一種頻差式超聲波流量測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及計(jì)量領(lǐng)域，具體是一種頻差式超聲波流量測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 超聲波測(cè)量流量有多種方法，如時(shí)差法，頻差法，相差法等。目前，在國(guó)內(nèi)外的超聲 波熱量表中大都是采用時(shí)差法。時(shí)差法是通過(guò)測(cè)量超聲波在流體中順流和逆流的傳播時(shí)間 差，從而獲得被測(cè)流體流速。然而，在小口徑流量測(cè)量中，由于超聲波傳播距離較短，因而在 測(cè)量低流速時(shí)所能獲得的At很小，大約只有幾 ns，這就要求計(jì)時(shí)電路必須具有ps級(jí)的時(shí)間 分辨力和相同時(shí)間的穩(wěn)定度，否則難以保證在全量程范圍內(nèi)具有相同的測(cè)量精度。
[0003] 實(shí)際上，若想設(shè)計(jì)一個(gè)具有幾十皮秒分辨率的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘，這對(duì)于現(xiàn)代電子技術(shù)來(lái) 說(shuō)幾乎是不可能的。ACAM公司提供了另外一種辦法，利用邏輯門的傳輸延時(shí)產(chǎn)生時(shí)基，并開 發(fā)出一種基于皮秒級(jí)時(shí)間間隔的TDC集成電路和時(shí)間測(cè)量解決方案。但是，通過(guò)對(duì)TDC芯片 的流速測(cè)量試驗(yàn)證明，在不同流速時(shí)，實(shí)際的時(shí)差測(cè)量值離散性很大，尤其是在低流速時(shí)幾 乎無(wú)法分辨真值。
[0004] 最好的方法就是采用頻差法，它可以從根本上克服為測(cè)量微小時(shí)間差所帶來(lái)的多 種弊端。頻差法是在時(shí)差法的基礎(chǔ)上而改進(jìn)的一種先進(jìn)方法，它是利用"鳴環(huán)"技術(shù)將超聲 波在流體中的順流或逆流傳播時(shí)間轉(zhuǎn)換為順流或逆流傳播頻率進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)計(jì)算求其頻率 差，進(jìn)而獲得流體流速。目前，市面上的超聲波流量計(jì)的工作原理都是基于時(shí)差法的，其在 全量程范圍內(nèi)的測(cè)量精度存在差異，而在國(guó)內(nèi)外還沒有發(fā)現(xiàn)應(yīng)用頻差法測(cè)量流量的實(shí)用裝 置或相關(guān)的計(jì)量產(chǎn)品，因此，開發(fā)一款頻差式超聲波流量測(cè)量裝置來(lái)解決現(xiàn)有基于時(shí)差法 的測(cè)量裝置存在的缺陷顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種頻差式超聲波流量測(cè)量裝置，利用超聲 波"鳴環(huán)"技術(shù)，在超聲波傳播路徑上產(chǎn)生順流和逆流鳴環(huán)頻率(或稱循環(huán)頻率），通過(guò)求其 兩者之間的頻率差A(yù)f，從而獲得被測(cè)流體流量。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)合理，倍頻器的設(shè)置顯著 提高了在低流速時(shí)頻率差A(yù)f的分辨率，在全量程范圍內(nèi)具有相同的測(cè)量精度，適用于大口 徑和小口徑流量的測(cè)量。
[0006] 本發(fā)明提供一種頻差式超聲波流量測(cè)量裝置，包括超聲波發(fā)射電路、換能器、接收 部分電路和單片機(jī)，所述超聲波發(fā)射電路、換能器和接收部分電路依次連接構(gòu)成閉合環(huán)路，
[0007] 所述超聲波發(fā)射電路包括同步電路、與所述同步電路連接的超聲波發(fā)射電路I和 超聲波發(fā)射電路Π ;所述接收部分電路包括依次連接的模擬接收開關(guān)、調(diào)理電路和回波調(diào) 制器，所述模擬接收開關(guān)與換能器連接，所述回波調(diào)制器與所述同步電路連接；
[0008] 所述同步電路、超聲波發(fā)射電路I、換能器、模擬接收開關(guān)、調(diào)理電路和回波調(diào)制器 構(gòu)成順流循環(huán)頻率測(cè)量電路;所述同步電路、超聲波發(fā)射電路Π 、換能器、模擬接收開關(guān)、調(diào) 理電路和回波調(diào)制器構(gòu)成逆流循環(huán)頻率測(cè)量電路；
[0009] 所述單片機(jī)與所述超聲波發(fā)射電路I、超聲波發(fā)射電路Π 、模擬接收開關(guān)連接，向 所述超聲波發(fā)射電路I、超聲波發(fā)射電路Π 、模擬接收開關(guān)發(fā)送控制信號(hào)，所述回波調(diào)制器 與單片機(jī)連接，向單片機(jī)發(fā)送順流循環(huán)頻率和逆流循環(huán)頻率。
[0010] 優(yōu)選地，所述裝置還包括倍頻器，所述回波調(diào)制器與倍頻器連接，所述倍頻器與所 述單片機(jī)連接。
[0011] 具體地，所述調(diào)理電路包括依次連接的接收放大器、帶通濾波器和回波過(guò)零檢測(cè) 器，所述接收放大器與所述模擬接收開關(guān)連接，所述回波過(guò)零檢測(cè)器與所述回波調(diào)制器連 接。
