一种采用双频换能器的超声波流量计制造技术

本发明专利技术公开了一种采用双频换能器的超声波流量计，包括第一双频阵列超声波换能器和第二双频阵列超声波换能器以及测量电路；第一双频阵列超声波换能器和第二双频阵列超声波换能器，分别密封安装在超声波流量计管体中；超声波流量计管体内具有横向流动的介质；第一双频阵列超声波换能器与第二双频阵列超声波换能器的中心轴线位于同一直线上；第一双频阵列超声波换能器包括第一高频换能器和第一低频换能器；第二双频阵列超声波换能器包括第二高频换能器和第二低频换能器；本发明专利技术公开的采用双频换能器的超声波流量计，利用双频超声波换能器信号周期的差别，精确测量超声波真正渡越时间，解决了超声波流量计在使用现场的测量精确度下降问题。确度下降问题。确度下降问题。

【技术实现步骤摘要】
一种采用双频换能器的超声波流量计


[0001]本专利技术涉及流量测量
，特别是涉及一种采用双频换能器的超声波流量计。

技术介绍

[0002]超声波测量介质流速，具有精度高、压损小、安装维护方便等优点，在各行各业广泛应用。
[0003]超声波在测量介质流速时，通常采用时差测量方法。时差法的测量分辨率最高，应用最普遍。时差测量方法的原理是：通过两个超声波换能器互相收发超声波信号，测量正程与逆程的超声波飞行时间，然后计算时间的差值来计算流速V。一般采用的计算公式如下：
[0004][0005]在公式(1)中：t
up
为超声波在流体中顺流传播的时间(也叫正程超声波渡越时间)，即由换能器A发射超声波后，换能器B接收超声波所需要的时间；t
down
为超声波在流体中逆流传播的时间(也叫逆程超声波渡越时间)，即由换能器B发射超声波后，换能器A接收超声波所需要的时间。D为具有两个超声波换能器的超声波流量计的管道直径；φ为超声波换能器声道与流量计中心轴的夹角。
[0006]但是，采用上述公式，需要精确测量超声波的真正飞行时间。在实际测量过程中，通常采用阈值
‑
过零比较法对超声波信号进行采集测量，这种方法测量分辨率、精确度都很高，但是，在测量过程中，由于超声波信号的定位取决于阈值检测，当超声波信号的首波幅值低于检测阈值时，无法精确定位到超声波的真正飞行时间。
[0007]在实际应用过程中，通常采用线性回归、标准环境直接测量声速、利用回波信号测量等方法，来消除干扰的影响。但是，这些方法均无法直接在使用现场精确测量超声波的飞行时间，在现场与标准环境有差异时，流量计呈现测量精确度下降的问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种采用双频换能器的超声波流量计。
[0009]为此，本专利技术提供了一种采用双频换能器的超声波流量计，其包括第一双频阵列超声波换能器、第二双频阵列超声波换能器和超声波流量计管体以及测量电路；
[0010]第一双频阵列超声波换能器和第二双频阵列超声波换能器，分别密封安装在中空的超声波流量计管体上下两侧的预设开孔中；
[0011]超声波流量计管体内，具有横向流动的介质；
[0012]第一双频阵列超声波换能器的中心轴线，与第二双频阵列超声波换能器的中心轴线，位于同一直线上；
[0013]第一双频阵列超声波换能器，包括第一高频换能器和第一低频换能器；
[0014]第一高频换能器和第一低频换能器，设置在圆柱形的第一阵列换能器外壳中；
[0015]第一高频换能器的中心点和第一低频换能器的中心点，位于同一直线上；
[0016]第二双频阵列超声波换能器，包括第二高频换能器和第二低频换能器；
[0017]第二高频换能器和第二低频换能器，设置在圆柱形的第二阵列换能器外壳中；
[0018]第二高频换能器的中心点和第二低频换能器的中心点，位于同一直线上；
[0019]第一高频换能器的中心点和第一低频换能器的中心点之间的距离，等于第二高频换能器的中心点和第二低频换能器的中心点之间的距离；
