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1、(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202310569823.5(22)申请日 2023.05.17(71)申请人 中国船舶集团有限公司第七一九研究所地址 430060 湖北省武汉市武昌区中山路450号(72)发明人 王瑞奇李勇吴君陈朝旭邹振海肖颀黄崇海孙衢骎柯志武(74)专利代理机构 北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)11201专利代理师 梁柏祺(51)Int.Cl.G01F 1/661(2022.01)(54)发明名称测量流体的系统、测量流体流量的方法及用途(57)摘要本发明公开了测量流体的系统、测量流体流量的方法及用途。。
2、该测量流体的系统包括：激光多普勒模块、扫描执行模块和控制处理模块，扫描执行模块包括可调焦透镜和振镜，扫描执行模块被设置为激光多普勒模块发射的两束具有相位差的激光依次通过可调焦透镜和振镜后射向被测流体并相交形成测量体，被测流体中的粒子流经测量体后形成的散射光依次通过振镜和可调焦透镜后射向接收单元；控制处理模块将散射光信号转化为电信号并执行以下操作中的至少之一：调控可调焦透镜的焦距、调控振镜的角度、确定被测流体的流速和/或方向、计算被测流体的流量。该系统装置简单、动作部件小，可适应非常规通道截面的流体流量测量，测量准确率和精度高、测量范围大。权利要求书2页 说明书9页 附图1页CN 1166089。
3、15 A2023.08.18CN 116608915 A1.一种测量流体的系统，其特征在于，包括：激光多普勒模块，所述激光多普勒模块包括发射单元和接收单元，所述发射单元用于发射两束具有相位差的激光，所述接收单元适于接收该两束具有相位差的激光接触被测流体中的粒子后产生的散射光；扫描执行模块，所述扫描执行模块包括可调焦透镜和振镜，所述可调焦透镜设在所述振镜和所述激光多普勒模块之间，所述扫描执行模块被设置为该两束具有相位差的激光依次通过所述可调焦透镜和所述振镜后射向被测流体并相交形成测量体，所述散射光依次通过所述振镜和所述可调焦透镜后射向所述接收单元；控制处理模块，所述控制处理模块与所述激光多普勒模。
4、块和所述扫描执行模块相连，所述控制处理模块适于将所述接收单元接收到的散射光信号转化为电信号，并结合所述电信号执行以下操作中的至少之一：调控所述可调焦透镜的焦距、调控所述振镜的角度、确定被测流体的流速和/或方向、计算被测流体的流量。2.根据权利要求1所述的测量流体的系统，其特征在于，满足以下条件中的至少之一：所述被测流体的管道上具有可视区；所述可调焦透镜为电动可调焦液体透镜；所述振镜的可调角度为 180 180。3.根据权利要求1所述的测量流体的系统，其特征在于，满足以下条件中的至少之一：所述激光多普勒模块发射的激光频率大于或等于10kHz；所述扫描执行模块的扫描步长为0.1mm1000mm；所。
5、述控制处理模块计算被测流体的流量的频率大于或等于10Hz。4.根据权利要求13中任一项所述的测量流体的系统，其特征在于，所述发射单元包括激光器、布拉格器件和出光透镜，所述激光器发射的激光经所述布拉格器件分成两束具有相位差的激光，该两束具有相位差的激光分别经所述出光透镜射出；所述接收单元包括所述出光透镜和聚焦透镜，射向所述接收单元的散射光经所述出光透镜射入所述聚焦透镜聚焦。5.根据权利要求4所述的测量流体的系统，其特征在于，所述控制处理模块包括：光电转换单元，所述光电转换单元与所述接收单元相连，且适于将所述接收单元接收的光信号转换为电信号；信号处理单元，所述信号处理单元与所述光电转换单元相连，且。
6、适于基于所述电信号、所述相位差和所述散射光的频差，判断被测流体的截面轮廓或管道轮廓，以及被测流体的流速和/或方向，并基于判断结果确定与所述截面轮廓对应的扫描网格和/或计算被测流体的流量；控制反馈单元，所述控制反馈单元与所述光电转换单元和/或所述信号处理单元相连，并与所述可调焦透镜、所述振镜和所述激光器相连，且适于基于所述电信号，和/或所述相位差和所述散射光的频差，执行以下操作中的至少之一：调控所述激光器的激光频率、调控所述可调焦透镜的焦距、调控所述振镜的角度、调控所述扫描执行模块的扫描步长。6.一种采用权利要求15中任一项所述的测量流体的系统测量流体流量的方法，其特征在于，包括：(1)利用激光。
