一種多聲道超聲波多普勒流量測(cè)量裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種多聲道超聲波多普勒流量測(cè)量裝置，包括壓力式水位計(jì)、MCU控制單元、PLL頻率發(fā)生器、超聲波驅(qū)動(dòng)電路、第一切換電路、多個(gè)發(fā)送換能器、多個(gè)接收換能器、第二切換電路、混頻器和頻率計(jì)，其中，一個(gè)發(fā)送換能器對(duì)應(yīng)一個(gè)接收換能器。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了多個(gè)發(fā)送換能器和多個(gè)接收換能器，每一對(duì)換能器在流體的放置角度不同，對(duì)流域范圍內(nèi)不同角度的流速進(jìn)行測(cè)量，采用多聲道切換方式，降低了由于流體分布不均勻達(dá)到的測(cè)量誤差，采用平均流速，使測(cè)量的精度更高，并且采用超聲波多普勒原理，能夠適用于污水或相對(duì)干凈的水體，其適用的環(huán)境更多。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種多聲道超聲波多普勒流量測(cè)量裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及流體流量測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多聲道超聲波多普勒流量測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前我國(guó)城市管網(wǎng)、灌區(qū)、明渠流量采集的主要使用為水位流量關(guān)系法，特別是在南方灌區(qū)渠道落差小取水口多，大部分為非自然出流，需要修建量水建筑物，工程造價(jià)高。而城市管網(wǎng)管網(wǎng)環(huán)境惡劣，基本沒(méi)有相應(yīng)的監(jiān)測(cè)手段。流速面積法流量計(jì)主要以進(jìn)口產(chǎn)品為主，價(jià)格昂貴動(dòng)輒幾十萬(wàn)，只能在部分地點(diǎn)安裝，且維護(hù)成本較高。
[0003]液位法，主要依據(jù)水力學(xué)基本原理，當(dāng)水流過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的槽或堰(典型的如巴歇爾槽、三角堰、矩形堰)時(shí)，流量與液位高度成一定的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)測(cè)量流過(guò)標(biāo)準(zhǔn)斷面的液位，換算成流量。液位測(cè)量通常采用超聲波液位計(jì)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，這類(lèi)方法的流量測(cè)量精度通常為± 3 %左右，且需要固定斷面工程造價(jià)高，測(cè)量精度較低。
[0004]流速面積法同時(shí)測(cè)量渠道或橫斷面上的平均流速和液位，根據(jù)液位得到橫截面積，從而計(jì)算流量。常見(jiàn)的流速面積法多為進(jìn)口廣品，造價(jià)昂貴。
[0005]常用的流量計(jì)多為以下幾種:超聲波時(shí)差法流量計(jì)，電磁流量計(jì)，渦輪轉(zhuǎn)子流量計(jì)，超聲波明渠流量計(jì)等。超聲波時(shí)差法流量計(jì)只能用于干凈的水，無(wú)法應(yīng)用含有雜質(zhì)的自然水域;電磁流量計(jì)只能用于污水管道，且必須是滿管測(cè)量;渦輪轉(zhuǎn)子流量計(jì)容易被雜物擋住，造成設(shè)備損壞，不能用于自然水域流量測(cè)量;超聲波明渠流量計(jì)采用液位法測(cè)量水位，但需要建造斷面造價(jià)昂貴，施工量較大。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種多聲道超聲波多普勒流量測(cè)量
目.ο
[0007]本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下:
[0008]本實(shí)用新型提供了一種多聲道超聲波多普勒流量測(cè)量裝置，包括壓力式水位計(jì)、MCU控制單元、PLL頻率發(fā)生器、超聲波驅(qū)動(dòng)電路、第一切換電路、多個(gè)發(fā)送換能器、多個(gè)接收換能器、第二切換電路、混頻器和頻率計(jì)，其中，一個(gè)發(fā)送換能器對(duì)應(yīng)一個(gè)接收換能器；
