[發(fā)明專利]一種高響應(yīng)速度的超聲波流量計(jì)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310318454.9
• 申請日: 2013-07-26
• 公開（公告）號: CN103389133A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鮑敏;沈衛(wèi)平;吳春華;鄭錫斌
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江理工大學(xué)
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及流量計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種高響應(yīng)速度的超聲波流量計(jì)。

背景技術(shù)

時(shí)差式超聲波流量計(jì)依靠檢測流動介質(zhì)對超聲波信號的調(diào)制作用，獲得聲波在固定長度聲道上的渡越時(shí)間，從而推算出介質(zhì)的流速數(shù)據(jù)。但是現(xiàn)有技術(shù)中其信號的激勵(lì)與處理原理決定了很難提高時(shí)差式超聲波流量計(jì)的響應(yīng)速度。

現(xiàn)有技術(shù)中，在發(fā)出超聲波信號時(shí)，采取的主要方法包括：

1、采用方波序列激勵(lì)，如圖5所示，并設(shè)置閾值，當(dāng)信號幅值超過閾值后，采用其后若干個(gè)波形的過零點(diǎn)位置作為特征位置，如圖7所示。每個(gè)激勵(lì)的方波序列一般包括5～30個(gè)波形，在接收到的波形中尋找與激勵(lì)波形相對應(yīng)的過零點(diǎn)，作為這組激勵(lì)信號的渡越時(shí)間，獲得一個(gè)流量數(shù)據(jù)。

2、采用編碼方式的激勵(lì)，如圖6所示，并檢測接收波形中的頻率變化情況，通過與激勵(lì)編碼的對應(yīng)關(guān)系確定波形特征點(diǎn)，并輸出一個(gè)流量數(shù)據(jù)，如圖8所示。由于序列中需要有編碼信息，因此一個(gè)序列的波形數(shù)量較方波序列激勵(lì)更多。

以上兩種方法，序列需要包含若干個(gè)波形，因此序列必然占用一定時(shí)間；序列與序列之間，為了避免尾波干擾，也需要有一定的時(shí)間間隔；另外還需要將若干個(gè)流量數(shù)據(jù)平均后再輸出。因此流量計(jì)的響應(yīng)速度會受到一定的影響，一般只能達(dá)到幾十赫茲以下，再提高有很大的難度且計(jì)量精度會受到較大影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有時(shí)差式超聲波流量計(jì)測量響應(yīng)速率受處理方法制約的不足，設(shè)計(jì)一種新的流量計(jì)，可以在流量測量響應(yīng)速度上獲得極大的提高。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種高響應(yīng)速度的超聲波流量計(jì)，包括殼體，所述殼體上具有收發(fā)分離的四只傳感器，其中第一和第三傳感器負(fù)責(zé)發(fā)送，第二和第四傳感器負(fù)責(zé)接收，傳感器構(gòu)成一組聲道負(fù)責(zé)順流方向信號采集，傳感器構(gòu)成一組聲道負(fù)責(zé)逆流方向信號采集，其中傳感器與傳感器的連線在同一個(gè)殼體橫截面上。

進(jìn)一步的，還包括電路部分，包括：激勵(lì)信號發(fā)生器，同時(shí)給兩組傳感器提供連續(xù)的激勵(lì)信號；信號放大器，從傳感器獲得順流的信號波形；信號放大器，從傳感器獲得逆流的信號波形；信號比較器，比較順流的信號波形和逆流的方波信號，獲得兩者對應(yīng)過零點(diǎn)的時(shí)間差，該時(shí)間差與流體流動速度成比例關(guān)系。

進(jìn)一步的，將超聲波信號處理組合實(shí)現(xiàn)的多流動截面流速測量。

進(jìn)一步的，所述組合包括水平組合和交叉組合。

進(jìn)一步的，為了保證兩組激勵(lì)信號相位差最小，所述激勵(lì)信號發(fā)生器和兩組傳感器連接電纜均為等長。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在每個(gè)波形過零點(diǎn)都有一組流量數(shù)據(jù)輸出，因此具有與所使用的超聲波傳感器工作頻率相同的響應(yīng)速度。主要用于需要獲得高流量測量響應(yīng)的應(yīng)用場合，其輸出流量數(shù)據(jù)的速度最大可與其所使用的超聲波傳感器工作頻率相同。

本發(fā)明專利的有益效果是:使用收發(fā)分離的方式進(jìn)行聲道系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過結(jié)構(gòu)的冗余換取更密集的信號獲取頻率，以達(dá)到提高流量計(jì)響應(yīng)速度的目的。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的高響應(yīng)速度的超聲波流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明工作時(shí)電路波形示意圖；

圖3是多個(gè)本發(fā)明的超聲波信號處理水平組合實(shí)現(xiàn)的多流動截面流速測量的示意圖；

圖4是多個(gè)本發(fā)明的超聲波信號處理交叉組合實(shí)現(xiàn)的多流動截面流速測量的示意圖；

圖5是現(xiàn)有技術(shù)中利用固定頻率的方波序列去激勵(lì)傳感器的示意圖；

圖6是現(xiàn)有技術(shù)中利用頻率編碼的方波序列去激勵(lì)傳感器的示意圖；

圖7是現(xiàn)有技術(shù)中利用單一閾值法判定波形特征點(diǎn)的示意圖；

圖?8?是現(xiàn)有技術(shù)中利用波形中的頻率變化判定波形特征點(diǎn)的示意圖。

圖中各附圖標(biāo)記含義：1-殼體；2、3、4、5-傳感器；6-激勵(lì)信號發(fā)生器；7-信號放大器；8-信號放大器；9-信號比較器；10-流量信號濾波輸出器；11-高速時(shí)鐘。

具體實(shí)施方式

?????下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖１所示，本發(fā)明的高響應(yīng)速度的超聲波流量計(jì)包括殼體1，殼體1上具有收發(fā)分離的四只傳感器2、3、4、5，其中傳感器2、3負(fù)責(zé)發(fā)送，傳感器4、5負(fù)責(zé)接收。傳感器2、4構(gòu)成一組聲道負(fù)責(zé)順流方向信號采集，傳感器3、5構(gòu)成一組聲道負(fù)責(zé)逆流方向信號采集。其中傳感器2、4與傳感器3、5的連線必須在同一個(gè)殼體橫截面上。傳感器采用超聲波傳感器。