本发明专利技术公开了一种基于累积相位差的超声波流量测量装置，采用连续的正弦波信号对发射传感器进行驱动，两路接收的超声波信号分别进行选频放大、波形变换后得到脉冲信号，然后在波形变化电路转换为相位差信号；在脉宽/电压转换电路对相位差信号进行脉宽/电压转换时，采用N次脉冲充电机累计充电的方式对电容进行充电，从而增加了电容的充电量，使得测量的分辨率提高，从而更加精确地测量出相位差信号的脉冲宽度即时间差Δt，这样提高流量测量的精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于流量检测
，更为具体地讲，涉及一种基于累积相位差的超声波流量测量装置。
技术介绍
节能降耗是当今社会和时代发展得迫切要求。开展节能降耗，首先要求对能源的使用与消耗进行精确的量化，即采用计量器具准确地计量能源消耗，要依据计量器具所提供的数据来计算和考核能耗，依靠计量(检测)结果来科学管理，提高经济效益，才能实现真正意义上的节能降耗。因此，计量(检测)是节能降耗、消除贸易结算中双方矛盾所必需的必要手段，流量测量的准确性和可靠性已经成为大家关注的焦点。超声波流量测量技术由于其突出的优点，如没有运动部件、非接触式测量、测量精度高、可测量范围宽等，在近几年迎来了迅猛的发展。因此，超声波流量检测技术作为一种新型流量检测技术，致力于提高其流量检测精度和扩展流量检测使用场合等研究工作，无论是对于国民经济还是科学发展等领域都具有极其深远的意义。超声波流量测量的方式有多种，包括传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等，其中，超声波时差法流量测量方法是一种分别测量超声波在流体介质中沿顺流传播和沿逆流传播的传播时间，求得沿超声波传播路径的平均流速，进而根据流体流速和流体横截面积等参数测量管道内流体流量的方法。如图1所示。图中，E为发射传感器，位于测量管道的一侧，RA、RB为上下游接收传感器，位于测量管道的另一侧，与发射传感器E相对；两路接收传感器RA、RB与发射传感器E的安装角度均为θ，C0为超声波在静止流体中的传播速度，V为流速，D为管道内径。驱动信号驱动发射传感器E发射超声波信号，分别沿顺流和逆流的方向传播；两个接收传感器RA、RB会先后接收到由发射传感器E发射来的信号，通过比较两路接收信号之间的相位差即可得到两个接收传感器接收到超声
波信号时之间的时间差Δt。然而，通常流体流速相对于超声波的传播速度来说很小，因此两路超声波接收信号得到的相位差脉冲宽度即时间差Δt较小，因而根据相位差脉冲转换得到的电容充电量较小，影响测量结果精度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于累积相位差的超声波流量测量装置，以提高流量测量的精度。为实现上述专利技术目的，本专利技术基于累积相位差的超声波流量测量装置，包括：位于测量管道的一侧的发射传感器以及位于测量管道的另一侧，与发射传感器相对的上、下游接收传感器，两路接收传感器(上、下游接收传感器)与发射传感器的安装角度均为θ；其特征在于，所述发射传感器采用连续的正弦波信号进行驱动，以产生连续的超声波信号，并同时向上、下游接收传感器发射；所述的基于累积相位差的超声波流量测量装置还包括：由两路选频放大电路、两路波形变换电路以及相位比较电路构成超声波信号接收模块，其中，上、下游接收传感器接收到发射传感器发射的超声波信号后，各自送入一路选频放大电路，以滤除接收的超声波信号中夹杂的高频干扰成分，然后各自通过一路波形变换电路，将它们变换为脉冲信号，以便于比较出它们之间的相位差信号，最后，相位比较电路对两路波形变换电路输出脉冲信号的相位进行比较，得到相位差信号；脉宽/电压转换电路和采样保持电路，其中，脉宽/电压转换电路用于相位差信号的脉冲宽度转换为电容(充电电容)的充电电压，转换过程结束后，断开相位差信号，停止将相位差信号作为开门信号，对脉宽/电压转换电路2中的电容进行充电，同时，采样保持电路对电容的充电电压进行采样保持，以确保转换结果的准确性；高精度的A/D转换器，用于将采样电路保持的电容的充电电压转换为数字信号的充电电压值；计数器，对相位差信号进行计数，当计数到N+1时，表示转换过程结束，