7、多普勒模块的发射单元发射两束具有相位差的激光，使该两束激光经所权利要求书1/2 页2CN 116608915 A2述扫描执行模块处理后相交形成测量体与被测流体中的粒子接触产生散射光，所述散射光经所述扫描执行模块处理后被接收单元接收并转化为光信号传递至所述控制处理模块，所述控制处理模块结合接收到的信号执行以下操作中的至少之一：调控所述可调焦透镜的焦距、调控所述振镜的角度、调控所述发射单元发射的激光频率、调控所述扫描执行模块的扫描步长中的至少之一，以便确定被测流体的截面轮廓和与所述截面轮廓对应的扫描网格；(2)基于所述扫描网格改变所述可调焦透镜的焦距和所述振镜的角度，以便得到位于所述被测流体截面轮。
8、廓内的被测流体的速度和方向；(3)结合所述被测流体的速度和所述扫描网格对被测流体的速度做空间积分，以便得到所述被测流体的流量。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，满足以下五个条件中的至少之一：经所述扫描执行模块处理后的激光或所述测量体通过被测流体管道上的可视区与所述被测流体中的粒子接触，所述散射光通过被测流体管道上的可视区反馈至所述扫描执行模块；所述被测流体中的粒子包括非气泡颗粒物和/或气泡；步骤(1)中，靠近所述被测流体截面轮廓边缘的区域的扫描步长小于位于所述被测流体截面中部的区域的扫描步长；步骤(1)中，基于所述截面轮廓、所述激光器的激光频率、所述扫描执行模块的扫描步长和对被测流体的。
9、速度做空间积分的频率中的至少之一，确定与所述截面轮廓对应的扫描网格；步骤(2)中，基于所述扫描网格改变所述可调焦透镜的焦距和所述振镜的角度，以便得到位于所述被测流体截面轮廓内的不同扫描网格位置的被测流体的速度；步骤(3)中，根据所述扫描网格和所述被测流体在不同扫描网格位置的速度分布，并对所述被测流体进行光学折射率矫正，采用加权处理对所述被测流体的速度做空间积分，以便得到所述被测流体的流量。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，基于所述截面轮廓、所述激光器的激光频率、所述扫描执行模块的扫描步长和对被测流体的速度做空间积分的频率中的至少之一，确定多个与所述截面轮廓对应的扫描网格，。
10、通过对比不同扫描网格下对所述被测流体的速度做空间积分得到的流量的差距，确定合适的扫描网格；和/或，步骤(1)中，靠近所述被测流体截面轮廓边缘的区域的扫描步长为所述被测流体管径的1/551/45，位于所述被测流体截面中部的区域的扫描步长为所述被测流体管径的1/121/8。9.根据权利要求68中任一项所述的方法，其特征在于，满足以下三个条件中的至少之一：所述被测流体中的粒子含量为10ppm50ppm；向所述被测流体中供给粒子，使所述被测流体中的粒子含量为10ppm50ppm；所述被测流体中的粒子的粒径为微米级。10.权利要求15中任一项所述的测量流体的系统和/或权利要求69中任一项所述的方法在测量。
11、规则管道、不规则管道或大尺寸管道中的流体流量中的用途。权利要求书2/2 页3CN 116608915 A3测量流体的系统、测量流体流量的方法及用途技术领域0001本发明属于流体测量领域，具体而言，涉及测量流体的系统、测量流体流量的方法及用途。背景技术0002流量计是工业生产的眼睛，与国民经济、国防建设、科学研究有着密切的关系，在国民经济中占据重要地位与作用，可用于气体、液体、蒸汽等介质流量的测量。目前传统式的流量计包括孔板流量计、涡轮流量计、文丘里流量计、容积式流量计、转子流量计、涡街流量计、科里奥力质量流量计；超声流量计、电磁流量计等，但这些流量计存在有一定的缺点，例如，会引入较大的阻力、测。
12、量流量范围有限或者应用介质场所等条件受限制，如振动等。对于一些非常规对象，如风洞、水洞、异形管道、大尺寸管道等，常规流量计应用难度较大，需专门定制，成本较高。发明内容0003本申请主要是基于以下问题提出的：0004发明人发现，针对现有的流量计存在会引入较大的阻力、测量流量范围有限、应用对象扩展通用性差等技术不足和一些非常规测量对象，可以考虑利用激光多普勒原理测量流体的速度结合异形管道的截面面积来测量流体的流量，如测量异形风管中风的流量或异形水管中的水的流量等，其中，可以利用激光射向待测流体和待测流体管道时反馈的光信号不同来确定待测流体的截面轮廓，即确定异形管道的管道边缘，进而确定异形管道的截面。
