CN202885878U - 利用对信号包络线处理测量流体流量的*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种利用对信号包络线处理测量流体流量的***，上游超声波发射器连接上游传感器、下游超声波发射器连接下游传感器，上游传感器和下游传感器同时连接信号放大电路，信号放大电路连接带通滤波电路，带通滤波电路连接模数转换电路、高速模数转换电路连接微处理器，计时器同时连接上游超声波发射器、下游超声波发射器和微处理器，微处理器还与信号采集器相连接。由于采用了数字信号滤波以及所有的传感器信号的信息都被用于确定包络线的特征点，其时间的测量精度和一致性有明显的提高，消除了因噪声丢失脉冲而产生的测量误差，通过本***可以精确的测量出超声波在流体中顺流和逆流的传播时间，进而可以精确的计算出流体的流量。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种测量流体流量的技术，尤其是指利用对信号包络线处理测量流体流量的***。
背景技术
超声波流量仪是一种根据超声波在流体中的传播速度变化来测量流量的仪表，它的主要特性是非接触式测量，测量的口径范围大，并对流体介质没有特殊要求。
时差法是超声波流量测量方法中目前应用非常广泛的一种测量方法，其基本原理是利用超声波在顺流和逆流两个方向的传播时间差来计算实际流量。目前用于测量时间差的方法基本有：阙值法、接收窗口法、PLL锁相回路法、双触发回路法等，这些方法的基本缺陷是精度不高。用电平触发时，因信号噪声容易丢失脉冲，同时，这些方法没有充分利用传感器输出的大部分测量信息。
由于时差法的测量精度与超声波传播时间的测量精度密切相关，所以如果能提高传播时间的测量精度会大幅度提高流量的测量精度。
中国专利公开号，公开日2007年5月23日，名称为“一种高精度时差式超声波流量计及其流量测量方法”中公开了一种高精度时差式超声波流量计，包括流量计管段,流量计管段上设有形成第一声道的第一探头、第二探头、第一短管和第二短管,以及形成第二声道的第三探头、第四探头、第三短管和第四短管;第一探头和第二探头分别通过螺纹安装在流量计管段上焊接的第一短管和第二短管上;第三探头和第四探头分别通过螺纹安装在流量计管段上焊接的第三短管和第四短管上;第一声道和第二声道平行交叉布置在流量计管段上,且分别与流量计管段的管轴线成相等夹角θ。但是该专利仍没有解决时差法因超声波在传播过程中有衰减，并不能完整还原发射的第一个脉冲信号甚至多个脉冲信号、导致判断超声波在流体中的传播时间有误差的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有技术中时差法超声波流量测量中信号噪声容易丢失脉冲，导致测量的超声波在流体中传播时间与真实时间由较大误差的问题，提供一种利用对信号包络线处理测量流体流量的***，该***可有效地减少超声波在流体中传播时间的误差。
本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现：
利用对信号包络线处理测量流体流量的***，包括上游超声波发射器、下游超声波发射器、上游传感器、下游传感器、信号放大电路、带通滤波电路、模数转换电路、用于计算包络线的微处理器、信号采集器和计时器，上游超声波发射器连接上游传感器、下游超声波发射器连接下游传感器，上游传感器和下游传感器同时连接信号放大电路，信号放大电路连接带通滤波电路，带通滤波电路连接模数转换电路、高速模数转换电路连接微处理器，计时器同时连接上游超声波发射器、下游超声波发射器和微处理器，微处理器还与信号采集器相连接。
流体流量测量的过程为，第一步，上游超声波发射器发出若干个周期的脉冲信号，计时器开始计时，下游传感器接收脉冲信号，接收的脉冲信号经过信号放大电路、带通滤波电路、模数转换电路后，转换为幅度逐渐增加再逐渐减小的正弦波数字信号；
第二步，处理器接收正弦波数字信号，并对正弦波数字信号进行包络计算，得出正弦波数字信号的包络线；
第三步，信号采集器采集包络线起点的位置，起点位置的X轴即信号在流体中顺流传输时间；
第四步，下游超声波发射器发出脉冲信号，计时器开始计时，上游传感器接收脉冲信号，剩下步骤均与第一步至第三步相同，得出信号在流体中逆流传输时间；
