻移的平均值；
ΣNi——產(chǎn)生多普勒頻移Δfi的粒子數；
Δfi——任一個(gè)懸浮粒子產(chǎn)生的多普勒頻移。

由上可知，該流量計測得的多普勒頻移信號僅反映了信息窗區域內的流體速度，因此要求信息窗應位于管渠內接近平均流速的部位，才能使其測量值反映管渠內流體的平均流速。

圖4多普勒信息窗示意圖