[发明专利]一种流体密度与流速在线同步检测系统与检测方法

权利要求书

1.一种流体密度与流速在线同步检测系统，其特征在于，包括设置在管道外壁的温度传感器和四个超声波换能器，FPGA超声信号激励采集模块和处理器，其中，

第一超声波换能器、第四超声波换能器用于超声波发送和接收，第二超声波换能器、第三超声波换能器仅用于超声波接收，所述FPGA超声信号激励采集模块分时给予超声波换能器激励信号，采集超声波信号与温度信息存储至内部存储空间，同时传输至所述信号处理器，所述信号处理器对采集的超声波信号与温度信息进行处理与解析得到流体流速与密度。

2.根据权利要求1所述的一种流体密度与流速在线同步检测系统，其特征在于，所述第一超声波换能器与所述第二超声波换能器位置的连线与管道轴线平行，所述第三超声波换能器与所述第四超声波换能器位置的连线与管道轴线平行，所有超声波换能器均在同一个管道纵截面上；

超声波信号在四个超声波换能器中的传递路径呈“N”形，即第一超声波换能器产生的超声波信号经过管壁与流体后到达所述第四超声波换能器，再经管壁反射到达所述第二超声波换能器，所述第四超声波换能器产生的超声波信号经过管壁与流体后到达所述第一超声波换能器，再经管壁反射到达所述第三超声波换能器。

3.根据权利要求1或2所述的一种流体密度与流速在线同步检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括显示设备，显示处理器解析处理的结果。

4.根据权利要求1-3之一所述的一种流体密度与流速在线同步检测系统的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：

S1：获取测量信号；

S2：超声波信号的预处理；

S3：求解超声波信号接收时间差；

S4：解析流体流速与密度。

5.根据权利要求4所述的一种流体密度与流速在线同步检测系统的检测方法，其特征在于，所述步骤S2的具体过程为：

S2-1：采用窗口法设计近似理想窄带频率特性的线性相位FIR带通滤波器，滤除超声波信号频率窗口中心频率±(5～6)kHz处的噪声；

S2-2：对滤波后的数字信号进行三次样条插值，将一次采样的n个超声波信号数据分成n-1个区间[(x₁,x₂),(x₂,x₃),…,(x_n-1,x_n)]，在每个分段小区间[x_i,x_i+1]上，分别构造一个三次函数S(x_i)＝y_i，i＝1,2,…,n-1，其中：

y_i＝a_i+b_ix_i+c_ix_i²+d_ix_i³

其中，x_i为超声波信号的采样点，y_i为超声波信号幅值，通过求解方程的未知数a_i,b_i,c_i,d_i求得该三次方程；在每个[x_i,x_i+1]区间的三次方程上进行n个等间隔的数据点采样。