[发明专利]一种锅炉内气液二相分布场的检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种锅炉内气液二相分布场的检测装置，其特征在于，包括：设于锅炉内管壁上的多个液体超声换能器和气体超声换能器，至少部分所述液体超声换能器和气体超声换能器交替布置，且所述液体超声换能器和气体超声换能器位于同一竖直平面上，

所述液体超声换能器和气体超声换能器结构相同，所述液体超声换能器包括一半圆筒状的收发体和U型外壳，所述收发体包括位于外侧的匹配层和位于内侧的压电陶瓷层，所述收发体和外壳形成一空腔体，所述空腔体内填满背衬，所述液体超声换能器的压电陶瓷层的中心谐振频率和气体超声换能器的压电陶瓷层的中心谐振频率不同。

2.如权利要求1所述的锅炉内气液二相分布场的检测装置，其特征在于：所有所述液体超声换能器和气体超声换能器交替布置，相邻的液体超声换能器和气体超声换能器间距相等。

3.基于如权利要求1所述检测装置的一种锅炉内气液二相分布场的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：激励液体超声换能器和气体超声换能器发射和接收超声波信号；

S2：处理所有液体超声换能器和气体超声换能器接收到的超声波信号，得到液体超声换能器和气体超声换能器超声波信号的幅值、以及超声波信号从发射到接收的飞行时间；

S3：计算超声波在气体空间的平均声速，并根据气体超声换能器的位置、以及气体超声换能器的超声波沿反射路径传播的飞行时间，计算锅炉内气体空间和液体空间的交界面位置；

S4：测量并比较液体超声换能器在无气泡阻隔的液体环境下和待测液体空间内接收到的超声波信号的幅值，得到待测液体空间中气泡的大小和位置，计算锅炉内液体空间二相分布场。

4.如权利要求3所述的锅炉内气液二相分布场的检测方法，其特征在于，步骤S1的具体步骤包括：每次激励一液体超声换能器和一气体超声换能器发射超声波信号，所有液体超声换能器和气体超声换能器接收超声波信号，直至激励完所有液体超声换能器和气体超声换能器。

5.如权利要求3所述的锅炉内气液二相分布场的检测方法，其特征在于，步骤S2中得到超声波信号的幅值的具体步骤包括：采用高速AD对液体超声换能器和气体超声换能器接收到的超声波信号进行采样，根据超声波的气体声速和液体声速获得超声波信号的到达时间窗，并根据到达时间窗内采集到超声波信号的最大峰峰值确定接收到的超声波信号的幅值。

6.如权利要求5所述的锅炉内气液二相分布场的检测方法，其特征在于，步骤S2中得到气体超声换能器超声波信号从发射到接收的飞行时间的具体步骤包括：

将气体超声换能器在已知温度、介质分布的条件下接收到的超声波信号作为参考信号；

对气体超声换能器接收的超声波信号和参考信号进行互相关处理，得到互相关函数，然后对互相关函数进行Hilbert变换并插值求取过零点获得亚采样精度的飞行时间。

7.如权利要求5所述的锅炉内气液二相分布场的检测方法，其特征在于，步骤S2中得到液体超声换能器超声波信号从发射到接收的飞行时间的具体步骤包括：

根据已得到的超声波信号的幅值和到达时间窗，从采集到的超声波信号中识别出直线传输的超声波信号，作为目标超声波信号，并利用数字相关法获得目标超声波信号的粗略飞行时间；同时，利用模拟电路识别目标超声波信号的多个过零点，并通过时间数字转换法高精度测量每个过零点对应的时间间隔；然后，根据已获得的回波信号的粗略飞行时间从所有时间间隔中识别出目标超声波信号的精确飞行时间。