自动增益调整系统与超声波计量及换能器健康诊断方法技术方案

本发明专利技术涉及自动增益调整系统及超声波计量及换能器健康诊断方法；解决现有技术中存在的流经流量计管道的流体不同、温度压力不同时，超声波换能器发出的超声波信号幅值也不同，就需要对模拟放大电路进行AGC自动增益调整，并且随着流量计的不断使用，可能发生换能器表面脏污、换能器损坏、电路板线路故障等问题；调整系统具体包括MCU、液晶显示模块、基于自动增益调整的时间差计量模块以及相对设置的两个超声波换能器，基于自动增益调整的时间差计量模块包括数字可调电阻，通过自动调整数字可调电阻的阻值使得相应超声波换能器的放大波形最大电压值达到目标值；本发明专利技术还提出上述采用上述系统的超声波计量及换能器健康诊断方法。断方法。断方法。

【技术实现步骤摘要】
自动增益调整系统与超声波计量及换能器健康诊断方法


[0001]本专利技术涉及超声波计量系统，具体涉及一种自动增益调整系统与基于该系统的超声波计量及换能器健康诊断方法。

技术介绍

[0002]超声波流量计是采用压电陶瓷芯片所制成的超声波传感器，其发送给电路板的信号仅为mV级，因而在基于自动增益调整的超声波计量系统中，需经过模拟放大电路将其放大后才能送至MCU进行信号处理；另外，流速变化时超声波发射端信号会发生偏移，接收端接收到的信号也会变小，因此模拟放大电路通常还需使用软件进行AGC自动增益调整。
[0003]在流经流量计管道的流体不同、温度压力不同时，超声波换能器发出的超声波信号幅值也不同，就需要对模拟放大电路进行AGC自动增益调整，但在现有基于自动增益调整的超声波计量系统中，通常并不具备这一功能；此外，随着流量计的不断使用，可能会发生换能器表面脏污、换能器损坏、电路板线路故障等现象，也就是换能器会出现健康问题，但这些健康问题系统通常又无法进行自我诊断。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决现有技术中存在的流经流量计管道的流体不同、温度压力不同时，超声波换能器发出的超声波信号幅值也不同，就需要对模拟放大电路进行AGC自动增益调整，但在现有系统通常并不具备这一功能；此外，随着流量计的不断使用，可能发生换能器表面脏污、换能器损坏、电路板线路故障等现象，这些现象系统又无法进行健康诊断的问题，而提供一种自动增益调整系统与超声波计量及换能器健康诊断方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0006]一种自动增益调整系统，其特殊之处在于：
[0007]包括MCU、液晶显示模块、基于自动增益调整的时间差计量模块以及相对设置的第一换能器和第二换能器；
[0008]所述第一换能器和第二换能器用于安装在超声波气体流量计上，所述基于自动增益调整的时间差计量模块的两个输入端分别与第一换能器和第二换能器连接，用于测量顺流传播时间、逆流传播时间以及测量第一换能器和第二换能器输出的放大波形电压值，其输出端与MCU连接；
[0009]所述MCU用于接收气体顺流传播时间、逆流传播时间数据以及第一换能器和第二换能器输出的放大波形电压值，并进行数据处理；
[0010]所述液晶显示模块与MCU连接，用于显示气体累计流量、标况流量、工况流量、温度、压力、系统报警以及第一换能器和第二换能器健康报警信息；
[0011]所述基于自动增益调整的时间差计量模块包括数字可调电阻，数字可调电阻与MCU连接，用于系统通过自动调整数字可调电阻的阻值使得第一换能器和第二换能器的放大波形最大电压值达到目标值。
[0012]本专利技术还提出基于上述自动增益调整系统的超声波计量及换能器健康诊断方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
[0013]步骤1：在系统中设定计量周期T、计量周期T内数字可调电阻器的目标调整次数N、数字可调电阻器的极限值R
max
、数字可调电阻器极限值R
max
与数字可调电阻器实际阻值R
real
的理想差值R
a
、目标电压值的上限值V
goalmax
、中间值V
goalmed
以及下限值V
goalmin
；
[0014]步骤2：计量周期开始，设定初始记录采集次数A
i
为0；
[0015]步骤3：记录采集次数A
i
，A
i
为计量周期内的采集次数；
[0016]步骤4：若A
i
≤N，则进行步骤5；若A
i
＞N,则系统报错，增益调整失败，记录当前数字可调电阻器的阻值R
real
，输出报警信号，停止计量并对系统进行检修；
[0017]步骤5：采集第一换能器输出的放大波形最大电压值V
real1
；
[0018]步骤6：若V
real1
＞V
goalmax
，则计算需调整的阻值F
temp
，并对数字可调电阻器的当前阻值R
real
进行调整；调整后，返回步骤3；否则，进行步骤7；
[0019]步骤7：若V
real1
＜V
goalmin
