專利名稱：一種超聲波流量測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明創(chuàng)造一種測量工具，具體涉及一種超聲波流量測量裝置。
背景技術(shù)：
超聲波用于流量的測量已有將近百年的歷史了。根據(jù)對信號檢測的原理，目前超聲波流量計(jì)大致可分為傳播速度差法(即直接時(shí)差法、時(shí)差法、相位差法、頻差法)、波束偏移法、多普勒法、相關(guān)法、空間濾波法及噪聲法等類型。其中時(shí)差法超聲波流量計(jì)具有以下幾個(gè)特點(diǎn):①可使用環(huán)境廣泛，即流速在每秒幾到幾十厘米的、管徑在I到幾米的環(huán)境下都可以使用；②對介質(zhì)幾乎無要求，可以測液體、氣體的流量，測量準(zhǔn)確度幾乎不受被測流體壓力、密度、粘度等參數(shù)的影響；③安裝方便、測試操作簡單對被測流體影響小。綜上所述時(shí)差法超聲波流量計(jì)被認(rèn)為是較好的大管徑流量測量儀表，在電力、石油、化工特別是供水系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。一般來說，超聲波流量計(jì)為了達(dá)到不超過整機(jī)1%的測量指標(biāo)，測量的時(shí)間差需達(dá)到納秒級，而在測量低流速提示則要求更高，因此需測量的總量程越大，則測量精度越低，如傳統(tǒng)的透過式傳播速度差法超聲波流量計(jì)采用雙射頭循環(huán)發(fā)射方式。專利(200710066737.3)公開了一種用于超聲波流量計(jì)時(shí)差交叉檢測方法，為了克服測量量程較大、精確度較低的問題，采用發(fā)射器發(fā)射信號一段時(shí)間后才打開信號接收機(jī)，通過延時(shí)的方式來縮短需要測得的總行程，以達(dá)到提高測量精度的目的。由于上述測量方法中的正向傳播時(shí)間和逆向傳播時(shí)間是分時(shí)實(shí)現(xiàn)的，因此容易出現(xiàn)因延時(shí)而導(dǎo)致產(chǎn)生誤差的問題。為了簡化測量方法，降低對發(fā)射電壓的要求，同時(shí)減小由延時(shí)帶來的測量誤差，專利(200820038526.9)公開了同步收發(fā)時(shí)差式超聲波流量計(jì)，該技術(shù)方案采用正逆向換能器同時(shí)發(fā)射超聲波信號，經(jīng)一 定延時(shí)后同時(shí)打開信號接收機(jī)，利用互相關(guān)技術(shù)對接收到的信號進(jìn)行處理，一次性得到正向傳播時(shí)間和逆向傳播時(shí)間，若遇到流速很慢時(shí)，則誤差明顯較大。針對流速很慢的情況雖有解決措施，但是使得測量方法變的復(fù)雜化了。上述兩個(gè)專利公開的技術(shù)方案專利(200710066737.3)和專利(200820038526.9)，由于均采用互相關(guān)法計(jì)算測量時(shí)間差使得測量成本較高。上述兩個(gè)專利公開的技術(shù)方案均采用測量正向傳播時(shí)間和逆向傳播時(shí)間以及采用延時(shí)的方式來縮短測量的總量程，以提高測量精度，因此時(shí)間測量的準(zhǔn)確度將直接影響流量計(jì)的測量精度。專利(200910181630.2)公開了一種提高時(shí)差式超聲波流量計(jì)精度的方法，該技術(shù)方案雖可以提高流量計(jì)的測量精度，但是由于采用的計(jì)數(shù)方法比較難實(shí)現(xiàn)，如需達(dá)到測量標(biāo)準(zhǔn)則需要IOOOg大小的容量，因此不能被廣泛采用。
發(fā)明創(chuàng)造內(nèi)容本發(fā)明創(chuàng)造的目的是提供一種超聲波流量測量裝置，通過改變傳統(tǒng)的雙射循環(huán)發(fā)射模式以及傳統(tǒng)的計(jì)時(shí)模塊，使在縮短測量總量程的同時(shí)精準(zhǔn)計(jì)算時(shí)差，較大的增加了測量的精確度。本發(fā)明創(chuàng)造的具體技術(shù)方案如下:一種超聲波流量測量裝置，包括分別在管外上游和下游安裝的超聲波換能器，由探頭發(fā)射接收及采集處理模塊控制換能器驅(qū)動模塊實(shí)現(xiàn)超聲波換能器的開啟和關(guān)閉，從超聲波換能器發(fā)出的信號經(jīng)信號調(diào)理模塊傳送到探頭發(fā)射接收及采集處理模塊，探頭發(fā)射接收及采集處理模塊分別控制時(shí)間差采集模塊、順流傳播時(shí)間采集模塊及逆流傳播時(shí)間采集模塊的充放電動作，時(shí)間差采集模塊、順流傳播時(shí)間采集模塊及逆流傳播時(shí)間采集模塊經(jīng)由模擬多路開關(guān)、信號放大電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊將充放電信號反饋給控制器，由控制器控制探頭發(fā)射接收及采集處理模塊的運(yùn)行。所述時(shí)間差采集模塊、順流傳播時(shí)間采集模塊及逆流傳播時(shí)間采集模塊的內(nèi)部均包括控制開關(guān)1、充電參考電源、壓控電流源和控制開關(guān)II，上述部件順次連接并與探頭發(fā)射接收及采集處理模塊構(gòu)成充放電信號的控制回路，充電電容并聯(lián)在控制開關(guān)II的兩端。