本实用新型专利技术属于检测领域，涉及一种超声波流量检测装置，特别涉及一种高精度的流体流量超声波检测装置。所述超声波流量检测装置包括装置控制部、电路部和辅助装置。所述超声波流量检测装置在检测过程中采用改进的时差法计算流体的速度；采用延迟窗口接收技术，通过脉宽检测减小检测中噪音对检测精度的影响；采用插值相关法和相关系数判断法使装置测量时间的分辨率得到进一步提高，达到了１．２５ｎｓ，从而明显地提高了超声波流量装置的检测精度和准确度。本实用新型专利技术中检测装置具有体积小、功耗低、测量稳定、可靠等特点，精度达到０．５％、灵敏度达到０．３ｍｍ／ｓ，适宜于测量直径为２５ｍｍ～４ｍ的塑料与金属管道内的各种液体的流量及流速。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术属于检测领域，涉及一种超声波流量检测装置，特别涉及 一种高精度的流体流量超声波检装置。
技术介绍
在冶金、石油、化工、电力等工业企业及城市供水、排水、环保部门 都需对管道中流过的水、油、污水等流体进行准确计量。而传统4全测方法 和渴轮、涡街、孔板、电磁等种类流量检测装置或检测装置都需要将其传 感部分安装在管道内，并配一段安装管，不仅不便于安装维修，而且会引 起流体的压力损失、泄漏等问题，尤其对有毒、有腐蚀性、易爆及带放射 性介质流体的测量显得很不适应。因此，大力发展能在管道外就可准确、 可靠地测量管道中流量的超声波流量计势在必行。超声波流量测量技术是一种利用超声波信号在流体中传播时所载流体 的流速信息来测量流体流量的测量技术，它具有非接触式测量、测量精度 高、测量范围宽、安装维护方便等特点，特别适合用于临时管道流量、大 口径管道流量以及危险性流体流量的测量。近几年以来，由于数字信号处理器(DSP)和超大规模集成电路技术的发展，以及以基于DSP为核心的超 声波流量计来广泛取代国内单片机为核心的超声波流量计，从而利用数字 信号处理的一些技术来改善了产品的测量精度。随着高速数字信号的处理 技术与微处理器技术的迅速发展，新型探头材料与工艺的研究，声道配置 及流体动力学的研究，超声波流量测量技术取得了很大的进步，并且成为 了 一种重要的流量测量技术。根据对信号检测的原理，目前超声波流量计大致可分为直接时差法、 时差法、频差法、波束偏移法、多普勒法、空间滤波法及噪声法等类型， 其中应用最广泛的是基于时差法的超声波流量计。但时差法一般用于大口 径管道的流速测量，由于流速的方程中含有声速C,它受温度的影响较大， 即C不是--个常数，从而影响了测量的准确度。采用时差法时， 一般测量传播时间都是以收到的第 一个接收波作为计 时开关信号的。从发射超声波脉冲起至接收到的第 一个波为止的时间间隔 内，由于接收门是一直敞开着的，因此，外界各种干扰信号都很容易侵入， 从而影响测量的稳定性。而且在用相关法测量时差的过程中，由于千护u信号的侵入会增加相关运算量，从而降低装置的反应速度。在超声波流量计中，对测量精度的要求是很高的。 一般的流体测量中， 在介质流速为lm/s,时差仅为几十个纳秒，要达到纳秒级的分辨率，现有 检测方法是很难实现的。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的，在检测过程中对流速的计算中含有声速C,它受温度的影响较大，从而影响了测量的准确度；检测过程中接收门是 --直敞开着，外界各种干扰信号都很容易侵入，从而影响测量的稳定性和 在超声波流量检测中，对测量精度的要求很高，介质流速为lm/s，时差仅 为几十个纳秒，要达到纳秒级的分辨率，现有检测方法无法实现的技术问 题，本技术提供了一种超声波流量检测装置。本技术解决现有技术中存在的技术问题，所采用的技术方案为， 提供一种超声波流量检测装置，所述超声波流量检测装置包括装置控制部、 电路部和辅助装置；所述装置控制部进一步包括用于进行装置控制、数 据存取及通信的单片机；用于进行信号滤波处理和相关运算的数字信号处 理器；用于对超声波换能器进行时序控制和对单片机与数字信号处理器之 间进行电平转换的现场可编程门阵列；所述电路部进一步包括切换电路、 自动增益控制电路、模拟/数字转换电路、数字/模拟转换电路；所述辅助 装置进一步包括存储部、输入构件、显示构件、电源和超声波换能器；其中，所述现场可编程门阵列分别与所述输入构件和所述超声波换能器连 接，接受所述输入构件的输入指令并对所述超声波换能器进行时序控制； 所述数字信号处理器与所述存储构件双向连接，进行数据信息的交换；所 述可编程门阵列分别与所述单片机和所述数字信号处理器双向连接；所述 单片机与所述显示装置连接，通过所述显示装置进行数据信息的显示。根据本技术的一优选实施例所述超声波换能器包括第一超声波 换能器和第二超声波换能器，所述第一超声波换能器和所述第二超声波换 能器在所述现场可编程门阵列控制下轮流工作在发射与接收状态。