一种多频阵列超声波流量计制造技术

本发明专利技术公开了一种多频阵列超声波流量计，包括第一多频阵列超声波换能器和第二多频阵列超声波换能器；两个多频阵列超声波换能器，分别密封安装在超声波流量计管体上下两侧；超声波流量计管体内，具有横向流动的介质；两个多频阵列超声波换能器，两者为中心对称；多频阵列超声波流量计包括测量电路，该测量电路包括频率F1激励波发生器、频率F2激励波发生器、频率F3脉冲波发生器、正弦调制波发生器、第一乘法调制模块、第二乘法调制模块、时差法处理电路模块、第一相差法处理电路模块、第二相差法处理电路模块和CPU模块；本发明专利技术利用多频阵列超声波换能器，结合相差法、时差法的优点，解决了超声波流量计使用现场的测量精确度问题。

【技术实现步骤摘要】
一种多频阵列超声波流量计
本专利技术涉及流量测量
，特别是涉及一种多频阵列超声波流量计。
技术介绍
超声波测量介质流速，具有精度高、压损小、安装维护方便等优点，在各行各业广泛应用。目前，超声波测量介质流速的方法，通常包括时差法、相差法等。其中，时差法测量分辨率最高，应用最普遍，而相差法测量精确度低，应用较少。其中，时差法是通过两个超声波换能器互相收发超声波信号，测量顺程与逆程的超声波飞行时间，然后计算时间的差值来计算流速V。一般采用的计算公式如下：式中：tup为超声波在流体中顺流传播的时间，即由换能器A发射超声波后，换能器B接收超声波所需要的时间；tdown为超声波在流体中逆流传播的时间，即由换能器B发射超声波后，换能器A接收超声波所需要的时间；D为超声波流量计管道直径；φ为超声波换能器声道与流量计中心轴的夹角。但是，采用上述公式，需要精确测量超声波的真正飞行时间。在实际测量过程中，为了防止干扰信号的影响，通常采用阈值-过零比较法，来对超声波信号进行采集测量，这种方法测量分辨率、精确度都很高，但是在测量过程中，无法精确定位到超声波的真正飞行时间。因为在测量过程中，阈值比较法的引入，会无法确定真正测量到的是第几个周期的信号波形。在实际应用过程中，通常采用线性回归、标准环境直接测量声速、利用回波信号测量等方法，来消除干扰的影响。但是，这些方法均无法直接在使用现场精确测量超声波的飞行时间，在现场与标准环境有差异时，现有的超声波流量计会出现测量精确度下降的问题。而相差法测量，是超声波换能器发射连续超声脉冲或周期较长的超声脉冲，则在顺流和逆流时所接收到的信号之间便产生了相位差，测量相位差或微小的时差，根据公式可以计算得到流体流速。其中，v时流体流速，c为超声波在流体中的声速，D为管道直径，θ为超声波换能器声道与管体轴线的夹角，f为换能器中心频率。除直接测量相位差的方法外，还有一种方法，采用调制波形的原理，测量调制波的时差，来测量流体流速，但无论哪种测量方法，采用相位差测量时，都会受到超声波在流体中声速的影响。所以，时差法、相位差都有各自的缺点，不能精确测量得到流体流速。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种多频阵列超声波流量计。为此，本专利技术提供了一种多频阵列超声波流量计，包括第一多频阵列超声波换能器和第二多频阵列超声波换能器；其中，第一多频阵列超声波换能器和第二多频阵列超声波换能器，分别密封安装在一个超声波流量计管体上下两侧的预设开孔中；超声波流量计管体内，具有横向流动的介质；其中，第一多频阵列超声波换能器和第二多频阵列超声波换能器，两者为中心对称；其中，第一多频阵列超声波换能器，包括第一主换能器、第二主换能器和第三主换能器；第二多频阵列超声波换能器，包括第一次换能器、第二次换能器和第三次换能器；其中，多频阵列超声波流量计包括测量电路，该测量电路包括频率F1激励波发生器、频率F2激励波发生器、频率F3脉冲波发生器、正弦调制波发生器、第一乘法调制模块、第二乘法调制模块、时差法处理电路模块、第一相差法处理电路模块、第二相差法处理电路模块和CPU模块；其中，第一乘法调制模块，分别与第二主换能器、频率F1激励波发生器和正弦调制波发生器相连接；第二乘法调制模块，分别与第三次换能器、频