13、面积，但在实际操作过程中，为了能够使管道截面的所有区域都能被激光接触到，需要借助电动滑台来调节激光射向待测流体和管道边缘的距离以及角度，然而，电动滑台的调节能力有限，为了满足测量需求，电动滑台在水平方向和竖直方向上均需要较大的尺寸来满足调节范围，动作部件较大，且操作效率低，特别是针对异形管道和大尺寸管道等非常规处理对象，对电动滑台的尺寸要求和调节能力要求更高。0005本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出测量流体的系统、测量流体流量的方法及用途，该测量流体的系统不仅装置简单、动作部件小、空间占用率低、响应快，而且可适应非常规通道截面的流体流量测量。
14、，且测量准确率和测量精度高、测量范围大。0006在本发明的一个方面，本发明提出了一种测量流体的系统，包括：0007激光多普勒模块，所述激光多普勒模块包括发射单元和接收单元，所述发射单元用于发射两束具有相位差的激光，所述接收单元适于接收该两束具有相位差的激光接触被测流体中的粒子后产生的散射光；0008扫描执行模块，所述扫描执行模块包括可调焦透镜和振镜，所述可调焦透镜设在所述振镜和所述激光多普勒模块之间，所述扫描执行模块被设置为该两束具有相位差的激光依次通过所述可调焦透镜和所述振镜后射向被测流体并相交形成测量体，所述散射光依说明书1/9 页4CN 116608915 A4次通过所述振镜和所述可调焦。
15、透镜后射向所述接收单元；0009控制处理模块，所述控制处理模块与所述激光多普勒模块和所述扫描执行模块相连，所述控制处理模块适于将所述接收单元接收到的散射光信号转化为电信号，并结合所述电信号执行以下操作中的至少之一：调控所述可调焦透镜的焦距、调控所述振镜的角度、确定被测流体的流速和/或方向、计算被测流体的流量。0010该测量流体的系统至少具有以下有益效果：(1)采用可调焦透镜和振镜耦合来代替电动滑台的使用，利用可调焦透镜来调节激光的焦距，利用振镜来调节激光射向待测流体时的角度，进而可灵活调节形成的测量体与待测流体中的粒子接触时的位置，不仅调节能力大，操作灵活，便于实现被测流体截面轮廓的确定，并获。
16、得流经被测流体截面不同位置处的粒子与测量体接触产生的散射光信号，进而利用散射光信号的频差与激光的相位差判断被测流体的流速和/或方向，可以适应各种流体管道，尤其是非常规管道截面的流体流量测量需求，而且动作部件小，空间占用率低，响应快，耗能少，可快速执行操作；(2)使用激光多普勒原理，测量准确率和测量精度高、测量范围大，正负值均可测。0011另外，根据本发明上述实施例的测量流体的系统还可以具有如下附加的技术特征：0012在本发明的一些实施例中，所述被测流体的管道上具有可视区。0013在本发明的一些实施例中，所述可调焦透镜为电动可调焦液体透镜。0014在本发明的一些实施例中，所述振镜的可调角度为 1。
17、80 180。0015在本发明的一些实施例中，所述激光多普勒模块发射的激光频率大于或等于10kHz。0016在本发明的一些实施例中，所述扫描执行模块的扫描步长为0.1mm1000mm。0017在本发明的一些实施例中，所述控制处理模块计算被测流体的流量的频率大于或等于10Hz。0018在本发明的一些实施例中，所述发射单元包括激光器、布拉格器件和出光透镜，所述激光器发射的激光经所述布拉格器件分成两束具有相位差的激光，该两束具有相位差的激光分别经所述出光透镜射出；所述接收单元包括所述出光透镜和聚焦透镜，射向所述接收单元的散射光经所述出光透镜射入所述聚焦透镜聚焦。0019在本发明的一些实施例中，所述控。
18、制处理模块包括：光电转换单元、信号处理单元和控制反馈单元，所述光电转换单元与所述接收单元相连，且适于将所述接收单元接收的光信号转换为电信号；所述信号处理单元与所述光电转换单元相连，且适于基于所述电信号、所述相位差和所述散射光的频差，判断被测流体的截面轮廓或管道轮廓，以及被测流体的流速和/或方向，并基于判断结果确定与所述截面轮廓对应的扫描网格和/或计算被测流体的流量；所述控制反馈单元与所述光电转换单元和/或所述信号处理单元相连，并与所述可调焦透镜、所述振镜和所述激光器相连，且适于基于所述电信号，和/或所述相位差和所述散射光的频差，执行以下操作中的至少之一：调控所述激光器的激光频率、调控所述可调焦。