[0020]测量电路包括：CPU模块、第一激励电路、第二激励电路、第一激励切换电路、第二激励切换电路、第一增益调整电路、第二增益调整电路、第一接收切换电路、第二接收切换电路、第一过零比较电路、第二过零比较电路、第一时间测量电路和第二时间测量电路；
[0021]所述测量电路，用于通过执行第一种工作模式或者第二种工作模式，获得超声波真正渡越时间；
[0022]其中，第一种工作模式，具体如下：
[0023]CPU模块，用于发出针对第一高频换能器的激励信号，通过控制第一激励电路和第一激励切换电路来激励第一高频换能器，同时控制第一接收切换电路、第一增益调整电路、第一过零比较电路和第一时间测量电路将第二高频换能器所接收到的超声波信号转换为脉冲超声波信号，并采集从CPU模块发出激励信号的时间至第一时间测量电路接收到所述第二高频换能器所接收到的脉冲超声波信号的时间之间的时间间隔值t1，该时间间隔值t1定义为第一超声波渡越时间；
[0024]第二高频换能器，用于接收第一高频换能器发射的超声波信号；
[0025]同时，CPU模块，用于发出针对第一低频换能器的激励信号，通过控制第二激励电路和第二激励切换电路来激励第一低频换能器，同时控制第二接收切换电路、第二增益调整电路、第二过零比较电路和第二时间测量电路将第二低频换能器所接收到的超声波信号转换为脉冲超声波信号，并采集从CPU模块发出激励信号的时间至第二时间测量电路接收到所述第二低频换能器所接收到的脉冲超声波信号的时间之间的时间间隔值t2，该时间间隔值t2定义为第二超声波渡越时间；
[0026]第二低频换能器，用于接收第一低频换能器发射的超声波信号；
[0027]其中，第一高频换能器与第一低频换能器采用同步激励；
[0028]根据真正超声波渡越时间的预设第一计算模式以及第一超声波渡越时间和第二超声波渡越时间，获得超声波真正渡越时间，此时超声波真正渡越时间是正程超声波渡越时间；
[0029]其中，第二种工作模式，具体如下：
[0030]CPU模块，用于发出针对第二高频换能器的激励信号，通过控制第一激励电路和第一激励切换电路来激励第二高频换能器，同时控制第一接收切换电路、第一增益调整电路、第一过零比较电路和第一时间测量电路将第一高频换能器所接收到的超声波信号转换为脉冲超声波信号，并采集从CPU模块发出激励信号的时间至第一时间测量电路接收到所述第一高频换能器所接收到的脉冲超声波信号的时间之间的时间间隔值t3，该时间间隔值t3定义为第三超声波渡越时间；
[0031]此时，第二高频换能器，用于接收第一高频换能器发射的超声波信号；
[0032]同时，CPU模块，用于发出针对第二低频换能器的激励信号，通过控制第二激励电路和第二激励切换电路来激励第二低频换能器，同时控制第二接收切换电路、第二增益调整电路、第二过零比较电路和第二时间测量电路将第一低频换能器所接收到的超声波信号转换为脉冲超声波信号，并采集从CPU模块发出激励信号的时间至第二时间测量电路接收到所述第一低频换能器所接收到的脉冲超声波信号的时间之间的时间间隔值t4，该时间间隔值t4定义为第四超声波渡越时间；
[0033]第一低频换能器，用于接收第二低频换能器发射的超声波信号；
[0034]第二高频换能器与第二低频换能器采用同步激励；
[0035]根据真正超声波渡越时间的预设第二计算模式以及第三超声波渡越时间和第四超声波渡越时间，获得超声波真正渡越时间，此时超声波真正渡越时间是逆程超声波渡越时间。
