[發明專利]用于超聲波流量計的變頻器干擾解決方法及測量系統

有效

• 申請號: 201310237589.2
• 申請日: 2013-06-17
• 公開（公告）號: CN103353316A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 李卓函;王超;段同磊;孟祥陽
• 申請（專利權）人: 大連理工大學;大連經濟技術開發區山海電子有限公司
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 大連智慧專利事務所 21215
• 代理人: 劉琦

技術領域

本發明屬于儀器儀表領域，涉及到水流量測量方法，特別涉及到超聲波流量計中變頻干擾的解決方法。

背景技術

超聲波流量計具有測量精度高、使用方便的優點，目前在水流量測量方面已經得到廣泛應用。其利用聲波在順流和逆流傳播中的時間差，計算得到水的瞬時流速，再依據管道的截面積，獲得水流動時的瞬時流量，再通過對時間的積分，得到水流動時累計流量。可以看出，超聲波流量計工作時，需通過上游探頭發送信號、下游探頭接收信號，獲得順流傳播時間，然后再通過下游探頭發送信號、上游探頭接收信號，獲得逆流傳播時間，不斷循環往復。由于聲波在水中傳輸速度極快，因此在管道中的傳輸時間很短，上游傳輸到下游和下游傳輸到上游的時間差通常在幾十納秒到幾百納秒之間，這要求對聲波在管道中的傳輸時間進行非常精確的測量，目前德國ACAM公司推出的時間數字轉換芯片TDC-GP22是專門用于超聲波流量計中時間的檢測，時間分辨率可達65皮秒，為保證時間差測量精度，本發明所設計的超聲波流量計基于TDC-GP22芯片，其電源和信號接口電路常規設計如圖1所示。但TDC-GP22對時間進行精確測量的前提是，在接收端獲得的信號波形不失真。而超聲波流量計在工作時，相應的水泵通常需要變頻器進行驅動，這將在超聲波流量計的電源輸入上產生強烈的干擾，從而嚴重影響接收信號，造成流量計無法工作。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：變頻器對超聲波流量計的電源干擾問題。

為了達到上述目的，本發明提供了一種用于超聲波流量計的變頻器干擾解決方法，在被測管路中同一上下游狀態設置兩套超聲波流量計。每一所述超聲波流量計中時間數字轉換芯片的供電電源為充電電池。在工作狀態下，一套所述超聲波流量計由所述充電電池提供電力實現工作；另一套所述超聲波流量計處于待機狀態，且所述待機狀態超聲波流量計的充電電池處于充電狀態。一定切換周期或者充電狀態的電池充滿電后，切換兩套超聲波流量計的工作狀態，從而實現兩個聲道測量的循環切換，并始終保證當前測量聲道（當前測量超聲波流量計）由所述充電電池供電。

優選方式下，所述超聲波流量計選用TDC-GP22芯片；所述充電電池為3.6V電池；所述切換周期為24小時。而工作狀態的控制由CPU實現。

根據上述方法，為了實現簡單控制，簡化電路設置，本發明還提供了一種基于超聲波流量計變頻器干擾解決方法的測量系統，在被測管路中同一上下游狀態設置兩套基于TDC-GP22芯片超聲波流量計，每一套超聲波流量計還包括與所述TDC-GP22芯片關聯的上游探頭、下游探頭。其中，設置一個通過SPI接口經各自的光電隔離芯片與每一TDC-GP22進行通信實現時鐘信號、片選信號、數字量輸入信號、數字量輸出信號傳輸的CPU，用于控制每一所述TDC-GP22信號的發送、數據的讀取、參數的讀取和設置。為每一所述TDC-GP22設置一個3.6V充電電池，作為工作電源。此外，系統的電源由外接220V?AC或24V?DC供電，外接電源經轉換后持續為所述CPU供電；同時轉換后的電源還經繼電器切換為導通與截止狀態交互的兩個支路，每一所述支路再經電源轉換后利用充電回路為一個所述超聲波流量計的充電電池充電；其中，所述繼電器的導通與截止用于兩套所述超聲波流量計工作與待機狀態的交互切換；所述繼電器的控制端連接所述CPU的控制引腳。

上述測量系統實現上述測量方法，主要依靠CPU控制實現。

本發明的技術方案是：以低功耗雙聲道超聲波流量計技術為基礎，在外接220V?AC或24V?DC供電時，對兩個聲道輔以電池供電，并在兩個聲道之間進行測量的循環切換，切換周期以24小時為單位，將兩個聲道分別命名為A聲道和B聲道，通過切換總是保證當前測量的聲道是電池供電。例：若A聲道工作，則將A聲道的外接電源切除，使該聲道的測量完全由電池供電，從而避免由于變頻器工作后從外接電源引入的干擾，同時B聲道處于待機狀態，此時將B聲道的外接電源接通，并利用外接電源對B聲道的電池進行充電，當充電結束時，切除B聲道的充電回路，但B聲道仍然由外接電源供電；當B聲道工作、A聲道處于待機狀態時，處理與之類似，此時將切除B聲道的外接電源，使之完全由電池供電進行工作，而A聲道的外接電源則接通，并利用外接電源對A聲道的電池進行充電，充電結束后，切除充電回路。由于兩個聲道均采用低功耗設計，因此即使采用電池供電，其持續工作時間也將遠大于24小時，本發明設計將切換周期單位定為24小時，并采用可多次反復充電的充電電池，保證了流量計的長久運行，具體設計如圖1所示。