19、透镜的焦距、调控所述振镜的角度、调控所述扫描执行模块的扫描步长。0020在本发明的另一个方面，本发明提出了一种利用上述测量流体的系统测量流体流量的方法，包括：0021(1)利用激光多普勒模块的发射单元发射两束具有相位差的激光，使该两束激光说明书2/9 页5CN 116608915 A5经所述扫描执行模块处理后相交形成测量体与被测流体中的粒子接触产生散射光，所述散射光经所述扫描执行模块处理后被接收单元接收并转化为光信号传递至所述控制处理模块，所述控制处理模块结合接收到的信号执行以下操作中的至少之一：调控所述可调焦透镜的焦距、调控所述振镜的角度、调控所述发射单元发射的激光频率、调控所述扫描执行模块。
20、的扫描步长中的至少之一，以便确定被测流体的截面轮廓和与所述截面轮廓对应的扫描网格；0022(2)基于所述扫描网格改变所述可调焦透镜的焦距和所述振镜的角度，以便得到位于所述被测流体截面轮廓内的被测流体的速度和方向；0023(3)结合所述被测流体的速度和所述扫描网格对被测流体的速度做空间积分，以便得到所述被测流体的流量。0024该测量流体的方法至少具有以下有益效果：(1)利用可调焦透镜来调节激光的焦距，利用振镜来调节激光射向待测流体时的角度，不仅调节能力大，操作灵活，便于实现被测流体截面轮廓的确定，并获得流经被测流体截面不同位置处的粒子与测量体接触产生的散射光信号，进而利用散射光信号的频差与激光的。
21、相位差判断被测流体的流速和/或方向，可以适应各种流体管道，尤其是非常规管道截面的流体流量测量需求，而且动作部件小，空间占用率低，响应快，耗能少，可快速执行操作；(2)使用激光多普勒原理，测量准确率和测量精度高、测量范围大，正负值均可测。0025另外，根据本发明上述实施例的测量流体流量的方法还可以具有如下附加的技术特征：0026在本发明的一些实施例中，经所述扫描执行模块处理后的激光或所述测量体通过被测流体管道上的可视区与所述被测流体中的粒子接触，所述散射光通过被测流体管道上的可视区反馈至所述扫描执行模块。0027在本发明的一些实施例中，所述被测流体中的粒子包括非气泡颗粒物和/或气泡。0028在本。
22、发明的一些实施例中，步骤(1)中，靠近所述被测流体截面轮廓边缘的区域的扫描步长小于位于所述被测流体截面中部的区域的扫描步长。0029在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，基于所述截面轮廓、所述激光器的激光频率、所述扫描执行模块的扫描步长和对被测流体的速度做空间积分的频率中的至少之一，确定与所述截面轮廓对应的扫描网格。0030在本发明的一些实施例中，步骤(2)中，基于所述扫描网格改变所述可调焦透镜的焦距和所述振镜的角度，以便得到位于所述被测流体截面轮廓内的不同扫描网格位置的被测流体的速度；步骤(3)中，根据所述扫描网格和所述被测流体在不同扫描网格位置的速度分布，并对所述被测流体进行光学折射率矫正。
23、，采用加权处理对所述被测流体的速度做空间积分，以便得到所述被测流体的流量。0031在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，基于所述截面轮廓、所述激光器的激光频率、所述扫描执行模块的扫描步长和对被测流体的速度做空间积分的频率中的至少之一，确定多个与所述截面轮廓对应的扫描网格，通过对比不同扫描网格下对所述被测流体的速度做空间积分得到的流量的差距，确定合适的扫描网格。0032在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，靠近所述被测流体截面轮廓边缘的区域的扫描步长为所述被测流体管径的1/551/45，位于所述被测流体截面中部的区域的扫描步说明书3/9 页6CN 116608915 A6长为所述被测流体管径的1。
24、/121/8。0033在本发明的一些实施例中，所述被测流体中的粒子含量为10ppm50ppm。0034在本发明的一些实施例中，向所述被测流体中供给粒子，使所述被测流体中的粒子含量为10ppm50ppm。0035在本发明的一些实施例中，所述被测流体中的粒子的粒径为微米级。0036在本发明的又一个方面，本发明提出了上述测量流体的系统和/或上述测量流体流量的方法在测量规则管道、不规则管道或大尺寸管道中的流体流量中的用途。0037本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明0038本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施。
25、例的描述中将变得明显和容易理解，其中：0039图1是根据本发明一个实施例的测量流体的系统的结构示意图。0040图2是根据本发明一个实施例的测量流体流量的方法流程图。具体实施方式0041下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。0042在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，。
