[發(fā)明專(zhuān)利]一種超聲波流量測(cè)量?jī)x

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510659311.3
• 申請(qǐng)日: 2015-10-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105444829A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐靖嵐
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 無(wú)錫清楊機(jī)械制造有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01F1/66
• 分類(lèi)號(hào): G01F1/66
• 代理公司: 北京品源專(zhuān)利代理有限公司 11332
• 代理人: 張海英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超聲波流量測(cè)量?jī)x。

背景技術(shù)

超聲波流量測(cè)量?jī)x依據(jù)超聲波入射到流體后，在流體中傳播時(shí)會(huì)攜帶流體流速的信息，利用接收到的經(jīng)過(guò)流體后的信號(hào)就能夠得到流體的流速和流量。超聲波換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量后，將其發(fā)射到被測(cè)流體中，被接收換能器接收后轉(zhuǎn)換為代表流量并易于檢測(cè)的電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)流量的檢測(cè)和顯示。

超聲波技術(shù)早己出現(xiàn)并為人們所使用，但把超聲波技術(shù)運(yùn)用到工業(yè)測(cè)量中，則是近一、二十年來(lái)開(kāi)始的。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)超聲波信號(hào)發(fā)射、捕捉及處理手段才能得以實(shí)現(xiàn)。超聲波在流動(dòng)的液體中傳播時(shí)，可以載上流體流速的信息，因此，通過(guò)接收穿過(guò)流體的超聲波就可以檢測(cè)出流體的流速，從而換算成流量。超聲流量測(cè)量?jī)x由超聲波換能器、發(fā)射電路、接收電路、信號(hào)處理電路和輸入輸出裝置幾部分構(gòu)成。

通過(guò)超聲波流量測(cè)量?jī)x幾十年的發(fā)展歷程可以看出，美國(guó)是最早開(kāi)展這方面研究的國(guó)家，而且很快就有產(chǎn)品投放市場(chǎng)。較早從事這一領(lǐng)域研究的還有前蘇聯(lián)和西歐各國(guó)，前蘇聯(lián)的科學(xué)家對(duì)流量測(cè)量理論進(jìn)行了深入研究，提出用多路超聲波流量測(cè)量?jī)x消除流場(chǎng)畸變對(duì)測(cè)量精度的影響，為超聲波流量測(cè)量?jī)x的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。日本對(duì)超聲波流量測(cè)量?jī)x的發(fā)展起到了極大的促進(jìn)作用，在消除管外傳播時(shí)間、提高測(cè)量精度和縮短響應(yīng)時(shí)間方面都有獨(dú)到之處。目前，較為著名的超聲波流量測(cè)量?jī)x生產(chǎn)商幾乎都分布于歐、美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家，像是美國(guó)的愛(ài)默生、康樂(lè)創(chuàng)、日本的富士、英國(guó)的梅克羅尼、德國(guó)科隆等，這些國(guó)家在超聲流量測(cè)量?jī)x的生產(chǎn)、研制等方面技術(shù)已經(jīng)成熟，具有極大的優(yōu)勢(shì)，使得發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的流量測(cè)量?jī)x在國(guó)際市場(chǎng)上占有相當(dāng)大的份額。但是，現(xiàn)在市場(chǎng)上銷(xiāo)售的進(jìn)口量計(jì)大都價(jià)格昂貴，動(dòng)輒上萬(wàn)元。

