一种基于TDC1000的高精度超声波流量计系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于TDC1000的高精度超声波流量计系统及方法。流量计系统主要包括上位机、微控制器模块、超声波时差测量电路模块、升压驱动电路模块、超声波收发模块、超声波管道和电源驱动模块。使用方法的主要步骤如下：1)初始化基于TDC1000的高精度超声波流量计系统。2)计算超声波流量的顺流传播时间t1。3)计算超声波流量的逆流传播时间t2。4)根据超声波流量的顺流传播时间t1和超声波流量的逆流传播时间t2计算超声波瞬时流量Q。本发明专利技术设计的系统解决了超声波飞行时间测量中的实时性和精确性问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于TDC1000的高精度超声波流量计系统及方法
本专利技术涉及超声波流量计设计领域，具体是一种基于TDC1000的高精度超声波流量计系统及方法。
技术介绍
在生产和计量场景中，为了提高产品质量和准确计量收费，需要精确的测量管路中流体的流量。超声波流量计检测技术以高精度的突出特点广泛应用于各种流体流量的检测，该技术是利用超声波在流体中的传播特性，将对流量的测量转换为对时间、频率等参数的测量，结合其他物理参数再计出流体流量，具有精度高、非接触性、不破坏流体等优势。根据测量原理的不同，可分为时差法、频差法以及相关法等。因为成本和使用便利性等因素，时差法应用较为广泛。该方法是利用超声波在顺流和逆流的飞行时间会受到流体速度的影响，通过两者的时间差值即可计出流体的速度。要提高流量计的测量精度，其核心都可转化为对超声波飞行时间的精确测量。通常采用回波包络法，将换能器接收的信号y(t)利用希尔伯特变换求取其包络为A[y(t)]，并运用超声波回波包络模型函数对求取的包络进行拟合，根据最优模型求得包络取得最大值时所需时间为tm，出tm与超声波到达某一时间值的差值为Δt'，即可得出超声波飞行时间为t本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于TDC1000的高精度超声波流量计系统，其特征在于：主要包括上位机(1)、所述微控制器模块(2)、超声波时差测量电路模块(3)、升压驱动电路模块(4)、超声波收发模块(5)和超声波管道(6)和电源驱动模块(7)；所述上位机(1)控制所述微控制器模块(2)；所述微控制器模块(2)向所述超声波时差测量电路模块(3)发送测量指令。所述超声波时差测量电路模块(3)主要包括超声波感测模拟前端TDC1000(31)和时间‑数字转换计数器TDC7200(31)；所述超声波感测模拟前端TDC1000(31)接收测量指令后，向所述升压驱动电路模块(4)发送升压驱动信号，同时，所述超声波感测模拟前端T...

【技术特征摘要】
1.一种基于TDC1000的高精度超声波流量计系统，其特征在于：主要包括上位机(1)、所述微控制器模块(2)、超声波时差测量电路模块(3)、升压驱动电路模块(4)、超声波收发模块(5)和超声波管道(6)和电源驱动模块(7)；所述上位机(1)控制所述微控制器模块(2)；所述微控制器模块(2)向所述超声波时差测量电路模块(3)发送测量指令。所述超声波时差测量电路模块(3)主要包括超声波感测模拟前端TDC1000(31)和时间-数字转换计数器TDC7200(31)；所述超声波感测模拟前端TDC1000(31)接收测量指令后，向所述升压驱动电路模块(4)发送升压驱动信号，同时，所述超声波感测模拟前端TDC1000(31)向所述时间-数字转换计数器TDC7200(32)发送START信号；所述时间-数字转换计数器TDC7200(32)主要包括计数器和寄存器；所述时间-数字转换计数器TDC7200(32)的计数器接收到START信号后开始计时；所述时间-数字转换计数器TDC7200(32)的寄存器存储计时结果；所述升压驱动电路模块(4)接收升压驱动信号后，将驱动电压升高到30V，并驱动超声波收发模块(5)发送超声波信号；所述超声波收发模块(5)包括所述超声波换能器I(51)和超声波换能器II(52)；所述超声波换能器I(51)固定在所述超声波管道(6)的起始端；所述超声波换能器II(52)固定在所述超声波管道(6)的终端；当基于TDC1000的高精度超声波流量计系统测量超声波顺流时间时，所述超声波换能器I(51)发送超声波信号；所述超声波换能器II(52)接收到所述超声波信号后，向所述微控制器模块(2)发送超声回波信号；当基于TDC1000的高精度超声波流量计系统测量超声波逆流时间时，所述超声波换能器II(52)发送超声波信号；所述超声波换能器I(51)接收到所述超声波信号后，向所述微控制器模块(2)发送超声回波信号；所述电源驱动模块(8)为所述微控制器模块(2)和所述升压驱动电路模块(4)供电。2.根据权利要求1所述的一种基于TDC1000的高精度超声波流量计系统，其特征在于，所述超声波感测模拟前端TDC1000(31)接收到所述超声回波信号后，对所述超声回波信号进行处理；所述处理依次包括滤波、PGA增益调节和信号放大；所述超声波感测模拟前端TDC1000(31)对所述超声回波信号处理完成后，所述超声波感测模拟前端TDC1000(31)向所述时间-数字转换计数器TDC7200(32)发送STOP信号；所述时间-数字转换计数器TDC7200(32)接收到STOP信号后停止计时，并中断微控制器模块(2)；微控制器模块(2)响应中断请求，并通过所述时间-数字转换计数器TDC7200(32)的SPI总线读取所述寄存器(321)中的计时结果。3.一种使用权利要求1至2所述的基于TDC1000的高精度超声波流量计系统的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：1)初始化基于TDC1000的高精度超声波流量计系统；2)计算超声波流量的顺流传播时间t1；3)计算超声波流量的逆流传播时间t2；4)根据超声波流量的顺流传播时间t1和超声波流量的逆流传播时间t2计算超声波瞬时流量Q；Q＝πkD2v/4；(1)式中，D为所述超声波管道(6)的直径；k为流量修正系数；v为超声波流速；超声波流速v如下所示：式中，c为光速；Δt为顺流传播时间t1和逆流传播时间t2的时间差；Δt＝|t1-t2|；θ为超声波换能器I和所述超...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊庆宇，余洋，王楷，杨博，高旻，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50