[實用新型]時差法超聲波流量計

有效

• 申請號: 201320064490.2
• 申請日: 2013-02-05
• 公開（公告）號: CN203053499U
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 劉健;李思穎
• 申請（專利權）人: 劉健
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 唐山永和專利商標事務所 13103
• 代理人: 王永紅

技術領域

本實用新型涉及一種流量計，特別是一種用于測量液體或氣體流量的時差法超聲波流量計。

背景技術

利用超聲波測量液體和氣體的流量有很多優點，如幾乎無壓力損失、對管徑的適應性強等。時差法超聲波流量計通過測量超聲波在流體中順流、逆流傳播相同距離時的傳播時間差來計算流量。目前，公知的時差法超聲波流量計多以單片機為核心做計量控制，在發射超聲波后檢測接收信號某個過零點的出現時間以確定傳播時間，進而計算流量，但此方法中接收信號被利用到的信息量過少，因此計量精度低，且抗干擾能力差。

實用新型內容

本實用新型是針對現有技術中基于過零檢測進行時差法流量計量的精度低、抗干擾能力差的缺陷，提供一種聲路數范圍為1至10、基于ARM芯片和FPGA芯片的時差法超聲波流量計。

實現上述目的采用的技術方案是：一種時差法超聲波流量計，這種流量計包括ARM芯片、FPGA芯片、32位RAM、發射接收系統電路、分別位于聲路的流路上游側和流路下游側的超聲波換能器、信號調理電路、A/D轉換芯片和雙口RAM芯片；

其中：ARM芯片分別與FPGA芯片和雙口RAM芯片相連，FPGA芯片還分別與32位RAM和A/D轉換芯片相連，?ARM芯片和FPGA芯片分別與發射接收系統電路相連，發射接收系統電路分別與各超聲波換能器相連，發射接收系統電路還與信號調理電路相連，信號調理電路還分別與A/D轉換芯片和ARM芯片相連。所述的32位RAM由1片32位的RAM芯片構成或用2~10片RAM芯片擴展構成。

還包括與雙口RAM芯片相連的計量數據存儲和人機交互控制電路；該計量數據存儲和人機交互控制電路包括微控制器芯片、液晶顯示模塊、鍵盤驅動芯片、鐵電存儲器和實時時鐘芯片；

其中：微控制器芯片分別與雙口RAM芯片和液晶顯示模塊相連，鍵盤驅動芯片、鐵電存儲器和實時時鐘芯片均與微控制器芯片相連。????????

發射接收系統電路包括CPLD芯片、分別與各超聲波換能器相連的各發射電路、分別與各超聲波換能器相連的各高壓保護電路、模擬開關電路和接收放大電路；

其中：CPLD芯片分別與ARM芯片、FPGA芯片和模擬開關電路相連，CPLD芯片還分別與各發射電路相連，各高壓保護電路分別與模擬開關電路相連，模擬開關電路與接收放大電路相連，接收放大電路與信號調理電路相連。

信號調理電路包括D/A轉換芯片、AGC電路、信號放大和偏置電路；其中：D/A轉換芯片分別與ARM芯片和AGC電路相連，發射接收系統電路與AGC電路相連，AGC電路與信號放大和偏置電路相連，信號放大和偏置電路與A/D轉換芯片相連。

這種流量計的聲路數范圍為1-10。

計量時，ARM芯片和FPGA芯片控制發射接收系統電路使某聲路上游超聲波換能器發射超聲波、下游超聲波換能器接收超聲波，FPGA芯片控制A/D轉換芯片對經過處理后的接收信號采集2048個數據，再控制該聲路下游超聲波換能器發射超聲波、上游超聲波換能器接收超聲波并采集數據，執行N次后，分別得到順流、逆流N次采樣數據的累加和，以FPGA芯片實現的基本數字信號處理算法為基礎ARM芯片可據此數據算出該聲路的線流速，同理算出所有聲路的線流速后，可算出流體流速及流量。

本新型的有益效果是：這種流量計利用ARM芯片和FPGA芯片實現了高效的數據采集控制和先進的流量算法，接收信號被利用到的信息量大，計量精度高，抗干擾能力強，實時性好。

附圖說明

圖1為本實用新型的總體結構框圖。

圖2為兩聲路流量計的各部件連接結構示意圖。

圖3為兩聲路流量計的主要數字電路連接示意圖。

圖4為兩聲路流量計的AGC電路的原理圖。

圖中：1、ARM芯片，2、FPGA芯片，3、32位RAM，4、發射接收系統電路，5、信號調理電路，6、A/D轉換芯片，7、雙口RAM芯片，8、計量數據存儲和人機交互控制電路，9、第1聲路上游超聲波換能器，10、第1聲路下游超聲波換能器，11、第2聲路上游超聲波換能器，12、第2聲路下游超聲波換能器，13、U2發射電路，14、U1發射電路，15、D1發射電路，16、D2發射電路，17、模擬開關電路，18、接收放大電路，19、CPLD芯片，20、D/A轉換芯片，21、AGC電路，22、信號放大和偏置電路，23、RAM-A芯片，24、RAM-B芯片，25、微控制器芯片，26、液晶顯示模塊，27、鍵盤驅動芯片，28、鐵電存儲器，29、實時時鐘芯片，30、U2高壓保護電路，31、U1高壓保護電路，32、D1高壓保護電路，33、D2高壓保護電路。