[0012] 具體地，所述換能器包括換能器Τ1和換能器Τ2,所述換能器Τ1和換能器Τ2安裝在 測(cè)量管同一側(cè)并相距一定距離，所述超聲波發(fā)射電路I與所述換能器Τ1連接，所述超聲波發(fā) 射電路Π 與所述換能器Τ2連接，通過(guò)換能器Τ1的超聲波經(jīng)測(cè)量管的管壁一次反射后能夠由 換能器Τ2接收，通過(guò)換能器Τ2的超聲波經(jīng)測(cè)量管的管壁一次反射后能夠由換能器Τ1接收， 所述換能器Τ1和換能器Τ2分別與所述模擬接收開關(guān)連接。
[0013] 進(jìn)一步地，通過(guò)換能器Τ1的超聲波的傳播方向與測(cè)量管中流體的流動(dòng)方向呈45° 夾角，通過(guò)換能器Τ2的超聲波的傳播方向與測(cè)量管中流體的流動(dòng)方向呈135°夾角。
[0014] 進(jìn)一步地，所述單片機(jī)具有頻率計(jì)數(shù)器和流量計(jì)算器，所述頻率計(jì)數(shù)器用于對(duì)順 流循環(huán)頻率和逆流循環(huán)頻率進(jìn)行測(cè)量，所述流量計(jì)算器用于計(jì)算并輸出被測(cè)流體的流量。
[0015] 由于上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明裝置利用超聲波"鳴環(huán)"技 術(shù)，在超聲波傳播路徑上產(chǎn)生順流和逆流鳴環(huán)頻率(或稱循環(huán)頻率），通過(guò)求其兩者之間的 頻率差A(yù)f，從而獲得被測(cè)流體流量。裝置中倍頻器的設(shè)置顯著提高了在低流速時(shí)頻率差Λ f的分辨率，在全量程范圍內(nèi)具有相同的測(cè)量精度，非常適用于小口徑流量的測(cè)量，具有測(cè) 量精度可靠、操作便捷的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要 使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì) 于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其 它附圖。
[0017] 圖1是本發(fā)明裝置的電路原理框圖。
[0018] 圖中：1-單片機(jī)，2-同步電路，3-超聲波發(fā)射電路1，4_超聲波發(fā)射電路Π ，5_換能 器I，6-換能器Π ，7-測(cè)量管，8-模擬接收開關(guān)，9-接收放大器，10-帶通濾波器，11-回波過(guò)零 檢測(cè)器，12-回波調(diào)制器，13-倍頻器，14-聲路。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其 他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0020] 實(shí)施例一
[0021] 參見圖1，本發(fā)明一種頻差式超聲波流量測(cè)量裝置，包括超聲波發(fā)射電路、換能器、 接收部分電路、倍頻器13和單片機(jī)1，所述超聲波發(fā)射電路、換能器和接收部分電路依次連 接，超聲波發(fā)射電路、換能器和接收部分電路與聲路14構(gòu)成閉合環(huán)路；
[0022] 其中，所述超聲波發(fā)射電路包括同步電路2、與所述同步電路2連接的超聲波發(fā)射 電路13和超聲波發(fā)射電路Π 4;所述換能器包括換能器T15和換能器T26，所述接收部分電路 包括依次連接的模擬接收開關(guān)8、調(diào)理電路和回波調(diào)制器12,所述模擬接收開關(guān)8與換能器8 連接，所述回波調(diào)制器12與所述同步電路2連接；
[0023]所述同步電路2、超聲波發(fā)射電路13、換能器T15、換能器T26、模擬接收開關(guān)8、調(diào)理 電路和回波調(diào)制器12構(gòu)成順流循環(huán)頻率測(cè)量電路;所述同步電路2、超聲波發(fā)射電路Π 4、換 能器T26、換能器T15、模擬接收開關(guān)8、調(diào)理電路和回波調(diào)制器12構(gòu)成逆流循環(huán)頻率測(cè)量電 路；
[0024]所述單片機(jī)1與所述超聲波發(fā)射電路13、超聲波發(fā)射電路Π 4、模擬接收開關(guān)8連 接，向所述超聲波發(fā)射電路13、超聲波發(fā)射電路Π 4、模擬接收開關(guān)8發(fā)送控制信號(hào);所述回 波調(diào)制器12與單片機(jī)1連接，向單片機(jī)1發(fā)送順流循環(huán)頻率和逆流循環(huán)頻率;所述倍頻器13 分別與回波調(diào)制器12和單片機(jī)1連接。
[0025]所述調(diào)理電路包括依次連接的接收放大器9、帶通濾波器10和回波過(guò)零檢測(cè)器11， 所述接收放大器9與所述模擬接收開關(guān)8連接，所述回波過(guò)零檢測(cè)器11與所述回波調(diào)制器12 連接。
[0026]所述換能器T1 5和換能器T2 6安裝在測(cè)量管7同一側(cè)并相距一定距離，所述超聲 波發(fā)射電路13與所述換能器T1 5連接，所述超聲波發(fā)射電路Π 4與所述換能器T2 6連接，通 過(guò)換能器T1 5的超聲波經(jīng)測(cè)量管7的管壁一次反射后能夠由換能器T2 6接收，通過(guò)換能器 T2 6的超聲波經(jīng)測(cè)量管7的管壁一次反射后能夠由換能器T1 5接收，所述換能器T1 5和換 能器T2 6分別與所述模擬接收開關(guān)8連接。
[0027] 進(jìn)一步地，通過(guò)換能器T15的超聲波的傳播方向與測(cè)量管7中流體的流動(dòng)方向呈 45°夾角，通過(guò)換能器T26的超聲