專(zhuān)利名稱(chēng)：用于超聲波流量計(jì)的驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例涉及超聲波流量計(jì)。更加具體而言，本發(fā)明 的各個(gè)實(shí)施例涉及用于在超聲波流量計(jì)的超聲波信號(hào)測(cè)量中減少傳輸 時(shí)間誤差的驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
超聲波流量計(jì)是一類(lèi)利用在流體中傳播的超聲波信號(hào)確定導(dǎo)管內(nèi) 流體的體積流量的流量計(jì)。例如， 一種超聲波流量計(jì)可測(cè)量沿特定路徑的上行超聲波信號(hào)的傳輸時(shí)間，可測(cè)量沿特定路徑的下行超聲波信 號(hào)的傳輸時(shí)間。從這些測(cè)量中確定"At"，即向上游和向下游的傳輸時(shí) 間之間的差。從At可確定流體的平均流量，并且從流量可計(jì)算體積流 量。因此，測(cè)量精確的At對(duì)確定精確的流量而言是重要的。所測(cè)量到的超聲波信號(hào)在一對(duì)轉(zhuǎn)換器之間的傳輸時(shí)間具有至少兩 個(gè)部分超聲波信號(hào)在流體中在轉(zhuǎn)換器的端面之間的"實(shí)際飛行時(shí)間"； 以及包括所測(cè)量到的傳輸時(shí)間與實(shí)際飛行時(shí)間之間的差的"延遲時(shí) 間"。延遲時(shí)間從而可能包括控制處理器與轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器之間的傳 播延遲；轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器與作為發(fā)送器的轉(zhuǎn)換器之間的傳播延遲；作為 接收機(jī)的轉(zhuǎn)換器與接收電子裝置之間的傳播延遲；接收電子裝置與處 理器之間的傳播延遲；以及與具有試圖測(cè)量已經(jīng)歷時(shí)間的有限響應(yīng)次 數(shù)的控制電子裝置相關(guān)的延遲。在對(duì)氣態(tài)流體的流動(dòng)進(jìn)行測(cè)量的超聲 波測(cè)量計(jì)中，延遲時(shí)間對(duì)整個(gè)流體流動(dòng)計(jì)算的影響不大。然而，在對(duì) 高密度流體、例如液體的流動(dòng)進(jìn)行測(cè)量的超聲波流量計(jì)中，該延遲時(shí)間有著較大的影響。因此，需要有一種能降低與延遲時(shí)間變量相關(guān)的誤差的系統(tǒng)。 發(fā)明內(nèi)容通過(guò)用于超聲波測(cè)量計(jì)的驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)的方法和系統(tǒng)在很大程度上 解決了上述問(wèn)題。示意性實(shí)施例中的至少一些為這樣的超聲波測(cè)量計(jì)， 其包括筒形件，該筒形件結(jié)合在流體流中；第一上游轉(zhuǎn)換器，該第 一上游轉(zhuǎn)換器機(jī)械地結(jié)合到所述筒形件上；第一下游轉(zhuǎn)換器，該第一 下游轉(zhuǎn)換器機(jī)械地結(jié)合到所述筒形件上(所述第一下游轉(zhuǎn)換器與所述 第一上游轉(zhuǎn)換器具有相互作用的關(guān)系)；以及第一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器，該 第一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器選擇性地結(jié)合到所述第一上游轉(zhuǎn)換器和所述第一下 游轉(zhuǎn)換器。所述轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述第一上游轉(zhuǎn)換器，并且還驅(qū)動(dòng) 所述第一下游轉(zhuǎn)換器。其他的示意性實(shí)施例為這樣的方法，其包括用第一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng) 器驅(qū)動(dòng)第一轉(zhuǎn)換器，從而在流體中產(chǎn)生第一聲學(xué)信號(hào)；在第二轉(zhuǎn)換器 處接收所述第一聲學(xué)信號(hào)；用所述第一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述第二轉(zhuǎn) 換器，從而在流體中產(chǎn)生第二聲學(xué)信號(hào)；以及在第一轉(zhuǎn)換器處接收所 述第二聲學(xué)信號(hào)。所公開(kāi)的裝置和方法包括使其克服現(xiàn)有技術(shù)中裝置的缺陷的特征 和優(yōu)點(diǎn)的組合。本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀以下參照附圖的詳細(xì)描述將明了 上述各種特征以及其他的特征。


現(xiàn)在將參照附圖更加詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中.-圖1A為超聲波氣體流量計(jì)的剖切俯視圖；圖1B為包括弦路徑A — D的筒形件的端視圖；圖1C為容納轉(zhuǎn)換器對(duì)的筒形件的俯視圖；圖2示出了超聲波流量計(jì)的多轉(zhuǎn)換器、多驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)；圖3A和圖3B為超聲波測(cè)量計(jì)中信號(hào)傳播的圖示圖；圖4示出了根據(jù)至少一些實(shí)施例的超聲波測(cè)量計(jì)的電連接框圖；圖5示出了根據(jù)可選實(shí)施例的超聲波測(cè)量計(jì)的電連接框圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法。
具體實(shí)施方式
