中图分类号：TE939文献标识码：A文章编号：1003-2738（2011）12-0292-01
摘要：卤水流量的精确计量是保证卤水生产过程安全经济运行、降低消耗、提高效益、实现科学管理的基础。由于采卤泵站震动较大，且有硫化氢气体腐蚀，很难实现卤水在采输过程的精确计量。本文分析了超声波流量计在卤水采输过程中对流量计量的应用，对降低卤水输送成本具有重要意义。
关键词：卤水采输；超声波流量计；计量
一、引言
卤水学名为盐卤，是由海水或盐湖水制盐后残留于盐池内的母液。卤水流量测量是实现卤水采输过程中封闭管道中的导电性液体和浆液中的体积流量。随着工业生产过程的自动化和智能化的提高以及节能降耗和成本核算管理的要求，流量仪表在整个计量仪表中所占的比重越来越高。传统检测流量计都需要将其传感器安装在管内，并要求配置一段安装管，这不但不便于安装，而且会引起流体的压力损失、泄漏等。本文介绍了超声波流量计的工作原理，并在此基础上分析了其在卤水采输测量中的优点。
二、超声波流量计的工作原理和特点
超声波流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法、多普勒法等。传播速度差法又包括直接时差法、相差法和频差法，其基本原理都是测量超声波脉冲顺水流和逆水流时速度之差来反映流体的流速，从而测出流量；多普勒法的基本原理则是应用声波中的多普勒效应测得顺水流和逆水流的频差来反映流体的流速从而得出流量[1]。
（一）时差法测量原理。
超声在流体中的传波速度受流体流速的影响，超声波在流体中顺流传播时，速度将加快，逆流传播时速度会减小，两个速度的差值越大，表明流体流速越快，反之则慢。时差法测量流体流量的原理如图1所示，在管道的上下游安装两个传感器A和B距离为L，L与水平方向的夹角为 。设静止流体中的声速为 ，流体流动的速度为 ,当超声波传播方向与流体方向一致时。超声波的传播速度为 ；而当超声波传播方向与流体流动方向相反时，超声波的传播速度为 。
图1 时差法测量流体流量原理图
从图1可以看出，探头A向探头B发射超声波信号为顺流方向，其传播时间为： ，反之逆流方向传播的时间为： ，二者时间差为：
（1）
由于静止流体中的声速 远远大于流体流动的速度 ，故 可忽略不计，则有：
（2）
得到的流体流速为： （3）
式（3）中的 、L、 均为常数，所以测得时间差 即可知道流体流量。
（二）多普勒法测量原理。
多普勒法测量原理，是依据声波中的多普勒效应，检测其多普勒频率差。两个换能器对称地装在待测流体管路两侧，发射换能器发射频率为 的超声波信号，经过管道内液体中的悬浮颗粒或气泡后，频率发生偏移，以 的频率反射到接收换能器，这就是多谱勒效应。 与 之差即为多谱勒频移 。多普勒频移正比于流体中颗粒的运动速度，即流体的运动速度，因而只要平均流速与流通截面积相乘即可得体积流量。若颗粒以与流体相同的速度 运动，静止流体中的超声波声速为 ，声波发射方向、反射方向与流体流动方向的夹角分别为 ，则由于颗粒的漫反射而进入接收换能器的超声频率 可表述为：
（4）
当 远远大于 时，（4）式可化为：
（5）
在 的情况下有：
（6）
则可得到多普勒频移 为：
（7）
三、超声波流量计在采输卤水中应用应注意的事项
（一）测量点的选择。
超声波流量计的安装在所有流量计中是最简单便捷的。采用超声波流量计测量采输卤水流量时，只要选择一个合适的测量点、把测量点处的管道参数输入流量计中，然后把探头安装在卤水采输管道上即可。选择测量点要求一定的直管段，要选择流体流场分布均匀的部分，以保证测量数据准确。一般遵循以下原则：1.要选择充满流体的管段，如管路的垂直部分或充满流体的水平管段。2.测量点要选择距上游10倍管径，下游5倍管径以内的均匀直管段．没有任何阀门等干扰。3.充分考虑管道内壁结垢状况，尽量选择无结垢管段测量，实在不能满足，可把结垢考虑为衬里以求较好的测量精度。4.选择管材均匀致密，易于超声波传输的管段。
（二）探头安装方式。
采用超声波流量计对采输卤水管中的流量进行计量时，合理的探头安装方式对提高流量计量精确度至关重要。超声波流量计一般有两种探头安装方式，即Z法和V法。一般在小管径时 (管径100-300mm)可先选用V法；V法测不到信号 或信号质量差时则选用Z法。管径在300mm以上或测量铸铁管时应优先选用Z法。V法一般情况下是标准的安装方法，使用方便，测量准确。可测管径范围为25mm至大约400mm。安装探头时，注意两探头水平对齐，其中心线与管道轴线水平一线。当管道很粗或由于液体中存在悬浮物、管内壁结垢太厚或衬里太厚，造成V法安装信号弱时，要选用Z法安装[2]。
（三）检查安装。
检查“安装”是指检查超声波流量计探头安装在采输卤水管的位置和方式是否合适，是否能够接受到正确的、足够强的、可以使主机正常工作的超声波信号。安装的好坏直接关系到卤水流量值的准确和机器长时间的可靠运行，主要通过主机检查两个参数：信号强度、信号质量。信号强度是指上下游两个方向上接收信号的强度。信号强度越大，测量值越稳定可信，越能长时间可靠的运行。信号强度与探头的安装位置调整、安装间距、管道情况有关。
（四）超声波流量计在采输卤水应用中常见问题及解决方案。
由于卤水输送过程中卤水中掺杂的介质较多时，这将导致超声波流量计探头使用一段时间后会出现不定期的报警，这种问题在实际运用中会较常见。解决办法：定期清理探头(建议一年清理一次)。其次超声波流量计输送的卤水中含有水等液体杂质，流量计引压管容易产生积液，气温较低时会出现引压管冻堵现象，尤其在北方地区冬季较常见。解决办法：对引压管进行吹扫或加电伴热。
四、结束语
卤水的特性限制着卤水在采输过程的精确计量，超声波测流计以其测量精度高、实时性好，同时适于解决流量测量困难问题的一类流量计，特别在大口径流量测量方面有较突出的优点，超声波测流计在测量采输卤水中的流量应用越来越得到重视。随着国家对卤水需求量的增大和超声波测流技术普及和成本的降低，超声波测流计将很快成为卤水采输过程中主要测流手段而得到广泛的应用。
参考文献：
关键词：便携式超声波流量计；传感器；安装参数
随着新水法的颁布实施，各地对于大水量的计量极为重视，各地水务集团（自来水公司）及水库加强了进、出水量的管理。相应的措施有：一、加强管道的维护，防止跑、冒、滴、漏现象的出现；二、在最基本的贸易结算单位安装高精度流量计，例如医院、学校、政府机关等个体单位。在这种情况下，对于计量部门就提出了一个新的问题，那就是安装在个体单位的高精度流量计首次检定后的再次检定问题。目前国内的经济能力及环境条件很难做到在一条管道上串联两套流量计以便随时拆下检定，所以国内普遍采用方法是便携式超声波流量计在线校准。
在便携式超声波流量计的使用过程中会碰到很恶劣的工作环境，例如被检流量计附近缺乏必要的直管道；被检管道内壁结锈、垢过多；被检流量计显示部分与标准器相隔太远；管道内液体温度过高等，以上问题是在实际校准过程中经常碰到的。
本文将详细介绍正确使用便携式超声波流量计的方法，以便快速灵活的使用便携式超声波流量计。以下主要针对水计量。
