同步收发时差式超声波流量计 - 专利探索者 - 佰腾专利检索

摘要:

本实用新型公开了一种同步收发时差式超声波流量计。本实用新型包括换能器用于向对端发射超声波;超声波信号收发转换电路,用于接收换能器的超声波信号并接收发射电路的脉冲信号;信号滤波放大电路,用于减小输出的波动并放大输出信号;A/D转换电路,用于将模拟信号转换为数字信号;MCU,用于读取数字信号并将其发送至发射电路;发射电路,用于接收MCU发送的信号和发射脉冲。本实用新型测量更简单、测量速度更快,更能真实地反映出测量时刻的流速和流量信息。 - 专利探索者 - 佰腾专利检索

申请号: CN200820038526.9 专利名称: 同步收发时差式超声波流量计 申请(专利权)人: [国网电力科学研究院, 南京南瑞自动控制有限公司] 发明人: [朱浩, 夏洲, 郑慧娟] 其他信息:
1、一种同步收发时差式超声波流量计,其特征在于,包括 换能器用于向对端发射超声波; 超声波信号收发转换电路,用于接收换能器的超声波信号并接收发射电路 的脉冲信号; 信号滤波放大电路,用于减小输出的波动并放大输出信号; A/D转换电路,用于将模拟信号转换为数字信号; MCU,用于读取数字信号并将其发送至发射电路; 发射电路,用于接收MCU发送的信号和发射脉冲。
< p > 同步收发时差式超声波流量计 < /p > < p > < p id="p0001" num="0001" > 技术领域 < /p > < p id="p0002" num="0002" > 本实用新型涉及一种时差式超声波流量计,尤其是涉及一种同步收发时差 式超声波流量计。 < /p > < /p > < p > < p id="p0003" num="0003" > 背景技术 < /p > < p id="p0004" num="0004" > 超声波流量计与传统流量计相比,无可动部件、无压损、溯源性好、成本 对口径变动不敏感,因此在中大管径流量测量方面具有明显优势。 < /p > < p id="p0005" num="0005" > 目前国内外使用的时差式超声波流量计,正向传播时间和逆向传播时间的 测量是分时实现的,正向传播时间和逆向传播时间之间的切换不可避免地具有 一定延时,若流速变化很快时,这一延时将产生流速测量上的误差,若使用多 声路测量大型水电站或输供水系统,这一误差将继续扩大。 < /p > < p id="p0006" num="0006" > 另外,为了使接收机能接收到有效超声波信号,在发射机端的发射脉冲电 压将高达400V甚至1000V,如此高的电压对电路板设计与元器件选择都带来很 大压力,也增加了发射机发生故障的频率。虽然如此,时差式超声波流量计在 复杂环境中信号仍有可能被环境噪声淹没,传统阈值法和过零法结合测量时差 将难以实现。 < /p > < /p > < p > < p id="p0007" num="0007" > 发明内容 < /p > < p id="p0008" num="0008" > 1、发明目的 < /p > < p id="p0009" num="0009" > 针对上述现有技术中存在的不足,本实用新型要解决的技术问题是提供一 < !-- SIPO < DP n="1" > -- > 种信号同步收发时差式超声波流量计,即正逆向换能器同时发射超声波信号, 经一定延时后同时打开信号接收机,利用互相关技术对接收到的信号进行处理, 一次性得到正向传播时间和逆向传播时间。此实用新型简化了测量方法,降低 了对发射电压的要求,减小了由延时带来的测量误差。 < /p > < p id="p0010" num="0010" > 2、技术方案 < /p > < p id="p0011" num="0011" > 为了达到以上目的,本实用新型采用的技术方案如下: < /p > < p id="p0012" num="0012" > 本实用新型包括,换能器、超声波信号收发转换电路、信号滤波放大电路、 A/D转换电路、MCU、发射电路。 < /p > < p id="p0013" num="0013" > 其中,换能器用于向对端发射超声波; < /p > < p id="p0014" num="0014" > 超声波信号收发转换电路,用于接收换能器的超声波信号并接收发射电路 的脉冲信号; < /p > < p id="p0015" num="0015" > 信号滤波放大电路,用于减小输出的波动并放大输出信号; < /p > < p id="p0016" num="0016" > A/D转换电路,用于将模拟信号转换为数字信号; < /p > < p id="p0017" num="0017" > MCU,用于读取数字信号并将其发送至发射电路; < /p > < p id="p0018" num="0018" > 发射电路,用于接收MCU发送的信号和发射脉冲。 < /p > < p id="p0019" num="0019" > 3、有益效果 < /p > < p id="p0020" num="0020" > 本实用新型具有的有益效果是: < /p > < p id="p0021" num="0021" > 1)本实用新型只需进行一次信号收发工作即可获得正逆向传播时间,从而 获得流速和流量信息。与分时测量正逆向传播时间方法相比,本实用新 型测量更简单、测量速度更快,更能真实地反映出测量时刻的流速和流 量信息。 < /p > < p id="p0022" num="0022" > 2)提高了装置的抗干扰能力,降低了对发射电压的要求,即使发射信号被 淹没在环境噪声中,亦能通过相关技术获得有用信息。 < /p > < !-- SIPO < DP n="2" > -- > < p id="p0023" num="0023" > 3)节省了运算时间和硬件资源,实现更加方便简捷。 < /p > < /p > < p > < p id="p0024" num="0024" > 附图说明 < /p > < p id="p0025" num="0025" > 附图是本实用新型的示意图,其中A、B是换能器。 < /p > < /p > < p > < p id="p0026" num="0026" > 具体实施方式 < /p > < p id="p0027" num="0027" > 本实用新型同时向对端传感器发出超声波信号,在超声波信号到达对端前同 时打开接收电路,并用相关算法获取正逆向传播时间,从而获得流速和流量信 息。此实用新型简化测量方法、减小测量误差以及显著降低对信号信噪比的要 求。 < /p > < p id="p0028" num="0028" > 实施步骤如下: < /p > < p id="p0029" num="0029" > 1)如附图所示,发射机打开,换能器A和换能器B同时向对端发射超声波; 对于杂质较多的流体,可以使用双脉冲或三脉冲形成的波形来提高测量 精度。 < /p > < p id="p0030" num="0030" > 2)经过一定延时,在超声波信号到达对端前打开两传感器接收电路,接收 波形,波形中有环境噪声。 < /p > < p id="p0031" num="0031" > 3)接收波形与发射波形进行相关运算,通过相应计算即可得正向传播时间 (对应第一个波峰)和逆向传播时间(对应第二个波峰),进而获得流速和 流量信息。 < /p > < p id="p0032" num="0032" > 若流速很慢时,在波形数据上只能查到一个波峰(正向发射波形与逆向发射 波形部分重叠),与流体静止时的波形相似,此时给流速测量带来困难。如果就 此认为流体静止,明显误差较大,为解决此问题有两种解决方法: < /p > < p id="p0033" num="0033" > 1)提高换能器工作频率; < /p > < !-- SIPO < DP n="3" > -- > < p id="p0034" num="0034" > 2)A换能器发出超声波后,B换能器经一定延时再发射,其余操作方法与步 骤不变,只是在计算逆向传播时间时要扣除此延时才能得到正真的逆向 传播时间。 < /p > < !-- SIPO < DP n="4" > -- > < /p >
< p > 背景技术 < /p > < p > 超声波流量计与传统流量计相比,无可动部件、无压损、溯源性好、成本 对口径变动不敏感,因此在中大管径流量测量方面具有明显优势。 < /p > < p > 目前国内外使用的时差式超声波流量计,正向传播时间和逆向传播时间的 测量是分时实现的,正向传播时间和逆向传播时间之间的切换不可避免地具有 一定延时,若流速变化很快时,这一延时将产生流速测量上的误差,若使用多 声路测量大型水电站或输供水系统,这一误差将继续扩大。 < /p > < p > 另外,为了使接收机能接收到有效超声波信号,在发射机端的发射脉冲电 压将高达400V甚至1000V,如此高的电压对电路板设计与元器件选择都带来很 大压力,也增加了发射机发生故障的频率。虽然如此,时差式超声波流量计在 复杂环境中信号仍有可能被环境噪声淹没,传统阈值法和过零法结合测量时差 将难以实现。 < /p >
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