一种多声道超声流量计系统技术方案

本发明专利技术提供一种多声道超声流量计系统，包括：核心电路板及收发电路板；所述收发电路板包括：依次连接发射电路、切换电路、接收电路和放大选择电路；所述核心板包括：FPGA模块、STM32模块、ADC模块、4G模块、USB串口模块、RS485模块、LCD模块、SD存储模块；所述核心电路板和收发电路板通过排针、排母相连接，并用螺丝固定；所述核心电路板包括21个信号通过排针连接至收发板对应的21个信号。本发明专利技术将发射电压通过变压器提高到800VPP，即使在远距离测量流速时，也可保证信号良好。本发明专利技术增加了放大选择电路，远距离测量时，回波信号微弱的情况下，可再次放大，保证了回波信号的有效。保证了回波信号的有效。保证了回波信号的有效。

【技术实现步骤摘要】
一种多声道超声流量计系统


[0001]本专利技术涉及流量器的
，具体而言，尤其涉及一种多声道超声流量计系统。

技术介绍

[0002]超声波流量计属于新一代流量计，近些年来发展十分迅猛，已经在多种等领域广泛应用。测量过程中，超声波流量计不需直接接触流体，数字化和电子化使得测量性能大幅度提升。
[0003]目前国内厂家生产的超声波流量计多采用时差法测量原理，在发射电路中通常采用电压转换芯片给换能器提供较低电压来驱动换能器发出超声波，并且通常以单片机为系统核心进行信号处理，只能进行一些比较简单的算法。然而，高质量的气体超声波信号处理单元需要对微弱复杂的超声回波信号进行处理。
[0004]现有技术中，发射电路不能提供高电压，以至于测量距离较大时，信号微弱。并且在整个系统中采用单个核心芯片，导致系统整体性能下降。