26、除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。0043在本发明的一个方面，本发明提出了一种测量流体的系统，参考图1理解，该系统包括：激光多普勒模块10、扫描执行模块20和控制处理模块30。其中：0044激光多普勒模块10发射单元(未示出)和接收单元。
27、(未示出)，发射单元用于发射两束具有相位差的激光(参考图1中11a和11b理解)，接收单元适于接收该两束具有相位差的激光接触被测流体41中的粒子后产生的散射光11c(为方便理解测量流体的系统，本发明中引入流体测量模块40对流体测量系统进行解释说明，其中流体测量模块40包括被测流体41、位于被测流体中的粒子(未示出)、被测流体的截面轮廓42，其中，被测流体的截面轮廓也可以理解为被测流体管道的内壁截面)。0045扫描执行模块包括可调焦透镜21和振镜22，可调焦透镜21设在振镜22和激光多普勒模块10之间，扫描执行模块20被设置为该两束具有相位差的激光依次通过可调焦透镜21和振镜22后射向被测流体4。
28、1并相交形成测量体11d，散射光11c依次通过振镜22和可调焦透说明书4/9 页7CN 116608915 A7镜21后射向接收单元。其中，可调焦透镜21适于调节激光和散射光的焦距，振镜22适于调节激光和散射光的角度，将可调焦透镜21和振镜22耦合，可以调节测量体11d位于被测流体41不同位置处时的测量距离和测量角度(参考图1理解，F表示发射单元射出的激光与测量体之间的距离)，被测流体中微粒子流经测量体11d后产生散射光11c，结合该扫描执行模块便于实现被测流体截面轮廓的确定，并获得流经被测流体截面不同位置处的粒子与测量体接触产生的散射光信号。0046控制处理模块30与激光多普勒模块10和扫描。
29、执行模块20相连，控制处理模块30适于将接收单元接收到的散射光信号转化为电信号，并结合电信号执行以下操作中的至少之一：调控可调焦透镜21的焦距、调控振镜22的角度、确定被测流体41的流速和/或方向、计算被测流体41的流量。0047在本发明的实施例中，利用该测量流体的系统对流体进行测量时，可以首先进行大范围高空间密度的扫描测量，根据扫描测量结果，确定被测流体(即流体管道内部)的截面轮廓，根据截面轮廓，确定流体的截面面积以及后续对流体速度进行测量时的扫描范围，具体可以利用激光多普勒模块的发射单元发射两束具有相位差的激光，使该两束具有相位差的激光依次经可调焦透镜调焦和振镜反射后射向被测流体，射向被测。
30、流体的两束激光相交形成测量体(通过改变可调焦透镜的焦距和振镜角度可以使测量体位于被测流体的截面内)，被测流体中的粒子流经该测量体后产生的散射光依次经振镜反射和可调焦透镜调焦后由激光多普勒模块的接收单元接收(其中，具有相位差的两束激光接触待测流体中的粒子后产生两束散射光，两束散射光可以经振镜反射和可调焦透镜调焦后在接收单元聚焦并转化为光信号)，利用控制处理模块将接收单元接收到的散射光信号转化为电信号，结合该电信号和该两束激光的相位差，改变可调焦透镜的焦距、振镜的角度、发射单元发射的激光的频率、扫描执行模块的扫描步长中的至少之一，以便确定被测流体的截面轮廓和与该截面轮廓对应的扫描网格，基于扫描网格。
31、可以对被测流体截面轮廓内不同位置处的被测流体的速度进行测量(可以理解的是，该扫描网格实际上为虚拟网格，可视为扫描范围，用于确定被测流体截面轮廓内的不同测量位点的位置，进而调节形成的测量体的位置和角度，具体可通过改变可调焦透镜的焦距和振镜的角度实现所述调节)；确定被测流体的截面轮廓和扫描网格后，可以根据预定好的扫描网格，移动测量体的扫描位置，进一步测量该截面轮廓内被测流体在不同测量位点的速度和方向，结合被测流体的速度和扫描网格对被测流体的速度做空间积分，得到被测流体的流量。0048可以理解的是，本发明中是将被测流体中的粒子的速度视为被测流体的速度的，流体中通常是含有弥散分布的微量微粒(如空气中的。
