[發(fā)明專利]一種基于TDC1000的高精度超聲波流量計(jì)系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810658582.0
• 申請(qǐng)日: 2018-06-25
• 公開（公告）號(hào): CN108896122A
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 熊慶宇;余洋;王楷;楊博;高旻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): G01F1/66
• 分類號(hào): G01F1/66
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔

1.一種基于TDC1000的高精度超聲波流量計(jì)系統(tǒng)，其特征在于：主要包括上位機(jī)(1)、所述微控制器模塊(2)、超聲波時(shí)差測(cè)量電路模塊(3)、升壓驅(qū)動(dòng)電路模塊(4)、超聲波收發(fā)模塊(5)和超聲波管道(6)和電源驅(qū)動(dòng)模塊(7)；

所述上位機(jī)(1)控制所述微控制器模塊(2)；

所述微控制器模塊(2)向所述超聲波時(shí)差測(cè)量電路模塊(3)發(fā)送測(cè)量指令。

所述超聲波時(shí)差測(cè)量電路模塊(3)主要包括超聲波感測(cè)模擬前端TDC1000(31)和時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器TDC7200(31)；

所述超聲波感測(cè)模擬前端TDC1000(31)接收測(cè)量指令后，向所述升壓驅(qū)動(dòng)電路模塊(4)發(fā)送升壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)，所述超聲波感測(cè)模擬前端TDC1000(31)向所述時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器TDC7200(32)發(fā)送START信號(hào)；

所述時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器TDC7200(32)主要包括計(jì)數(shù)器和寄存器；

所述時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器TDC7200(32)的計(jì)數(shù)器接收到START信號(hào)后開始計(jì)時(shí)；

所述時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器TDC7200(32)的寄存器存儲(chǔ)計(jì)時(shí)結(jié)果；

所述升壓驅(qū)動(dòng)電路模塊(4)接收升壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)后，將驅(qū)動(dòng)電壓升高到30V，并驅(qū)動(dòng)超聲波收發(fā)模塊(5)發(fā)送超聲波信號(hào)；

所述超聲波收發(fā)模塊(5)包括所述超聲波換能器I(51)和超聲波換能器II(52)；

所述超聲波換能器I(51)固定在所述超聲波管道(6)的起始端；

所述超聲波換能器II(52)固定在所述超聲波管道(6)的終端；

當(dāng)基于TDC1000的高精度超聲波流量計(jì)系統(tǒng)測(cè)量超聲波順流時(shí)間時(shí)，所述超聲波換能器I(51)發(fā)送超聲波信號(hào)；所述超聲波換能器II(52)接收到所述超聲波信號(hào)后，向所述微控制器模塊(2)發(fā)送超聲回波信號(hào)；

當(dāng)基于TDC1000的高精度超聲波流量計(jì)系統(tǒng)測(cè)量超聲波逆流時(shí)間時(shí)，所述超聲波換能器II(52)發(fā)送超聲波信號(hào)；所述超聲波換能器I(51)接收到所述超聲波信號(hào)后，向所述微控制器模塊(2)發(fā)送超聲回波信號(hào)；

所述電源驅(qū)動(dòng)模塊(8)為所述微控制器模塊(2)和所述升壓驅(qū)動(dòng)電路模塊(4)供電。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于TDC1000的高精度超聲波流量計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲波感測(cè)模擬前端TDC1000(31)接收到所述超聲回波信號(hào)后，對(duì)所述超聲回波信號(hào)進(jìn)行處理；所述處理依次包括濾波、PGA增益調(diào)節(jié)和信號(hào)放大；

所述超聲波感測(cè)模擬前端TDC1000(31)對(duì)所述超聲回波信號(hào)處理完成后，所述超聲波感測(cè)模擬前端TDC1000(31)向所述時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器TDC7200(32)發(fā)送STOP信號(hào)；所述時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器TDC7200(32)接收到STOP信號(hào)后停止計(jì)時(shí)，并中斷微控制器模塊(2)；

微控制器模塊(2)響應(yīng)中斷請(qǐng)求，并通過所述時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器TDC7200(32)的SPI總線讀取所述寄存器(321)中的計(jì)時(shí)結(jié)果。

3.一種使用權(quán)利要求1至2所述的基于TDC1000的高精度超聲波流量計(jì)系統(tǒng)的方法，其特征在于，主要包括以下步驟：

1)初始化基于TDC1000的高精度超聲波流量計(jì)系統(tǒng)；

2)計(jì)算超聲波流量的順流傳播時(shí)間t₁；

3)計(jì)算超聲波流量的逆流傳播時(shí)間t₂；

4)根據(jù)超聲波流量的順流傳播時(shí)間t₁和超聲波流量的逆流傳播時(shí)間t₂計(jì)算超聲波瞬時(shí)流量Q；

Q＝πkD²v/4； (1)

式中，D為所述超聲波管道(6)的直徑；k為流量修正系數(shù)；_v為超聲波流速；

超聲波流速v如下所示：

式中，c為光速；Δt為順流傳播時(shí)間t₁和逆流傳播時(shí)間t₂的時(shí)間差；Δt＝|t₁-t₂|；θ為超聲波換能器I和所述超聲波管道的夾角；D為所述超聲波管道(6)的直徑。