[0009 ] 所述壓力式水位計(jì)連接所述MCU控制單元的一個(gè)輸入端，所述MCU控制單元、所述PLL頻率發(fā)生器、所述超聲波驅(qū)動(dòng)電路以及所述第一切換電路依次連接，所述第一切換電路與多個(gè)發(fā)送換能器輪流連接，所述PLL頻率發(fā)生器還與所述混頻器連接，接收信號(hào)的接收換能器與第二切換電路連接，所述第二切換電路、混頻器和頻率計(jì)依次連接，所述頻率計(jì)所述MCU的另一個(gè)輸入端連接。
[0010]本實(shí)用新型的有益效果為:設(shè)計(jì)了多個(gè)發(fā)送換能器和多個(gè)接收換能器，采用多聲道切換方式，降低了由于流體分布不均勻達(dá)到的測(cè)量誤差，采用平均流速，使測(cè)量的精度更高，并且采用超聲波多普勒原理，能夠適用于污水或相對(duì)干凈的水體，其適用的環(huán)境更多。
[0011]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型還可以作如下改進(jìn)。
[0012]進(jìn)一步的，每一個(gè)發(fā)送換能器和對(duì)應(yīng)的一個(gè)接收換能器組成的每一對(duì)換能器放置在流體中的不同角度位置。
[0013]所述進(jìn)一步的有益效果為:每一對(duì)換能器放置在流體中的角度位置不同，可以測(cè)量不同角度的流體流速，再平均出來(lái)的流體流速更能反映真實(shí)的流體流速。
[0014]進(jìn)一步的，還包括低噪聲放大電路，所述低噪聲放大電路連接在第二切換電路與所述混頻器之間。
[0015]進(jìn)一步的，還包括濾波放大電路，所述濾波放大電路連接在所述混頻器與所述頻率計(jì)之間。
[0016]所述進(jìn)一步的有益效果為:對(duì)混頻器輸出的差頻信號(hào)進(jìn)行濾波放大，去除其中的干擾信號(hào)。
[0017]進(jìn)一步的，還包括供電電路，所述供電電路連接測(cè)量裝置中的各個(gè)部件，為各個(gè)部件供電。
【附圖說(shuō)明】

[0018]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的一種多聲道超聲波多普勒流量測(cè)量裝置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本實(shí)用新型，并非用于限定本實(shí)用新型的范圍。
[0020]實(shí)施例、一種多聲道超聲波多普勒流量測(cè)量裝置。
[0021]參見(jiàn)圖1，本實(shí)施例提供的多聲道多普勒流量測(cè)量裝置包括壓力式水位計(jì)、MCU控制單元、PLUPhaseLockedLoop，鎖相環(huán))頻率發(fā)生器、超聲波驅(qū)動(dòng)電路、第一切換電路、多個(gè)發(fā)送換能器、多個(gè)接收換能器、第二切換電路、混頻器和頻率計(jì)，其中，一個(gè)發(fā)送換能器對(duì)應(yīng)一個(gè)接收換能器；
[0022 ] 所述壓力式水位計(jì)連接所述MCU控制單元的一個(gè)輸入端，所述MCU控制單元、所述PLL頻率發(fā)生器、所述超聲波驅(qū)動(dòng)電路以及所述第一切換電路依次連接，所述第一切換電路與多個(gè)發(fā)送換能器輪流連接，所述PLL頻率發(fā)生器還與所述混頻器連接，接收信號(hào)的接收換能器與第二切換電路連接，所述第二切換電路、混頻器、頻率計(jì)依次連接，所述頻率計(jì)所述MCU的另一個(gè)輸入端連接。本實(shí)施例中的每一個(gè)發(fā)送換能器和對(duì)應(yīng)的一個(gè)接收換能器組成的每一對(duì)換能器放置在流體中的不同角度位置。
[0023]其中，還包括低噪聲放大電路和濾波放大電路，所述低噪聲放大電路連接在第二切換電路與所述混頻器之間，所述濾波放大電路連接在所述混頻器與所述頻率計(jì)之間。流量測(cè)量裝置中還包括供電電路，所述供電電路連接測(cè)量裝置中的各個(gè)部件，為各個(gè)部件供電。
[0024]采用本實(shí)施例提供的流量測(cè)量裝置的具體工作原理為:MCU控制單元控制PLL頻率發(fā)生器產(chǎn)生兩路頻率為Fl的激勵(lì)信號(hào)，一路激勵(lì)信號(hào)作用于超聲波驅(qū)動(dòng)電路使超聲波換能器上產(chǎn)生頻率為Fl的聲波，第一切換電路用于切換來(lái)自超聲波驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)使之輪流作用于多個(gè)發(fā)送換能器，一個(gè)發(fā)送換能器對(duì)應(yīng)一個(gè)每一個(gè)接收換能器，一個(gè)發(fā)送換能器和一個(gè)接收換能器組成一組換能器，本實(shí)施例中的每一組換能器在水域放置的角度不同。第二切換電路將切換到與發(fā)送換能器對(duì)應(yīng)的接收換能器上，接收換能器接收發(fā)送換能器的信號(hào)，由于流體水域中固體顆粒的運(yùn)動(dòng)，接收換能器接收到的信號(hào)的頻率與發(fā)送換能器發(fā)送的信號(hào)的頻率會(huì)有所改變，接收換能器接收到的信號(hào)的頻率為F2。