率F2激励波发生器和正弦调制波发生器相连接；其中，正弦调制波发生器，用于生成正弦调制波；频率F1激励波发生器和频率F2激励波发生器，分别用于生成载波；第一乘法调制模块，用于将正弦调制波发生器生成的正弦调制波，以及频率F1激励波发生器生成的载波，执行预设的乘法操作，获得正弦波调制幅值的激励波形，即获得载波频率为F1的连续调幅超声波信号，然后用来激励第二主换能器，即实现连续调幅波激励；第二主换能器，作为超声波发射换能器，用于将载波频率为F1的连续调幅超声波信号作为第二超声波发射信号，向第二次换能器发射；第二次换能器，作为超声波接收换能器，用于接收第二主换能器发射的载波频率为F1的连续调幅超声波信号，然后作为第二超声波接收信号，输出给第二相差法处理电路模块；第二乘法调制模块，用于将正弦调制波发生器生成的正弦调制波，以及频率F2激励波发生器生成的载波，执行预设的乘法操作，获得正弦波调制幅值的激励波形，即获得载波频率为F2的连续调幅超声波信号，然后用来激励第三次换能器，即实现连续调幅波激励；第三次换能器，作为超声波发射换能器，用于将载波频率为F2的连续调幅超声波信号作为第一超声波发射信号，向第三主换能器发射；第三主换能器，作为超声波接收换能器，用于接收第三次换能器发射的载波频率为F2的连续调幅超声波信号，然后作为第一超声波接收信号输出给第一相差法处理电路模块；其中，频率F3脉冲波发生器，分别与第一主换能器和第一次换能器相连接，用于通过脉冲波，交替地激励第一主换能器和第一次换能器；其中，时差法处理电路模块，分别与第一主换能器和第一次换能器相连接，用于对第一主换能器和第一次换能器在激励后输出的超声波进行预设时差法处理操作，然后再将经过预设时差处理操作的超声波，输出给CPU模块；第一相差法处理电路模块，与第三主换能器相连接，用于对第三主换能器输出的第一超声波接收信号进行预设相差法处理操作，然后输出给CPU模块；第二相差法处理电路模块，与第二次换能器相连接，用于对第二次换能器输出的第二超声波接收信号进行预设相差法处理操作，然后输出给CPU模块；CPU模块，分别与时差法处理电路模块、第一相差法处理电路模块和第二相差法处理电路模块相连接，用于根据预设的时差法计算公式，计算得到流体的流速。优选地，CPU模块，具体功能如下：第一，用于接收所述时差法处理电路模块发来的经过预设时差处理操作的超声波，然后应用时差法进行计算，获得超声波飞行时间的时差法测量值；第二，用于对第一相差法处理电路模块和第二相差法处理电路模块的输出信号，分别测量其与第一超声波发射激励信号和第二超声波发射激励信号的时间差，获得超声波飞行时间的相差法测量值；第三，在获得超声波飞行时间的时差法测量值和相差法测量值之后，根据预设的处理规则对时差法测量的超声波顺程和逆程飞行时间进行调整，在调整后，根据调整后时差法测量的超声波顺程和逆程飞行时间以及预设的时差法计算公式，计算得到介质的流速；其中，超声波飞行时间的时差法测量值，包括时差法测量的超声波顺程飞行时间和逆程飞行时间；超声波飞行时间的相差法测量值，包括相差法测量的超声波顺程和逆程飞行时间；其中，第一超声波发射激励信号，是CPU模块产生的用于驱动第三次换能器发射第一超声波发射信号的激励信号；其中，第二超声波发射激励信号，是CPU模块产生的用于驱动第二主换能器发射第二超声波发射信号的激励信号。优选地，对于CPU模块，根据预设的处理规则对时差法测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多频阵列超声波流量计，其特征在于，包括/n第一多频阵列超声波换能器(100)和第二多频阵列超声波换能器(200)；/n其中，第一多频阵列超声波换能器(100)和第二多频阵列超声波换能器(200)，分别密封安装在一个超声波流量计管体(1)上下两侧的预设开孔中；/n超声波流量计管体(1)内，具有横向流动的介质；/n其中，第一多频阵列超声波换能器(100)和第二多频阵列超声波换能器(200)，两者为中心对称；/n其中，第一多频阵列超声波换能器(100)，包括第一主换能器(101