在以下說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中使用了某些術(shù)語(yǔ)來(lái)指代具體的系統(tǒng)部 件。本文獻(xiàn)并非意于對(duì)名稱(chēng)不同而功能相同的部件之間作出區(qū)分。在以下描述和權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)"包括"和"包含"是以開(kāi)放的 方式使用的，從而應(yīng)解釋為是指"包括，但不限于..."。而且，術(shù)語(yǔ)"結(jié) 合"旨在表示直接或間接的連接。因此，如果第一裝置結(jié)合到第二裝 置上，該連接可能是通過(guò)直接連接方式實(shí)現(xiàn)的，或者是通過(guò)經(jīng)由其他 裝置和連接形式的間接連接實(shí)現(xiàn)的。"延遲時(shí)間"指的是所測(cè)量到的超聲波信號(hào)傳輸時(shí)間與該超聲波 信號(hào)的實(shí)際飛行時(shí)間之間的時(shí)間差。圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的適于對(duì)諸如液體的流體流進(jìn) 行測(cè)量的超聲波測(cè)量計(jì)。適于放置在管線(xiàn)不同部分之間的筒形件100 具有預(yù)定的尺寸并限定有測(cè)量部分。 一對(duì)轉(zhuǎn)換器120和130以及它們 各自的外殼125和135沿著筒形件100的長(zhǎng)度定位。轉(zhuǎn)換器120和130 優(yōu)選為超聲波收發(fā)機(jī)，這是指它們都產(chǎn)生和接收超聲波信號(hào)。本文中 的"超聲波"指的是在一些實(shí)施例中頻率高于約20千赫茲的聲學(xué)信號(hào)。 在一些實(shí)施例中，超聲波信號(hào)可具有約125千赫茲的頻率(用于氣體 測(cè)量計(jì))、以及1兆赫的頻率(用于液體測(cè)量計(jì))。無(wú)論是何種頻率， 這些信號(hào)均可由每個(gè)轉(zhuǎn)換器內(nèi)的壓電元件產(chǎn)生和接收。為了生成超聲 波信號(hào)，以電的方式激發(fā)該壓電元件，且該壓電元件以振動(dòng)進(jìn)行響應(yīng)。 壓電元件的振動(dòng)生成超聲波信號(hào)，該超聲波信號(hào)通過(guò)流體行進(jìn)穿過(guò)筒形件而到達(dá)轉(zhuǎn)換器對(duì)中的相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器。接收壓電元件一旦受到超聲 波信號(hào)的入擊就會(huì)振動(dòng)并產(chǎn)生電信號(hào)，與測(cè)量計(jì)相關(guān)聯(lián)的電子裝置就 對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)、數(shù)字化和分析。路徑IIO，有時(shí)稱(chēng)為"弦"，位于轉(zhuǎn)換器120和130之間，與中心 線(xiàn)105呈角度e 。"弦"110的長(zhǎng)度為轉(zhuǎn)換器120的表面到轉(zhuǎn)換器130 的表面之間的距離。點(diǎn)140和145限定轉(zhuǎn)換器120和130所生成的聲 學(xué)信號(hào)進(jìn)入和離開(kāi)在筒形件100內(nèi)流動(dòng)通過(guò)的流體的位置。轉(zhuǎn)換器120 和130的位置可由角度6 、轉(zhuǎn)換器120和130之間測(cè)量的第一長(zhǎng)度L、 與點(diǎn)140和145之間的軸向距離對(duì)應(yīng)的第二長(zhǎng)度X、以及與管直徑對(duì) 應(yīng)的第三長(zhǎng)度D來(lái)限定。在大多數(shù)情況下，在測(cè)量計(jì)的制造過(guò)程中就 精確確定了距離D、 X和L。而且，諸如120和130的轉(zhuǎn)換器通常分別 放置在距離點(diǎn)140和150的特定距離處，而與流量計(jì)的大小(即，筒 形件的直徑)無(wú)關(guān)。開(kāi)始時(shí)，下游轉(zhuǎn)換器120產(chǎn)生傳播到上游轉(zhuǎn)換器130并入擊上游 轉(zhuǎn)換器130的超聲波信號(hào)。 一段時(shí)間后，上游轉(zhuǎn)換器130產(chǎn)生傳播到 下游轉(zhuǎn)換器120并入擊下游轉(zhuǎn)換器120的回程超聲波信號(hào)。這樣，轉(zhuǎn) 換器120和130沿著弦路徑110 "發(fā)送和接收"超聲波信號(hào)115。在運(yùn) 行過(guò)程中，每個(gè)轉(zhuǎn)換器對(duì)每分鐘可能要進(jìn)行數(shù)萬(wàn)次的這一程序。流體在筒形件100內(nèi)以速度分布152在方向150上流動(dòng)。如速度 矢量153 — 158所示，通過(guò)筒形件100的速度朝向中心線(xiàn)105增加。超 聲波115在轉(zhuǎn)換器120和130之間的傳輸時(shí)間部分取決于超聲波信號(hào) 115相對(duì)于流體流是上行還是下行。下行(即與流動(dòng)的方向相同)的超 聲波信號(hào)的傳輸時(shí)間小于上行(即逆著流動(dòng))時(shí)的傳輸時(shí)間?？刹捎?上行和下行的傳輸時(shí)間來(lái)計(jì)算沿著信號(hào)路徑的平均速度，并且可用來(lái) 計(jì)算流體流中的聲速。給定載有流體的測(cè)量計(jì)的橫截面測(cè)量值以及該 平均速度，就可計(jì)算流動(dòng)通過(guò)筒形件100的流體的體積。為了更加精確地確定測(cè)量計(jì)橫截面內(nèi)的平均速度，采用多路徑超 聲波流量計(jì)。圖1B示出一種多路徑超聲波流量計(jì)。在這些實(shí)施例中，筒形件100包括在流體流不同高度處的四個(gè)弦路徑A、 B、 C和D。弦 路徑A至D中的每個(gè)對(duì)應(yīng)于交替用作發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的兩個(gè)轉(zhuǎn)換器。 而且還示出了控制電子裝置160，其從所述四個(gè)弦路徑A至D獲取數(shù) 據(jù)并對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。圖IB中沒(méi)有示出與弦路徑A至D對(duì)應(yīng)的 所述四對(duì)轉(zhuǎn)換器。參照?qǐng)D1C可更加容易地理解所述四對(duì)轉(zhuǎn)換器的布置。在筒形件 100上安裝有四對(duì)轉(zhuǎn)換器端口。每對(duì)轉(zhuǎn)換器端口對(duì)應(yīng)于圖IB的單個(gè)弦 路徑。