多普勒超声流量计的发展概况

在工农业生产中，有许多固液两相流流体的流量需要测量。如化工、食品、造纸、电力、城市排水、多泥沙河流的排灌泵站等行业。对于这种含有悬浮固体粒子或气泡量较高的工业流体和高浊度、高浓渡的污水，采用传统的一些测量方法测量它们的流量已感到有些力不从心，而采用超声多普勒法具有独到的优点。

当一个信号源发射的信号被一个与之存在相对运动的目标所反射时，反射信号和发射信号的频率就会出现差异，这种现象称之为多普勒效应。它是奥地利物理学家多普勒(Christan Doppler)于1842年发现的。之后，这个原理被广泛地应用于光学、声学和天文学等自然科学

的许多领域之中，超声波多普勒流量计的测量原理正是以多普勒效应为基础的。根据声学多普勒效应，当声源和观察者之间有相对运动时，观察者所感受到的声频率将小同于声源所发出的频率。这个因相对运动而产生的频率变化与两物体的相对速度成正比。

超声多普勒流量计最初应用在血液流速的测量中，因为它最重要的特点是测量时不伤害人的机体。后来多普勒效应又被用于测量舰船的速度，测量时把超声换能器贴在船底。工业应用超声多普勒流量计是在七十年代以后逐步发展起来的。1976年，美国“宝丽声”公司首先研制出一台管外安装的超声多普勒流量计，并在实用化方面取得了成功。1978年英国Bestabu公司也向世界各国推销了几种超声多普勒流量计。日本在 1975年就开始利用多普勒法测量下水道排水的流量。前苏联、德国等其它国家也早就开始研制和应用超声多普勒流量计。我国的北京大学、上海、长沙等地也有厂家研制生产超声多普勒流量计。

早期生产的多普勒流量计使用振幅调制，且发射和接受由一个换能器头完成，这一方法在管道上搜寻最大接收信号是无能为力的，而且信噪比很差。当频率型调制在八十年代中期应用以来，使多普勒流量计的性能得到了相当的提高。八十年代中期生产的多普勒流量计大都是采用锁相环(PLL)设备检测从解调器中得音频信号，获得平均频率，且作为一个电压或数字化的流量数据显示出来。而九十年代，很多超声多普勒流量计应用快速傅里叶频谱分析(FFT)装置代替旧的锁相环(PLL)装置，使超声多普勒流量计的测量精度有了很大的提高。

超声多普勒流量计因其结构简单，价格适宜，安装使用方便而受到世界各国的普通重视。它主要用于测量工业中的各种污水、废水、泥浆、纸浆和各类矿浆等固液两相流流体，以及化工生产中某些含有气泡的流体和有毒、强腐蚀性的化合物流体，还有食品工业和医药工业中的各种悬浮液体。随着技术的发展，多普勒超声流量计也必将在今后的多相流量测量中发挥更大的作用。