说明：
1、水计量：指单相，给水浊度小于10 000mg/L，排水悬浮物小于1 000mg/L并充满管道的水计量。
2、以下的流量计如不做特殊说明，则专指便携式超声波流量计
一、流量计传感器的选择
对于超声波流量计来说，传感器（又称超声换能器或传感器探头）分为大、中、小或低、高温等不同的类型。一般情况下，便携式超声波流量计都为单路斜束式流量计（只有一对传感器的流量计），对于不同的管径要有不同的传感器类型，因为管径越大就需要更大的超声波强度，则要选择大型的超声传感器。所以，流量计一般都配有几套大小不同的传感器，以便在不同管径时使用，例如日本富士的流量计，美国康创的流量计，都有配合不同管径的传感器。当然，也有不区分管径大小的流量计，例如美国宝丽声的流量计。
另外，对于特殊流体，如污水，要使用多普勒超声波流量计（由于不涉及本文，不做过多介绍）；对于高温水，我们一定要测量外管道的温度并查看流量计产品说明书，查看传感器是否适合使用，因为传感器的温度限一般为0～50℃或0～150℃，如果流体温度超过上限，就不能对其测量。
二、流量计安装位置的选择
对于速度式流量计来讲，都有严格的安装位置的要求，超声波流量计也不例外。通常情况下，要按照图（1）及表（1）的要求：
图（1） 流量计安装地点的选择
表（1） 最短直管段长度
阻力件 上游侧 下游侧
90弯头
T字型弯头
渐扩管
渐缩管
阀门
流量调节阀在上游
流量调节阀在下游
泵
注：表中的D为管道内径
在实际的校准过程中，我们会碰到缺乏直管道长度的问题，为了校准被检流量计，我们就要在被校流量计的上下游寻找符合要求的直管道，但为了避免与被较流量计的流量不同步，不要与被校流量计距离过远。
三、传感器的安装参数
超声波流量计是根据传播速度差法来测量流量的，其传感器的安装方式及安装距离直接受管道直径、管道壁厚、管道材质、管道管衬、流体类型所决定，因此我们要在传感器安装以前确定以上几个参数。
1.管道外直径测量
围尺法：对于大管径管道，要用卷尺将管道围住，测量出周长，再计算出管道外直径大小（方法可采用立式金属罐测量圆周的方法，但不要求过于苛刻）。
直接法：对于小管径管道，可直接用卡尺测出管道外直径。对于大口径管道，也可自行制作大口径卡尺直接测量出管道外直径。
如图（2）：
1、传感器安装导致的误差
超声波流量计传感器的安装误差对测量结果影响很大，两个传感器之间的距离有严格的要求，一定要按规定的尺寸安装。
图1是fuji electric便携式流量计v型安装示意。经安徽省大流量计量站检定（标准装置准确度±0.05%，流量稳定度优于0.05%）, 该表准确度为1.0级。将该表安装在内径d=150mm，外径d=159mm，壁厚h=4.5mm的管道上进行测试时，仪表指示探头距离l=112.04mm。测量时流量保持不变，其它测试条件相同，只改变传感器之间的距离l,测得数据列入表1。
表1 探头安装距离误差±1mm时的流量测量数据
l（mm)
流量(m3/h)
平均流量
111.04
106.0
105.9
106.2
105.8
106.0
106.2
105.7
105.8
106.0
105.8
105.94
112.04
107.4
107.6
107.9
107.1
106.9
107.2
107.4
106.9
107.2
106.8
107.24
113.04
108.7
107.9
107.8
108.5
109.0
108.8
109.1
107.9
108.7
108.8
108.52
当探头的距离有±1mm的误差，即l的相对误差为：(±1/112.04)×100%=±0.893%。当探头距离为111.04mm时，流量的相对误差为：［(105.94-107.24)/107.24］×100%=-1.21%;当探头的距离为113.04mm时，流量的相对误差为： [(108.52-107.24)/107.24］×100%=1.19%
可见，传感器之间的安装距离误差对测量结果的影响非常大，所以安装时一定要把距离误差控制到最小。
2.管道外径误差导致的流量测量误差
管道外径误差对便携式超声波流量计测量的影响，用实际管道外径d=159mm+1mm的方式进行。测量时流体保持稳定，其它测量条件相同。测试数据见表2。
表2 管道外径d测量误差±1mm时的流量测量数据 d(mm)
流量(m3/h)
平均流量
158
106.1
106.2
106.0
106.5
105.9
106.3
106.5
106.6
105.8
106.1
106.10
159
107.8
107.4
108.2
108.1
108.3
108.2
107.6
107.8
108.2
108.3
107.99
160
109.4
110.0
110.1
110.0
109.9
110.2
109.5
109.6
110.2
109.6
109.80
当外径有±1mm的误差时，外径d相对误差为：(±1/159)×100%=±0.63%。当外径取为158mm时，流量的相对误差为：［(106.1-107.99)/107.99］×100%=-1.75%。当外径取为160mm时，流量的相对误差为：［(109.8-107.99)/107.99］×100%=1.68%
可见，流量测量误差大约为管外径误差的2倍多。为了减小管外径误差的影响，一般把实测外径输入流量计，这样可减小外径误差对测量结果的影响。
3.管道壁厚h导致的误差
管道壁厚误差对便携式超声波流量计测量的影响，用实际管道壁厚h=4.5mm+1mm进行测试。测量时流体保持稳定，其它测量条件相同。测试数据见表3。
表3 管道壁厚h测量误差±1mm时的流量测量数据 h(mm)
流量(m3/h
平均流量
3.5
110.2
110.1
110.3
110.5
110.9
110.4
110.8
110.7
110.3
110.5
110.47
4.5
108.5
108.2
108.4
107.9
108.1
107.6
108.2
108.0
109.0
107.6
108.15
5.5
105.5
105.3
105.1
105.5
105.3
105.2
105.0
105.2
105.3
106.0
105.34
壁厚误差直接导致内径误差。壁厚有±1mm的误差时，内径相对误差分别为（+2/159）×100%=+1.26%。壁厚取3.5mm时,流量的相对误差为：［(110.47-108.15)/108.15］×100%=2.15%。壁厚取5.5mm时，流量的相对误差为：［(105.34-108.15)/108.15］×100%=-2.60%。在实际测量中，壁厚导致内径误差的影响不可忽视。本实验中，流量测量的误差约为管道内径误差的2倍。
4.测量直管段要求
由超声波流量计的测量原理可知，传感器所测量的流速是流体的线速度。只有流速分布均匀才能保证测量的准确度，所以在流量计的上下游要有足够的直管段。一般要求上游有5-10倍管径的直管段，下游有3-5倍管径的直管段。
结论
从超声波流量计的特点及管道参数对便携式超声波流量计测量影响的误差分析中，可以看出：