32、粉尘)或微气泡(如水体中的微小气泡)的，由于粒子的尺寸极小，不会破坏被测流体的流体性质及流动状态。当被测流体的纯度较高不满足测试需求时，也可以在被测流体中人为添加极小添加量的微粒(如添加后的浓度可以为ppm级)，如二氧化硅微粒等，以满足测试的需求，因微粒粒径和添加量均极小，也不会破坏原有被测流体的流体性质及流动状态。0049由此，该测量流体的系统至少具有以下有益效果：(1)采用可调焦透镜和振镜耦合来代替电动滑台的使用，利用可调焦透镜来调节激光的焦距，利用振镜来调节激光射向待测流体时的角度，进而可灵活调节形成的测量体与待测流体中的粒子接触时的位置，不仅调节能力大，操作灵活，便于实现被测流体截面轮。
33、廓的确定，并获得流经被测流体截面不同说明书5/9 页8CN 116608915 A8位置处的粒子与测量体接触产生的散射光信号，进而利用散射光信号的频差与激光的相位差判断被测流体的流速和/或方向，可以适应各种流体管道，尤其是非常规管道截面的流体流量测量需求，而且动作部件小，空间占用率低，响应快，耗能少，可快速执行操作；(2)使用激光多普勒原理，测量准确率和测量精度高、测量范围大，正负值均可测。0050在本发明的一些实施例中，参考图1理解，被测流体41的管道(可参考被测流体的截面轮廓42理解)上可以具有可视区42a，其中，该可视区的具体位置和大小并没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要灵活选。
34、择，只要能够实现激光入射和散射光射出即可，例如，被测流体的管道可以为透明管道，整个管道的管壁均可视为可视区；再例如，被测流体的管道上可以设有封闭的可视窗口，如被测流体的管壁上可以设有开口，该开口由透明材料(如塑料膜材、玻璃基板等)封闭，该透明材料和所述开口所在的位置构成可视区；又例如，该可视区可以与被测流体的流动方向垂直。利用被测流体管道上的可视区对流体进行测量，可避免在测量过程中引入阻力，提高测量结果的准确性。另外，可以理解是，本发明中测量流体的系统既可以与被测流体管道的可视区组合形成专用的流体流量测量设备，也可以作为独立的设备，通过外部安装可拆卸固定，灵活拆装。0051在本发明的一些实施例。
35、中，参考图1理解，激光多普勒模块10的发射单元可以包括激光器11、布拉格器件12和出光透镜13，激光器11发射的激光经布拉格器件12分成两束具有相位差的激光，该两束具有相位差的激光分别经出光透镜13射出；接收单元可以包括出光透镜13和聚焦透镜14，射向接收单元的散射光经出光透镜13射入后经聚焦透镜14聚焦，聚集后的光信号可以通过光纤传递至控制处理模块30。作为具体示例，该激光多普勒模块可以为一个紧凑式的激光多普勒测速仪器(LDV)，激光器发出激光，经过布拉格器件分束分相位，形成两束相位存在差异的激光，激光经过光纤传输、整形、出光透镜聚焦，两束激光相交形成测量体；流体中微小粒子流经测量体，散射激。
36、光，部分散射激光经出光透镜、聚焦透镜转入信号光纤中，导入控制处理模块。0052在本发明的一些实施例中，参考图1理解，控制处理模块30可以包括：光电转换单元31、信号处理单元32和控制反馈单元33，光电转换单元31与接收单元相连，且适于将接收单元接收的光信号转换为电信号；信号处理单元32与光电转换单元31相连，且适于基于电信号、相位差和散射光的频差，判断被测流体的截面轮廓42或管道轮廓(参考42理解)，以及被测流体41的流速和/或方向，并基于判断结果确定与截面轮廓42对应的扫描网格43和/或计算被测流体的流量；控制反馈单元33与光电转换单元31和/或信号处理单元32相连，并与可调焦透镜21、振镜。
37、22和激光器11相连，且适于基于电信号，和/或相位差和散射光的频差，执行以下操作中的至少之一：调控激光器11的激光频率、调控可调焦透镜21的焦距、调控振镜22的角度、调控扫描执行模块20的扫描步长。由此，更有利于灵活调整测量范围、测量频率和测量精度等，实现整个测量系统的高效、智能、高准确度和高精度测量。0053在本发明的一些实施例中，可调焦透镜21可以为电动可调焦液体透镜，电动可调焦液体透镜可以实现大范围的焦距调节，通过电动可调焦液体透镜的焦距调节，组合激光多普勒测速仪器中的出射单元，如出光透镜，实现测量体测量距离的调节。0054在本发明的一些实施例中，振镜22的可调角度为 180 180。振。
38、镜为电动控制旋转的反射镜，可以控制测量体的扫描测量角度，使振镜的可调角度满足所给范围要求，更便于扩大测量体的可形成的范围区间，实现测量体测量距离和测量角度的灵活调节。振镜在说明书6/9 页9CN 116608915 A9扫描执行模块中受控制处理模块控制，优选可将调节焦距和扫描角度的结果反馈给控制处理模块。可选地，振镜22的可调角度可以为 90 90 或 45 45。0055根据本发明的实施例，借助激光多普勒模块10可获得极大的测速范围，正负值均可测，与扫描执行模块配合可以实现绝对值为0.1m/s到数百m/s的测速范围，测量准确度一般在99.5以上，速度测量频率极高，激光有效频率一般大于10kH。