输出转换完成标志信号到脉宽/电压转换电路，断开相位差信号；同时，转换完成标志信号还输入到时序控制模块；时序控制模块，当转换完成标志信号脉冲到来时，输出A/D使能信号，启动对高精度的A/D转换器对采样电路保持的电容的充电电压进行转换，同时，延迟一定的时间即测量时间后，输出放电脉冲到脉宽/电压转换电路，对电容进行放电，再延迟一定的时间即放电时间后，输出复位信号给计数器以及脉宽/电压转换电路，使计数器复位，重新计数，使脉宽/电压转换电路复位，重新进行相位差信号的脉冲宽度转换为电容的充电电压的累积充电过程；流量计算模块，根据充电电压值，得到接收到的超声波信号的时间差，然后，结合管道参数，计算出流体流量。本专利技术的目的是这样实现的。本专利技术基于累积相位差的超声波流量测量装置，采用连续的正弦波信号对发射传感器进行驱动，两路接收的超声波信号分别进行选频放大、波形变换后得到脉冲信号，然后在波形变化电路转换为相位差信号；在脉宽/电压转换电路对相位差信号进行脉宽/电压转换时，采用N次脉冲累积充电的方式对电容进行充电，从而增加了电容的充电量，使得测量的分辨率提高，从而更加精确地测量出相位差信号的脉冲宽度即时间差Δt，这样提高了流量测量的精度。附图说明图1是超声波时差法流量测量原理示意图；图2是本专利技术基于累积相位差的超声波流量测量装置接收的两路接收的超声波信号之间的相位差示意图；图3是图2所示的两路接收的超声波信号波形变化后，得到的脉冲信号波形图；图4是本专利技术基于累积相位差的超声波流量测量装置一种具体实施方式原理框图；图5是本专利技术中多次累积测量的波形示意图；图6是完整的测量周期中电容两端电压输出示意图；图7是本专利技术基于累积相位差的超声波流量测量装置另一种具体实施方式原理框图；图8是图4所示超声波信号接收模块的一种具体实施方式原理图；图9是图4中接收传感器接收到的超声波信号的波形图；图10是图8中接收传感器接收到的超声波信号经过放大后的波形图；图11是图8中接收传感器接收到的超声波信号经过二次放大后的波形图；图12是图8所示波形变换电路将超声波信号变换输出的脉冲信号波形图；图13是图4所示相位比较电路的一种具体实施方式原理图；图14是图4所示波形变换电路输出的两路脉冲信号波形图；图15是图13所示相位比较电路对两路脉冲信号进行微分处理后的波形图；图16是图13所示相位比较电路对两路脉冲信号进行处理后的波形图；图17是图4所示的脉宽/电压转换电路一种具体实施方式原理图；图18是图4所示的脉宽/电压转换电路的充电电压变化波形图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。1、脉宽/电压累计转换测量在本专利技术中，采用连续的正弦波信号对发射传感器E(超声波传感器)进行驱动，两路接收超声波传感器即上、下游接收传感器RA、RB接收到的信号同样是一个连续的正弦波信号。由于超声波在管道中的传播时延以及流体流速带来的影响，其相位同超声波发射传感器E发射的正弦波信号相位有差异，两路接收的超声波信号之间的相位差中则包含了管道中流体的流速信息。图2中tA为超声波信号到达位于发射传感器E上游的接收传感器RA所耗传播时间，tB为超声波信号到达位于发射传感器E上游的接收传感器RB所耗传播时间，Δt为两路接收传感器RA、RB接收到超声波信号的时间差。