接收換能器接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)低噪聲放大電路進(jìn)行放大后進(jìn)入混頻器，PLL頻率發(fā)生器產(chǎn)生的另一路頻率為Fl的信號(hào)也進(jìn)入混頻器，頻率為Fl的信號(hào)與頻率為F2的信號(hào)進(jìn)入混頻器后得到一個(gè)差頻信號(hào)，頻率為F3，差頻F3即是多普勒效應(yīng)而產(chǎn)生的。差頻信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波放大電路進(jìn)行濾波放大后進(jìn)入頻率計(jì)，頻率計(jì)從差頻信號(hào)中提取差頻F3，并將該差頻F3送入MCU控制單元，MCU單元根據(jù)差頻F3計(jì)算得到流速。針對(duì)每一組換能器，MCU控制單元均計(jì)算出一個(gè)對(duì)應(yīng)的流速，MCU控制單元將這些流速進(jìn)行平均，得到平均流速。隨后，MCU控制單元根據(jù)平均流速和壓力式水位計(jì)測(cè)量的水位，利用速度面積法得到流量信息。
[0025]本實(shí)用新型提供的一種多聲道超聲波多普勒流量測(cè)量裝置，設(shè)計(jì)了多個(gè)發(fā)送換能器和多個(gè)接收換能器，每一個(gè)發(fā)送換能器和每一個(gè)接收換能器組成一組換能器，每一組換能器在流體的放置角度不同，對(duì)流域范圍內(nèi)不同角度的流速進(jìn)行測(cè)量，本實(shí)用新型采用多聲道切換方式，降低了由于流體分布不均勻達(dá)到的測(cè)量誤差，采用平均流速，使測(cè)量的精度更高，并且采用超聲波多普勒原理，能夠適用于污水或相對(duì)干凈的水體，其適用的環(huán)境更多。
[0026]在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“實(shí)施例一”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體方法、裝置或者特點(diǎn)包含于本實(shí)用新型的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、方法、裝置或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說(shuō)明書(shū)中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。
[0027]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多聲道超聲波多普勒流量測(cè)量裝置，其特征在于，包括壓力式水位計(jì)、MCU控制單元、PLL頻率發(fā)生器、超聲波驅(qū)動(dòng)電路、第一切換電路、多個(gè)發(fā)送換能器、多個(gè)接收換能器、第二切換電路、混頻器和頻率計(jì)，其中，一個(gè)發(fā)送換能器對(duì)應(yīng)一個(gè)接收換能器； 所述壓力式水位計(jì)連接所述MCU控制單元的一個(gè)輸入端，所述MCU控制單元、所述PLL頻率發(fā)生器、所述超聲波驅(qū)動(dòng)電路以及所述第一切換電路依次連接，所述第一切換電路與多個(gè)發(fā)送換能器輪流連接，所述PLL頻率發(fā)生器還與所述混頻器連接，接收信號(hào)的接收換能器與第二切換電路連接，所述第二切換電路、混頻器和頻率計(jì)依次連接，所述頻率計(jì)所述MCU的另一個(gè)輸入端連接。2.如權(quán)利要求1所述的多聲道超聲波多普勒流量測(cè)量裝置，其特征在于，每一個(gè)發(fā)送換能器和對(duì)應(yīng)的一個(gè)接收換能器組成的每一對(duì)換能器放置在流體中的不同角度位置。3.如權(quán)利要求1所述的多聲道超聲波多普勒流量測(cè)量裝置，其特征在于，還包括低噪聲放大電路，所述低噪聲放大電路連接在第二切換電路與所述混頻器之間。4.如權(quán)利要求1所述的多聲道超聲波多普勒流量測(cè)量裝置，其特征在于，還包括濾波放大電路，所述濾波放大電路連接在所述混頻器與所述頻率計(jì)之間。5.如權(quán)利要求1所述的多聲道超聲波多普勒流量測(cè)量裝置，其特征在于，還包括供電電路，所述供電電路連接測(cè)量裝置中的各個(gè)部件，為各個(gè)部件供電。
【文檔編號(hào)】G01F1/66GK205719134SQ201620611350
【公開(kāi)日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年6月21日
【發(fā)明人】劉高軍, 陳鵬, 陳翔, 潘凌, 武治國(guó), 張春萍
【申請(qǐng)人】武漢新烽光電股份有限公司