筒形件100上安裝有第一對(duì)轉(zhuǎn)換器端口 125和135，包括相關(guān)的 轉(zhuǎn)換器。包含有端口 165和175(僅僅部分示出)的另一對(duì)轉(zhuǎn)換器端口， 該端口包括相關(guān)的轉(zhuǎn)換器，安裝成使得其弦路徑相對(duì)于轉(zhuǎn)換器端口 125 和135的弦路徑大致地形成"X"形。類(lèi)似地，轉(zhuǎn)換器端口 185和195 布置成與轉(zhuǎn)換器端口 165和175平行，但是處于不同的"高度"(即， 處于管或測(cè)量計(jì)筒形件內(nèi)的不同徑向位置處)。第四對(duì)轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)換器 端口在圖1C沒(méi)有明確示出。結(jié)合圖1B和圖1C，所述轉(zhuǎn)換器對(duì)布置成 對(duì)應(yīng)于弦A和B的上面兩對(duì)轉(zhuǎn)換器形成X形，而對(duì)應(yīng)于弦C和D的 下面兩對(duì)轉(zhuǎn)換器也形成X形。確定每個(gè)弦A至D處的流體流動(dòng)速度， 從而獲得弦流動(dòng)速度，并將弦流動(dòng)速度組合起來(lái)以確定整個(gè)管內(nèi)的平 均流動(dòng)速度。圖2示出了多轉(zhuǎn)換器、多驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)的超聲波流量計(jì)的電連接框 圖。具體而言，該圖示出了多個(gè)轉(zhuǎn)換器200A至200H。每個(gè)轉(zhuǎn)換器都 結(jié)合至其相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器202A至202H上。在轉(zhuǎn)換器200進(jìn)行操 作以產(chǎn)生超聲波信號(hào)的時(shí)間段內(nèi)，轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器202為 負(fù)責(zé)提供激勵(lì)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)器電路。處理器204通過(guò)使信號(hào)線(xiàn)206起作 用而有選擇地使每個(gè)轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器202起作用。在轉(zhuǎn)換器200作為接 收機(jī)進(jìn)行操作以接收超聲波信號(hào)的時(shí)間段內(nèi)，通過(guò)處理器204禁用相 應(yīng)的轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器202，而且通過(guò)1至N多路復(fù)用器210將轉(zhuǎn)換器200結(jié)合到接收機(jī)電路208上。處理器204可通過(guò)多個(gè)控制信號(hào)線(xiàn)212來(lái) 控制多路復(fù)用器210。還參照?qǐng)D2，本發(fā)明的發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，盡管形成轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器的電 路是相似的，但是每個(gè)轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器202可能具有不同的特性，從而 導(dǎo)致不同的延遲時(shí)間。在一些情況下，所述多個(gè)轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器202的 延遲時(shí)間差為50納秒的量級(jí)。該轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器延遲時(shí)間差能導(dǎo)致上行 路徑和下行路徑之間的顯著時(shí)間差，特別是在液體測(cè)量應(yīng)用中使用的 超聲波流量計(jì)中更是如此。為了說(shuō)明的目的，考慮超聲波測(cè)量計(jì)中的一對(duì)轉(zhuǎn)換器，其中每個(gè) 轉(zhuǎn)換器具有其自身的轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器。還考慮相對(duì)于流動(dòng)方向而言，轉(zhuǎn)換器1在上游，而轉(zhuǎn)換器2在下游?？紤]到這些條件后，可在數(shù)學(xué)上 將At表示為<formula>formula see original document page 13</formula> (1)其中，TD—up為上行測(cè)量傳輸時(shí)間，而T^d冊(cè)N為下行測(cè)量傳輸時(shí) 間。圖3A圖示出了用于上行信號(hào)傳播的轉(zhuǎn)換器對(duì)和相關(guān)的電子裝置， 并對(duì)應(yīng)地用箭頭300示出了 TD—UP。圖3B圖示出了用于下行信號(hào)傳播 的轉(zhuǎn)換器對(duì)和相關(guān)的電子裝置，并對(duì)應(yīng)地用箭頭302示出了 TD_D0WN。 如圖3A和3B所示，上行和下行所測(cè)量的傳輸時(shí)間包括若干部分。對(duì) 于上行傳播<formula>formula see original document page 13</formula> ( 2 )其中，TTX2為與轉(zhuǎn)換器2的傳輸路徑相關(guān)的延遲時(shí)間分量(如箭頭304所示)；TFUCJHT_UP為上行超聲波信號(hào)的實(shí)際飛行時(shí)間(如箭頭 306所示)；Tjoa為與轉(zhuǎn)換器1的接收路徑相關(guān)的延遲時(shí)間分量(如箭 頭308所示)。類(lèi)似地<formula>formula see original document page 13</formula> (3)其中，TVx,為與轉(zhuǎn)換器1的傳輸路徑相關(guān)的延遲時(shí)間分量(如圖3B中的箭頭310所示)；TFUGHT—DowN為下行超聲波信號(hào)的實(shí)際飛行時(shí)間(如箭頭312所示)；Tjoa為與轉(zhuǎn)換器2的接收路徑相關(guān)的延遲時(shí)間分量(如箭頭314所示)。