根据本技术的一优选实施例所述超声波流量检测系统采用多电 源供电，包括第一电源、第二电源和第三电源。其中，所述第一电源为所 述模拟电路部分供电、所述第二电源为昕述数字电路部分供电，所述第三 电源为所述功率放大电路部分供电。根据本技术的一优选实施例所述第 一 电源和所述第三电源采用外接15v电压经稳压管1117获得10v及13v电压；所述第二电源采用DC-DC 模块，获得+ 5v电压。根据本技术的 一优选实施例所述数字/模拟转换电路包括第 一数 字/模拟转换部和第二数字/模拟转换部；其中，所述第一数字/模拟转换部采用16位的数字/模拟芯片把^^测得到的流量数字信号转换为电压信号，作为4-20mA电流输出电路的输入电压信号；所述第二数字Z模拟转换部是用于两级自动增益控制器放大电路中的增益控制电压信号，采用一个8位的数字对莫拟芯片把接收到的超声波信号的幅值数字信号转换为电压信号，以调整自动增益控制器的增益倍数。根据本技术的一优选实施例所述模拟/数字转换电路将接收到的超声波信号经过选频放大和两级自动增益控制放大后通过ADS807转换为12位的数字信号,，根据本技术的一优选实施例根据本专利技术的一优选实施例所述 自动增益放大电路采用了 AD603芯片，将换能器接收的超声波信号经过选 频放大后再放大到规定的幅值，以满足后续电路对信号处理的要求；所述 自动增益放大电路分为两级以提高AGC电路的工作范围。根据本技术的一优选实施例所述装置包括双路报警信号电路， 所述报警信号电路是通过设定总流量和流量速度的上限值，对超过所述上 限值时进行报警。根据本技术的一优选实施例所述装置包括无线模块，所述无线 模块与所述单片机双向无线连接，进行数据交换。本技术的目的是为了提高超声波流量计的精度和准确度。鉴于此 技术的目的，本装置从硬件和软件两个方面进行改进。在硬件方面， 本装置采用DSP、 FPGA和MCU为核心部.分，DSP主要负责信号滤波和 相关算法的运算，FPGA主要实现精确的时序控制，MCU主要实现人机界 面、装置控制、数据存取及通信功能。这样从硬件方面提高运算的精度.、 缩短运算周期、提高装置的反应速度。在软件方面，首先，装置采用改进 的时差法，从而避免了装置受温度的影响，提高装置的测量精度；其次， 装置采用了延迟窗口接收技术，减小了噪声的千扰，减少了相关运算量， 从而缩短运算周期；最后，采用了插值相关法，使装置测量时间的分辨率得到进一步的提高，达到了 1.25ns，从而明显地提高了超声波流量计的精度和准确度。本技术中检测装置具有体积小、功耗低、测量稳定、可靠等特点，精度达到0.5%、灵敏度达到0.3mm/s，适宜于测量直径为25mm ~ 8m的塑料与金属管道内的各种液体的流量及流速。附图说明图l.本技术一种超声波流量检测装置及检测方法中超声波流量检 测装置结构示意图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术作进一步说明超声波流量检测系统的工作原理为，第一超声波换能器104和第二超 声波换能器104，在现场可编程门阵列101的控制下，轮流工作在发射与 接收状本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超声波流量检测装置，其特征在于：所述超声波流量检测装置包括控制部、电路部和辅助构件； 所述控制部进一步包括： 用于进行控制、数据存取及通信的单片机（１０２）； 用于进行信号滤波处理和相关运算的数字信号处理器（１０３）； 用于时序控制及电平转换的现场可编程门阵列（１０１）； 所述电路部进一步包括：切换电路（１１１）、自动增益控制电路（１１２）、模拟／数字转换电路（１１０）、数字／模拟转换电路（１０７、１０８）； 所述辅助装置进一步包括：存储构件、输入构件（１０５）、显示构件（１０６）、电源和超声波换能器（１０４）； 其中，所述现场可编程门阵列（１０１）分别与所述输入构件和所述超声波换能器（１０４）连接，接受所述输入构件的输入指令并对所述超声波换能器（１０４）进行时序控制； 所述数字信号处理器（１０３）与所述存储构件双向连接，进行数据信息的交换； 所述可编程门阵列（１０１）分别与所述单片机（１０２）和所述数字信号处理器（１０３）双向连接； 所述单片机（１０２）与所述显示构件（１０６）连接，通过所述显示构件（１０６）进行数据信息的显示。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴志敏，苏满红，钟江生，叶玮渊，
申请(专利权)人：深圳职业技术学院，
类型：实用新型
国别省市：94[中国|深圳]
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