超声波流速分布测定系统

由瑞士 MET-FLOW 公司研制 （瑞士 - 洛桑）

Avenue Mon-Repos 14,1005Lausanne,Switzerland

电话号码：＋ 41 21 313 4050

电传：＋ 41 21 313 4051

Email:info@met-flow.com

一．原理：

超声波流速分布测定系统（以下简称 UVP ）利用非浸入式超声波探测技术，常用于检测液体流速的精确分布。根据检测反射波曲线的变化和多个传感器的使用可以绘制出全范围的流速分布图。其应用领域十分广泛，包括在水渠，轮船周围，水泵内部，涡轮机，搅拌机，排水系统以及化学反应中的流体测定，还可以用于石油工业和食品工业等。这些测定有助于人们深化对流动科学相关领域的认识，从而有利于学术研究和工业设计。

二．特性：

•  非浸入式技术，检测流体中微米级颗粒的速度。

•  可测量水，不透明液体，泥浆，油，酱汁等。

•  量程从 0 到数米 / 秒。

•  可以测量可能逆向流动的液体。

•  较高的距离和时间分辨率，精确到毫米毫秒级甚至更小。

•  可输出瞬时信息和平均信息。

•  探测深度从几毫米到数米。

•  可以从分布图中计算分析得到统计结果，空间相互关系，频谱线和其它相关数据。

•  可绘制出全范围流速分布图。

•  无刻度要求。

•  一般情况下可以穿墙探测。

三．关于 MET-FLOW

我们的使命

研发和在世界市场上推广流速分布检测的超声波器材和软件，包括科研领域和工业领域的应用 ．

我们的客户

在其它方案都失败之后，世界上数以千计的科学家和工程师在检测液体的流动时靠 UVP 系统，因为他可靠并且极具价值．我们的客户包括大学，理工研究院，政府，私人研究机构以及世界领先的工业公司 ．

我们公司

MET-FLOW 是超声波流速分布检测系统及其软件的领导者，从 1990 年成立于瑞士洛桑起，他就开发出若干版本的 UVP 软硬件，以满足越来越高的数据处理要求．此外，我们与许多大学合作，并活跃在工业领域的研究开发． MET-FLOW 在这一领域拥有许多专利．

我们的员工

我们是一个致力于提供优质产品和服务的团队，我们拥有优秀的技术和创造力。我们不断的改进我们的产品。我们的国际服务网络时刻准备帮您发现在检测中出现的问题以及提供高水平的支持。

UVP 监测传感器

传感器

所有的 MET-FLOW 传感器都是按照客户要求设计并在 UVP 极限工作条件下测试并经过最优化处理。 MET-FLOW 传感器与 UVP 显视器用标准的 BNC 接头联接。最大的运行峰 - 峰电压是 200V ，最大的运行直流电压是 500V 。所有的传感器输入阻抗将近 50 欧姆。

传感器的声电转换效率大约是 40% — 50% ，损耗主要是在回波吸收并产生超声脉冲信号的过程中。

传感器的装配材料为聚甲醛树脂，这是一种耐腐蚀性很强的塑料，可适用于大多数常见的化学制剂。然而， MET-FLOW 只保证传感器能够防水和汞，若需要用于其他化学制剂，请咨询 MET-FLOW 公司。

传感器可工作在以下的频率： 0.5 ， 0 ， 2 ， 4 ， 8MHz 。一般地，由于高频波波长很短，有较高的距离分辨率，较高的频率常用于小范围的流动；而较低的频率则用在大范围流动的场合，这是因为低频波有较强的传播能力。

普通的 MET-FLOW 传感器是平行波型，采用普通的探头。这类传感器用在常温下，最高不超过 60 o C （该温度是传感器周围最接近范围内的温度），被命名为 TN 型。有两类传感器可以扩展工作温域至 150 o C 或 250 o C ，它们各自分别命名为 TH 型和 TV 型。这些传感器使用专门的隔热材料和耐高温的内部元件。此外， TH 型传感器分普通外壳和不锈钢外壳加树脂密封。球状聚焦型传感器（简称 TF ）按照客户要求定做，聚焦效应来自于球形探头。使用 TF 传感器可以获得更多的信息。传感器外径取决于探头的直径，传感器的默认长度为 60mm ，其它长度（最小长度 36.5mm ）可以按照客户要求制作，这需要加收少量费用。任何其他的加工方案都可以考虑，方便的话请垂询我们以得到更多的信息。

