[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?zhí)枺?/td>: 201810658582.0
• 申請日: 2018-06-25
• 公開（公告）號: 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（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: 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

本發(fā)明公開了一種基于TDC1000的高精度超聲波流量計(jì)系統(tǒng)及方法。流量計(jì)系統(tǒng)主要包括上位機(jī)、微控制器模塊、超聲波時差測量電路模塊、升壓驅(qū)動電路模塊、超聲波收發(fā)模塊、超聲波管道和電源驅(qū)動模塊。使用方法的主要步驟如下：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間t₁。3)計(jì)算超聲波流量的逆流傳播時間t₂。4)根據(jù)超聲波流量的順流傳播時間t₁和超聲波流量的逆流傳播時間t₂計(jì)算超聲波瞬時流量Q。本發(fā)明設(shè)計(jì)的系統(tǒng)解決了超聲波飛行時間測量中的實(shí)時性和精確性問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超聲波流量計(jì)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體是一種基于TDC1000的高精度超聲波流量計(jì)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

在生產(chǎn)和計(jì)量場景中，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量和準(zhǔn)確計(jì)量收費(fèi)，需要精確的測量管路中流體的流量。超聲波流量計(jì)檢測技術(shù)以高精度的突出特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各種流體流量的檢測，該技術(shù)是利用超聲波在流體中的傳播特性，將對流量的測量轉(zhuǎn)換為對時間、頻率等參數(shù)的測量，結(jié)合其他物理參數(shù)再計(jì)出流體流量，具有精度高、非接觸性、不破壞流體等優(yōu)勢。根據(jù)測量原理的不同，可分為時差法、頻差法以及相關(guān)法等。因?yàn)槌杀竞褪褂帽憷缘纫蛩兀瑫r差法應(yīng)用較為廣泛。該方法是利用超聲波在順流和逆流的飛行時間會受到流體速度的影響，通過兩者的時間差值即可計(jì)出流體的速度。

要提高流量計(jì)的測量精度，其核心都可轉(zhuǎn)化為對超聲波飛行時間的精確測量。

通常采用回波包絡(luò)法，將換能器接收的信號y(t)利用希爾伯特變換求取其包絡(luò)為A[y(t)]，并運(yùn)用超聲波回波包絡(luò)模型函數(shù)對求取的包絡(luò)進(jìn)行擬合，根據(jù)最優(yōu)模型求得包絡(luò)取得最大值時所需時間為t_m，出t_m與超聲波到達(dá)某一時間值的差值為Δt'，即可得出超聲波飛行時間為t_m-Δt'。但采集與緩存波形后，處理波形實(shí)時性較弱。

另一種是互相關(guān)法，根據(jù)發(fā)射波形信號和接收波形信號在同一時間軸上的延遲關(guān)系得出超聲波飛行時間。這樣方法能夠很好地解決超聲波信號受流場擾動而失真的問題，對不同測量對象有很強(qiáng)的適應(yīng)性、測量結(jié)果與被測流體的參數(shù)變化基本無關(guān)，但為了獲得高精度的時間值，需要有很高的數(shù)據(jù)采樣頻率，且測量精度不高、標(biāo)定工作較為困難。

綜上，應(yīng)用時差法超聲波流體流量檢測技術(shù)時，對接收的波形信號基于軟件法計(jì)出超聲波飛行時間，存在實(shí)時性較弱、測量精度低等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種基于TDC1000的高精度超聲波流量計(jì)系統(tǒng)，主要包括上位機(jī)、微控制器模塊、超聲波時差測量電路模塊、升壓驅(qū)動電路模塊、超聲波收發(fā)模塊、超聲波管道和電源驅(qū)動模塊。

所述上位機(jī)控制所述微控制器模塊。

所述微控制器模塊向所述超聲波時差測量電路模塊發(fā)送測量指令。

所述超聲波時差測量電路模塊主要包括超聲波感測模擬前端TDC1000和時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器TDC7200。

所述超聲波感測模擬前端TDC1000接收測量指令后，向所述升壓驅(qū)動電路模塊發(fā)送升壓驅(qū)動信號，同時，所述超聲波感測模擬前端TDC1000向所述時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器TDC7200發(fā)送START信號。

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

所述時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器TDC7200的計(jì)數(shù)器接收到START信號后開始計(jì)時。

所述時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器TDC7200的寄存器存儲計(jì)時結(jié)果。

所述升壓驅(qū)動電路模塊接收升壓驅(qū)動信號后，將驅(qū)動電壓升高到30V，并驅(qū)動超聲波收發(fā)模塊發(fā)送超聲波信號。