)、第二主换能器(102)和第三主换能器(103)；/n第二多频阵列超声波换能器(200)，包括第一次换能器(201)、第二次换能器(202)和第三次换能器(203)；/n其中，多频阵列超声波流量计包括测量电路，该测量电路包括频率F1激励波发生器、频率F2激励波发生器、频率F3脉冲波发生器、正弦调制波发生器、第一乘法调制模块、第二乘法调制模块、时差法处理电路模块、第一相差法处理电路模块、第二相差法处理电路模块和CPU模块；/n其中，第一乘法调制模块，分别与第二主换能器(102)、频率F1激励波发生器和正弦调制波发生器相连接；/n第二乘法调制模块，分别与第三次换能器(203)、频率F2激励波发生器和正弦调制波发生器相连接；/n其中，正弦调制波发生器，用于生成正弦调制波；/n频率F1激励波发生器和频率F2激励波发生器，分别用于生成载波；/n第一乘法调制模块，用于将正弦调制波发生器生成的正弦调制波，以及频率F1激励波发生器生成的载波，执行预设的乘法操作，获得正弦波调制幅值的激励波形，即获得载波频率为F1的连续调幅超声波信号，然后用来激励第二主换能器(102)，即实现连续调幅波激励；/n第二主换能器(102)，作为超声波发射换能器，用于将载波频率为F1的连续调幅超声波信号作为第二超声波发射信号，向第二次换能器(202)发射；/n第二次换能器(202)，作为超声波接收换能器，用于接收第二主换能器(102)发射的载波频率为F1的连续调幅超声波信号，然后作为第二超声波接收信号，输出给第二相差法处理电路模块；/n第二乘法调制模块，用于将正弦调制波发生器生成的正弦调制波，以及频率F2激励波发生器生成的载波，执行预设的乘法操作，获得正弦波调制幅值的激励波形，即获得载波频率为F2的连续调幅超声波信号，然后用来激励第三次换能器(203)，即实现连续调幅波激励；/n第三次换能器(203)，作为超声波发射换能器，用于将载波频率为F2的连续调幅超声波信号作为第一超声波发射信号，向第三主换能器(103)发射；/n第三主换能器(103)，作为超声波接收换能器，用于接收第三次换能器(203)发射的载波频率为F2的连续调幅超声波信号，然后作为第一超声波接收信号输出给第一相差法处理电路模块；/n其中，频率F3脉冲波发生器，分别与第一主换能器(101)和第一次换能器(201)相连接，用于通过脉冲波，交替地激励第一主换能器(101)和第一次换能器(201)；/n其中，时差法处理电路模块，分别与第一主换能器(101)和第一次换能器(201)相连接，用于对第一主换能器(101)和第一次换能器(201)在激励后输出的超声波进行预设时差法处理操作，然后再将经过预设时差处理操作的超声波，输出给CPU模块；/n第一相差法处理电路模块，与第三主换能器(103)相连接，用于对第三主换能器(103)输出的第一超声波接收信号进行预设相差法处理操作，然后输出给CPU模块；/n第二相差法处理电路模块，与第二次换能器(202)相连接，用于对第二次换能器(202)输出的第二超声波接收信号进行预设相差法处理操作，然后输出给CPU模块；/nCPU模块，分别与时差法处理电路模块、第一相差法处理电路模块和第二相差法处理电路模块相连接，用于根据预设的时差法计算公式，计算得到流体的流速。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多频阵列超声波流量计，其特征在于，包括
第一多频阵列超声波换能器(100)和第二多频阵列超声波换能器(200)；
其中，第一多频阵列超声波换能器(100)和第二多频阵列超声波换能器(200)，分别密封安装在一个超声波流量计管体(1)上下两侧的预设开孔中；
超声波流量计管体(1)内，具有横向流动的介质；
其中，第一多频阵列超声波换能器(100)和第二多频阵列超声波换能器(200)，两者为中心对称；
其中，第一多频阵列超声波换能器(100)，包括第一主换能器(101)、第二主换能器(102)和第三主换能器(103)；
第二多频阵列超声波换能器(200)，包括第一次换能器(201)、第二次换能器(202)和第三次换能器(203)；
