用于非满管超声波多普勒流量计及其电路和频点锁定方法技术

本发明专利技术涉及测量流量技术领域，具体涉及用于非满管超声波多普勒流量计及其电路和频点锁定方法,所述的流量计包括核心处理器，与核心处理器连接的功率放大单元，功率放大单元具有功率放大电路；还包括与核心处理器连接的调制解调模块；调制解调模块具有小信号选频放大电路、直流偏置电路、混频滤波电路、带通滤波电路；调制解调模块还与ADC采集前端信号偏置单元连接，ADC采集前端信号偏置单元具有ADC采集前端信号偏置电路；核心处理器用于处理采集的数据并锁定最优频点。该流量计中的电路设计以及最优频点的锁定方法解决了因选频放大谐振一致性导致误差等因素致使的设定频率与实际电路不匹配问题以及产品生产之后反复调试测试硬件的问题。试硬件的问题。试硬件的问题。

【技术实现步骤摘要】
用于非满管超声波多普勒流量计及其电路和频点锁定方法


[0001]本专利技术涉及测量流量
，具体涉及一种用于非满管超声波多普勒流量计及其电路和频点锁定方法。

技术介绍

[0002]目前，非满管的超声波多普勒流量计被广泛应用到污水管道、河道、明渠等进行流量计量。以污水管道为例，当污水管道处于非满管状态时，如半管状态，此时电磁流量计、涡轮流量计等由于无法检测到水流的横截面积，因此无法实现流量与流速的计量；那么，在此场景下，就可以采用超声波方式进行非满管测量。而目前采用超声波方式测量的方案多数是通过投入式且超声波发送和接收一体的流量计进行测量，也有采用通过管道外壁进行非接触测量的方式，但无论哪一种测量方式，都是基于多普勒频差法原理进行实现的，超声波发送电路通过换能器发射超声波，超声波经过一定流速的液体调制后反射到超声波接收换能器，换能器将接收到的超声波通过电路进行滤波，调制解调后进行ADC采样，再进行算法处理，通过频移与流速的特性分析流速。
[0003]但在实际的应用过程中，样品一旦通过信号测试，便可进行批量生产、浇封和现场安装实施，而安装实施后，发现大多数产品在测试时性能的一致性并不好，存在部分产品的流速检测精度较差，甚至是没有反应的情况，其主要原因是由于超声波接收电路的选频放大电路中的谐振电感和谐振电容等元器件存在一致性问题，导致LC谐振频率点存在偏差，当谐振频率点与输入频率偏差较大时，会导致有效信号并不能被放大，而是将噪音信号进行了放大，导致后续的信号处于无效状态，无法完成测量。

