应用案例

【概述】

天津大学研究团队使用宽带功率放大器，搭建超声多普勒传感系统。

实验名称：基于双频超声多普勒传感系统的水平气液段塞流气相流量测量实验

实验内容：针对水平气液段塞流中液膜区与液塞区交替出现、气相速度和浓度分布高度非均匀的问题，研究团队搭建了双频超声多普勒传感系统。系统采用中心频率为1.5MHz和3MHz的两只双晶超声换能器，分别获取液膜区大尺度气液界面信息，以及液塞区分散气泡的持气率和速度信息；随后融合两类参数，实现气相流量的定量测量。

研究方向：多相流在线检测、超声多普勒测速及气相流量测量

测试设备：ATA-1220C宽带功率放大器、ATA-1220D宽带放大器、信号发生器等。

实验过程：

图1：实验系统实物图

同步触发与激励：FPGA以12kHz脉冲重复频率触发信号发生器，生成1.5MHz与3MHz四周期正弦脉冲。两路信号分别进入ATA-1220C宽带放大器和ATA-1220D宽带放大器，并调节至60Vpp输出，为双频换能器提供稳定激励。

回波调理与采集：超声脉冲在气液两相介质中传播并由界面反射，回波经阻抗匹配、两级可变增益放大和500kHz-6MHz带通滤波后，由25MHzADC同步采样，再经FPGA缓存并通过千兆以太网传输至上位机。

流动参数提取：1.5MHz通道用于提取液膜区拉长气泡界面，并结合双探头互相关获得长气泡轴向速度；3MHz通道利用更高空间分辨率获取液塞区持气率剖面和分散气泡平均速度剖面。

流量计算与验证：分别计算液膜区拉长气泡流量与液塞区分散气泡流量，再求和得到总气相流量；同时采用光纤探针阵列和入口浮子流量计进行对比验证。

实验结果：

图：实验结果

实验结果表明，双频超声多普勒传感系统可稳定区分液膜区和段塞区，并获得拉长气泡速度、段塞区气泡速度及含气率分布。气相流量测量中，多数数据点位于±20%偏差带内，全工况绝对平均百分比偏差（AAPD）为15.30%，绝对平均偏差（AAD）为0.1080m³/h；在0.333-1.667m³/h的中等流量范围内，AAPD进一步降低至13.52%，AAD为0.1006m³/h。结果验证了该双频超声方案用于水平气液段塞流非侵入式气相流量测量的可行性。

安泰放大器在此应用中的产品优势：

一、MHz级宽带驱动：高带宽，可覆盖1.5MHz和3MHz双频激励需求，使两套测量通道采用一致的功率驱动架构。

二、高幅值脉冲输出：将信号发生器输出的7Vpp四周期正弦脉冲提升至60Vpp，为超声压电换能器提供足够的驱动幅值，增强超声发射能量与回波可检测性。

三、瞬态波形保持：宽带和高压摆率特性有助于保持短脉冲包络与载频波形，降低激励链路附加失真，为飞行时间、互相关及多普勒频移分析提供稳定信号基础。

【推荐产品】：ATA-1220E宽带放大器

图：ATA-1220E宽带放大器指标参数

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