39、z，通过空间速度积分，可实现大范围低阻力高精度的流量测量。具体地，激光多普勒模块10发射的激光频率可以大于或等于10kHz。进一步地，扫描执行模块20的扫描步长可以为0.1mm1000mm，本发明中，扫描步长可以理解为扫描过程中，相邻两个测量位点之间的空间距离，或者可以理解为扫描网格中相邻两个网格点之间的空间距离，该扫描步长的可选择范围广，可以根据实际扫描需求和精度需求灵活调节，例如，当需要提高扫描精度时，可以选择较小的扫描步长；再例如，当确定被测流体截面时，当扫描至被测流体中部位置时可以选择相对较大的扫描步长，当扫描至被测流体管道附近时，可选择相对较小的扫描步长，同时兼顾测量精度和测量效率；。
40、又例如，当被测流体的管道尺寸较大时，可以选择较大的扫描步长。0056再进一步地，控制处理模块30计算被测流体的流量的可以频率大于或等于10Hz，满足该计算频率测量得到的流量准确度更高，甚至可达到质量流量计测量精度水平。0057在本发明的另一个方面，本发明提出了一种利用上述测量流体的系统测量流体流量的方法，参考图1和图2理解，该方法包括：0058(1)确定被测流体的截面轮廓42和与截面轮廓42对应的扫描网格。具体实施方式如下：利用激光多普勒模块10的发射单元发射两束具有相位差的激光，使该两束激光经扫描执行模块20处理后相交形成测量体11d与被测流体中的粒子接触产生散射光，散射光经扫描执行模块20。
41、处理后被接收单元接收并转化为光信号传递至控制处理模块30，控制处理模块30结合接收到的信号执行以下操作中的至少之一：调控可调焦透镜21的焦距、调控振镜22的角度、调控发射单元发射的激光频率、调控扫描执行模块20的扫描步长中的至少之一，以便确定被测流体的截面轮廓42和与截面轮廓42对应的扫描网格。(2)基于扫描网格改变可调焦透镜21的焦距和振镜22的角度，以便得到位于被测流体截面轮廓42内的被测流体的速度和方向。(3)结合被测流体41的速度和扫描网格对被测流体41的速度做空间积分，以便得到被测流体41的流量。0059该测量流体流量的方法至少具有以下有益效果：(1)利用可调焦透镜来调节激光的焦距，。
42、利用振镜来调节激光射向待测流体时的角度，不仅调节能力大，操作灵活，便于实现被测流体截面轮廓的确定，并获得激光与被测流体截面不同位置处的粒子接触产生的散射光信号，进而利用散射光信号的频差与激光的相位差判断被测流体的流速和/或方向，可以适应各种流体管道，尤其是非常规管道截面的流体流量测量需求，而且动作部件小，空间占用率低，响应快，耗能少，可快速执行操作；(2)使用激光多普勒原理，测量准确率和测量精度高、测量范围大，正负值均可测。0060在本发明的一些实施例中，经扫描执行模块20处理后的激光或所述测量体11d通过被测流体管道(参考42理解)上的可视区42a与被测流体中的粒子接触，散射光通过被测流体管。
43、道上的可视区42a反馈至扫描执行模块20。通过可视区测量流体的有益效果以及可视区的具体设置方式已在前述部分做了说明，此处不再赘述。0061在本发明的一些实施例中，被测流体中的粒子可以包括非气泡颗粒物和/或气泡，说明书7/9 页10CN 116608915 A10其中，非气泡颗粒物包括但不限于被测流体中自带的颗粒物和/或人为添加的微量微粒，其中被测流体中自带的颗粒物包括但不限于粉尘等。作为一些具体示例，当测试空气流量时，被测流体中的粒子可以为其自带的粉尘等；当被测流体为高纯流体时，被测流体中的粒子可以为人为添加的微粒。进一步地，被测流体中的粒子的粒径可以为微米级，如非气泡颗粒物和/或气泡的尺寸可。
44、以为微米级范围，可以根据不同的流体介质灵活选择，微米级粒径的粒子尺寸较小，不会破坏流体的性质及流动状态。0062在本发明的一些实施例中，当被测流体的纯度较高难以满足测量需求时，可以在流体中适当添加微量的微粒子，需要说明的是，该微粒子的材质、密度等并不受特别限制，只要其在被测流体中具有较好的跟随性，能均匀弥散分布于被测流体中即可，例如该微粒子可以包括但不限于二氧化硅粒子、二氧化钛粒子、PSP(聚苯乙烯基吡啶树脂)粒子、氧化铝粒子等中的一种或多种，再例如，该微粒子可以为空心结构，由此可以进一步保证原来的流体性质及流动状态。进一步地，被测流体中的粒子含量可以为10ppm50ppm，如可以向纯度较高的。