第五步，根据信号在流体中顺流传输的时间和信号在流体中逆流传输的时间，算出流体的流量。
通过计算顺逆流发射的超声波信号的传播时间就可以检测出液体的流速，从而换算成流量。
正弦波输出信号由于初始一个或多个正弦波信号较弱无法还原，故本实用新型通过计算正弦波输出信号的包络线，得出信号的起点。超声波发射器采用压电陶瓷传感器，因为压电陶瓷具有较窄的谐振频率，其输出的信号通过带通滤波后频率也比较窄，所以可以用连续希尔伯特变换进行数字信号分析求出信号的包络线。包络线的起点即为信号的起点，通过信号采集器采集起点，起点的时间通过计时器测量得出，起点的时间即为超声波在流体中的传播时间。
本实用新型的有益效果是，由于采用了数字信号滤波以及所有的传感器信号的信息都被用于确定包络线的特征点，其时间的测量精度和一致性有明显的提高，消除了因噪声丢失脉冲而产生的测量误差，通过本***可以精确的测量出超声波在流体中顺流和逆流的传播时间，进而可以精确的计算出流体的流量。
附图说明
图1是本实用新型的一种电路原理框图；
图2是本实用新型超声波发射器发射的脉冲波形图；
图3是本实用新型正弦波数字信号及其包络线的波形图。
其中：1、上游超声波发射器，2、下游超声波发射器，3、上游传感器，4、下游传感器，5、信号放大电路，6、带通滤波电路，7、模数转换电路，8、处理器，9、信号采集器，10、计时器，11、正弦波数字信号，12、包络线，13、起点。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步描述。
实施例1：利用对信号包络线处理测量流体流量的***，其电路原理框图如图1所示，包括上游超声波发射器1、下游超声波发射器2、上游传感器3、下游传感器4、信号放大电路5、带通滤波电路6、模数转换电路7、用于计算包络线的微处理器8、信号采集器9和计时器10，上游超声波发射器连接上游传感器、下游超声波发射器连接下游传感器，上游传感器和下游传感器同时连接信号放大电路，信号放大电路连接带通滤波电路，带通滤波电路连接高速模数转换电路、模数转换电路连接微处理器，计时器同时连接上游超声波发射器、下游超声波发射器和微处理器，微处理器还与信号采集器相连接。
流体流量测量的过程为，第一步，上游超声波发射器发出八个周期的脉冲信号，脉冲信号的波形图如图2所示，计时器开始计时，下游传感器接收脉冲信号，接收的脉冲信号经过信号放大电路、带通滤波电路、模数转换电路后，转换为幅度逐渐增加再逐渐减小的正弦波数字信号11，正弦波数字信号及其包络线的波形图如图3所示；
第二步，处理器接收正弦波数字信号，并对正弦波数字信号通过希尔伯特变换进行包络计算，得出正弦波数字信号的包络线12；
第三步，信号采集器采集包络线起点13的位置，起点位置的X轴即信号在流体中顺流传输时间；
第四步，下游超声波发射器发出脉冲信号，计时器开始计时，上游传感器接收脉冲信号，剩下步骤均与第一步至第三步相同，得出信号在流体中逆流传输时间；
第五步，根据信号在流体中顺流传输的时间和信号在流体中逆流传输的时间，根据流速计算公式算出流体的流量。
Claims (1)
1. 利用对信号包络线处理测量流体流量的***，其特征是，包括上游超声波发射器（1）、下游超声波发射器（2）、上游传感器（3）、下游传感器（4）、信号放大电路（5）、带通滤波电路（6）、模数转换电路（7）、用于计算包络线的微处理器（8）、信号采集器（9）和计时器（10），上游超声波发射器连接上游传感器、下游超声波发射器连接下游传感器，上游传感器和下游传感器同时连接信号放大电路，信号放大电路连接带通滤波电路，带通滤波电路连接高速模数转换电路、模数转换电路连接微处理器，计时器同时连接上游超声波发射器、下游超声波发射器和微处理器，微处理器还与信号采集器相连接。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102967334A (zh) * | 2012-09-26 | 2013-03-13 | 朱作行 | 利用对信号包络线处理测量流体流量的***及方法 |
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2012
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