传感器电缆

MET-FLOW 传感器电缆可以看作标准的 50 欧姆同轴电缆（ KX15 型用于常温， KX18 型用于扩展温度）， 8MHz 信号会有低于 0.1dB/m 的衰减，衰减量随频率递减。当订购传感器时默认电缆长度为 4 米，但是可以指定更长（不超过 10 米）或者更短。当需要较长电缆时，需要加收少量费用。电缆牢固地固定在传感器上，不能被扩展。保证的电缆工作长度为 4 米。合理的电缆扩展方案是使用标准的 50 欧姆同轴扩展电缆并且使用 BNC 接头，这将不会严重偏离衰减点。在强的电磁场干扰环境下电缆总长度显然要减到很短。这就是为什么 MET-FLOW 要确保可靠的性能而使电缆长度不超过 4 米的原因。

标准的 MET-FLOW 传感器

传感器 - 型号命名的意义

TN ：传感器工作温度不超过 60 o C

TH: 适用于高温的传感器（高达 150 o C ）

TV ：适用于非常高温度的传感器（高达 250 o C ）

TF ：聚焦型传感器

第一个数字为：频率

第二个数字为：探头直径

第三个数字为：外径

所有的传感器默认的长度为 60 毫米，其它长度可以按要求定做（最小长度为 36.5 毫米），默认的电缆长度为 4 米，长度可以按客户需求从１米到１０米．

UVP-DUO 柔性流速分布监视器

（图片上的文字）重要说明：设备的软件和硬件有重大进步

UVP-DUO 的主要的新特性和提高：

•  新的体系结构，可以从主机实现远程控制；

•  可以选择５种频率，有更宽广的应用范围；

•  信号量在线显示；

•  测量视窗从 10 到 2048 个频道；

•  可以显示流速统计图，柱状图，相互关系，电压曲线；

•  新的多普勒效应估算的快速傅里叶算法；

•  集成流速分布图绘制，可支持达２０个传感器；

•  紧凑，稳健而轻便的设计．

UVP-DUO 能为您做什么？

•  可以测量几乎任何液体的流速：水，不透明液体，泥浆，油，酱，等等；

•  其应用领域十分广泛，包括在水渠，轮船周围，水泵内部，涡轮机，搅拌机，排水系统以及化学反应中的流体测定，还可以用于石油工业和食品工业等；

•  速度分布被实时测量并同步显示，您可以直接优化或者也可以技术处理而用 UVP-DUO 监视器检测在线反馈；

•  可以从分布图中计算分析得到统计结果，空间相互关系，频谱线和其它相关数据；

•  监视器具备较高的灵活性，根据测量环境的不同，可以大范围选择不同的测量参数而得到最佳的测量结果．

UVP-DUO-MX 背部面板

集成多路复用器

单只传感器可以测量液体中一条线的流速分布．由于测量和估算非常迅速 UVP-DUO-MX （带多路复用器）可以同时通过２０个传感器扫描，仍然可以维持时间分辨率，充分满足大多数测定．

每个传感器都连接在 UVP-DUO-MX 背部面板的 BNC 接头上．（如上图）

集成流速分布绘制功能

如果这些传感器的测量线形成一个网格，流速分布绘制功能就可以实现了．在每个交点上，速度矢量是已知的，这时 UVP-DUO 软件可以计算二维的速度矢量．通过２０个传感器流动区域可以达到１００个局部速度矢量．更多的绘制原理细节请参看软件介绍．

谁使用 UVP-DUO ？

•  在理论科学和工业研究，液压工程，化学工程，食品工程等领域的科学家和研究人员．

•  对给排水系统，污水处理以及生态学感兴趣的技术人员．

•  在二相流体，铁磁流动，汞和液态金属领域工作的设计者和研究者．

•  质检认证部门工作人员．

由于 UVP-DUO 监测系统界面非常友好，您无需有专业的流体器械的经验．

UVP-DUO 中有什么新东西？

在 UVP 系列设备中 UVP-DUO 有令人激动的进步．在与以前的 UVP-XW 型比较时，它有许多先进的特性：

可以选择的频道数量从１０到２０４８ , 这就在更大程度上保证了按照不同的应用改变分布图解析度的灵活性，同时也扩大了测量深度的范围和流速的可测范围。

返回波信号的获取。新的获取方式是使用专用的 A/D 转换器，这可以用于信号获取，显示和保存。回波幅值可以和流速分布同时显示。

基于 DSP （数字信号处理器）而具有更短的通道距离和更快的计算能力， UVP-DUO 具有很强的可靠性，新的设备特性比如更少的零部件，更新的集成电路，没有可动的部件或者开关（通气装置例外）。

