有效提高超声波探头接收信号强度的定位装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种有效提高超声波探头接收信号强度的定位装置及其方法。它包括定位装置、控制系统，定位装置包括管道、第一超声波探头、第二超声波探头、滑块、轨道固定器、步进电机、齿条、齿轮；第二超声波探头直接安装在管道上，第一超声波探头安装在滑块上，滑块通过轨道固定器安装在管道上，滑块上端有齿条，步进电机安装在轨道固定器上，步进电机通过齿轮与齿条的啮合与滑块连接，控制系统与步进电机、第一超声波探头、第二超声波探头连接。本发明专利技术用于解决超声波传播路径随流体流速变化引起的超声波探头接收信号强度减弱问题，有效提高超声波探头接收信号强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于测量、测试
，涉及一种有效提高超声波探头接收信号强度的 定位装置及其方法。
技术介绍
超声波流量计作为常用流量计量方法，以其独有的优势在计量领域开始大量应 用，但其也有着抗干扰能力差、可靠性和精度等级不高的缺点。以时差法超声波流量计为 例，其主要工作是用超声波探头可靠有效地接收超声波信号并精确测量超声波传播时间， 其中重要的一点就是要确保接收信号强度，特别是超声波信号在流体介质传播中衰减、受 流体流速分布干扰影响等情况下。 在现有技术中主要通过两种方法提高和确保信号强度。一种是改善超声波 探头材料和结构以提高信号转换效率，如《一种流量计用超声波传感器》（申请号： CN201410037294. 5)通过调整压电元件输出超声波的强度分布，改善超声波接收感度特性 的非对称性，以提高超声波信号的信噪比；另一种是通过增大超声波探头驱动信号强度的 方法来实现，如《基于TDC-GP22的超大型管径超声波流量计及其信号增强方法》（申请号： CN201310237599. 6) 〇 如图1、图2所示，根据超声波探头的特性，它的信号发射强度随着发射指向角α 的变大而减小，在超声波发射平面的法线方向超声波信号最强，因此不同接收位置的超声 波信号强度不同；而在流体流速变化的影响下，超声波传播路径会发生改变，因此超声波探 头接收信号最强处实时变化，很多情况下已安装的超声波探头并没有接收到最强的超声波 信号。前文提到的两种方法对于这种情况没有很好的解决办法。 目前鲜有通过对流体介质和流速分布进行分析并移动超声波探头至信号最强处 来提高接收信号强度的方法。《一种基于DSP28335的超声波探头自动定位方法及装置》（申 请号：CN201410056961.4)虽然也提出了通过移动超声波探头来提高测量精度的方法，但 其主要是针对超声波探头初始安装位置的确定与安装，并没有涉及在测量过程中因流体流 速不同而对超声波探头位置进行实时调整的方法；同时由于超声波顺逆流传播路径在同一 流体流速下的差异性，该专利的方法不能保证这对超声波探头都处在最佳测量位置。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决因流体流速分布变化而引起的超声波信号强度减弱的 问题，提供一种。 本专利技术的目的是通过如下措施来达到的。 有效提高超声波探头接收信号强度的定位装置包括定位装置、控制系统，定位装 置包括管道、第一超声波探头、第二超声波探头、滑块、轨道固定器、步进电机、齿条、齿轮； 第二超声波探头直接安装在管道上，第一超声波探头安装在滑块上，滑块通过轨 道固定器安装固定在管道上，滑块上端有齿条，步进电机安装在轨道固定器上，步进电机通 过齿轮与齿条的啮合与滑块连接，控制系统与步进电机、第一超声波探头、第二超声波探头 连接。 所述的控制系统的电路为：核心处理单元STM32F103芯片I/O管脚与时间数字转 换器TDC-GP22的7端、8端、9端、10端、11端、12端、13端相连；STM32F103芯片I/O管脚 与步进电机驱动芯片THB7128的2端、3端、16端、17端、18端、19端相连； 时间数字转换器TDC-GP22的3端、14端、22端、25端、26端、29端与电源VCC相连； 时间数字转换器TDC-GP22的4端、21端、28端、31端与地相连；时间数字转换器TDC-GP22 的1端与电阻R3、晶振Y1、电容C3的一端相连；时间数字转换器TDC-GP22的2端与电容 C4的一端相连，与电阻R3、晶振Yl的另一端相连；电容C3的另一端、C4的另一端接地；时 间数字转换器TDC-GP22的5端与电阻R2的一端相连；时间数字转换器TDC-GP22的6端与 电阻Rl的一端相连；时间数字转换器TDC-GP22的15端与电阻R4、晶振Y2、电容C6的一端 相连；时间数字转换器TDC-GP22的16端与电容C5的一端相连，与电阻R4、晶振Y2的另一 端相连；电容C5的另一端、C6的另一端接地；时间数字转换器TDC-GP22的27端与电容Cl 的一端相连；电容Cl的另一端与电阻Rl的另一端、第一超声波探头的一端相连；时间数字 转换器TDC-GP22的30端与电容C2的一端相连；电容C2的另一端与电阻R2的另一端、第 