超声波流量计和超声波流量计量方法技术

超声波流量计包括：第一换能器(11)和第二换能器(12)、包括可变阻抗的第一阻抗电路(41)和第二阻抗电路(42)、经由第一阻抗电路(41)和第二阻抗电路(42)耦合到第一换能器(11)和第二换能器(12)的第一端子(13)和第二端子(14)、信号发生器(16)和信号评估电路(20)。信号发生器(16)和信号评估电路(20)耦合到第一端子(13)和第二端子(14)。信号评估电路(20)包括时间至数字转换器(22)和将信号输入(21)耦合到时间至数字转换器(22)的第一比较器(23)。控制电路(32)根据时间至数字转换器(22)在上行模式(A)和下行模式(B)下产生的第一上行时间信号(SD1UP)和第一下行时间信号(SD1DO)来设置可变阻抗的阻抗值。可变阻抗的阻抗值。可变阻抗的阻抗值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声波流量计和超声波流量计量方法
[0001]本公开涉及一种超声波流量计和一种用于超声波流量计量的方法。
[0002]本专利申请要求欧洲专利申请EP 20164632.0的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
[0003]例如，超声波流量计能够用来测量各种参数，例如诸如流体或气体的介质的流速、流率或流量。典型地，超声波流量计包括时间至数字转换器，该时间至数字转换器测量超声波信号在超声波源与超声波检测器所位于的两个点之间的飞行时间ToF。测量依赖于对沿流动的上行(up
‑
stream)和/或下行(down
‑
stream)方向引入介质中的超声波信号的ToF的比较。超声波流量计的换能器能够用作超声波源，并且也能够用作超声波检测器。超声波流量计通常包括第一换能器和第二换能器，第一换能器和第二换能器可能在它们的特性中显示出小的不匹配。
[0004]目的是提供一种超声波流量计和一种用于超声波流量计量的方法，其减少了换能器特性差异的影响。
[0005]这些目的通过独立权利要求的主题来实现。在从属权利要求中描述了其他发展和示例性实施例。
[0006]除非另有说明，否则上述定义也适用于以下描述。
[0007]在示例性实施例中，超声波流量计包括：第一换能器和第二换能器、包括可变阻抗的第一阻抗电路和第二阻抗电路、经由第一阻抗电路耦合到第一换能器的第一端子、经由第二阻抗电路耦合到第二换能器的第二端子、具有信号输出端的信号发生器和具有信号输入端的信号评估电路。信号输出端和信号输入端耦合到第一端子和第二端子。信号评估电路包括时间至数字转换器和第一比较器，该第一比较器将信号输入端耦合到时间至数字转换器的第一输入端。
[0008]此外，超声波流量计包括耦合到信号发生器、信号评估电路和可变阻抗的控制电路。控制电路被配置成将超声波流量计设置处于上行模式和下行模式，并且将可变阻抗的阻抗值设置为由处于上行模式的时间至数字转换器产生的第一上行时间信号和处于下行模式的时间至数字转换器产生的第一下行时间信号的函数。
[0009]有利地，能够选择可变阻抗的阻抗值以增加第一换能器与第二换能器的匹配。有利地，可变阻抗提高了上行模式与下行模式之间接收信号的对称性。接收信号在信号输入端处接收。因此，实现了超声波流量计的接收信号优化。
[0010]在超声波流量计的示例性实施例中，可变阻抗被配置为从第一数量L个阻抗值中获得一个阻抗值。该阻抗值在校准阶段确定并在校准阶段之后的测量阶段使用。
[0011]在超声波流量计的示例性实施例中，控制电路优化可变阻抗的阻抗值，使得第一上行时间信号和第一下行时间信号在测量阶段彼此相似并且主要区别在于时间差DIFTOF。时间差DIFTOF对应于要在测量阶段确定的流速或流率的值。