1、超声波流量计在大口径管道的流量测量中有其独特的优势，是一种方便可靠的测量手段，有着广泛应用前景。
2、管径误差、传感器安装误差、管壁测厚误差对超声波流量计测量准确度的影响很大，但可通过精确实测及严格的安装来控制。
关键词：超声波流量计 测量原理 安装 缺点
中文图号：TE832 文献标识码：B
引言：
超声波流量计最近十几年越来越广泛应用于天然气长输管道流量测量或计量过程中，因其无需直接接触被测介质，可以在管道器壁外直接实现测量，避免了管输生产运行因接触测量而产生的影响，使安全生产有了进一步的保障。采用超声波流量计时无需在长输天然气管道内部安装测量元件，不改变天然气长输管道内部的流动状态，不产生附加阻力。超声波流量计的的安装、检修及日常运行维护均不影响天然气管线正常工艺生产运行，因此是一种较为理想的流量计量仪表。同时几乎不受管道内介质运行的压力、易燃性易爆等恶劣条件影响，在仪表选用上可以选择便携式测量和普通非接触式测量两种测量方式，极大地解决了常规仪表必须采用接触式这一测量方式的一些弊端，可以方便地实现有毒有害、易燃易爆、腐蚀性介质的流量测量。根据检测的方式主要可以分为多普勒式和传播速度差式两大类，主要介绍了最为常用的多普勒超声波流量计测量原理、安装注意事项及存在的测量缺点。
一、多普勒频移超声波流量计测量原理
图1原理示意图
如图1所示，换能器T发射极向管道内发射超声波，管道内介质流速为V，声速为C，则管道中的粒子将以速度离去。若换能器发射超声波的频率为H1，粒子接收到的频率为H2。
…………（1）
粒子反射给接收器的声波频率为HS：
…………（2）
方程（1）、（2）联立可得：
公式中声速C远大于介质流速V，即C>>V，可得：
因此
式中：?H称为多普勒频率，多普勒频率域流体流速成比例关系。
二、安装注意事项
1.超声波流量计传感单元安装时需在管道停运状态下完成，一般设计为两路支线分别切换进行安装。
2.测量仪表的传感单元尺寸必须与管输内外径相一致，其误差应控制在±1%以内，以免安装产生偏差；
3.为了能够有效避免换能器声波表面受颗粒或空气的干扰，超声波流量计传感单元最好选在在与水平方向呈45°的范围内安装，尽量避免干扰。
4.上下游应保证有必要的直管段，上游直管段最少为 10D，下游直管段至少为5D[1]；
5.对管道壁有防腐保温层时，应先拆除防腐保温层，再将出的管道壁进行打磨清理直至露出金属光泽，同时避免管道器壁出现新的凹痕或凸点。
6.超声波流量计安装需要前后避开阻力构件如（弯头、阀门、变径处），如在垂直管道安装，其换能器的安装位需在上游弯管的弯轴平面内，以获得弯管流场畸变后较接近的平均值；
7.换能器安装处和管道壁反射处必须避开接口和焊缝；
8.换能器安装处的管道衬里和垢层不能太厚，衬里和管壁间不能有间隙，同时内壁做好清锈工作；
9.换能器工作面与管输器壁间应选用合适的耦合剂，保证连接面无杂质颗粒或空气存在，避免超声波传输过程中引入不同传播媒介而产生的误差；
10.多普勒法夹装式换能器可以选用同侧安装方案和对称安装方案，一般情况下，对于管输直径较小的建议选用对称安装方案，而同侧安装方案更适用于液相测量介质或含悬浮颗粒或气泡较多的液体。
三、目前存在的测量缺点：
超声波流量计目前存在的缺点首先是可测流体的温度范围受超声波换能器及换能器与管道之间的耦合材料耐温程度的限制，以及高温下被测流体传声速度的原始数据不全。工业流量计量介质流速一般为每秒几米，超声波在气相介质中的传播速度一般情况小于1600M/S，因此工艺介质流速与超声波在工艺介质传播速度之比大于10-3，在理论推导计算时忽略此部分存在计量误差增大。一般计量精度要求达到1%[2]，因此需要在处理计算时增加误差补偿实现削减误差，这也正是超声波流量计只有在集成电路技术迅速发展的前提下才能得到实际应用的原因。其次在气相介质测量时由于噪声也会引起超声波流量计的准确精度，测量气相介质时，超声波流量计上下游的阻尼原件（如阀门、弯头、变径等）会产生除了能达到人耳频率范围内声音外还能产生人耳无法听到高频超声波，当这种声波的频率与气体超声波流量计的工作频率相近时气体超声波流量计信噪比降低，从而影响流量计的测量准确度。此外被测介质的颗粒大小以及杂质含量也对测量精度产生影响，特别是在天然气净
化厂出厂后没有达到净化指标，造成管输过程介质微粒体积不均衡，影响超声波传播和反射时间，导致延迟或提前，致使流量计工作不正常，影响超声波流量计计量精度。
四、结束语
超声波流量计作为近些年应用于天然气管道流量测量或计量用仪表，其有效地避免了常规接触式流量测量仪表一些缺陷，避免的管道内工艺介质的泄露、腐蚀、有毒有害等因素影响，对于专业技术人员应充分掌握超声波流量计的工作特点、工作原理及产生计量精度偏差原因，才能更好地了解它，使用它，使其更好地服务于天然气管输计量。
参考文献：
关键词：泄漏监测； 混沌理论； 超声波流量计；信号特征提取
中图分类号：TP23 文献标识码：B 文章编号：1004373X(2008)1713003
Application of Ultrasonic Flowmeter in Pipeline Leak Detection System
WU Xinming,HAO Xiaojun
(Langfang Teachers′ College,Langfang,065000,China)
Abstract：The ultrasonic flowmeter in the pipeline flow measurement,flow field is not damaged,no pressure loss,doesn′t affect the normal work flow measurement,cost less and applicable to the characteristics of large and small diameter,it is applied to pipeline leakage monitoring. Pipeline signal feature extraction pipeline leak monitoring system is an important component of the signal processing because it is quite difficult,and high error alarming rate of leakage judgement.This paper proposes the use of ultrasonic flowmeter chaos theory monitoring signals on the pipeline feature extraction,based on characteristics of the changes in judgement leakage,the actual signal verifies feasibility of the method.
