本发明专利技术提出了一种基于时差法的高精度超声波气体流量计，设置成X型，其中，第一超声波换能器和第二超声波换能器为一组，第三超声波换能器和第四超声波换能器为一组；第一超声波换能器、第二超声波换能器、第三超声波换能器和第四超声波换能器连接到四选一电子开关的输入端，经过四选一电子开关选择，输出信号依次经过放大电路、滤波电路、整形电路后变换为方波信号，测量时间电路测量所述超声波换能器发射高压脉冲信号的方波与接收到超声波的方波信号之间的时间。本发明专利技术采用超声波传播时间差原理来测量，无接触式测量，对被测气体无阻力，无损害，同时将超声波回波信号转换为方波，测量精度较现有手段提高数倍。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及测试
，特别设及一种基于时差法的高精度超声波气体流量 计。
技术介绍
根据超声波时差法原理，当气体流动与超声波传播顺方向时，超声波传播速度随 气体流动速度增加而增大；当气体流动与超声波传播逆方向时，超声波传播速度随气体流 动速度增加而减小。超声波在气体顺流、逆流中传播时间不同，从而通过时间差来计算流 速，进而求得气体流量。 现有技术方案，在被测气体中放置一对超声波发射/接收换能器，分别在顺流和 逆流方向发射超声波脉冲，测量其传播时间和其流速计算公式为： 采用单声道的超声波换能器，运样测得气体流速存在较大误差，并且接收超声波 回波信号没有进行多级放大，不能测出准确的传播时间。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于时差法的高精度超声波气体流量计，采用超声波传播时间 差原理来测量，无接触式测量，对被测气体无阻力，无损害，超声波回波信号放大50000倍， 同时将超声波回波信号转换为方波，测量精度较现有手段提高数倍。 本专利技术的技术方案是运样实现的： -种基于时差法的高精度超声波气体流量计，设置成X型，其中，第一超声波换能 器和第二超声波换能器为一组，第=超声波换能器和第四超声波换能器为一组； 第一超声波换能器、第二超声波换能器、第=超声波换能器和第四超声波换能器 连接到四选一电子开关的输入端，经过四选一电子开关选择，输出信号依次经过放大电路、 滤波电路、整形电路后变换为方波信号，测量时间电路测量所述超声波换能器发射高压脉 冲信号的方波与接收到超声波的方波信号之间的时间。 可选地，所述超声波换能器为收发一体结构，包括超声波信号源和超声波传感 器； 超声波信号源输出高压脉冲信号，该高压脉冲信号周期是超声波传感器的共振频 率，依次发射5个高压脉冲信号驱动超声波传感器，接收端的超声波传感器探头接收到超 声波信号后，将超声波信号转换为电信号。 可选地，所述超声波信号源包括高压脉冲发生电路、升压电路、隔离电路，隔离电 路输出端连接所述超声波传感器探头，超声波传感器探头连接差分放大电路，输出正弦波 信号。 可选地，所述放大电路为两级放大电路。 可选地，所述滤波电路对放大电路放大后的信号进行带通滤波，消除低频和高频 噪声。 可选地，所述整形电路包括绝对值变换电路、峰值保持电路和回波积分比较器电 路。 可选地，将回波负半轴的信号经绝对值变换电路进行绝对值变换，得到两倍于原 回波频率值的频率。 可选地，所述峰值保持电路采用二极管峰值保持电路。 可选地，所述峰值保持电路采用高速检波二极管IN60,后面经过阻容低通滤波器 滤除高频噪声信号。 可选地，所述回波积分比较器电路将前端模拟处理电路处理后的回波包络送入积 分电路，积分电路将包络信号转换为方波信号，该方波信号送入高速比较器后得到更加睹 峭的方波信号，送入测量时间电路。 本专利技术的有益效果是： (1)采用超声波传播时间差原理来测量，无接触式测量，对被测气体无阻力，无损 害； (2)将超声波回波信号转换为方波，测量精度较现有手段提高数倍。【附图说明】 为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W 根据运些附图获得其他的附图。 图1为本专利技术基于时差法的高精度超声波气体流量计的整体结构图； 图2为本专利技术基于时差法的高精度超声波气体流量计的控制框图； 图3为本专利技术基于时差法的高精度超声波气体流量计的超声波换能器控制框图。【具体实施方式】 下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本专利技术保护的范围。 现有技术中采用单声道的超声波换能器，测得气体流速存在较大误差，并且接收 超声波回波信号没有进行多级放大，不能测出准确的传播时间。 本专利技术提出了一种基于时差法的高精度超声波气体流量计，采用多对超声波换能 器，设置成X型，通过测量超声波发射和接收时间，就可W测量气体多个方向的流速，对气 体多个流速求算术平均值，即测得气体流速。 下面结合附图对本专利技术的基于时差法的高精度超声波气体流量计进行详细说明。 如图1所示，本专利技术的基于时差法的高精度超声波气体流量计包括两组超声波换 能器，设置成X型，其中，第一超声波换能器1和第二超声波换能器2为一组，彼此相对，第 =超声波换能器3和第四超声波换能器4为一组，彼此相对。 本专利技术的第一超声波换能器1、第二超声波换能器2、第=超声波换能器3和第四 超声波换能器4均为收发一体结构，实现每组内部之间互发互收，例如，如果第一超声波换 能器1为发送端，那么第二超声波换能器2为接收端，如果第二超声波换能器2为发送端， 那么第一超声波换能器1为接收端。 如图2所示，本专利技术基于时差法的高精度超声波气体流量计中，第一超声波换能 器1、第二超声波换能器2、第=超声波换能器3和第四超声波换能器4连接到四选一电子 开关5的输入端，经过四选一电子开关5选择，输出信号依次经过放大电路6、滤波电路7、 整形电路8后变换为方波信号，测量时间电路9测量出上述超声波换能器发射高压脉冲信 号的方波与接收到超声波的方波信号之间的时间差。 本专利技术的超声波换能器为收发一体结构，包括超声波信号源和超声波传感器。超 声波信号源产生驱动超声波传感器发射超声波信号的高压脉冲信号，该高压脉冲信号周期 是超声波传感器的共振频率，依次发射5个高压脉冲信号驱动超声波传感器，接收端的超 声波当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于时差法的高精度超声波气体流量计，其特征在于，设置成X型，其中，第一超声波换能器和第二超声波换能器为一组，第三超声波换能器和第四超声波换能器为一组；第一超声波换能器、第二超声波换能器、第三超声波换能器和第四超声波换能器连接到四选一电子开关的输入端，经过四选一电子开关选择，输出信号依次经过放大电路、滤波电路、整形电路后变换为方波信号，测量时间电路测量所述超声波换能器发射高压脉冲信号的方波与接收到超声波的方波信号之间的时间。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡延财，陈永冰，刘勇，田军，魏伟，韩霜，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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