[0012]在超声波流量计的示例性实施例中，在零流量的情况下，时间差为零或近似为零。超声波流量计实现了零流量下的零时间差。
[0013]在超声波流量计的示例性实施例中，在上行模式下，第一比较器产生具有第二数
量K的脉冲的第一比较器信号，并且时间至数字转换器(简称转换器或TDC)产生第一上行时间信号，该第一上行时间信号具有与第一比较器信号的第二数量K个脉冲对应的第二数量K的值TOF_k_C1_l_UP。索引k从1到K。索引l指示第一数量L个阻抗值中的阻抗值，并且可以具有1到L的值。
[0014]在超声波流量计的示例性实施例中，在下行模式下，第一比较器产生具有第二数量K的脉冲的第一比较器信号，并且时间至数字转换器产生第一下行时间信号，该第一下行时间信号具有与第一比较器信号的第二数量K个脉冲对应的第二数量K的值TOF_k_C1_l_DOWN。
[0015]在超声波流量计的示例性实施例中，控制电路确定时间差DIFTOF和第一数目L个可能的阻抗值中的第l个阻抗值，在该第l个阻抗值处以下总和f(l)获得最小值：
[0016][0017]其中，TOF_k_C1_l_UP是在上行模式下使用可变阻抗的第一数量L个阻抗值中的第l个阻抗值在第一比较器信号的第二数量K的脉冲的第k个脉冲处产生的第一上行时间信号的值，并且其中，TOF_k_C1_l_UP_DOWN是在下行模式下使用可变阻抗的第一数量L个阻抗值中的的第l个阻抗值在第一比较器信号的第二数量K的脉冲的第k个脉冲处产生的第一下行时间信号。有利地，在总和f(l)的最小值处实现在上行模式下和下行模式下接收信号的最佳拟合，并且产生所述最小值的阻抗是最佳阻抗。
[0018]在超声波流量计的示例性实施例中，信号发生器产生具有第三数量N的脉冲的方波或脉冲信号。
[0019]在超声波流量计的示例性实施例中，信号评估电路包括至少第二比较器，该第二比较器将信号输入端耦合到时间至数字转换器的至少第二输入端。
[0020]在超声波流量计的示例性实施例中，信号评估电路包括第四数量M的比较器。控制电路确定时间差DIFTOF和第一数量L个可能的阻抗值中的第l个阻抗值，在该第l个阻抗值处，以下总和f(l)获得最小值：
[0021][0022]其中，TOF_k_Cm_l_UP是在上行模式下使用可变阻抗的第一数量L个阻抗值中的第l个阻抗值在第m个比较器信号的第二数量K的脉冲中的第k个脉冲处产生的第一上行时间信号的值。TOF_k_Cm_l_DOWN是在下行模式下使用可变阻抗的第一数量L个阻抗值中的第l个阻抗值在第m个比较器信号的第二数量K的脉冲中的第k个脉冲处产生的第一下行时间信号的值。索引k从1到K。索引m从1到M(因此Cm从C1到CM)。索引l可以具有1到L的值。第四数量M的比较器将信号输入端耦合到时间至数字转换器的第四数量M的输入端或第四数量M的时间至数字转换器。第一数量L个阻抗值中的一个值是低失配的最佳值。
[0023]在超声波流量计的示例性实施例中，第一阻抗电路和第二阻抗电路中的一个包括具有由控制电路设置的阻抗值的可变阻抗，并且第一阻抗电路和第二阻抗电路中的另一个没有具有可变阻抗值的阻抗。例如，第一阻抗电路包括具有由控制电路设置的阻抗值的可变阻抗，并且第二阻抗电路具有拥有恒定阻抗值的阻抗。可选地，第二阻抗电路包括具有由控制电路设置的阻抗值的可变阻抗，并且第一阻抗电路具有拥有恒定阻抗值的阻抗。恒定
阻抗值意味着阻抗不随时间变化和/或不由控制信号设置。可变阻抗具有第一数量L个不同的阻抗值。