Keywords：leak detection；chaos theory；ultrasonic flowmeter；signal characteristics abstract
1 引 言
管道运输以其特有的经济、便携、安全等优点而被广泛应用于石油、天然气等液体、气体、浆液的运输中，并且已成为与铁路、公路、航空、水运并驾齐驱的五大运输行业之一。但是，随着管线的增长，以及不可避免的腐蚀、磨损等自然或人为原因，管道事故频频发生。管道的泄漏不仅影响正常的生产，造成能源浪费和经济损失，而且由于所输介质的危险性和污染性，一旦发生事故还会造成对环境的污染和巨大的生命财产损失,因此泄漏的监测是一项重要的管道故障监测技术。为了减少损失，需要在有泄漏时立即监测出来，并且能够指明泄漏发生的位置。
现有的一些管道泄漏监测方法或仪器设备还不能满足对输油管道进行准确监测的要求，因此，本文结合我国管道输送的实际情况，针对原油管道泄漏监测技术及其运行监测系统进行了研究，并提出了一种超声波流量计输油管道泄漏监测方法，提高了定位精度，降低监测费用［1,2］。
本系统采用前后端机结构的主从式设计,具有高速数据采集、数据通讯、数据库存档与分析等功能。测量过程由计算机自动控制，测量结果打印并带有标准通信接口，可与上级控制系统直接连接，便于信息处理。并将混沌理论应用于信息处理中,充分发挥计算机网络的优势，建立管道泄漏监测系统，以达到及时发现泄漏，并准确定位的目的。
2 对管道泄漏监测系统的要求
泄漏监测的目的是减少泄漏物质损失及尽量杜绝泄漏物对人们生命财产和环境造成进一步
危害，为此,理想的监测系统应该满足以下各方面的要求［3,4］。
准确性 泄漏发生后，能够准确地测报出泄漏，不致因为操作失误和设备故障等因素发出误报警。
灵敏性 理想的检漏系统应该能监测出从渗漏到管道断裂的全部范围内的泄漏情况，发出正确的报警提示。
实时性 理想的检漏系统能够在泄漏发生后，实时地监测出泄漏的发生。以便操作人员即刻采取行动，减少损失。
定位精度高 长输管道穿越距离长，检漏系统需能够提供给操作人员准确的泄漏点位置，以使维修人员尽快到达漏油点，进行补封作业。
易维护性 检漏系统装置维修调整容易。
3 管道泄漏监测仪系统整机电路框图
管道运行状态监测仪以数字处理芯片作为CPU，包括信号转换电路、A/D采集电路、数据显示电路、实时时钟电路、远程通讯电路、与主计算机通讯的接口电路、声光报警电路以及电源电路等。图1是监测仪整机电路框图。为消除传感器输出的信号经长距离传输引入的干扰，信号转换电路首先对信号进行滤波和放大。为消除系统共地给系统运行带来的不稳定因素，系统中采用高性能的隔离放大器AD202将被测信号与监测仪进行隔离。AD202采用信号耦合变压器使放大器输入端与输出端没有电路联系，并能完成放大功能。AD202功耗小、精度高(最大非线性度±0.025%)［5］。
图1 监测仪系统整机电路框图信号采集器组采集超声波流量计的信号，经信号传输电缆传送至管道状态监测仪。
管道状态监测仪以PC机为核心，实时监控管道运行状况，运用流量时差法对管道泄漏进行预报警，控制远程数据通讯链路取得管道另一端监测仪的数据，送入系统计算机总站。远程数据通讯链路通过通讯网线进行数据的传送。
总站定时询问所有分站，从每一个分站收集各种和声速有关的状态参数，收集到所有分站数据后，总站咨询它内部的用于描述管道组态的拓扑程序，然后计算出最后一分钟流入和流出测量管段的标准体积，如不平衡超过预设的报警设置值，将发出泄漏报警［6，7］。
4 超声波流量计管道运行监测系统的软件设计
整个系统软件以Windows 2000作为平台，结合Matlab工具、高速数据采集卡动态链接库的优点，由软件开发工具完成各个功能模块的调配控制和实现。系统软件的模块化设计如图2所示。
图2 系统软件设计模块任务调度与管理程序是系统的核心管理模块，主要利用操作系统的多任务性，实现程序对整个系统任务进行调度。
数据采集模块主要利用高速数据采集卡对外部传输来的信号进行准确快速地采集，保证后续数据处理的实时性和准确性。
数据传输模块利用VXD技术编程实现采集卡的虚拟仪器驱动程序，提供了对DMA中断和部分I/O的操作，主要完成将采集卡采集的数据转换成可方便处理的二进制代码文件和数据库源文件。
混沌算法处理模块是整个系统的核心模块，利用理论研究中的混沌处理算法对信号进行分析处理，提取管道泄漏特征信息，提高判断的灵敏度和可靠性，从而解决信号的处理与识别工作。
显示打印模块利用Matlab强大的图形显示功能实时给出混沌振子的间歇混沌图像和信号处理结果，并可完成实时输出。
日志数据库模块完成数据的动态更新和复杂的查询任务，本系统使用的是微软公司的数据库管理系统MS SQL Sever 2000，用ADO进行配置数据库、设置数据源，实现本系统的对数据库访问的实时高效的功能。另外，为了保证数据传输准确快速地进行，数据通讯软件的设计具有多级的数据纠错和数据压缩功能［8,9］。
5 混沌算法处理模块
混沌算法处理模块是整个系统软件的重要部分。它主要包括两个部分的内容：信号预制的实现和混沌振子的实现。
信号预制的过程是指在信号进入混沌振子阵列前将其频率压缩至1~10范围之内的过程。鉴于本课题将首先应用于微弱超声信号的测量，而由于不同的实验可能采用的超声发射频率不同，所以定义表征超声发射信号频率的全局可变参量float Pre_Proc。又因为发射信号频率的已知性，故而很容易经过判断后将频率进行压缩。混沌振子的实现包括单个振子的实现和时间尺度变换算法的实现。
时间尺度变换的方法很简单，就是将龙格库塔法中的积分步长取为初始值的1/ωЪ纯伞H砑中我们定义RungKutta(float Pace，float w)函数来完成步长为Pace、参考频率为w的Duffing方程的数值积分。
在信号频率确定后，信号的相位值可由锁相方法确定，而幅值则可根据混沌周期段最大幅值对应的矢量合成峰值减去该混沌振子的参考信号幅值来确定［10］。
运用混沌算法准确地提取了压力信号中所包含的负压波信息，定位精度在1%以内，满足工程应用要求。
6 结 语
结合管道输送的实际情况，针对原油管道泄漏监测技术及其运行监测系统进行了深入的研究，利用超声波流量计，依据流体的流量与超声波流量计传播速度之间的关系，对管道流量进行实时连续监测。充分发挥计算机网络的优势，建立管道泄漏监测系统，以达到及时发现泄漏，并准确地确定其位置的目的。
参 考 文 献
［1］姚国民,王寅观.超声波流量计中的数据处理.声学技术,1998,17(1):35-37.