技术实现思路

[0005]根据上述
技术介绍
中提到的技术问题，而提供一种多声道超声流量计系统。本专利技术主要利用一种多声道超声流量计系统，包括：核心电路板及收发电路板；所述收发电路板包括：依次连接发射电路、切换电路、接收电路和放大选择电路；所述核心板包括：FPGA模块、STM32模块、ADC模块、4G模块、USB串口模块、RS485模块、LCD模块、SD存储模块；
[0006]所述核心电路板和收发电路板通过排针、排母相连接，并用螺丝固定；所述核心电路板包括21个信号通过排针连接至收发板对应的21个信号；
[0007]所述核心电路板中FPGA模块的E10引脚负责产生PWM信号，并传输给收发板；所述FPGA模块中的16个引脚连接到收发板的切换电路的8个继电器上，用来控制8个换能器收发状态的实时切换；即FPGA模块中有8个引脚用来控制对应的8个换能器发射超声波，另有8个引脚控制换能器接收超声波；
[0008]所述多声道超声流量计系统还具有换能器驱动电压电路；所述换能器驱动电压电路采用高压驱动。
[0009]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0010](1)本专利技术将发射电压通过变压器提高到800VPP，即使在远距离测量流速时，也可保证信号良好。
[0011](2)本专利技术增加了放大选择电路，远距离测量时，回波信号微弱的情况下，可再次放大，保证了回波信号的有效。
[0012](3)在高电压下使用继电器，对换能器的状态进行切换，使换能器准确、实时的发射、接收超声波。
[0013](4)使用FPGA+ARM双核处理与传输数据，提高了实时性、可靠性和集成度。
附图说明
[0014]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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1为本专利技术发射电路的示意图；
[0016]图2为本专利技术继电器切换电路示意图；
[0017]图3为本专利技术接收电路示意图；
[0018]图4为本专利技术放大选择电路示意图；
[0019]图5为本专利技术核心板整体工作示意图；
[0020]图6为本专利技术PWM信号；
[0021]图7为本专利技术800VPP的交流电；
[0022]图8为本专利技术回波信号经过三极管初级放大与前置放大后呈现纺锤形；
[0023]图9为本专利技术回波信号经过带通滤波后的波形；
[0024]图10为本专利技术收发板工作流程示意图；
[0025]图11为本专利技术超声波换能器安装的简化结构。
具体实施方式
[0026]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，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的实施例，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，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0027]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0028]如图1
‑
11所示，本专利技术提供了一种多声道超声流量计系统，其特征在于，包括：核心电路板及收发电路板；所述收发电路板用来发射超声波、接收回波信号，初级放大、滤波、再次放大后传至ADC。包括：依次连接发射电路、切换电路、接收电路和放大选择电路；所述核心板包括：FPGA模块、STM32模块、ADC模块、4G模块、USB串口模块、RS485模块、LCD模块、SD存储模块。统启动之后，FPGA芯片产生PWM信号，传至发射电路，则变压器开始工作产生高压激励用以驱动换能器发射超声波。
[0029]切换电路至关重要，因为它既要连接核心板的控制信号，又要对换能器进行接收与发射的切换。
[0030]FPGA首先选择声道，按照声道一、二、三、四的顺序，每隔1秒钟，进行声道切换，4秒
钟完成一次声道切换的循环。同时，在每个声道内，每隔0.5秒钟对该声道所拥有的两个换能器进行发射、接收超声波的状态切换。
[0031]以声道一为例，FPGA选择声道一，则控制声道一的两个换能器1A、1B，前0.5秒钟让1A换能器发射超声波，并且1B换能器接收超声波，之后切换收发状态并且维持0.5秒钟，1A换能器接收超声波，1B换能器发射超声波。声道二、声道三和声道四同理，4秒后循环往复。
[0032]系统总共有8个换能器，且每个换能器都可以发射和接收超声波。所以，在一个4秒钟周期内，会产生8个回波信号，这8个回波信号依次进入接收电路进行处理，之后进入放大选择电路进行信号放大，最后传入ADC。
[0033]另外，在附图中增加了图11，用来说明本段的工作流程。
[0034]所述核心电路板和收发电路板通过排针、排母相连接，并用螺丝固定；所述核心电路板包括21个信号通过排针连接至收发板对应的21个信号；
[0035]所述核心电路板中FPGA模块的E10引脚负责产生PWM信号，并传输给收发板；所述FPGA模块中的16个引脚连接到收发板的切换电路的8个继电器上，用来控制8个换能器收发状态的实时切换；即FPGA模块中有8个引脚用来控制对应的8个换能器发射超声波，另有8个引脚控制换能器接收超声波；
[0036]所述多声道超声流量计系统还具有换能器驱动电压电路；所述换能器驱动电压电路采用高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多声道超声流量计系统，其特征在于，包括：核心电路板及收发电路板；所述收发电路板包括：依次连接发射电路、切换电路、接收电路和放大选择电路；所述核心板包括：FPGA模块、STM32模块、ADC模块、4G模块、USB串口模块、RS485模块、LCD模块、SD存储模块；所述核心电路板和收发电路板通过排针、排母相连接，并用螺丝固定；所述核心电路板包括多个信号通过排针连接至收发板对应的多个信号；所述核心电路板中FPGA模块的E10引脚负责产生PWM信号，并传输给收发板；所述FPGA模块中的多个引脚连接到收发板的切换电路的多个继电器上，用来控制多个换能器收发状态的实时切换；即FPGA模块中有多个引脚用来控制对应的多个换能器发射超声波，另有多个引脚控制换能器接收超声波；所述多声道超声流量计系统还具有换能器驱动电压电路；所述换能器驱动电压电路采用高压驱动。2.根据权利要求1所述的一种多声道超声流量计系统，其特征在于，所述多声道超声流量计系统中所述超声波换能器的工作频率为200kHz。3.根据权利要求1所述的一种多声道超声流量计系统，其特征在于，所述发射电路中PWM信号接入MOS管的一个引脚，用来控制MOS管的导通与截止，MOS管的另一个引脚接入变压器原级的一端；变压器原级的另一端接入24V的直流电源；逆变之后，变压器的次级可以输出峰峰值为800V的交流电。4.根据权利要求1所述的一种多声道超声流量计系统，其特征在于，所述多声道超声波流量计为基于时差法原理；预设管段直径为D，管段的横截面积为S，管段中的气体的实际流速为V，方向从左往右，流量为Q；A与B两个传感器的安装角为θ，θ不为零，两个超声波换能器之间的距离为L，超声波在静止流体中的传播速度为C0；当换能器A发射超声波，换能器B接收，即顺流时，超声波沿L的传播速度为C＝C0+Vcosθ；当换能器B发射超声波，换能器A接收，即逆流时，超声波沿L的传播速度为C＝C0‑
Vcosθ；则超声波顺流传播时间与逆流传播时间为：t
AB...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍喜荣，赵子钧，张红，佘黎煌，张石，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：