[0036]由以上本专利技术提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本专利技术提供了一种采用双频换能器的超声波流量计，其设计科学，能够解决超声波测量流速时，无法在应用现场精确测量超声波的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用双频换能器的超声波流量计，其特征在于，包括第一双频阵列超声波换能器(100)、第二双频阵列超声波换能器(200)和超声波流量计管体(300)以及测量电路；第一双频阵列超声波换能器(100)和第二双频阵列超声波换能器(200)，分别密封安装在中空的超声波流量计管体(300)上下两侧的预设开孔中；超声波流量计管体(300)内，具有横向流动的介质；第一双频阵列超声波换能器(100)的中心轴线，与第二双频阵列超声波换能器(200)的中心轴线，位于同一直线上；第一双频阵列超声波换能器(100)，包括第一高频换能器(101)和第一低频换能器(102)；第一高频换能器(101)和第一低频换能器(102)，设置在圆柱形的第一阵列换能器外壳(103)中；第一高频换能器(101)的中心点和第一低频换能器(102)的中心点，位于同一直线上；第二双频阵列超声波换能器(200)，包括第二高频换能器(201)和第二低频换能器(202)；第二高频换能器(201)和第二低频换能器(202)，设置在圆柱形的第二阵列换能器外壳(203)中；第二高频换能器(201)的中心点和第二低频换能器(202)的中心点，位于同一直线上；第一高频换能器(101)的中心点和第一低频换能器(102)的中心点之间的距离，等于第二高频换能器(201)的中心点和第二低频换能器(202)的中心点之间的距离；测量电路包括：CPU模块、第一激励电路、第二激励电路、第一激励切换电路、第二激励切换电路、第一增益调整电路、第二增益调整电路、第一接收切换电路、第二接收切换电路、第一过零比较电路、第二过零比较电路、第一时间测量电路和第二时间测量电路；所述测量电路，用于通过执行第一种工作模式或者第二种工作模式，获得超声波真正渡越时间；其中，第一种工作模式，具体如下：CPU模块，用于发出针对第一高频换能器(101)的激励信号，通过控制第一激励电路和第一激励切换电路来激励第一高频换能器(101)，同时控制第一接收切换电路、第一增益调整电路、第一过零比较电路和第一时间测量电路将第二高频换能器(201)所接收到的超声波信号转换为脉冲超声波信号，并采集从CPU模块发出激励信号的时间至第一时间测量电路接收到所述第二高频换能器(201)所接收到的脉冲超声波信号的时间之间的时间间隔值t1，该时间间隔值t1定义为第一超声波渡越时间；第二高频换能器(201)，用于接收第一高频换能器(101)发射的超声波信号；同时，CPU模块，用于发出针对第一低频换能器(102)的激励信号，通过控制第二激励电路和第二激励切换电路来激励第一低频换能器(102)，同时控制第二接收切换电路、第二增益调整电路、第二过零比较电路和第二时间测量电路将第二低频换能器(202)所接收到的超声波信号转换为脉冲超声波信号，并采集从CPU模块发出激励信号的时间至第二时间测量电路接收到所述第二低频换能器(202)所接收到的脉冲超声波信号的时间之间的时间间隔值t2，该时间间隔值t2定义为第二超声波渡越时间；第二低频换能器(202)，用于接收第一低频换能器(102)发射的超声波信号；
其中，第一高频换能器(101)与第一低频换能器(102)采用同步激励；根据真正超声波渡越时间的预设第一计算模式以及第一超声波渡越时间和第二超声波渡越时间，获得超声波真正渡越时间，此时超声波真正渡越时间是正程超声波渡越时间；其中，第二种工作模式，具体如下：CPU模块，用于发出针对第二高频换能器(201)的激励信号，通过控制第一激励电路和第一激励切换电路来激励第二高频换能器(201)，同时控制第一接收切换电路、第一增益调整电路、第一过零比较电路和第一时间测量电路将第一高频换能器(101)所接收到的超声波信号转换为脉冲超声波信号，并采集从CPU模块发出激励信号的时间至第一时间测量电路接收到所述第一高频换能器(101)所接收到的脉冲超声波信号的时间之间的时间