现有技术中本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于累积相位差的超声波流量测量装置，包括：位于测量管道的一侧的发射传感器以及位于测量管道的另一侧，与发射传感器相对的上、下游接收传感器，两路接收传感器(上、下游接收传感器)与发射传感器的安装角度均为θ；其特征在于，所述发射传感器采用连续的正弦波信号进行驱动，以产生连续的超声波信号，并同时向上、下游接收传感器发射；所述的基于累积相位差的超声波流量测量装置还包括：由两路选频放大电路、两路波形变换电路以及相位比较电路构成超声波信号接收模块，其中，上、下游接收传感器接收到发射传感器发射的超声波信号后，各自送入一路选频放大电路，以滤除接收的超声波信号中夹杂的高频干扰成分，然后各自通过一路波形变换电路，将它们变换为脉冲信号，以便于比较出它们之间的相位差信号，最后，相位比较电路对两路波形变换电路输出脉冲信号的相位进行比较，得到相位差信号；脉宽/电压转换电路和采样保持电路，其中，脉宽/电压转换电路用于相位差信号的脉冲宽度转换为电容(充电电容)的充电电压，转换过程结束后，断开相位差信号，停止将相位差信号作为开门信号，对脉宽/电压转换电路2中的电容进行充电，同时，采样保持电路对电容的充电电压进行采样保持，以确保转换结果的准确性；高精度的A/D转换器，用于将采样电路保持的电容的充电电压转换为数字信号的充电电压值；计数器，对相位差信号进行计数，当计数到N+1时，表示转换过程结束，输出转换完成标志信号到脉宽/电压转换电路，断开相位差信号；同时，转换完成标志信号还输入到时序控制模块；时序控制模块，当转换完成标志信号脉冲到来时，输出A/D使能信号，启动对高精度的A/D转换器对采样电路保持的电容的充电电压进行转换，同时，延迟一定的时间即测量时间后，输出放电脉冲到脉宽/电压转换电路，对电容进行放电，再延迟一定的时间即放电时间后，输出复位信号给计数器以及脉宽/电压转换电路，使计数器复位，重新计数，使脉宽/电压转换电路复位，重新进行相位差信号的脉冲宽度转换为电容的充电电压的累积充电过程；流量计算模块，根据充电电压值，得到接收到的超声波信号的时间差，然后，结合管道参数，计算出流体流量。...
【技术特征摘要】
1.一种基于累积相位差的超声波流量测量装置，包括：位于测量管道的一侧的发射传感器以及位于测量管道的另一侧，与发射传感器相对的上、下游接收传感器，两路接收传感器(上、下游接收传感器)与发射传感器的安装角度均为θ；其特征在于，所述发射传感器采用连续的正弦波信号进行驱动，以产生连续的超声波信号，并同时向上、下游接收传感器发射；所述的基于累积相位差的超声波流量测量装置还包括：由两路选频放大电路、两路波形变换电路以及相位比较电路构成超声波信号接收模块，其中，上、下游接收传感器接收到发射传感器发射的超声波信号后，各自送入一路选频放大电路，以滤除接收的超声波信号中夹杂的高频干扰成分，然后各自通过一路波形变换电路，将它们变换为脉冲信号，以便于比较出它们之间的相位差信号，最后，相位比较电路对两路波形变换电路输出脉冲信号的相位进行比较，得到相位差信号；脉宽/电压转换电路和采样保持电路，其中，脉宽/电压转换电路用于相位差信号的脉冲宽度转换为电容(充电电容)的充电电压，转换过程结束后，断开相位差信号，停止将相位差信号作为开门信号，对脉宽/电压转换电路2中的电容进行充电，同时，采样保持电路对电容的充电电压进行采样保持，以确保转换结果的准确性；高精度的A/D转换器，用于将采样电路保持的电容的充电电压转换为数字信号的充电电压值；计数器，对相位差信号进行计数，当计数到N+1时，表示转换过程结束，输出转换完成标志信号到脉宽/电压转换电路，断开相位差信号；同时，转换完成标志信号还输入到时序控制模块；时序控制模块，当转换完成标志信号脉冲到来时，输出A/D使能信号，启动对高精度的A/D转换器对采样电路保持的电容的充电电压进行转换，同时，延迟一定的时间即测量时间后，输出...
【专利技术属性】
技术研发人员：詹惠琴，古军，刘祥，徐静，闫冰程，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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