延遲時(shí)間的傳輸和接收路徑分量也可包括多個(gè)分量。考慮圖3B所 示的用于下行測(cè)量的傳輸路徑<formula>formula see original document page 14</formula>( 4 )其中，TD—Djm為與通過(guò)轉(zhuǎn)換器1的驅(qū)動(dòng)器的邏輯延遲和激勵(lì)信號(hào)延遲相關(guān)的延遲時(shí)間分量(如箭頭316所示)；TD一xDCju為與通過(guò)轉(zhuǎn)換器1的信號(hào)延遲相關(guān)的延遲時(shí)間分量(如箭頭318所示)。類(lèi)似地，對(duì) 于圖3A所示的上行測(cè)量的傳輸路徑有<formula>formula see original document page 14</formula> ( 5 )其中，TD—DW2為與通過(guò)轉(zhuǎn)換器2的驅(qū)動(dòng)器的邏輯延遲和激勵(lì)信號(hào)延遲相關(guān)的延遲時(shí)間分量(如箭頭320所示)；To一xDCR2為與通過(guò)轉(zhuǎn)換 器2的信號(hào)延遲相關(guān)的延遲時(shí)間分量(如箭頭322所示)。同樣地對(duì)于 接收路徑，首先考慮上行測(cè)量有<formula>formula see original document page 14</formula>( 6 )其中，TDXDRd為與通過(guò)轉(zhuǎn)換器1的信號(hào)延遲相關(guān)的延遲時(shí)間分量(圖3A的箭頭324所示)；TD—Mux為與通過(guò)多路復(fù)用器電路(例如， 圖2中的元件210)的信號(hào)延遲相關(guān)的延遲時(shí)間分量(圖3A中的箭頭 326所示)；TD一amp為與通過(guò)放大器和采樣電路(例如，圖2中的元件 208)的信號(hào)延遲相關(guān)的延遲時(shí)間分量(圖3A中的箭頭328所示)。類(lèi) 似地，對(duì)于下行測(cè)量有<formula>formula see original document page 14</formula>( 7 )其中，T D xd^2為與通過(guò)轉(zhuǎn)換器2的信號(hào)延遲相關(guān)的延遲時(shí)間分量(圖3B的箭頭328所示)；TD一Mux為與通過(guò)多路復(fù)用器電路(例如， 圖2中的元件210)的信號(hào)延遲相關(guān)的延遲時(shí)間分量(圖3B中的箭頭 332所示)；TD—amp為與通過(guò)放大器和采樣電路(例如，圖2中的元件 208)的信號(hào)延遲相關(guān)的延遲時(shí)間分量(圖3B中的箭頭334所示)。將構(gòu)成上行測(cè)量時(shí)間(TDUP)和下行測(cè)量時(shí)間(TD_D0WN)的各種 分量代入到方程(1)， At變?yōu)椤?t = (TTX2 + Tflight—up + Trxi) — (Ttxi + Tflight—down + TRX2) (8)將與傳輸和接收路徑相關(guān)的延遲時(shí)間的分量代入方程(8)， At 變?yōu)椤?t 二 ( ( Td一DRV2 + T D一XDCR2 ) + 丁FLIGHT—UP + ( T D—XDRC1+T D—MUX+T d—amp ) ) — ( ( TD—DRV1 + T d—XDCR1 ) + 丁flight—down + ( T d—XDRC2+T d一mux+T d—amp " ( 9 )數(shù)學(xué)上可以消去一些項(xiàng)，從而有△ t = Tq一drv2 + Tflight—up — T?！猟rvi — Tflight_down (10)現(xiàn)在假定測(cè)量計(jì)中沒(méi)有流體流動(dòng)。在這一假設(shè)下，下行測(cè)量 (TFUGHT—D0WN)和上行測(cè)量(TFUGHT—UP)的實(shí)際飛行時(shí)間應(yīng)該相等， 從而在數(shù)學(xué)上有△ t = To—DRV2 — Td—DRV1 (11)于是在沒(méi)有流體流動(dòng)從而At應(yīng)該為零的情況下，At減少為上行 和下行驅(qū)動(dòng)器之間的延遲時(shí)間分量差。當(dāng)然，在有流體流動(dòng)的時(shí)候， 與轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器相關(guān)的延遲時(shí)間分量對(duì)At的影響依然存在。為了解決這一困難，本發(fā)明的各種實(shí)施例針對(duì)沿著弦路徑的上行 測(cè)量和下行測(cè)量采用相同的轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器。對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)換器采用相同的 轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器，則TD DRV2 — TD DRVl， 于是從方程(11)可得知在沒(méi)有流動(dòng)的條件下At應(yīng)等于零。換言之，采用相同的轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器使得與 轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器相關(guān)的延遲時(shí)間分量可以抵消。圖4以框圖的形式示出 了根據(jù)至少一些實(shí)施例的超聲波測(cè)量計(jì)iooo。具體而言，超聲波測(cè)量 計(jì)1000包括多個(gè)轉(zhuǎn)換器400A—400H。盡管示出了八個(gè)轉(zhuǎn)換器，但是 同樣可以采用更多或更少的轉(zhuǎn)換器。每個(gè)轉(zhuǎn)換器400都通過(guò)1至N多 路復(fù)用器404結(jié)合到接收器電路402。接收器電路402接收由入射到轉(zhuǎn) 換器的壓電元件上的超聲波信號(hào)所產(chǎn)生的電信號(hào)并放大和檢測(cè)該信 號(hào)。處理器406沿著控制信號(hào)線(xiàn)408發(fā)送控制信號(hào)，以當(dāng)轉(zhuǎn)換器處于 上述"發(fā)送和接收"操作中的"接收"狀態(tài)時(shí)有選擇地將每個(gè)轉(zhuǎn)換器 400結(jié)合到接收器電路402上。