[發明專利]一種超聲波氣體流量計量方法及裝置

在審

• 申請號: 201910970010.0
• 申請日: 2019-10-12
• 公開（公告）號: CN112649056A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 謝琦;方帥兵;李靜;任家順;汪政偉;李敬寧
• 申請（專利權）人: 新開普電子股份有限公司
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 崔旭東

1.一種超聲波氣體流量計量方法，采用固定安裝在流道上，分別位于上、下游的兩個超聲波換能器進行計量；其特征在于，包括如下步驟：

1)在一個計量周期內，產生一路激勵信號，將所述一路激勵信號通過一個發送放大電路同時發送給兩個超聲波換能器，并記錄激勵信號；

2)在激勵信號作用下，兩個超聲波換能器同時向流道內發送兩路相向傳輸的超聲波信號；并且所述兩路超聲波信號同時由對向的超聲波換能器接收；

3)根據激勵信號和接收到的超聲波信號，提取超聲波相向傳輸的時間差；

4)根據提取的超聲波相向傳輸的時間差，利用時差法計算氣體流量/流速。

2.根據權利要求1所述的超聲波氣體流量計量方法，其特征在于，采用互相關法提取超聲波在流道內順流、逆流方向相向傳輸的時間差。

3.根據權利要求2所述的超聲波氣體流量計量方法，其特征在于，采用互相關法提取超聲波在流道內順流、逆流方向相向傳輸的時間差的步驟為：

記錄的激勵信號包括發送時刻t1、激勵信號樣本數據x1(x11，x12，...，x1n)；

位于下游的超聲波換能器接收到順流方向傳播的超聲波信號，對應的采樣數據為x2(x21，x22，...，x2m)，利用互相關算法確定信號的峰值，從而確定峰值信號對應的采樣時刻tw，從而得到超聲波在流道內順流傳播的時間T1，T1＝tw-t1；

位于上游的超聲波換能器接收到逆流方向傳播的信號，對應的采樣數據為x3(x31，x32，...，x3m)，利用互相關算法確定信號的峰值，從而確定峰值信號對應的采樣時刻tw’，從而得到超聲波在流道內順流傳播的時間T2，T2＝tw’-t1；

根據超聲波在流道內順流、逆流方向傳輸所用的時間，計算差值△t＝T2-T1。

4.根據權利要求1所述的超聲波氣體流量計量方法，其特征在于，所述兩個超聲波換能器設置形式為I型、Z型或V型。

5.一種超聲波氣體流量計量裝置，其特征在于，包括MCU、固定安裝在流道上、分別位于上、下游的第一、第二兩個超聲波換能器、第一切換開關和第二切換開關，一個發送放大電路和第一、第二兩個接收放大電路，MCU連接所述發送放大電路；第一切換開關用于使所述第一超聲波換能器連接到發送放大電路或者第一接收放大電路；第二切換開關用于使所述第二超聲波換能器連接到發送放大電路或者第二接收放大電路；MCU執行計算機程序，以實現如下方法：

在一個計量周期內，MCU產生一路激勵信號，將所述一路激勵信號通過一個發送放大電路同時發送給兩個超聲波換能器，并記錄激勵信號；

在激勵信號作用下，兩個超聲波換能器同時向流道內發送兩路相向傳輸超聲波信號，并且所述兩路超聲波信號同時由對向的超聲波換能器接收；

MCU通過控制模擬開關獲取兩個超聲波換能器接收的超聲波信號，并根據激勵信號和接收到的超聲波信號，提取超聲波相向傳輸的時間差；

MCU根據提取的超聲波相向傳輸的時間差，利用時差法計算氣體流量/流速。

6.根據權利要求5所述的超聲波氣體流量計量裝置，其特征在于，MCU采用互相關法提取超聲波在流道內順流、逆流方向相向傳輸的時間差。

7.根據權利要求6所述的超聲波氣體流量計量裝置，其特征在于，采用互相關法提取超聲波在流道內順流、逆流方向相向傳輸的時間差的步驟為：

記錄的激勵信號包括發送時刻t1、激勵信號樣本數據x1(x11，x12，...，x1n)；

位于下游的超聲波換能器接收到順流方向傳播的超聲波信號，采樣數據為x2(x21，x22，...，x2m)，利用互相關算法確定信號的峰值，從而確定峰值信號對應的采樣時刻tw，從而得到超聲波在流道內順流傳播的時間T1，T1＝tw-t1；

位于上游的超聲波換能器接收到逆流方向傳播的信號，采樣數據為x3(x31，x32，...，x3m)，利用互相關算法確定信號的峰值，從而確定峰值信號對應的采樣時刻tw’，從而得到超聲波在流道內順流傳播的時間T2，T2＝tw’-t1；

根據超聲波在流道內順流、逆流方向傳輸所用的時間，計算差值△t＝T2-T1。

8.根據權利要求6所述的超聲波氣體流量計量裝置，其特征在于，所述兩個超聲波換能器安裝形式包括I型、Z型或V型。