[發(fā)明專利]用于在流體中測量超聲波信號的渡越時間的方法和裝置有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201110277372.5 | 申請日： | 2011-09-19 |
| 公開（公告）號： | CN102749135A | 公開（公告）日： | 2012-10-24 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | A.布朗 | 申請（專利權(quán)）人： | 阿凱姆-測量電器有限責(zé)任公司 |
| 主分類號： | G01H7/00 | 分類號： | G01H7/00 |
| 代理公司： | 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105 | 代理人： | 謝強(qiáng) |
| 地址： | 德國施圖滕塞*** | 國省代碼： | 德國;DE |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 用于 流體 測量 超聲波 信號 時間 方法 裝置 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種用于測量流體中超聲波信號的渡越時間的裝置以及一種用于測量流體中超聲波信號的渡越時間的方法，其中，該裝置帶有至少兩個距離固定的在流體的流動方向上安裝的超聲波換能器。
背景技術(shù)
借助于超聲波的渡越時間測量原理，可以被應(yīng)用于例如水表或者熱量表中的流量測量中。為此，沿著流體順流流動方向(TOF-Up；TOF＝Time?of?Flight＝渡越時間)以及流體逆流流動方向(TOF-Down)連續(xù)的按照一定時間延遲的發(fā)送一個超聲波信號(波群)，并且測量超聲波的渡越時間。介質(zhì)是處于流動中的，因此在兩個測量之中有一個差值(TOF-Down-TOF-Up)，其構(gòu)成了用于流體流速的量度。超聲波脈沖的典型越時間位于60至80μs。在最大流量的情況下，典型的順流逆流渡越時間差位于1μs的范圍內(nèi)。
由于在介質(zhì)中聲速的高的溫度依賴性：在可能的溫度范圍上將會引起多個百分比的變化，而這個變化可能大于渡越時間差測量的實(shí)際有效差，因此，為了避免錯誤的檢測，確定信號渡越的絕對時間也是非常重要的。為此，為了可靠地檢測接收信號，可靠地識別所定義的第N個波(第一個波，第二個波...)是必要的，以便能夠進(jìn)行在所發(fā)射的波群與所接收的波群(接收波群)之間的絕對時間對應(yīng)。
由于超聲波接收信號的幅度既通過長期波動(比如通過測量管的污染)又通過短期波動(比如通過氣泡)而被改變，因此對渡越時間的這種絕對檢測是困難的。尤其是由于所接收波群的指數(shù)函數(shù)震蕩特性，使得困難的是：總能可靠地檢測開始波中的一個并且不是錯誤地將所檢測的波關(guān)聯(lián)到波群中一個錯誤的波號。這是因?yàn)橛捎诓ǖ姆鹊倪@種震蕩特性有時只有幾個毫伏的差異，尤其是，第一個波由于所提到的長期或者短期波動而也可能處于所設(shè)置的閾值之下，并且因此容易出現(xiàn)錯誤檢測。由此，可能出現(xiàn)超出所有公差的過大的測量誤差。
僅通過至此所提到的措施是不能夠準(zhǔn)確地確定，是否對于渡越時間確定來說檢測到錯誤的第N個波，或者是否確實(shí)在兩個測量之間出現(xiàn)了流體流量中大的突變。在介質(zhì)溫度中的迅速突變(比如在熱量表中就可能發(fā)生的)，也會導(dǎo)致測量時間的快速變化。因此，在多個時間上相互跟隨的測量值之間的可信性考察(其可以通過軟件的方式來進(jìn)行以及是通過軟件的方式來進(jìn)行的)，也是有其局限性的。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)是，提高超聲波渡越時間測量的可靠性，并且其中將錯誤的測量結(jié)果舍棄和/或者報(bào)告出錯誤。由此可以提升設(shè)備的整體運(yùn)行可靠性。
按照本發(fā)明，上述任務(wù)首先是通過一種本文開始部分所提到類型的方法來如下地解決的：在進(jìn)行第N次測量的時候，通過一個預(yù)先設(shè)置的閾值THCN(其不等于接收波群的過零)，來獲得所接收的接收波群的第一個波的寬度PW1N。為了解決上述任務(wù)，一種該類型的裝置提供了一個時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC，用來確定通過流體從一個換能器發(fā)射到另一個換能器的超聲波群的渡越時間以及脈沖寬度。
借助于一個時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)可以進(jìn)行納秒范圍的測量，從而可以進(jìn)行超聲波信號的脈沖寬度測量，由此，脈沖寬度的變化(其是在震蕩范圍內(nèi)對接收波群的波的幅度的一種量度)被絕對地或者相對地(相對于在穩(wěn)定范圍內(nèi)具有固定幅度的脈沖寬度)確定，并且被用于對測量的處理或者被用于輸出錯誤信號。
于是，本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式在于，在相同的測量中，在對應(yīng)于接收波群的過零的閾值THC0的條件下，采集第i個波的脈沖寬度PW2N，接著確定兩個所采集的脈沖寬度的比率PWVN＝PW1N/PW2N，從而如果PW1N和/或者比率PWVN的低于一個預(yù)定的值，則對于隨后的測量而降低預(yù)定的閾值，以便采集接收波群的第一個波的脈沖寬度PW1N+K，K＝1，...。由此實(shí)現(xiàn)了，在一個調(diào)節(jié)回路(Regelschleife)中，在出現(xiàn)(Eintreffen)第一個脈沖的條件下將比較器閾值設(shè)置到一個優(yōu)化的安全的數(shù)值，使得不存在如下的危險(xiǎn)：在不經(jīng)意地測量了第二個波而不是第一個波，并且由此出發(fā)同樣地將渡越時間相對于一個錯誤的其它波而確定。
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