［2］成向阳,鞠晓东.超声信号测量高速数据采集系统设计.石油大学学报：自然科学版,2000(1):91-94.
［3］赵广涛，程荫杭.基于超声波传感器的测距系统设计［J］.微计算机信息，2006，22(1):136-137,156.
［4］李炜,陈希平,毛海杰,等.天然气管道泄漏点的定位检测方法研究［J］.甘肃工业大学学报 ,2003,29(4):84-87.
［5］黄宁伟.超声波流量计的使用与维护.化工自动化及仪表,2001,28(5):63-64.
［6］Furness R A.Developents in Pipeline Instrumentation ［J］. Measurement and Control,1987,20:7-15.
［7］Kiuchi T.A Leak Location Method of Pipeline by Means of Fluid Transient Model ［J］. Journal of Energy Resource Technology,1993,115.
［8］李爱英,王凯全，邹辉.管道泄漏监测技术及其研究进展.江苏石油化工学院学报,2002,14(4):14-17.
［9］何汇.常规超声波检测技术初步.无损探伤,2001,25(3):42-46.
［10］陈奉苏.混沌学及其应用.北京:中国电力出版社,1997.
作者简介 吴欣明 男，1973年出生，河北香河县人，讲师、硕士。主要从事计算机教学及教学理论方面的研究工作。
关键词 ：超声波 无损检测 无损探伤 无损评价
一、前言
无损检测(nondestructive test)简称 NDT。无损检测就是不破坏和不损伤受检物体，对它的性能、质量、有无内部缺陷进行检测的一种技术。工业上最常用的无损检测方法有五种：超声检测(UT)、射线探伤(RT)、渗透检测(PT)、磁粉检测(MT)和涡流检测 (ET)。
二、超声无损检测的发展
超声波无损探伤 (NDI)
超声检测原理是超声波进入物体遇到缺陷时，一部分声波会产生反射，改变后的超声波通过检测设备，接收器可对反射波进行处理和分析 ，就能异常精确地测出缺陷来，并且能显示内部缺陷的位置和大小，测定材料厚度等。
超声波无损探伤(NDI)设备有：超声探伤仪、探头、藕合剂及标准试块等。用途是：在特种设备行业中，宏观缺陷检测和材料厚度测量。优点有：对面积型缺陷检出率较高，缺陷定位较准确，易于携带；多数超声探伤仪不必外接电源；穿透能力强。局限性是：藕合传感器要求被检表面光滑 ；难于探出表面细小裂缝 ；要有参考标准 ；为解释信号要求检测人员素质高。
我国50年代初引进苏联超声波探伤仪 ，60年代初期先后形成了一些批量生产的厂家 ，80年代初，国内各生产厂研制生产的超声波探伤仪的主要技术招标均有大幅度地提高，较好地满足了超声波探伤技术的需要。我国便携式数字化超声波探伤仪的研制随大规模集成电路的发展也已开始形成规模生产，并得到推广使用。如 1989年中科院武汉物理所武汉科威技术公司研制成功国内第一台全数字化超声波探伤仪(KS1010型)，并于1990年批量推向市场，与此同时中科院声学所数字 、模拟组合式电脑超声波探伤仪也研制成功并推 向市场。汕头超声电子(集团)公司在 1980年推出了 CTS 一22型超声波探伤仪 ，其主要性能指标与当时国际同类仪器水平相当，目前该公司已生产出智能式、手推式、便携式彩色、数字式的多种金属超声波探伤仪 ，其技术、质量 、产销量均占全国首位 。
三、超声波无损检测 (NDT) 的应用
超声无损检测与其它常规技术相比，它具有被测对象范围广、检测深度大、缺陷定位准确、检测灵敏度高、成本低、使用方便、速度快、对人体无害及便于现场检测等优点。几十年来，超声无损检测已得到了巨大发展和广泛应用，几乎应用到所有工业部门。如作为基础工业 的钢铁工业、机器制造工业 、锅炉压力容器有关工业部门 、石油化工工业 、铁路运输工业、造船工业 、航空航天工业、高速发展 中的新技术产业如集成电路工业 、核 电工业等重要工业部门。目前大量应用于金属材料和构件，包括质量在线监控和产品在役检查。水平普遍提高，应用频度和领域也日益增多。
目前我国对各种大型结构压力容器和复杂设备都已具备检测能力。在裂缝自身高度的测量和高温条件下的非接触超声检测等方面都有很大进展 。
核电工业虽然是我国的新兴工业，但超声检测已用于核电工业的各个方面。我国已能按业主的要求及标准的规定，使用国际先进的装备，执行国际通用标准，完成核电厂和核设施的役前及在役检查。