我國(guó)超聲波流量測(cè)量?jī)x的研究起步較晚，六七十年代機(jī)械工業(yè)部上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所、北京大學(xué)相繼進(jìn)行了超聲波流量檢測(cè)的研究，80年代中期，開(kāi)封儀表廠從美國(guó)西屋公司，本溪無(wú)線(xiàn)電廠從同本富士電機(jī)公司相繼引進(jìn)專(zhuān)用技術(shù)，生產(chǎn)具有80年代國(guó)際先進(jìn)水平的超聲流量?jī)x表，但是流量測(cè)量?jī)x市場(chǎng)基本為國(guó)外產(chǎn)品占據(jù)。目前我國(guó)超聲波流量測(cè)量?jī)x的研究和生產(chǎn)仍然比較落后，盡管近年來(lái)隨著國(guó)外各大超聲波流量測(cè)量?jī)x生產(chǎn)公司的產(chǎn)品紛紛進(jìn)入我國(guó)的市場(chǎng)，也帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)超聲流量測(cè)量研究的發(fā)展，但是從總體上說(shuō)，我們現(xiàn)有的技術(shù)還和國(guó)際先進(jìn)水平有較大差距，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中，高精度的超聲波流量測(cè)量?jī)x還是國(guó)外品牌的天下，形成了低檔產(chǎn)品過(guò)剩、高檔產(chǎn)品依賴(lài)進(jìn)口的局面，需要有較充足的經(jīng)費(fèi)支持并通過(guò)艱苦的努力，才有可能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

我國(guó)的超聲波流量測(cè)量?jī)x研究工作雖然起步落后于歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家，但是憑借自己的努力和學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)，國(guó)產(chǎn)的超聲波流量測(cè)量?jī)x現(xiàn)在己經(jīng)廣泛應(yīng)用于日常生活和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)中了。并且我國(guó)早己于1994年正式出版了由中國(guó)計(jì)量科學(xué)院組織有關(guān)專(zhuān)家起草、分別經(jīng)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局和建設(shè)部批準(zhǔn)的“JJG198-94速度式流量測(cè)量?jī)x”的國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程，這是我國(guó)超聲流量測(cè)量?jī)x發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志。目前，國(guó)內(nèi)超聲波流量測(cè)量?jī)x生產(chǎn)廠家主要有唐山大方匯中儀表有限公司、上海自動(dòng)化儀表有限公司、重慶兆易科技公司、大連索尼卡電子有限公司等。

本發(fā)明的目的在于提出一種超聲波流量測(cè)量?jī)x，該流量測(cè)量?jī)x具有測(cè)量速度快、準(zhǔn)確性好、低成本、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種超聲波流量測(cè)量?jī)x，該流量測(cè)量?jī)x具有測(cè)量速度快、準(zhǔn)確性好、低成本、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。可以測(cè)量雜質(zhì)含量不高(雜質(zhì)含量小于10g/L,，粒徑小于1mm)的均勻流體，而且其精度可達(dá)±1％。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

超聲波流量包括計(jì)微處理器最小系統(tǒng)模塊，電源模塊，復(fù)位電路，時(shí)鐘電路，發(fā)射電路，接收電路，切換電路和液晶顯示模塊等構(gòu)成；

微處理器產(chǎn)生發(fā)射脈沖信號(hào)，經(jīng)發(fā)射電路放大緩沖后，驅(qū)動(dòng)超聲波換能器；另一個(gè)換能器接收到信號(hào)后，經(jīng)接收電路放大后送到微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

微處理器啟動(dòng)DMA，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，當(dāng)DMA讀取完一幀數(shù)據(jù)后，觸發(fā)中斷。

在中斷中，通過(guò)切換電路切換兩個(gè)換能器的收發(fā)，讀取另一個(gè)方向上的數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)。

當(dāng)兩個(gè)方向上的數(shù)據(jù)都接收存儲(chǔ)完畢后，對(duì)兩組數(shù)據(jù)做信號(hào)處理運(yùn)算，包括廣義互相關(guān)計(jì)算，峰值檢測(cè)，得到流量值，并送液晶模塊顯示。

微處理器為是美國(guó)德州儀器(TI)公司推出的一款低功耗、高性能的定點(diǎn)DSP—VC5509A，工作在0.9V下，其核心的功耗僅為0.05mw/MIPS，最高工作頻率為200MHz，VC5509A產(chǎn)生發(fā)射脈沖信號(hào)，經(jīng)發(fā)射電路放大緩沖后，驅(qū)動(dòng)超聲波換能器。