全新的基于 WIN32 标准的第三版 WINDOWS 软件，通过许多新的功能，可以密封式集成处理所有获得的数据． UVP-XW 模式的用户可以升级到该版本．

新的文件格式，所有的测量数据都保存在一个简单的文件里，包括绘制所需的几何数据，所有的测量参数和用户注释．

典型的检测规格表

距离分辨率（通道宽度）是计算于水中４个周期的发射脉冲；

采样速率是计算于在水介质中的３２次脉冲发射；

真实可达到的测量深度取决于介质对声波的吸收和其他因素．

新的结构

UVP-DUO 的测量部分和接口部分整体是分开的，这让我们更好的掌握和运用更加紧凑的测量单元，而 PC 及接口部分则视用户的要求和市场变化十分灵活的改变或者升级．

两个部分的通讯是基于快速以太网，这不需要特别的专用设备，而可以使用现有的局域网．

新的 DSP （信号处理器）设计在信号的采集部分，与新的缓冲系统和新的 A/D 转换器一起运行．前者的使用让大型数据设置得到快速处理，特别是在很高的采样速度时处理大规模的流速分布．

传感器：

所有的 MET-FLOW 传感器都是按客户要求定做的，并为配合 UVP 作了最优化处理，由优秀的第三方制造商生产．这就保证了其良好的工作并将可以非常接近理论极限值．传感器非常灵敏，接收和传递迅速转换，超声波轴线和机械轴线非常重合，也有更好的防水性和防汞性．一般设计的温度范围有６０度以下，１５０度以下和２５０度以下三种．

软件：见专门的叶面介绍。

UVP 软件的视窗功能受专利保护， MET-FLOW 已经注册了欧洲专利号 0201460 （ 1986 ）

日本专利号 198965 ，美国专利号 4826422 （ 1989 ）。这种软件是为专用设备工作的，在上面可选择参数，包括距离，数量，宽度，组件组合，超声波轴线上的测量位置。

技术规格

注释：

１增加发射周期数量来提高信号质量，但降低了纵向解析度。

２最大脉冲重复频率受最大的测量速度限制，例如超声波信号传播到目标位置和返回的时间

３脉冲波的数量至少是 2 。纵向距离精度取决于超声波的频率，（波长）和传感器的灵敏度。 MET-FLOW 传感器传感器十分灵敏，可以达到理论上的极限值。

４超声波发射束的分离值视传感器数据而定。

５当使用高重复率多次发射时，可以达到十分精确的分布图。

６信号采集时间取决于超声波到目标位置的传播和返回时间以及重复发射的次数。

UVP-DUO 测定系统软件第三版

软件的新特性和提高 ：

•  可从局域网主机进行远程控制；

•  含流速统计分析，有 RMS ，倾斜分析，峰态分析和柱状图等；

•  交叉关系和内在关系分析，电压谱线显示；

•  集成流速绘制模式，传感器网络在线编辑；

•  测量参数的设置为向导风格；

•  可以直接导出 WORD ， EXCEL ， TECPLOT 及其它应用程序；

•  新的文件格式，保存所有测量数据在单个文件内；

•  完美的标准 WIN32 接口。

Measurement parameter set-up wizard

第三版为您做了什么？

第三版是驱动 UVP-DUO 检测系统最完整的最稳定的驱动程序，它集成了 UVP 数据采集，分析，所有新加上的分析特性都有别于以前的版本。软件的新特性因为太多而无法一一列出，若需综合清单请参阅其大篇幅介绍。新增数据分析模块主要有以下几点：