二超声波探头的一端相连；第一超声波探头的另一端、第二超声波探头的另一端接地； 步进电机驱动芯片THB7128的7端、9端、11端、13端与步进电机相连；步进电机 驱动芯片THB7128的14端与12V电源相连；电容C9、C10的一端与电源12V相连；电容C9、 ClO的另一端接地；步进电机驱动芯片THB7128的5端与电阻R5、R6的一端相连；电阻R5 的另一端接电源VCC ;电阻R6的另一端接地；步进电机驱动芯片THB7128的15端接电源 VCC ;步进电机驱动芯片THB7128的1端、6端、10端接地；电容C7的一端接电源VCC ;电容 C7的另一端接地；步进电机驱动芯片THB7128的8端与电阻R7的一端相连；电阻R7的另 一端接地；步进电机驱动芯片THB7128的12端与电阻R8的一端相连；电阻R8的另一端接 地；步进电机驱动芯片THB7128的4端与电容C8的一端相连；电容C8的另一端接地。 有效提高超声波探头接收信号强度的方法的步骤如下： 1)在流体流速为零时准确修正超声波探头位置，确定第一超声波探头的初始位 置； 2)通过控制系统采集上一时刻第一超声波探头和第二超声波探头之间的顺流传 播时间h和逆流传播时间t 2 ; 3)根据超声波探头间距离L、超声波探头轴线和管道轴线夹角Θ以及顺流传播时 间h和逆流传播时间t 2计算流体中的声速 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有效提高超声波探头接收信号强度的定位装置，其特征在于：它包括定位装置、控制系统(9)，定位装置包括管道(1)、第一超声波探头(2)、第二超声波探头(3)、滑块(4)、轨道固定器(5)、步进电机(6)、齿条(7)、齿轮(8)；第二超声波探头(3)直接安装在管道(1)上，第一超声波探头(2)安装在滑块(4)上，滑块(4)通过轨道固定器(5)安装固定在管道(1)上，滑块(4)上端有齿条(7)，步进电机(6)安装在轨道固定器(5)上，步进电机(6)通过齿轮(8)与齿条(7)的啮合与滑块(4)连接，控制系统(9)与步进电机(6)、第一超声波探头(2)、第二超声波探头(3)连接。

【技术特征摘要】
1. 一种有效提高超声波探头接收信号强度的定位装置，其特征在于：它包括定位装 置、控制系统（9)，定位装置包括管道（1)、第一超声波探头（2)、第二超声波探头（3)、滑块 (4)、轨道固定器（5)、步进电机（6)、齿条（7)、齿轮（8);第二超声波探头（3)直接安装在管 道⑴上，第一超声波探头（2)安装在滑块⑷上，滑块⑷通过轨道固定器（5)安装固定 在管道（1)上，滑块（4)上端有齿条（7)，步进电机（6)安装在轨道固定器（5)上，步进电机 (6)通过齿轮（8)与齿条（7)的啮合与滑块（4)连接，控制系统（9)与步进电机（6)、第一 超声波探头（2)、第二超声波探头（3)连接。2. 如权利要求1所述的一种有效提高超声波探头接收信号强度的定位装置，其特征在 于所述的控制系统的电路为： 核心处理单元STM32F103芯片I/O管脚与时间数字转换器TDC-GP22的7端、8端、9端、 10端、11端、12端、13端相连；STM32F103芯片I/O管脚与步进电机驱动芯片THB7128的2 端、3端、16端、17端、18端、19端相连； 时间数字转换器TDC-GP22的3端、14端、22端、25端、26端、29端与电源VCC相连；时 间数字转换器TDC-GP22的4端、21端、28端、31端与地相连；时间数字转换器TDC-GP22的 1端与电阻R3、晶振Y1、电容C3的一端相连；时间数字转换器TDC-GP22的2端与电容C4 的一端相连，与电阻R3、晶振Yl的另一端相连；电容C3的另一端、C4的另一端接地；时间 数字转换器TDC-GP22的5端与电阻R2的一端相连；时间数字转换器TDC-GP22的6端与电 阻Rl的一端相连；时间数字转换器TDC-GP22的15端与电阻R4、晶振Y2、电容C6的一端相 连；时间数字转换器TDC-GP22的16端与电容C5的一端相连，与电阻R4、晶振Y2的另一端 相连；电容C5的另一端、C6的另一端接地；时间数字转换器TDC-GP22的27端与电容Cl的 一端相连；电容Cl的另一端与电阻Rl的另一端、第一超声波探头（2)的一端相连；时间数 字转换器TDC-GP22的30端与电容C2的一端相连；电容C2的另一端与电阻R2的另一端、 第二超声波探头（3)的一端相连；第一超声波探头（2)的另一端、第二超声波探头（3)的另 一端接地； 步进电机驱动芯片THB7128的7端、9端、11端、13端与步进电机相连；步进电机驱动芯 片THB7128的14端与12V电源相连；电...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨江，杨泽，祝武明，邓尚超，劳家骏，陈天宇，邓璐妍，黄象克，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33