技术实现思路
r/>[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供了用于非满管超声波多普勒流量计及其电路和频点锁定方法，能够解决调制解调电路的一致性问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种用于非满管超声波多普勒流量计，包括电源管理系统、核心处理器，与核心处理器信号输出端相连接的功率放大单元、与功率放大单元输出端相连接的超声波发送换能器；与核心处理器输入端相连接的信息采集模块、数据存储模块、数据通信模块，还包括与核心处理器输入端相连接的调制解调模块；所述调制解调模块输入端与超声波接收换能器连接，输出端与ADC采集前端信号偏置单元输入端连接，所述ADC采集前端信号偏置单元输出端与信息采集模块连接；所述调制解调模块用于信号的调制解调；所述ADC采集前端信号偏置单元用于偏置调节进入信息采集模块的信号；所述核心处理器用于处理采集的数据信息并锁定最优频点。
[0007]进一步地，所述调制解调模块包括小信号选频放大单元、直流偏置单元、混频滤波单元、带通滤波单元；所述小信号选频放大单元用于放大和过滤超声波接收换能器接收的信号；所述直流偏置单元用于将小信号选频放大单元输出的交流信号转换为直流信号；所
述混频滤波单元用于过滤直流偏置单元输出信号与核心处理器输入的原始信号的混频信号的干扰波、杂波；所述带通滤波单元用于过滤混频信号。
[0008]进一步地，所述信息采集模块包括压力采集单元、温度采集单元和ADC数据采集单元；所述ADC数据采集单元输入端与ADC采集前端信号偏置单元连接，用于采集调制解调信号。
[0009]进一步地，所述核心处理器具有单片机。
[0010]进一步地，本专利技术还提供用于非满管超声波多普勒流量计的电路，包括功率放大电路、小信号选频放大电路、直流偏置电路、混频滤波电路、两级带通滤波电路和ADC采集前端信号偏置电路；所述功率放大电路组成功率放大单元，所述功率放大电路包括放大器，所述放大器用于处理从核心处理器输出的频率信号，所述功率放大电路采用双运放共同放大同一信号后共同推送至超声波发送换能器；
[0011]所述小信号选频放大电路组成小信号选频放大单元，所述小信号选频放大电路包括偏置调节单元，用于调节信号；选频谐振单元，用于筛选所需信号；还包括旁路去偶单元，用于过滤信号；
[0012]所述直流偏置电路组成直流偏置单元，所述的直流偏置电路包括放大器、偏置单元和放大单元；所述放大器接收经小信号选频放大单元输出的放大的信号，偏置单元用于提供稳定电流；放大单元用于同比例放大信号；
[0013]所述混频滤波电路组成混频滤波单元，所述混频滤波电路包括电路转换单元和混频器，所述电路转换单元用于转换从核心处理器输出的信号的波形；所述混频器用于将从核心处理器输出的信号与从直流偏置单元输出的信号进行混频；
[0014]所述两级带通滤波电路组成带通滤波单元，所述两级带通滤波电路包括第一带通滤波器、第二带通滤波器，所述第一带通滤波器与第二带通滤波器用于过滤混频信号的高频和低频信号；
[0015]所述ADC采集前端信号偏置电路组成ADC采集前端信号偏置单元，所述ADC采集前端信号偏置电路包括直流偏置放大器，所述直流偏置放大器用于偏置放大从带通滤波单元输出的信号。
[0016]进一步地，本专利技术还提供用于非满管超声波多普勒流量计的频点锁定方法,方法步骤为：
[0017]S1：输入任意输出频率，通过核心处理器中的DMA采集1024个数据，每隔一个数据插入一个0值，组成2048个数据序列；
[0018]S2：调用DSP标准库函数arm_cfft_f32()对组成的序列进行FFT变化，得到傅里叶分解后的数组；
[0019]S3：调用DSP标准库函数arm_cmplx_mag_f32()得到频谱的输出数组；
[0020]S4：对频谱的数组进行查找不同采样点对应的幅值最大值，记录对应的频率点和幅值，放入对应的缓冲数组；
[0021]S5：调整输出频率，重复以上的采样以及同样的频谱分析方法，得到不同输出频率下的频谱特性，且每次都将最大的幅值数据依次传输到缓冲区中；
[0022]S6：将缓冲区中数组的数据进行最大值检索，检索到最大值后，获取此最大值对应的发送频率和解调频率；
[0023]S7：将最大值对应的发送频率和解调频率数据写入到flash内；
[0024]S8：再次上电，直接调用最大值对应的发送频率和解调频率设置值，进行发送频率和作为解调频率的输出。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0026]本专利技术公开了用于非满管超声波多普勒流量计及其电路和频点锁定方法，此流量计中具有多个信号过滤电路，解决了因换能器的核心频率的误差，选频放大的谐振一致性导致误差等因素致使的设定频率与实际电路不匹配问题，通过自动的变换发送核心频率，获取电路响应最佳的频点，并根据分析得到的最优频点进行锁定，使得产品生产之后不用反复对硬件进行调试测试，通过此方法直接锁定，并且在不同的介质中，可以直接按照此方法进行最优性能的频率点锁定。
附图说明
[0027]图1表示本专利技术的结构模块示意图；
[0028]图2表示超声波发送换能器电路与功率放大电路电路图；
[0029]图3表示小信号选频放大电路图；
[0030]图4表示直流偏置电路图；
[0031]图5表示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于非满管超声波多普勒流量计，包括电源管理系统(10)、核心处理器(1)，与核心处理器(1)信号输出端相连接的功率放大单元(2)、与功率放大单元(2)输出端相连接的超声波发送换能器(3)；与核心处理器(1)输入端相连接的信息采集模块(6)、数据存储模块(7)、数据通信模块(8)，其特征在于：还包括与核心处理器(1)输入端相连接的调制解调模块(5)；所述调制解调模块(5)输入端与超声波接收换能器(4)连接，输出端与ADC采集前端信号偏置单元(9)输入端连接，所述ADC采集前端信号偏置单元(9)输出端与信息采集模块(6)连接；所述调制解调模块(5)用于信号的调制解调；所述ADC采集前端信号偏置单元(9)用于偏置调节进入信息采集模块(6)的信号；所述核心处理器(1)用于处理采集的数据信息并锁定最优频点。2.根据权利要求1所述的用于非满管超声波多普勒流量计，其特征在于：所述调制解调模块(5)包括小信号选频放大单元(501)、直流偏置单元(502)、混频滤波单元(503)、带通滤波单元(504)；所述小信号选频放大单元(501)用于放大和过滤超声波接收换能器(4)接收的信号；所述直流偏置单元(502)用于将小信号选频放大单元(501)输出的交流信号转换为直流信号；所述混频滤波单元(503)用于过滤直流偏置单元(502)输出信号与核心处理器(1)输入的原始信号的混频信号的干扰波、杂波；所述带通滤波单元(504)用于过滤混频信号。3.根据权利要求1所述的用于非满管超声波多普勒流量计，其特征在于：所述信息采集模块(6)包括压力采集单元(601)、温度采集单元(602)和ADC数据采集单元(603)；所述ADC数据采集单元(603)输入端与ADC采集前端信号偏置单元(9)连接，用于采集调制解调信号。4.根据权利要求1所述的用于非满管超声波多普勒流量计，其特征在于：所述核心处理器(1)具有单片机。5.用于非满管超声波多普勒流量计的电路，其特征在于：包括功率放大电路、小信号选频放大电路、直流偏置电路、混频滤波电路、两级带通滤波电路和ADC采集前端信号偏置电路；所述功率放大电路组成功率放大单元(2)，所述功率放大电路包括放大器，所述放大器用于处理从核心处理器(1)输出的频率信号，所述功率放大电路采用双运放共同放大同一信号后共同推送至超声波发送换能器(3)；所述小信号选频放大电路组成小信号选频放大单元(501)，所述小信...

【专利技术属性】
技术研发人员：阚建峰，李啸龙，杜娟，
申请(专利权)人：大连中正联科通信有限公司，
类型：发明
国别省市：