间隔值t3，该时间间隔值t3定义为第三超声波渡越时间；此时，第二高频换能器(201)，用于接收第一高频换能器(101)发射的超声波信号；同时，CPU模块，用于发出针对第二低频换能器(202)的激励信号，通过控制第二激励电路和第二激励切换电路来激励第二低频换能器(202)，同时控制第二接收切换电路、第二增益调整电路、第二过零比较电路和第二时间测量电路将第一低频换能器(102)所接收到的超声波信号转换为脉冲超声波信号，并采集从CPU模块发出激励信号的时间至第二时间测量电路接收到所述第一低频换能器(102)所接收到的脉冲超声波信号的时间之间的时间间隔值t4，该时间间隔值t4定义为第四超声波渡越时间；第一低频换能器(102)，用于接收第二低频换能器(202)发射的超声波信号；第二高频换能器(201)与第二低频换能器(202)采用同步激励；根据真正超声波渡越时间的预设第二计算模式以及第三超声波渡越时间和第四超声波渡越时间，获得超声波真正渡越时间，此时超声波真正渡越时间是逆程超声波渡越时间。2.如权利要求1所述的采用双频换能器的超声波流量计，其特征在于，在本发明中，真正超声波渡越时间的预设第一计算模式，具体如下：判断第二超声波渡越时间t2是否小于第一超声波渡越时间t1；如果小于，则判断超声波真正渡越时间为t2；如果不小于，则将t2减去该第一低频换能器(102)自身具有的超声波信号周期时间T，直到t2和T的差值小于t1，将此时t2和T的差值作为超声波真正渡越时间。3.如权利要求1所述的采用双频换能器的超声波流量计，其特征在于，真正超声波渡越时间的预设第二计算模式，具体如下：判断第四超声波渡越时间t4是否小于第三超声波渡越时间t3；如果小于，则判断超声波真正渡越时间为t4；如果不小于，则将t4减去第二低频换能器(202)自身具有的超声波信号周期时间T，直到t4和T的差值小于t3，则将此时t4和T的差值作为超声波真正渡越时间。4.如权利要求1所述的采用双频换能器的超声波流量计，其特征在于，当所述测量电路执行第一种工作模式时，第一激励电路，用于将CPU发出的针对第一高频换能器(101)的激励信号，经过电压放大和功率放大，变为具有第一高频换能器(101)的驱动信号，然后发送给第一激励切换电路；第二激励电路，用于将CPU发出的针对第一低频换能器(102)的激励信号经过电压放大和功率放大，变为具有高压和高驱动能力的驱动信号，然后发送给第二激励切换电路；
当所述测量电路执行第一种工作模式时，第一激励切换电路，用于将第一激励电路发来的第一高频换能器(101)的驱动信号连接到第一高频换能器(101)，从而激励第一高频换能器(101)产生超声波信号；第二激励切换电路，用于将第二激励电路发来的第一低频换能器(102)的驱动信号连接到第一低频换能器(102)，从而激励第一低频换能器(102)产生超声波信号；当所述测量电路执行第一种工作模式时，第一高频换能器(101)，用于将其产生的超声波信号，发送给第二高频换能器(201)，第二高频换能器(201)将其接收到的超声波信号经第一接收切换电路发送给第一增益调整电路；第一低频换能器(102)，用于将其产生的超声波信号，发送给第二低频换能器(202)，第二低频换能器(202)将其接收到的超声波信号经第二接收切换电路发送给第二增益调整电路；当所述测量电路执行第一种工作模式时，第一接收切换电路，用于切换第二高频换能器(201)接收第一高频换能器(101)发来的超声波信号，然后将该第二高频换能器(201)所接收到的超声波信号发送给第一增益调整电路；第二接收切换电路，用于切换第二低频换能器(202)接收第一低频换能器(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冰，李蕊，李长奇，陈芳，杨佳，郭桂梅，
申请(专利权)人：天津商业大学，
类型：发明
国别省市：