利用超声波测量流速、流量的技术在医疗、供水、排水、废水处理、电力、石油 、化工、冶金、矿山、环保、河流 、海洋等计量巾有着广泛的应用，不仅可用于流体，液体两相流的测量，还可用于气体流量测量，其研究已有数十年历史。1928年 ，法国路登(RUTTEN)研制成功世界第一台超声波流量计，直到 50年代末期 ，超声波流量计 由理论研究阶段进入人工测量时期 ，但 由于电子线路技术太复杂 ，这种流量计未占有牢固地位。70年代后，由于集成电路技术迅速发展，使实用的超声波流量计得以迅速发展。进入80年代以后，随着电子技术，尤其是微电脑的发展，使超声波流量计的性能有很大提高，应用范围日趋扩大。美国 Controlotron公司生产的 480型宽声束超声流量计 ，不但可以从宽噪声信号等干扰中分辨出真实的流量信号 ，还能通过液晶屏显示流量随时间变化趋势图；美国Polysonics公司的便携式 DDF3088型，固定式 DDF4088型全数字化多普勒超声波流量计，适于高精度管外测量。日本甯士电机制造公司的便携式超声波流量计 ，采用 FCL(频差法 )原理 ，内装 CPU进行温度 自动补偿 ，精度 1．5％。国内华中理工大学研制成功 (1993)超声波多普勒智能流量计 ；本溪无线电一厂生产的多普勒超声波流量计是80年代定型的产品，用于洪水和油田等场合 ；开封仪表厂能源部南京 自动化研究所 、长沙 电子仪器二厂等生产厂家和研究单位均有相应的产品。此外 ，目前用超声波进行压力检测的仪器已研究成功。
同济大学声学研究所是国内主要声学研究机构之一 ，是中国声学学会检测声 学分会和上海市声学，学会挂靠单位 ，在国内最早开展超声工业测量 、超声无损检测等领域的研究。在超声方面 ，声 学研究主要围绕具体工业检测要求进行。例如 ，1966年开展超声液位测量、浓度测量 、承 接炼 油J一油库液位 、新安江水库液位以及援助阿尔巴尼亚的液位测量任务 ，还承担二机部原子能源原材料液位测量任务。混凝士超声检测方面 ，1976年 ，在 cTs～ l0型超声检测仪的基础上研制成功 晶体 管式混凝士超声波检测仪，并转让汕头超声仪器公司 ，定型为“cTs一25型非金属超声检测仪”，成为全国主要检测混凝土仪器。
四、超声无损评价(NOE)
超声元损评价主要包括 ：①微观组织结构及形态变化的描述 ；②弹性系数 和声 弹性能的评估 ；③不连续性及缺陷的测定；④力学性能变化及恶化的评价。超声无损评价是在超声损伤与超声无损检测基础上发展起来的。其研究手段更加先进和多种多样，研究成果与现代工业生产结合得更为紧密，因而在社会效益和经济效益方面都具有很大的潜力。例如离心球墨铸铁管的检测，是由具有 150多年的历史的英国 Clanny crors铸管和铸件公司，在 1986年已经采用了超声无损检测技术 ，实现了对离心球墨铸铁管的在线实时检测与评价。这种方法效率高，速度快，并且有其它方法无可比拟的优越性。
在第九届 APCNDT(亚洲和太平洋地区无损检测)会上，德国富朗霍夫研究所推出的：用超声波显微镜对金属包覆层材料压合面特征的研究，为改进压合工艺提供了可靠参数。汕头超声波研究所发表的DGS曲线带宽的计算机模拟，为解决 DGS曲线近场理论曲线和实验曲线的长期不吻合，并为探头参数的改进和制作提供了重要的解决手段。日本公司发表的：应用声压回波透射比分析钢板的结构，是基本理论应用于解决实际问题的一个典型例子。台湾新竹交大发表 了：用声和超声研究金属板与橡胶板粘合面的结合质量。韩国仁和大学机械工程系发表了：用超声波评价CFRP9(碳纤维复合材科)… 铝结合面的结合强度，日本 KANASI能源公司和TOHOKU大学发表了：用超声波显微技术对球形样品疲劳破损的监测，印度预防研究和发展实验室发表了：对铝合金采用超声波 、射线和层析照相的研究等，都从不 同角度对 NDE技术在各工业领域的广泛应用提供了理论依据。
五、超声无损检测展望
(1)超声波探伤
近代探伤技术最重要的发展是定量化程度的提高，因此探头的标准化，系列化是关键，故使超声探伤换能器性能标准化，已摆到日程上，并引起质量监督部门的重视。超声波探伤正沿着使携小型化 、智能化、数字彩色等方向发展。1993年浙江大学现代制造：[程研究所在国内首次开发成功了九自由度智能化超声扫查系统，该系统具有复杂表面扫查功能和A扫描、B扫描、C扫描显示方式。并可通过与高档微机的交互功能，实现对扫查参数、扫查过程的预设置。实现了中断续扫、实时分析、局部缩放等高级功能。98年，国内外首创取得高分子构件表面应力检测及可视化成果并开发出相应的应用系统。02年 ，国内首创开发成功自由度大型复杂曲面工件超声彩色成像系统。
(2)超声波无损检测
资料表明，超声无损检测在液压系统中应用甚少，故将非接触超声检测应用于液压系统是人们期待开辟的新领域和探讨的重要课题。液压系统的建模、辨识和性能分析及故障检测中，用超声波流量计对高压小管径的压力管路进行动态流量测量占有非常重要的地位。而目前的超声波流摄计只能适用于较大(30ram以上 )管径。这类流量计不适于液压系统的状态监测 ，所以提高小管径超声波流量汁的测量准确度将是今后探索研究的方向。而压力这一重要参数，目前检测中应用大多是接圈式有损检测方法故从管外壁利用超声波技术检测压力具有广阔的开发和应用前景，最有生命力。因此，西安第二炮兵工程学院研制的 GWCY型超声波管外测压仪和沈阳建筑 工程学院研制的 FJCY超声波非接触测压故障仪均有待与进一步提高性能，开发应用市场。
关键词：AT89S51单片机 SRF08模块 超声波 测距仪
中图分类号：TP274.53 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）02-0165-02