•  流速统计分析（ RMS ，倾斜，峰态，柱状图），这会带给您对流体结构更好的观察。

•  电压曲线图分析频率的分布；

•  交叉关系和内在关系分析找出在不同时刻和位置的周期性和关联性。

•  集成的曲线绘制模式使多个传感器测量变得十分容易。

第三版是完全的 WIN32 软件，为快速运行用 VisualC/C++ 编写，这使得大多数窗口在任何参数修改之后都可以重新实时计算。第三版也完整的提供了对“点击板”的支持，包括“复制”和“粘贴”图形和表格到 MS WORD 和 EXCEL 。第三版界面十分友好，我们在制作第三版时，对界面的友好特性给予重大的关注。程序参照微软的向导进程进行设计，非常容易学会。

测量参数的设置采用图形显示于测量窗口，使用向导风格的对话框模式。当不合适的参数输入后，向导会请用户更证到可以接受的范围。在数据采集阶段，所有重要的参数将现实于状态条。检测按时序用影片的形式（可选速度）回放。打开文件对话框可以实现信息预览，这样可以判断一个文件是否应该被打开。所有的窗口都可以在选项对话框中个性化设置。

第三版分析窗口

•  测量信息窗口显示所有的测量参数和多路复用器输入表。

•  分布图窗口显示测量的流速分布图和原始的回波波幅。

•  时序图窗口绘制出所有通道的时间刻度。彩色图形窗口用显示不同颜色区域代表所有不同的数据值。

•  分布表列出了该截面各通道的流速值。

•  平均和统计窗口显示平均分布， RMS ，变化，倾斜等，以及一个总结表，包括有效率。

•  周期增强（时间）窗口描绘出不同时间的平均相位的周期性动态特性。

•  周期增强（分布）窗口描绘出不同位置的平均相位的周期性动态特性。

•  流动情况（平行或者循环）窗口通过环形或者矩形画出了流动途径。

•  内在关系窗口显示流体在不同时间的周期特性。

•  交叉关系窗口显示了不同位置之间的流动关系。

•  电压谱线窗口显示流速分布中的频率分布。

•  流速绘制窗口允许编辑，显示一幅各个数据块流速图，显示所有数据块的均值图，显示一涨每个数据块流速值的表和一个包括 RMS 值的均值表。

流速图绘制程序模式

从前的版本中，用户可用多个传感器绘制，但不能在线实现评测。第三版为用户提供了所有必要的功能，分布图的绘制采用以下一些简单的步骤：

图表的编辑 ：编辑传感器坐标是十分容易的并且直截了当的，因为它用超声波射线轴建立坐标系，编辑就是画一个简单的表格，于是在独立的窗口就会根据编辑值迅速图形化显示。

设置绘制参数 ，样本数目和测量的重复次数，为每个传感器合理的设置绘制长度，最小的可以接受的超声波射束入射角度。

流速绘制尺寸。 在测试尺寸大小的过程中可以检测和估算传感器的任何输出。

绘制结果的评估。 检测完成之后立刻进行，包括对分析有用的图形结果和数字结果。

保存结果。 不必专门保存结果，因为每个数据都会及时自动保存。

打印流速分布图。 这些图可以预览打印复制到点击板和黏贴到其他程序中。

输出到扩展程序 。可以将检测结果输出到第三方程序，如 TEXT ，和 TECPLOT 。 TECPLOT 可以生成高质量的显示和报告图。

窗口布局的保存

第三版软件同时打开若干个窗口，当某个用户打开并布置了适合其意图的的窗口，可能他下次仍然想使用同样的布局。软件保存了当前的窗口布局，这就是为什么当退出程序之后，再次打开时仍然可用该布局。由于希望数据获取和数据交换之间可以改变，第三版可同时保存二者。当数据采集开始时，程序切换到采集窗口体系，当数据被分析时，程序再转向分析体系。

简单的软件安装

第三版带一张 CD ，可以安装在任何主机上，使用 WINDOWS98 或者更高版本。用户仅随着设置向导的在线命令一步步做。专门的程序帮助用户设置局域网 TCP/IP 地址，程序也能安装在更多的计算机上供数据浏览和分析。

程序被“软件钥匙盘”保护，这对每个用户是独一无二的，由 MET-FLOW 提供，作为 UVP-DUO 的配套产品购买。

Graphics representation of measurement grid with nine transducers

Flow map of a measured flow field

第三版的演示程序第三版演示程序由 MET-FLOW 免费提供，演示程序演示了所有的版本，但并未获任何数据，也不能读取任何文件。相应地，它由计算机模拟数据采集，用若干内置样例数据文件来示范性分析。实际的软件中所有选项，设置，打印，输出和其他特性都是可以应用的。