[發明專利]用于超聲波流量計的交互操作的超聲波流量計自動調諧

在審

• 申請號: 202011129887.6
• 申請日: 2016-09-23
• 公開（公告）號: CN112504368A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: R·V·拉曼安;A·達巴克;A·薩斯納瑞亞娜
• 申請（專利權）人: 德克薩斯儀器股份有限公司
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 李英

本申請涉及用于超聲波流量計的交互操作的超聲波流量計自動調諧。在針對在超聲波流量計中的交互操作自動調諧與上行換能器相關聯的電路和與下行換能器相關聯的電路的方法(1200A)中，該方法包括：在上行換能器與下行換能器之間交換信號(1205)；比較(1210)上行信號和下行信號的相應最大振幅以及上行信號和下行信號的快速傅立葉變換(FFT)的相應中心頻率中的至少一個；以及響應于確定(1220)相應最大振幅和相應中心頻率中的至少一個不匹配，校正(1225)失配。

本申請是2016年9月23日申請的名稱為“用于超聲波流量計的交互操作的超聲波流量計自動調諧”的中國專利申請201680047988.4的分案申請。

技術領域

本申請大體上涉及超聲波流量計，并且更具體地涉及自動檢測一對換能器之間的不平衡并且調諧換能器電路以恢復平衡。

背景技術

利用超聲技術測量通過已知尺寸的管道的流體/氣體速度，其中超聲換能器放置在管道內以確定流體/氣體速度和流體/氣體體積流量，通過將流體/氣體速度乘以管道的內部面積，測量該流體/氣體體積流量。累積的流體體積可以通過隨時間積分流體流量來測量。為了提供超聲波流量計量，在管道內間隔開兩個換能器，使得以上行方向發送第一信號，而以下行方向發送第二信號。測量兩個信號的飛行時間(TOF)，其中，兩個測量值之間的差指示管道內的流量。在兩個方向上的交互/互反(reciprocal)操作是至關重要的，因為測量必須達到高精度，如，以檢測小的泄漏。調諧的流量計可以在皮秒范圍內檢測TOF的差。提供必要的交互操作意為在零流量下實現零差分TOF，盡管換能器對不匹配。實現這個目標需要發射電路和接收電路之間的電阻抗完美匹配。實現匹配的常用方法是將超聲波硬件設計成電壓發射(即，其中，在驅動器側上接近零阻抗)以及電流接收(即，其中，在接收器側上接近零阻抗)。實現零阻抗對驅動器和接收器電路二者提出嚴格的要求，以表現為理想的電路。

有幾個因素使該過程更加復雜。例如，盡管在處理信號期間可以校正已知的信號偏移，但是在兩個電路之間存在的任何偏移將隨著環境和傳播介質溫度而變化。由此，為了在處理期間應用這種校正，溫度計對于精確的流量測量是必需的。流量計的標準要求在一定溫度范圍內在零流量下進行流量計測試。

而且，這些標準進一步要求流量計的設計壽命為15-20年。隨著時間的推移，管道內或換能器本身可發生變化(如，沉淀(sedimentation)、腐蝕、老化)，導致聲阻抗的漂移。當這種情況發生時，流量計可能需要重新調諧或更換，兩者都需要技術人員的注意。

進一步地，上行信號和下行信號需要點對點匹配以達到完美的交互性(reciprocity)，但當管道內發生流動時，這種匹配既冗長又難以執行。停止流動在現場常常是不可取的或不可能的。

發明內容

在針對超聲波流量計中的交互操作自動調諧與上行換能器(UPT)相關聯的第一電路和與下行換能器(DNT)相關聯的第二電路的方法的一方面，該方法包括：在上行換能器與下行換能器之間交換信號；比較組中的至少一個，該組包括上行信號和下行信號的相應最大振幅以及上行信號和下行信號的快速傅立葉變換(FFT)的相應中心頻率；以及響應于確定包括相應最大振幅和相應中心頻率的組中的至少一個不匹配，校正失配。

在用于針對超聲波流量計中的交互操作自動調諧與上行換能器(UPT)相關聯的第一電路和與下行換能器(DNT)相關聯的第二電路的集成電路芯片的一方面中，該集成電路芯片包括：微控制器，其可操作地連接到UPT和DNT以提供對UPT和DNT的控制，并且進一步連接以接收來自UPT和DNT中的每個的相應信號；以及可操作地連接到微控制器的存儲器，該存儲器包含指令，當微控制器執行該指令時，該指令執行以下操作：在上行換能器和下行換能器之間交換信號；比較組中的至少一個，該組包括上行信號和下行信號的相應最大振幅以及上行信號和下行信號的快速傅里葉變換(FFT)的相應中心頻率；以及響應于確定包括相應最大振幅和相應中心頻率的組中的至少一個不匹配，校正失配。

附圖說明