随着社会的不断进步，汽车逐步进入到普通家庭，汽车中的各种电子设备越来越方便化和人性化，这其中倒车雷达是保证汽车安全性能的一个重要电子模块。现在市场上所使用的倒车雷达其实就是一种常见的超声波测距仪，驾驶者在倒车时，启动倒车雷达，在单片机的控制下，有装在车尾的超声波探头发射超声波，当遇到车后有障碍物时，产生回波信号，超声波接收头接收到回波信号后经过单片机进行数据处理，通过计算时间差就可以测量出两者之间相隔的距离。同时，还可以通过显示模块或发声模块向外输出信号，提示驾驶者后方障碍物的距离，使其对倒车动作有个预先判断。由此可以看出超声波测距是当前非常流行的一种非接触式的测距方式，其测距方式不易受外界影响，更适宜在有强电磁波、灰尘或烟雾的环境中进行测量，而且对于一些透明的物体更有其优越性。相比于激光测距和微波测距，超声波的测量精度不是很精密，但其硬件电路容易实现，结构简单，造价低廉，在一些倒车雷达，流量测量，液面监控，物体变形检测等方面还是有广泛的应用。
1 系统设计要求和设计思路
本系统设计采用AT89S51单片机作为核心控制芯片，使用SRF08型超声波测距模块对障碍物位置进行检测。当检测到障碍物距离超声波模块小于5米时，系统指示灯亮起，并发出单次提示音；当障碍物继续靠近，距离超声波模块小于3米时，系统的蜂鸣器开始发出间隔不同的连续报警音，距离越近报警音的间隔越小，直到报警音成为长音报警声。在发出报警声的同时，通过液晶显示器显示当前的距离，方便使用者有一个量化的数据。
1.1 超声波测距技术介绍
超声波是指振动频率大于20KHz以上的声波，由于其振动的频率非常高，超过了人耳听觉的频率范围，因此人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声波具有聚束、定向及反射、透射等特性，利用超声波的这些特性以及与物体作用产生的各种效用而设计的传感器叫做超声波传感器，由于其检测方便、迅速，计算方法简单且精度较高，所以经常在使用在距离测量方面。
超声波传感器根据原理不同可以分为压电式、电磁式和磁致伸缩式等。其中，压电式超声波传感器使用最为常见，它是根据压电效应的原理制作而成，既可以作为发射器也可以作为接收器使用。压电式超声波传感器是由压电晶片、吸收块、保护膜、引线等组成。当作为发射器时，给传感器两级加上一个频率等于压电晶片固有振荡频率的脉冲信号时，压电晶片将会发生振动，继而向外发出超声波；当作为接收器时，传感器两级不加电压，当其接收到超声波时，压电晶片随之振动，并将机械能转换为电信号。超声波模块测距原理是根据发出超声波后到检测到回波信号的时间t来计算传感器和障碍物的距离，由于已知声波的速度，其计算公式如下：距离=340*t/2。
1.2 SRF08型超声波测距模块简介
SRF08型超声波测距模块采用I2C总线接口设计，可以与多种单片机配合使用，其使用方便，操作方法完全按照I2C总线协议来处理。SRF08型超声波测距模块的工作特性如下：工作电压为+5V；工作电流最大为50mA，典型值为30mA；工作频率为40KHz，距离范围为3cm―6m；探测半径大于2m时，敏感度为3cm；当输入10us的TTL脉冲信号时，将产生超声波信号；回波脉冲也是TTL电平信号；可以设置为人工神经网络模式。由两个超声波探头和基础板组成，其中引出5个引脚与外界通信与控制，这5个引脚分别是VCC，SDA，SCL，NC，GND。SRF08型超声波测距模块可以设置为测距模式和ANN模式两种工作模式，本文主要介绍测距模式。在测距模式下，每向命令寄存器写入一次命令就会启动一次测距，同时清除回波记录缓冲区中的数据，测量得到的结果按照顺序以2个字节为单位依次存入寄存器中。如果要修改SRF08型超声波测距模块地址，则需要向I2C总线上的地址依次写入0xA0，0xA5，0xAA，之后再写入修改地址。
2 硬件电路设计
超声波测距仪的硬件设计主要是以AT89S51单片机为核心，并配有复位电路和时钟电路，主要电路模块包括：测距模块，显示模块，按键模块，发声模块。由于SRF08型超声波测距模块采用I2C总线协议，与单片机通信只需要SDA和SCL两根通信线，硬件连接相对比较简单。显示模块采用LCD液晶显示，P0口连接8根数据引脚，P2口的三根引脚连接控制引脚，其它外部设备例如蜂鸣器、LED指示灯、按键等通过三极管或电阻直接与单片机IO引脚连接即可。硬件原理图如图1所示。
3 软件程序设计
本系统的单片机内部程序主要是实现从SRF08型超声波测距模块中读取距离信息，之后进入到单片机内部处理，并通过LCD显示出来，这当中还与程序中的设定值进行比较，控制指示灯和蜂鸣器发出光信号和声音报警。整个程序分为主程序，超声波测距子程序，显示子程序，延时函数等。主程序流程图如图2所示。
4 结语
本文给出了一种采用SRF08型超声波测距模块设计并制作超声波测距仪的方法。利用测距模块测量距离并通过I2C总线协议输出距离信息，这种集成模块的使用符合现今电子产品设计的主流，具有硬件设计简单，软件设计实现容易等特点，具有一定的推广价值。对于后期的功能扩展，可以增加存储功能和语音播报功能，使超声波测距仪的功能更加完善。
参考文献
[1]明鑫.基于单片机的超声波传感器设计[J].科技信息，2014（1）：77，78.