處理器可以是孤立的處理器或者是微控 制器。在其他的實(shí)施例中，可通過(guò)可編程邏輯裝置(PLD)、場(chǎng)可編程 門(mén)陣列(FPGA)、特定于應(yīng)用的集成電路(ASIC)等的方式執(zhí)行處理 器的功能。根據(jù)圖4所示的實(shí)施例，每個(gè)接收機(jī)對(duì)共享一個(gè)轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器。 轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器可采用多種形式。在一些實(shí)施例中，每個(gè)轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器 可包括產(chǎn)生并放大交流(AC)信號(hào)的電路，這些信號(hào)然后施加到它們 各自的轉(zhuǎn)換器上，從而感應(yīng)出振動(dòng)并因而產(chǎn)生超聲波信號(hào)。在這些實(shí) 施例中，轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器可響應(yīng)于處理器406的命令而沿著控制信號(hào)線(xiàn) 413發(fā)送控制信號(hào)。在可選的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器可將由處理器 406 (以及可能的其他裝置)提供給它們的AC信號(hào)放大，所述信號(hào)也 是經(jīng)由控制信號(hào)線(xiàn)413提供的。仍然參照?qǐng)D4，轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器410結(jié)合到多路復(fù)用器412上，該 多路復(fù)用器有選擇地將轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器410結(jié)合到轉(zhuǎn)換器400A或400B 上。轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器418結(jié)合到多路復(fù)用器416上，該多路復(fù)用器有選 擇地將轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器418結(jié)合到轉(zhuǎn)換器400C或400D上。轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng) 器422結(jié)合到多路復(fù)用器420上，該多路復(fù)用器有選擇地將轉(zhuǎn)換器驅(qū) 動(dòng)器422結(jié)合到轉(zhuǎn)換器400E或400F上。最后，轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器426結(jié) 合到多路復(fù)用器424上，該多路復(fù)用器有選擇地將轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器426結(jié)合到轉(zhuǎn)換器400G或400H上。每個(gè)多路復(fù)用器還經(jīng)由控制信號(hào)線(xiàn)414 結(jié)合到處理器406上。多路復(fù)用器由處理器406上執(zhí)行的程序控制。因此，在圖4所示的實(shí)施例中，通過(guò)在轉(zhuǎn)換器對(duì)的轉(zhuǎn)換器中共享 一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器而減小或消除與轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器之間的延遲時(shí)間差相關(guān) 的At誤差。與各轉(zhuǎn)換器具有其自身的轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器相比，在這些實(shí)施 例中轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器的數(shù)量減少了一半。在其他的實(shí)施例中，所有的轉(zhuǎn) 換器可共享單個(gè)轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器，則不僅較小或消除了與轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器相關(guān)的At誤差，而且還減小了運(yùn)行超聲波測(cè)量計(jì)的部件的數(shù)量。圖5以框圖的形式示出了根據(jù)可選實(shí)施例的超聲波測(cè)量計(jì)1100的 實(shí)施例。具體而言，超聲波測(cè)量計(jì)1100包括多個(gè)轉(zhuǎn)換器400A—400H。 盡管示出了八個(gè)轉(zhuǎn)換器，但是同樣可以采用更多或更少的轉(zhuǎn)換器。每 個(gè)轉(zhuǎn)換器400通過(guò)兩個(gè)多路復(fù)用器結(jié)合到接收器電路402，即，1至N 多路復(fù)用器500和1至2多路復(fù)用器502。每個(gè)多路復(fù)用器500和502 分別通過(guò)控制信號(hào)線(xiàn)504和506結(jié)合到處理器406。在處理器406上執(zhí) 行的程序的控制下，處理器406能在轉(zhuǎn)換器處于"發(fā)送和接收"操作 中的"接收"狀態(tài)下有選擇地將每個(gè)轉(zhuǎn)換器400結(jié)合到接收器電路402 上。圖5還示出了用于所有轉(zhuǎn)換器400的單個(gè)轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器508。具 體而言，每個(gè)轉(zhuǎn)換器400通過(guò)1至N多路復(fù)用器500和1至2多路復(fù) 用器502都結(jié)合到轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器508上。在處理器406上執(zhí)行的程序 的控制下，處理器406能在轉(zhuǎn)換器處于"發(fā)送和接收"操作中的"發(fā) 送"狀態(tài)時(shí)有選擇地將每個(gè)轉(zhuǎn)換器400結(jié)合到轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器408上。