，则计算需调整的阻值F
temp
，并对数字可调电阻器的当前阻值R
real
进行调整；调整后，返回步骤3；否则，进行步骤8；
[0020]步骤8：正常计量，与此同时，记录当前数字可调电阻器的阻值R
real
；若R
max
‑
R
real
＜R
a
，则输出第一换能器健康状态报警信号，并进行步骤9，在当前计量周期结束后停止计量，对系统进行检修；反之，则表示第一换能器良好，并进行步骤9；
[0021]步骤9：记录采集次数A
i+1
，若A
i+1
＞N,则系统报错，增益调整失败，记录当前数字可调电阻器的阻值R
real
，输出报警信号，停止计量并对系统进行检修，反之，则进行步骤10；
[0022]步骤10：采集第二换能器输出的放大波形最大电压值V
real2
；
[0023]步骤11：若V
real2
＞V
goalmax
，则计算需调整的阻值F
temp
，并对数字可调电阻器的当前阻值R
real
进行调整；调整后，返回步骤9；否则，进行步骤12；
[0024]步骤12：若V
real2
＜V
goalmin
，则计算需调整的阻值F
temp
，并对数字可调电阻器的当前阻值R
real
进行调整；调整后，返回步骤9；否则，进行步骤13；
[0025]步骤13：正常计量，并进行步骤14，与此同时，记录当前数字可调电阻器的阻值R
real
；若R
max
‑
R
real
＜R
a
，则输出第二换能器健康状态报警信号，并进行步骤14，在当前计量周期结束后停止计量，对系统进行检修；反之，则表示第二换能器良好，则正常计量，进行步骤14
[0026]步骤14：直至该计量周期T结束，进行下一个周期。
[0027]进一步地，还包括以下步骤：
[0028]步骤15：选取一天内同一个超声波换能器的同一时刻的数字可调电阻器的阻值，存入储存器；
[0029]步骤16：根据储存器中的阻值数据，绘制阻值变化曲线，再根据阻值变化曲线估算第一换能器和第二换能器预计失效时间，根据预计失效时间更换或者维修第一换能器或第二换能器。
[0030]进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自动增益调整系统，其特征在于：包括MCU、液晶显示模块、基于自动增益调整的时间差计量模块以及相对设置的第一换能器(1)和第二换能器(2)；所述第一换能器(1)和第二换能器(2)用于安装在超声波气体流量计上，所述基于自动增益调整的时间差计量模块的两个输入端分别与第一换能器(1)和第二换能器(2)连接，用于测量顺流传播时间、逆流传播时间以及测量第一换能器(1)和第二换能器(2)输出的放大波形电压值，其输出端与MCU连接；所述MCU用于接收气体顺流传播时间、逆流传播时间数据以及第一换能器(1)和第二换能器(2)输出的放大波形电压值，并进行数据处理；所述液晶显示模块与MCU连接，用于显示气体累计流量、标况流量、工况流量、温度、压力、系统报警以及第一换能器(1)和第二换能器(2)健康报警信息；所述基于自动增益调整的时间差计量模块包括数字可调电阻，数字可调电阻与MCU连接，用于系统通过自动调整数字可调电阻的阻值使得第一换能器(1)和第二换能器(2)的放大波形最大电压值达到目标值。2.一种超声波计量及换能器健康诊断方法，其特征在于：采用权利要求1所述的自动增益调整系统，包括以下步骤：步骤1：在系统中设定计量周期T、计量周期T内数字可调电阻器的目标调整次数N、数字可调电阻器的极限值R
max
、数字可调电阻器极限值R
max
与数字可调电阻器实际阻值R
real
的理想差值R
a
、目标电压值的上限值V
goalmax
、中间值V
goalmed
以及下限值V
goalmin
；步骤2：计量周期开始，设定初始记录采集次数A
i
为0；步骤3：记录采集次数A
i
，A
i
为计量周期内的采集次数；步骤4：若A
i
≤N，则进行步骤5；若A
i
＞N,则系统报错，增益调整失败，记录当前数字可调电阻器的阻值R
real
，输出报警信号，停止计量并对系统进行检修；步骤5：采集第一换能器(1)输出的放大波形最大电压值V
real1
；步骤6：若V
real1
＞V
goalmax
，则计算需调整的阻值F
temp
，并对数字可调电阻器的当前阻值R
real
进行调整；调整后，返回步骤3；否则，进行步骤7；步骤7：若V
real1
＜V
goalmin
，则计算需调整的阻值F
temp
，并对数字可调电阻器的当前阻值R
real
进行调整；调整后，返回步骤3；否则，进行步骤8；步骤8：正常计量，与此同时，记录当前数字可调电阻器的阻值R
real
；若R
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨亚洁，范钊启，程海泉，屈开祥，马得力，杨晶，
申请(专利权)人：陕西航天动力高科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：