关键词：管道；超声波检测；单相流体；多相流体
中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）12-0086-02
1 管道探测实验背景
随着工业生产规模的扩大，在工业生产过程中对于管道运输技术的使用也更为依赖，同时也对管道的质量提出了更高的要求，对于管道内物体的状态分析也成为了一个难题。当前，常规的管道内检测方法有漏磁检测、涡流检测、超声波检测等，其中漏磁检测的应用最为广泛和成熟，但漏磁检测只适用于材料表面和近表面的检测，且抗干扰能力差、空间分辨力低，因此，被测管壁不能太厚。涡流检测由于自身特点在应用中尚存在一些技术难题，例如深透性变化会产生类似金属缺损的信号，掩盖真正的信号。
相对于其他技术而言，超声波检测技术[1]是依靠物体本身的物理性质的一种检测技术，受工作环境影响小，可以在不影响管道运行的情况下进行管道内检测，而且超声波技术的检测精度高，检测速度快，可以通过不同的特殊配置从而适用于不同管径和复杂环境的管道，已经成为近年来管道内检测领域的研究热点。
2 管道测量方法综述
2.1 单相固态测量
（1）直接物位观察法：由容器上的透明窗口直接观察物料，或用连通器原理直接观察液体的物位，方法简单、准确、可靠，但需要现场指示，而且通过肉眼人为观测，存在较大的误差，也降低了工业生产的效率。（2）静压式物位检测法：当被测介质密度不变时，静止介质内某一点的静压力与此点上得介质高度成正比，则可通过测量压力计算获取物位信息。（3）电气式物位检测法：物体运输过程中，对应的电磁场也会发生改变，从而可以将物位的变化转化为电量参数的变化来计算物位信息。（4）机械接触式物位检测法：通过与被检测物体的直接接触，获取物体的质量等信息，主要有重锤式、音叉式和旋翼式音叉式等。（5）其他检测法：声波式，光学式，辐射式等测量方法主要通过被测物体的声波，光波，热量反射测算物位信息。
2.2 单相液态测量[2]
（1）浮力式液位检测：利用漂浮于液面上的浮标来对液体物位进行检测。（2）电气式液位检测法：液体流动过程中，对应的电磁场也会发生改变，从而可以将流场的变化转化为电量参数的变化砑扑阋何恍畔。
2.3 多相测量
（1）声波式：即利用超声波为代表的声波进行测量，通过使用声波的传播和反射特性进行计算和重建多相相位和相面信息。（2）光学式和辐射式：利用红外等方式进行测量，通过电磁波波长等特性进行测量。
3 超声波测量原理
3.1 超声波基础信息采集
3.1.1 穿透式
顾名思义，穿透式信息采集方式是指将超声波收发装置分离并置于待测物质两侧或其它利于采集数据的位置。收集穿透待测物质的超声波作为信息源进行分析。
由于超声波有一定的穿透能力，采用穿透式正是因为如此，并且因此穿透式更适用于超声波衰减较小的、误差可以接受的物质测量上。
该方式的使用比较甚至可以说是相当灵活，利于组成阵列，更适合搜集多样的数据。但在发射装置的强度和接收装置的灵敏度上也有较高要求，并且对于待测物质也有一定的限制。
从经济角度来看，该方式也会使用较多的超声波检测器或收发装置，另外，这种装置的价格也都较为昂贵，尽管使用方式多样，技巧性高，但是也会造成实验装置不够精巧、体积笨重。相较而言，实验平台也较难搭建，各个装置的位置和固定精度要求都较高，对实验的准备工作、信息采集和实际应用来说有一定的困难和限制。
3.1.2 反射式
同样的，顾名思义，反射式的信息采集方式是指在同一处或者同一侧发射并接收信息。收集从介质表面反射回的超生波信号来作为信息源进行分析和检测计算。
由于超声波在接触介面是不仅有一部分穿透，还有相当一部分声波被反射，采集这部份声波进行实验对待测物质的要求和收发装置的强度以及灵敏度要求相比于穿透式而言要降低许多。
但是相应的，由于收发信号的装置在同一处或同一侧，试验装置或应用中对于探测器位置和算法的要求会相应提高。也就是说探测器的灵活性降低，所能测得的数据广度也会相应降低，在理论上需要更多的计算和研究。
3.2 精度调整及环境补偿
3.2.1 超声波速度调整
由于环境对超声波波速有影响，为了提高测距的精度，通常用补偿算法来计算声速在不同环境下的数值。可以从硬件和软件两个方面着手来实现测量精度的提高。
硬件：可以加入电路来进行环境温度检测。
软件：通过优化程序来准确获取渡越时间。影响波速的因素有大气压力、环境的温度、湿度等。温度影响占主导地位，这是因为超声波是一种机械波，传播速度的直接影响因素是传播介质密度，且介质的密度越大，声波速度越快，而空气密度和温度有密切关系。
空气中超声波速度与环境温度之间的关系可用以下公式确定：
我们提出以下方法对超声波声速进行温度补偿：采用温度采集模块获取环境温度，按照公式对超声波声速进行补偿计算。
3.2.2 超声波路程调整
超声波与光波相同，都是以波的形式在介质中传播，所以，在多相流体中，由于存在声密介质和声疏介质这两种不同的介质，超声波会在两种介质的界面发生折射，从而导致超声波的传播路径发生改变，影响最终的结果。由于超声波检测技术是对管道内多相流体各相的位置进行测量，所以在测量时，相界面的位置无法得知，所以也无法确定对应的折射角和由于折射增加的声波路程。这个问题对于目前的检测而言是一个难题。
4 多相流体实验模拟
根上述方法和原理，我们拟采用Matlab编程进行实验，模拟生产过程中石油工业，输油管道内多相流体探测[4]，验证超声波重建成像的可行性。
4.1 实验设备及说明
实验器材：
电脑1台，用于运行建模程序，显示成像结果；
51单片机1套，用于接收基础信号；
超声T/R模块多组，用于发射、接收超声信号；
橡皮泥0.5kg，用于模拟介质1；
凝胶（其他固体）一瓶，用于模拟介质2。
注：超声波T/R组件外形尺寸参数：
半径Φ=16mm，高H=10mm
4.2 实验基本原理与假设
（1）当收发组件的相对位置确定之后，收发元件之间的距离固定。（2）假设单一介质中，声波的速度分布是一致的。（3）假设根据流体的流动特性，两相之间的分界面完全垂直于管截面。（4）假设超声波定向性近似于一条直线。（5）若管内流动的是一相流体，在1至8的发射组件一次开启组成的周期内，发收时间应该满足一定的数学关系。（6）如果存在两相界面，那么速度场会产生变化，依据速度场的差异可重建管内流体图像。（7）图像重建的核心在于判断分界面的位置，根据速度分布确定两相流体分界面的位置。
4.3 实验步骤
使用MATLAB软件编程，设置圆形管道，让4组传感器在其上均匀分布。自由设定管道直径，液面高度，传感器位置，两种介质中的声波的传播速度。通过调节参数获得相应实验数据，求得液面高度。模拟圆形管道图如图1所示。
4.4 实验结果
（1）不同液面高度实验数据。如表1所示。
（2）不同管道半径实验数据。如表2所示。
在上述实验所得的数据中，我们可以看出，在大部分情况下，实际液面高度与计算液面高度都可以较好的匹配，所以我们可以证明，通过多组传感器测量时间数据从而计算两相界面的方法是较为科学，准确的。
5 结语
通过对于国内外许多论文文献的学习，我们对于目前用于工业生产中的各种检测技术有了更深的了解，并且将这些技术与超声波检测技术进行对比，认识到超声波在检测技术上的诸多优势以及应用于大规模工业生产的可能性。同时我们也对超声波的检测原理进行了学习和模拟实验，拥有了这些理论，我们才能设计出科学而合理的方法进行管道内物质状态的探究，虽然目前存在着许多的问题，但需要我们不断去尝试更好的方法才能得以解决。
参考文献
[1]刘时亮.超声波固态物料料位检测系统设计[D].合肥：合肥工业大学，2011.
[2]王玉磊.利用超声波技术对管道液体的无损检测[D].2011.