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法。具體而言，該方法開(kāi)始 (方框600)，并通過(guò)第一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器對(duì)第一轉(zhuǎn)換器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)從而產(chǎn) 生第一聲學(xué)信號(hào)(方框604)。該第一聲學(xué)信號(hào)由第二轉(zhuǎn)換器接收(方 框608)。然后在示例的方法中前進(jìn)到用第一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)第二轉(zhuǎn)換器，從而產(chǎn)生第二聲學(xué)信號(hào)(方框612)。最后，該第二聲學(xué)信號(hào)由 第一轉(zhuǎn)換器接收(方框616)，圖示的程序結(jié)束(方框620)。如上所述， 用相同的轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)第一和第二轉(zhuǎn)換器減小或消除了與每個(gè)轉(zhuǎn) 換器具有不同轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器相關(guān)的At誤差。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人 員在不偏離本發(fā)明的精神和教導(dǎo)的情況下可作出修改。這里所描述的 實(shí)施例僅僅是示例性的，而不是限制性的。例如，盡管描述了超聲波 測(cè)量計(jì)，但是任何電子裝置中的任何公共信號(hào)路徑都可受益于這里的 實(shí)施例。而且，盡管針對(duì)超聲波測(cè)量計(jì)所描述的實(shí)施例具有"X"形的 超聲波信號(hào)路徑，但這并非是特別要求的，其他的圖案、包括反射的 路徑落入本公開(kāi)的范圍中。此外，上述各種構(gòu)造可應(yīng)用于任何數(shù)量的 轉(zhuǎn)換器對(duì)，且信號(hào)可以是單端的或差分的。因此，保護(hù)范圍不限于這 里描述的實(shí)施例，而是僅僅由以下權(quán)利要求限定，所述權(quán)利要求的范 圍應(yīng)包括其主題的所有等同物。
權(quán)利要求
1.一種超聲波測(cè)量計(jì)，包括筒形件，該筒形件結(jié)合在流體流中；第一上游轉(zhuǎn)換器，該第一上游轉(zhuǎn)換器機(jī)械地結(jié)合至所述筒形件；第一下游轉(zhuǎn)換器，該第一下游轉(zhuǎn)換器機(jī)械地結(jié)合至所述筒形件，所述第一下游轉(zhuǎn)換器與所述第一上游轉(zhuǎn)換器具有操作關(guān)系；以及第一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器，該第一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器選擇性地結(jié)合至所述第一上游轉(zhuǎn)換器和所述第一下游轉(zhuǎn)換器，其中所述轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述第一上游轉(zhuǎn)換器，并且還驅(qū)動(dòng)所述第一下游轉(zhuǎn)換器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波測(cè)量計(jì)，還包括 第二上游轉(zhuǎn)換器，該第二上游轉(zhuǎn)換器機(jī)械地結(jié)合至所述筒形件；以及第二下游轉(zhuǎn)換器，該第二下游轉(zhuǎn)換器機(jī)械地結(jié)合至所述筒形件， 所述第二下游轉(zhuǎn)換器與所述第二上游轉(zhuǎn)換器具有操作關(guān)系；其中，所述第一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器也選擇性地結(jié)合到所述第二上游轉(zhuǎn) 換器和所述第二下游轉(zhuǎn)換器，其中所述第一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述第 二上游轉(zhuǎn)換器，并且還驅(qū)動(dòng)所述第二下游轉(zhuǎn)換器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波測(cè)量計(jì)，還包括 多路復(fù)用器，該多路復(fù)用器結(jié)合在所述轉(zhuǎn)換器和所述第一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器之間；其中所述多路復(fù)用器選擇性地將所述轉(zhuǎn)換器結(jié)合至所述第一轉(zhuǎn)換 器驅(qū)動(dòng)器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波測(cè)量計(jì)，還包括 接收器電路，該接收器電路結(jié)合至所述多路復(fù)用器； 其中所述多路復(fù)用器將所述第一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器結(jié)合到所述第一上游轉(zhuǎn)換器，然后將所述第一上游轉(zhuǎn)換器從所述第一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器斷開(kāi)，并將所述接收器電路結(jié)合到所述第一下游轉(zhuǎn)換器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波測(cè)量計(jì)，還包括 接收器電路；第一多路復(fù)用器，該第一多路復(fù)用器結(jié)合至所述轉(zhuǎn)換器；以及 第二多路復(fù)用器，該第二多路復(fù)用器結(jié)合至所述第一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng) 器和所述接收器電路。