其中，多频阵列超声波流量计包括测量电路，该测量电路包括频率F1激励波发生器、频率F2激励波发生器、频率F3脉冲波发生器、正弦调制波发生器、第一乘法调制模块、第二乘法调制模块、时差法处理电路模块、第一相差法处理电路模块、第二相差法处理电路模块和CPU模块；
其中，第一乘法调制模块，分别与第二主换能器(102)、频率F1激励波发生器和正弦调制波发生器相连接；
第二乘法调制模块，分别与第三次换能器(203)、频率F2激励波发生器和正弦调制波发生器相连接；
其中，正弦调制波发生器，用于生成正弦调制波；
频率F1激励波发生器和频率F2激励波发生器，分别用于生成载波；
第一乘法调制模块，用于将正弦调制波发生器生成的正弦调制波，以及频率F1激励波发生器生成的载波，执行预设的乘法操作，获得正弦波调制幅值的激励波形，即获得载波频率为F1的连续调幅超声波信号，然后用来激励第二主换能器(102)，即实现连续调幅波激励；
第二主换能器(102)，作为超声波发射换能器，用于将载波频率为F1的连续调幅超声波信号作为第二超声波发射信号，向第二次换能器(202)发射；
第二次换能器(202)，作为超声波接收换能器，用于接收第二主换能器(102)发射的载波频率为F1的连续调幅超声波信号，然后作为第二超声波接收信号，输出给第二相差法处理电路模块；
第二乘法调制模块，用于将正弦调制波发生器生成的正弦调制波，以及频率F2激励波发生器生成的载波，执行预设的乘法操作，获得正弦波调制幅值的激励波形，即获得载波频率为F2的连续调幅超声波信号，然后用来激励第三次换能器(203)，即实现连续调幅波激励；
第三次换能器(203)，作为超声波发射换能器，用于将载波频率为F2的连续调幅超声波信号作为第一超声波发射信号，向第三主换能器(103)发射；
第三主换能器(103)，作为超声波接收换能器，用于接收第三次换能器(203)发射的载波频率为F2的连续调幅超声波信号，然后作为第一超声波接收信号输出给第一相差法处理电路模块；
其中，频率F3脉冲波发生器，分别与第一主换能器(101)和第一次换能器(201)相连接，用于通过脉冲波，交替地激励第一主换能器(101)和第一次换能器(201)；
其中，时差法处理电路模块，分别与第一主换能器(101)和第一次换能器(201)相连接，用于对第一主换能器(101)和第一次换能器(201)在激励后输出的超声波进行预设时差法处理操作，然后再将经过预设时差处理操作的超声波，输出给CPU模块；
第一相差法处理电路模块，与第三主换能器(103)相连接，用于对第三主换能器(103)输出的第一超声波接收信号进行预设相差法处理操作，然后输出给CPU模块；
第二相差法处理电路模块，与第二次换能器(202)相连接，用于对第二次换能器(202)输出的第二超声波接收信号进行预设相差法处理操作，然后输出给CPU模块；
CPU模块，分别与时差法处理电路模块、第一相差法处理电路模块和第二相差法处理电路模块相连接，用于根据预设的时差法计算公式，计算得到流体的流速。


2.如权利要求1所述的多频阵列超声波流量计，其特征在于，CPU模块，具体功能如下：
第一，用于接收所述时差法处理电路模块发来的经过预设时差处理操作的超声波，然后应用时差法进行计算，获得超声波飞行时间的时差法测量值；第二，用于对第一相差法处理电路模块和第二相差法处理电路模块的输出信号，分别测量其与第一超声波发射激励信号和第二超声波发射激励信号的时间差，获得超声波飞行时间的相差法测量值；第三，在获得超声波飞行时间的时差法测量值和相差法测量值之后，根据预设的处理规则对时差法测量的超声波顺程和逆程飞行时间进行调整，在调整后，根据调整后时差法测量的超声波顺程和逆程飞行时间以及预设的时差法计算公式，计算得到介质的流速；
其中，超声波飞行时间的时差...

【专利技术属性】
技术研发人员：李蕊，李立鹏，刘冰，郭桂梅，杨鹏，
申请(专利权)人：天津商业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12