專利名稱：上游和下游傳感器相向同步發(fā)射接收超聲波測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于超聲波時(shí)差法及相位差法流速流量檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種上游和下游傳感器相向同步發(fā)射接收的超聲波測量裝置。
背景技術(shù)：
通常傳統(tǒng)的超聲波流速流量測量上游和下游傳感器通過切換控制進(jìn)行異步交替工作，即分為2個(gè)過程，其一是上游傳感器發(fā)射下游傳感器接收；其二是下游傳感器發(fā)射上游傳感器接收。這兩個(gè)過程是在異步狀態(tài)下進(jìn)行，即當(dāng)上游傳感器發(fā)射時(shí)，下游傳感器不發(fā)射只是等待接收上游傳感器發(fā)射過來的信號(hào)，只有在接收到信號(hào)以后，再開始下一個(gè)過程。那么要取得一組時(shí)間差信號(hào)，需要上述兩個(gè)過程才能完成。在這兩個(gè)過程之間會(huì)具有一定的延時(shí)，如果流速變化很快，這一延時(shí)會(huì)帶來測量上的誤差，影響了測量的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性?，F(xiàn)有技術(shù)中公開了一種同步收發(fā)時(shí)差式超聲波流量計(jì)，上下游同時(shí)向?qū)Χ藗鞲衅靼l(fā)出超聲波信號(hào)，在超聲波信號(hào)到達(dá)對端前同時(shí)打開接收電路，并用相關(guān)算法獲取正逆向傳播時(shí)間，從而獲得流速和流量信息。但是在流速很慢時(shí)，在波形數(shù)據(jù)上只能查到一個(gè)波峰，與流體靜止時(shí)的波形相似，給流速測量帶來困難。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是設(shè)計(jì)一種新的超聲波時(shí)差法(相位差法)測量裝置，使傳統(tǒng)的上下游傳感器異步發(fā)射接收，創(chuàng)新為同步發(fā)射接收，此創(chuàng)新在電路上設(shè)計(jì)了獨(dú)具特色的測量時(shí)間同步采樣存儲(chǔ)，在程序控制下進(jìn)行發(fā)射，接收，采樣，數(shù)據(jù)處理，可以用于管道，渠道，河流的各種流體的流速流量測量。其測量的實(shí)時(shí)性，準(zhǔn)確性，穩(wěn)定性比傳統(tǒng)的測量方式有很大提聞。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為提出一種上游和下游傳感器相向同步發(fā)射接收超聲波測量裝置，包括上游傳感器、下游傳感器、發(fā)射單元、放大器，其特征在于還包括高分辨率時(shí)間采樣存儲(chǔ)單元、微控制器；所述上游傳感器和下游傳感器各自具有獨(dú)立的發(fā)射單元、放大器、高分辨率時(shí)間采樣存儲(chǔ)單元；所述上游傳感器和下游傳感器與各自的發(fā)射單元相連接，所述微控制器連接控制發(fā)射單元；所述上游傳感器和下游傳感器與各自的放大器相連接，接收到的信號(hào)通過各自的放大器進(jìn)行放大整形；所述放大器連接高分辨率時(shí)間采樣存儲(chǔ)單元，對放大整形的信號(hào)進(jìn)行采樣存儲(chǔ)；所述高分辨率時(shí)間采樣存儲(chǔ)單元連接微控制器，采樣完成后由微控制器讀取上游和下游接收時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。優(yōu)選的，所述高分辨率時(shí)間采樣存儲(chǔ)單元可以準(zhǔn)確的分辨22ps的時(shí)間差。進(jìn)一步的，所述上游傳感器和下游傳感器可以為多個(gè)，組成多聲道的測量，每個(gè)聲道的上游和下游傳感器之間的相向同步發(fā)射接收。本實(shí)用新型的有益效果為采用上游和下游傳感器相向同步發(fā)射接收大大提高了測量速度，與此同時(shí)使上下游的測量在同一流態(tài)進(jìn)行保證了測量的實(shí)時(shí)性。本專利與傳統(tǒng)的上下游交替工作的超聲波測量技術(shù)相比具有設(shè)計(jì)更先進(jìn)更科學(xué)更準(zhǔn)確，特別適合各種工農(nóng)業(yè)管道渠道河道流體的超聲波測量，在電路上設(shè)計(jì)了獨(dú)具特色的測量時(shí)間同步采樣存儲(chǔ)，并且可以準(zhǔn)確的分辨22ps的時(shí)間差，能夠很好的解決流速緩慢時(shí)的測量誤差問題，具有測量快速準(zhǔn)確，性能價(jià)格比高、安裝使用方便的特點(diǎn)。