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波測(cè)量計(jì)，還包括 第二上游轉(zhuǎn)換器，該第二上游轉(zhuǎn)換器機(jī)械地結(jié)合至所述筒形件；以及第二下游轉(zhuǎn)換器，該第二下游轉(zhuǎn)換器機(jī)械地結(jié)合至所述筒形件， 所述第二下游轉(zhuǎn)換器與所述第二上游轉(zhuǎn)換器具有操作關(guān)系；第二轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器，該第二轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器選擇性地結(jié)合到所述第 二上游轉(zhuǎn)換器和所述第二下游轉(zhuǎn)換器，其中所述第二轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器驅(qū) 動(dòng)所述第二上游轉(zhuǎn)換器，并且還驅(qū)動(dòng)所述第二下游轉(zhuǎn)換器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲波測(cè)量計(jì)，還包括 第一轉(zhuǎn)換器多路復(fù)用器，該第一轉(zhuǎn)換器多路復(fù)用器結(jié)合在所述第一上游和下游轉(zhuǎn)換器與所述第一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器之間，其中所述第一轉(zhuǎn) 換器多路復(fù)用器選擇性地將所述第一上游和下游轉(zhuǎn)換器結(jié)合至所述第 一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器；以及第二轉(zhuǎn)換器多路復(fù)用器，該第二轉(zhuǎn)換器多路復(fù)用器結(jié)合在所述第 二上游和下游轉(zhuǎn)換器與所述第二轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器之間，其中所述第二轉(zhuǎn) 換器多路復(fù)用器選擇性地將所述第二上游和下游轉(zhuǎn)換器結(jié)合至所述第 二轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波測(cè)量計(jì)，還包括 接收器多路復(fù)用器；接收器電路，該接收器電路結(jié)合至所述接收器多路復(fù)用器；其中所述接收器多路復(fù)用器選擇性地將所述接收器電路結(jié)合至所 述轉(zhuǎn)換器。
9. 一種方法，包括用第一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)第一轉(zhuǎn)換器，從而在流體中產(chǎn)生第一聲 學(xué)信號(hào)；在第二轉(zhuǎn)換器處接收所述第一聲學(xué)信號(hào)；用所述第一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述第二轉(zhuǎn)換器，從而在流體中產(chǎn)生第二聲學(xué)信號(hào)；以及在第一轉(zhuǎn)換器處接收所述第二聲學(xué)信號(hào)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括用所述第一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)第三轉(zhuǎn)換器，從而在流體中產(chǎn)生第三聲學(xué)信號(hào)；在第四轉(zhuǎn)換器處接收所述第三聲學(xué)信號(hào)；用所述第一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述第四轉(zhuǎn)換器，從而在流體中產(chǎn) 生第四聲學(xué)信號(hào)；以及在所述第三轉(zhuǎn)換器處接收所述第四聲學(xué)信號(hào)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，該方法還包括 用第二轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)第三轉(zhuǎn)換器，從而在流體中產(chǎn)生第三聲學(xué)信號(hào)；在第四轉(zhuǎn)換器處接收所述第三聲學(xué)信號(hào)；用所述第二轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述第四轉(zhuǎn)換器，從而產(chǎn)生第四聲 學(xué)信號(hào)；以及在所述第三轉(zhuǎn)換器處接收所述第四聲學(xué)信號(hào)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括 其中驅(qū)動(dòng)所述第一轉(zhuǎn)換器還包括通過(guò)多路復(fù)用器將所述第一轉(zhuǎn)換器結(jié)合到所述第一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器以預(yù)定的時(shí)間量；以及然后通過(guò)所述多路復(fù)用器將所述第一轉(zhuǎn)換器從所述第一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器斷開(kāi)；其中驅(qū)動(dòng)所述第二轉(zhuǎn)換器還包括通過(guò)多路復(fù)用器將所述第二轉(zhuǎn)換器結(jié)合到所述第一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器 以預(yù)定的時(shí)間量；以及然后通過(guò)所述多路復(fù)用器將所述第二轉(zhuǎn)換器從所述第一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器 斷開(kāi)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括其中接收所述第一信號(hào)還包括用接收器電路接收所述信號(hào)；以及 其中接收所述第二信號(hào)還包括用所述接收器電路接收所述第二信號(hào)