45、被测流体供给微粒子，使被测流体中的粒子含量为10ppm50ppm，控制被测流体中的粒子含量在所给范围内，既可以满足测量需求，还能进一步保证原来的流体性质及流动状态。0063在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，靠近被测流体截面轮廓42边缘的区域的扫描步长可以小于位于被测流体截面中部的区域的扫描步长，满足所给条件可以进一步提高获得的被测流体截面轮廓的准确性和精度。作为一些具体示例，靠近被测流体截面轮廓42边缘的区域的扫描步长可以为被测流体管径的1/551/45，如1/50等，位于被测流体截面中部的区域的扫描步长可以为被测流体管径的1/121/8，如1/10等，需要说明的是，被测流体的管径可以为平。
46、均管径，通过在不同扫描位置设置不同的扫描步长，可以更好的兼顾测量效率和测量准确度及测量精度。0064在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，可以基于截面轮廓42、激光器11的激光频率、扫描执行模块20的扫描步长和对被测流体41的速度做空间积分的频率中的至少之一确定与截面轮廓42对应的扫描网格，例如，当对测量精度要求不高时，扫描步长和/或扫描网格的网格线间距可以相对较大，激光器的激光频率也可以相对较低，相应地，当对测量精度要求较高时，扫描步长和/或扫描网格的网格线间距可以相对较小，激光频率也可以相对较高。可以理解的是，位于截面轮廓内的扫描网格的面积与截面轮廓的面积应接近或几乎一致。0065在本发明。
47、的一些实施例中，步骤(2)中，可以基于扫描网格改变可调焦透镜21的焦距和振镜22的角度，以便得到位于被测流体截面轮廓42内的不同扫描网格位置的被测流体的速度，例如可以通过改变可调焦透镜的焦距和振镜的角度改变测量体的位置，使测量体的形成位置包括但不限于扫描网格的各个网格线交点处；步骤(3)中，可以根据扫描网格和被测流体41在不同扫描网格位置的速度分布，并对被测流体41进行光学折射率矫正，采用加权处理对被测流体41的速度做空间积分，以便得到被测流体41的流量，由此可以进一步提高测量结果的准粗度和精度。其中，对被测流体41的速度做空间积分时，既可以利用扫描网格的网格数对被测流体41的速度做积分，也可。
48、以利用扫描网格中各网格的面积对被测流体41的速度做积分，优选采用后者的处理方式。0066在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，可以基于截面轮廓42、激光器11的激光频说明书8/9 页11CN 116608915 A11率、扫描执行模块20的扫描步长和对被测流体41的速度做空间积分的频率中的至少之一确定多个与截面轮廓42对应的扫描网格，通过对比不同扫描网格下对被测流体41的速度做空间积分得到的流量的差距，确定合适的扫描网格，采用该方式可以进一步提高测量结果的可靠性和准确性，避免出现被测流体局部区域可能存在流量突变对最终测量结果精准度的不利影响。0067另外，还需要说明的是，针对上述测量流体的系统。
49、所描述的特征及效果同样适用于该测量流体流量的方法，此处不再一一赘述。0068在本发明的又一个方面，本发明提出了上述测量流体的系统和/或上述测量流体流量的方法在测量规则管道、不规则管道或大尺寸管道中的流体流量中的用途。针对上述测量流体的系统和测量流体流量的方法所描述的特征及效果同样适用于该用途，此处不再一一赘述。总的来说，利用上述测量流体的系统和测量流体流量的方法的测量速度、可靠性、准确度、精度、适用性等均较好。0069综上所述，本发明上述实施例的测量流体的系统和测量流体流量的方法是基于激光多普勒测速原理，通过类似现行流量计方式，整合激光多普勒测速及扫描功能实现的，可以具有以下有益效果：0070。
50、1、使用激光多普勒原理，测量速度范围极大，测量得到的流量准确度高，可达到99如99.5以上，甚至可达到质量流量计测量精度水平；测量范围大，正负值均可测；测量频率高；通过空间速度积分，可实现大范围低阻力高精度的流量测量。00712、借助振镜和可调焦透镜(如电动可调焦液体透镜)实现激光多普勒测量体快速扫描，相对电动滑台搭载激光多普勒模块的形式，不仅动作部件体积小、速度快、响应快，可快速执行扫描动作，而且耗能少、可靠性高、寿命长。00723、控制处理模块综合电动可调透镜、振镜和测速信息，实现对管道截面的扫描，进一步结合扫描网格方案，积分得到截面流量。不仅测量方式智能，可选择不同的扫描方式，可适应非常。