圖I是本實(shí)用新型的電氣原理圖。圖2是靜態(tài)測量時(shí)上下游傳感器發(fā)射接收時(shí)序圖。圖3是動(dòng)態(tài)測量時(shí)上下游傳感器發(fā)射接收時(shí)序圖。 圖4為本實(shí)用新型系統(tǒng)工作流程圖。其中Tl :上游發(fā)射單元。T2 :下游發(fā)射單元。UP:上游傳感器。DN:下游傳感器。Al :上游放大器I。A2 :上游放大器2。BI :下游放大器I。B2 :下游放大器2。PA :上游高分辨率時(shí)間采樣存儲(chǔ)單元。PB :下游高分辨率時(shí)間采樣存儲(chǔ)單元。μ。微控制器。Tup 上游發(fā)射信號(hào)時(shí)間點(diǎn)。Tdn :下游發(fā)射信號(hào)時(shí)間點(diǎn)。A 上游接收信號(hào)時(shí)間點(diǎn)。B :下游接收信號(hào)時(shí)間點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。如圖I所示，上游傳感器UP和下游傳感器DN具有兩套互相獨(dú)立的發(fā)射接收電路，其中上游發(fā)射單元Tl，下游發(fā)射單元Τ2，在微控制器μ。的控制下同步進(jìn)行發(fā)射，上游發(fā)射信號(hào)時(shí)間點(diǎn)Tup與下游發(fā)射信號(hào)時(shí)間點(diǎn)Tdn同步；圖中虛線表示測量介質(zhì)中超聲波的傳輸，上游傳感器UP和下游傳感器DN在同步接收到對方發(fā)射的信號(hào)后，上游傳感器UP在上游接收信號(hào)時(shí)間點(diǎn)A收到的信號(hào)通過上游放大器1Α1、上游放大器2Α2進(jìn)行放大整形，下游傳感器UP在下游接收信號(hào)時(shí)間點(diǎn)B收到的信號(hào)通過下游放大器1Β1、下游放大器2Β2進(jìn)行放大整形，由上游高分辨率時(shí)間采樣存儲(chǔ)單元PA和下游高分辨率時(shí)間采樣存儲(chǔ)單元PB組成的高分辨率時(shí)間采樣存儲(chǔ)單元進(jìn)行采樣存儲(chǔ)。采樣完成后由微控制器μ。讀取上游和下游接收時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。其中，上游高分辨率時(shí)間采樣存儲(chǔ)單元PA和下游高分辨率時(shí)間采樣存儲(chǔ)單元PB可以準(zhǔn)確的分辨22ps的時(shí)間差。所述上游傳感器UP和下游傳感器DN可以為多個(gè)，組成多聲道的測量，每個(gè)聲道的上游傳感器UP和下游傳感器DN之間的相向同步發(fā)射接收。[0029]如圖2所示，靜態(tài)測量時(shí)上游傳感器UP和下游傳感器DN發(fā)射接收時(shí)序，同步發(fā)射后上游接收信號(hào)和下游接收信號(hào)也同時(shí)到達(dá)。如圖3所示，圖3是動(dòng)態(tài)測量時(shí)上游和下游傳感器發(fā)射接收時(shí)序，同步發(fā)射后上游和下游接收信號(hào)出現(xiàn)與介質(zhì)流速相關(guān)的時(shí)間差。由此可以計(jì)算出被測介質(zhì)流速。如圖4所示，本實(shí)用新型工作時(shí)，首先系統(tǒng)初始化，自檢，在微控制器μ。的控制下，上游傳感器UP和下游傳感器DN同步發(fā)射，然后打開測量窗口，等待接收，接收后讀取上、下游測量時(shí)間，計(jì)算時(shí)間差，計(jì)算流速和流量。以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對本實(shí)用新型的技術(shù)方案作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實(shí)用新型的技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種上游和下游傳感器相向同步發(fā)射接收超聲波測量裝置，包括上游傳感器、下游傳感器、發(fā)射單元、放大器，其特征在于還包括高分辨率時(shí)間采樣存儲(chǔ)單元、微控制器；所述上游傳感器和下游傳感器各自具有獨(dú)立的發(fā)射單元、放大器、高分辨率時(shí)間采樣存儲(chǔ)單元；所述上游傳感器和下游傳感器與各自的發(fā)射單元相連接，所述微控制器連接控制發(fā)射單元；所述上游傳感器和下游傳感器與各自的放大器相連接；所述放大器連接高分辨率時(shí)間采樣存儲(chǔ)單元；所述高分辨率時(shí)間采樣存儲(chǔ)單元連接微控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種上游和下游傳感器相向同步發(fā)射接收超聲波測量裝置，其特征在于所述高分辨率時(shí)間采樣存儲(chǔ)單元可以準(zhǔn)確的分辨22ps的時(shí)間差。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的任一種上游和下游傳感器相向同步發(fā)射接收超聲波測量裝置，其特征在于所述上游傳感器和下游傳感器可以為多個(gè)，組成多聲道的測量，每個(gè)聲道的上游和下游傳感器之間的相向同步發(fā)射接收。
專利摘要本實(shí)用新型提出一種上游和下游傳感器相向同步發(fā)射接收超聲波測量裝置，包括上游傳感器、下游傳感器、發(fā)射單元、放大器，還包括高分辨率時(shí)間采樣存儲(chǔ)單元、微控制器；所述上游傳感器和下游傳感器各自具有獨(dú)立的發(fā)射單元、放大器、高分辨率時(shí)間采樣存儲(chǔ)單元。本實(shí)用新型采用上游和下游傳感器相向同步發(fā)射接收大大提高了測量速度，與此同時(shí)使上下游的測量在同一流態(tài)進(jìn)行保證了測量的實(shí)時(shí)性。能夠很好的解決流速緩慢時(shí)的測量誤差問題，具有測量快速準(zhǔn)確，性能價(jià)格比高、安裝使用方便的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01P5/24GK202383152SQ20112056342
公開日2012年8月15日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者欒繼軍 申請人:天津市求精科技發(fā)展有限公司