14. 一種超聲波測(cè)量計(jì)，包括用于在流體流中流體地結(jié)合所述超聲波測(cè)量計(jì)的裝置；用于在流體中產(chǎn)生聲學(xué)信號(hào)的第一裝置，所述用于產(chǎn)生的第一裝 置機(jī)械地結(jié)合至所述用于流體結(jié)合的裝置；用于在流體中產(chǎn)生聲學(xué)信號(hào)的第二裝置，用于產(chǎn)生的第二裝置機(jī) 械地結(jié)合至所述用于流體結(jié)合的裝置，且所述用于產(chǎn)生的第二裝置與 所述用于產(chǎn)生的第一裝置具有操作關(guān)系；以及用于驅(qū)動(dòng)用于產(chǎn)生的裝置的第一裝置，所述用于驅(qū)動(dòng)的第一裝置 選擇性結(jié)合至所述用于產(chǎn)生的第一和第二裝置，其中，所述用于驅(qū)動(dòng) 的裝置驅(qū)動(dòng)所述用于產(chǎn)生的第一裝置，并還驅(qū)動(dòng)所述用于產(chǎn)生的第二 裝置。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的超聲波測(cè)量計(jì)，還包括用于產(chǎn)生聲學(xué)信號(hào)的第三裝置，該第三裝置結(jié)合至所述用于流體 結(jié)合的裝置；以及用于產(chǎn)生聲學(xué)信號(hào)的第四裝置，該第四裝置結(jié)合至所述用于流體結(jié)合的裝置，所述用于產(chǎn)生的第四裝置與所述用于產(chǎn)生的第三裝置具 有操作關(guān)系；其中所述用于驅(qū)動(dòng)的第一裝置還選擇性地結(jié)合至所述用于產(chǎn)生的 第三和第四裝置，其中所述用于驅(qū)動(dòng)的第一裝置驅(qū)動(dòng)所述用于產(chǎn)生的 第三裝置，并還驅(qū)動(dòng)所述用于產(chǎn)生的第四裝置。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的超聲波測(cè)量計(jì)，還包括這樣的裝置， 該裝置用于選擇性地將來(lái)自所述用于產(chǎn)生的裝置的信號(hào)結(jié)合至所述用 于驅(qū)動(dòng)的第一裝置。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的超聲波測(cè)量計(jì)，還包括用于接收由用于產(chǎn)生的裝置所檢測(cè)到的信號(hào)的裝置，該用于接收的裝置結(jié)合至所述用于選擇性結(jié)合的裝置；其中所述用于選擇性結(jié)合的裝置將所述用于驅(qū)動(dòng)的第一裝置結(jié)合 至所述用于產(chǎn)生的第一裝置，然后將所述用于產(chǎn)生的第一裝置從所述 用于驅(qū)動(dòng)的第一裝置斷開(kāi)，并將所述用于接收信號(hào)的裝置結(jié)合至所述 用于產(chǎn)生的第二裝置。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的超聲波測(cè)量計(jì)，還包括 用于在流體中產(chǎn)生聲學(xué)信號(hào)的第三裝置，所述用于產(chǎn)生的第三裝置結(jié)合至所述用于流體結(jié)合的裝置；以及用于在流體中產(chǎn)生聲學(xué)信號(hào)的第四裝置，所述用于結(jié)合的第四裝 置結(jié)合至所述用于流體結(jié)合的裝置，并且所述用于產(chǎn)生的第四裝置與 所述用于產(chǎn)生的第三裝置具有操作關(guān)系；對(duì)用于產(chǎn)生的裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的第二裝置，所述用于驅(qū)動(dòng)的第二裝 置選擇性地結(jié)合至所述用于產(chǎn)生的第三和第四裝置，其中所述用于驅(qū) 動(dòng)的第二裝置驅(qū)動(dòng)所述用于產(chǎn)生的第三裝置，并還驅(qū)動(dòng)所述用于產(chǎn)生 的第四裝置。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的超聲波測(cè)量計(jì)，還包括用于選擇性地將所述用于產(chǎn)生的第一和第二裝置結(jié)合至所述用于 驅(qū)動(dòng)的第一裝置的裝置；以及用于選擇性地將所述用于產(chǎn)生的第三和第四裝置結(jié)合至所述用于 驅(qū)動(dòng)的第二裝置的裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的超聲波測(cè)量計(jì)，還包括 用于接收由用于產(chǎn)生的裝置所檢測(cè)到的信號(hào)的裝置；以及 用于選擇性地將所述用于產(chǎn)生的裝置結(jié)合至所述用于接收信號(hào)的 裝置的裝置。
全文摘要
一種用于超聲波測(cè)量計(jì)的驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)的方法和系統(tǒng)。示意性實(shí)施例中的至少一些為這樣的超聲波流量計(jì)，其包括筒形件，該筒形件結(jié)合在流體流中；第一上游轉(zhuǎn)換器，該第一上游轉(zhuǎn)換器機(jī)械地結(jié)合到所述筒形件上；第一下游轉(zhuǎn)換器，該第一下游轉(zhuǎn)換器機(jī)械地結(jié)合到所述筒形件上(所述第一下游轉(zhuǎn)換器與所述第一上游轉(zhuǎn)換器具有相互作用的關(guān)系)；以及第一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器，該第一轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器選擇性地結(jié)合到所述第一上游轉(zhuǎn)換器和所述第一下游轉(zhuǎn)換器。所述轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述第一上游轉(zhuǎn)換器，并且還驅(qū)動(dòng)所述第一下游轉(zhuǎn)換器。
文檔編號(hào)A61B8/00GK101247762SQ200680030800
公開(kāi)日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2006年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月22日
發(fā)明者基思·V·格羅舍爾 申請(qǐng)人:丹尼爾度量和控制公司