上述超聲波流量測量裝置的測量方法，包括以下步驟:(I)首先控制器向探頭發(fā)射接收及采集處理模塊發(fā)出一個(gè)開始測量的信號，同時(shí)向探頭發(fā)射接收及采集處理模塊發(fā)出控制信號使時(shí)間差采集模塊中的充電電容放電至電荷量為零，使順流傳播時(shí)間采集模塊和逆流傳播時(shí)間采集模塊中的充電電容開始充電；( 2 )與步驟(I)同時(shí)進(jìn)行的，探頭發(fā)射接收及采集處理模塊控制換能器驅(qū)動模塊使超聲波換能器同時(shí)發(fā)射超聲波；(3)超聲波換能器先接收到順流傳播的超聲波，該信號在經(jīng)換能器驅(qū)動模塊、信號調(diào)理模塊及探頭發(fā)射接收及采集處理模塊處理后控制時(shí)間差采集模塊中的充電電容開始充電，同時(shí)順流傳播時(shí)間采·集模塊中的充電電容停止充電，通過順流傳播時(shí)間采集模塊中充電電容的電壓計(jì)算得出電容充電時(shí)間，進(jìn)而得到順流傳播時(shí)間H' ；(4) 一段時(shí)間之后，超聲波換能器接收到逆流傳播的超聲波，該信號在經(jīng)換能器驅(qū)動模塊、信號調(diào)理模塊及探頭發(fā)射接收及采集處理模塊處理后控制時(shí)間差采集模塊中的充電電容停止充電，同時(shí)逆流傳播時(shí)間采集模塊中的充電電容停止充電，通過逆流傳播時(shí)間采集模塊中充電電容的電壓計(jì)算得出電容充電時(shí)間，進(jìn)而得到逆流傳播時(shí)間T2' ；(5)測量時(shí)間差采集模塊中充電電容的電壓，通過電壓和充電時(shí)間成正比計(jì)算得出充電時(shí)間，即順流傳播時(shí)間和逆流傳播時(shí)間的時(shí)間差A(yù)t ;(6)設(shè)兩個(gè)換能器的水平間距為d，超聲波在聲楔中的入射角為α，在靜水條件下，超聲波在靜止流體中的速度為C，流體的平均速度為V，超聲波在被測流體中的順流傳播時(shí)間Tl和逆流傳播時(shí)間Τ2，則有
權(quán)利要求1.一種超聲波流量測量裝置，其特征在于:包括分別在管外(I)上游和下游安裝的超聲波換能器(2、3)，由探頭發(fā)射接收及采集處理模塊(8)控制換能器驅(qū)動模塊(4、5)實(shí)現(xiàn)超聲波換能器(2、3)的開啟和關(guān)閉，從超聲波換能器(2、3)發(fā)出的信號經(jīng)信號調(diào)理模塊(6、7)傳送到探頭發(fā)射接收及采集處理模塊(8)，探頭發(fā)射接收及采集處理模塊(8)分別控制時(shí)間差采集模塊(13)、順流傳播時(shí)間采集模塊(14)及逆流傳播時(shí)間采集模塊(15)的充放電動作，時(shí)間差采集模塊(13)、順流傳播時(shí)間采集模塊(14)及逆流傳播時(shí)間采集模塊(15)經(jīng)由模擬多路開關(guān)(2)、信號放大電路(11)、A/D轉(zhuǎn)換模塊(10)將充放電信號反饋給控制器(9)，由控制器(9)控制探頭發(fā)射接收及采集處理模塊(8)的運(yùn)行。
2.如權(quán)利要求1所述的一種超聲波流量測量裝置，其特征在于:所述時(shí)間差采集模塊(13)、順流傳播時(shí)間采集模塊(14)及逆流傳播時(shí)間采集模塊(15)的內(nèi)部均包括控制開關(guān)I(16)、充電參考電源(17)、壓控電流源(18)和控制開關(guān)II (20)，上述部件順次連接并與探頭發(fā)射接收及采集處理模塊(8)構(gòu)成充放電信號的控制回路，充電電容(19)并聯(lián)在控制開 關(guān)II (20)的兩端。
專利摘要本實(shí)用新型創(chuàng)造提供一種超聲波流量測量裝置，通過改變傳統(tǒng)的雙射循環(huán)發(fā)射模式以及傳統(tǒng)的計(jì)時(shí)模塊，使在縮短測量總量程的同時(shí)精準(zhǔn)計(jì)算時(shí)差，較大的增加了測量的精確度。該超聲波流量測量裝置由探頭發(fā)射接收及采集處理模塊控制換能器驅(qū)動模塊實(shí)現(xiàn)超聲波換能器的開啟和關(guān)閉，從超聲波換能器發(fā)出的信號經(jīng)信號調(diào)理模塊傳送到探頭發(fā)射接收及采集處理模塊，探頭發(fā)射接收及采集處理模塊分別控制時(shí)間差采集模塊、順流傳播時(shí)間采集模塊及逆流傳播時(shí)間采集模塊的充放電動作，時(shí)間差采集模塊、順流傳播時(shí)間采集模塊及逆流傳播時(shí)間采集模塊經(jīng)由模擬多路開關(guān)、信號放大電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊將充放電信號反饋給控制器。
文檔編號G01F1/66GK203148479SQ20132008153
公開日2013年8月21日 申請日期2013年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月22日
發(fā)明者方宇昌, 陳亮, 鄭微, 周德陽 申請人:呼和浩特市睿城科技有限責(zé)任公司