[0024]在超声波流量计的替选示例性实施例中，第一阻抗电路包括具有由控制电路设置的阻抗值的可变阻抗。第二阻抗电路包括具有由控制电路设置的其他阻抗值的其他可变阻抗。第一阻抗电路的不同值和第二阻抗电路的不同值能够被组合。因此，可变阻抗和其他可变阻抗一起具有第一数量L个不同的阻抗值。
[0025]在超声波流量计的示例性实施例中，第一阻抗电路包括第一电容器，第一电容器具有连接到第一换能器的第一端子的第一电极和连接到第一换能器的第二端子的第二电极。第二阻抗电路包括第二电容器，第二电容器具有连接到第二换能器的第一端子的第一电极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种超声波流量计，包括：第一换能器(11)和第二换能器(12)，包括可变阻抗的第一阻抗电路(41)和第二阻抗电路(42)，经由所述第一阻抗电路(41)耦合到所述第一换能器(11)的第一端子(13)，经由所述第二阻抗电路(42)耦合到所述第二换能器(12)的第二端子(14)，具有信号输出端(17)的信号发生器(16)和具有信号输入端(21)的信号评估电路(20)，其中，所述信号输出端(17)和所述信号输入端(21)耦合到所述第一端子(13)和所述第二端子(14)，其中，所述信号评估电路(20)包括时间至数字转换器(22)和第一比较器(23)，所述第一比较器(22)将所述信号输入端(21)耦合到所述时间至数字转换器(22)的第一输入端(26)，以及控制电路(32)，其被耦合到所述信号发生器(16)、所述信号评估电路(20)和所述可变阻抗，并且被配置成将超声波流量计(10)设置处于上行模式(A)和下行模式(B)，并根据所述时间至数字转换器(22)在上行模式(A)下产生的第一上行时间信号(SD1UP)和所述时间至数字转换器(22)在下行模式(B)下产生的第一下行时间信号(SD1DO)来设置所述可变阻抗的阻抗值。2.根据权利要求1所述的超声波流量计，其中，所述可变阻抗配置成从第一数量L个阻抗值中获得一个阻抗值。3.根据权利要求1或2所述的超声波流量计，其中，所述控制电路(32)配置成优化所述可变阻抗的阻抗值，使得所述第一上行时间信号(SD1UP)和所述第一下行时间信号(SD1DO)彼此相似并且主要不同在于时间差(DIFTOF)。4.根据权利要求1至3中的一项所述的超声波流量计，其中，在所述上行模式(A)下，所述第一比较器(23)被配置成产生具有第二数量K个脉冲的第一比较器信号(SCOM1)，并且所述时间至数字转换器(22)被配置成产生第一上行时间信号(SD1UP)，所述第一上行时间信号(SD1UP)具有与所述第一比较器信号(SCOM1)的第二数量K个脉冲对应的第二数量K的值TOF_k_C1_l_UP，并且其中，在所述下行模式(B)下，所述第一比较器(23)被配置成产生具有第二数量K个脉冲的第一比较器信号(SCOM1)，并且所述时间至数字转换器(22)被配置成产生第一下行时间信号(SD1DO)，所述第一下行时间信号(SD1DO)具有与所述第一比较器信号(SCOM1)的第二数量K个脉冲对应的第二数量K的值TOF_k_C1_l_DOWN。5.根据权利要求4所述的超声波流量计，其中，所述控制电路(32)被配置成确定时间差(DIFTOF)和第一数量L个可能阻抗值中的第l个阻抗值，在所述第l个阻抗值处，以下总和f(l)获得最小值：其中，TOF_k_C1_l_UP是在所述上行模式(A)下，使用所述可变阻抗的第一数量L个阻抗值中的第l个阻抗值在所述第一比较器信号(SCOM1)的第二数量K个脉冲中的第k个脉冲处产生的第一上行时间信号(SD1UP)的值，并且其中，TOF_k_C1_l_DOWN是在所述下行模式(B)下，使用所述可变阻抗的第一数量L个阻抗值中的第l个阻抗值在所述第一比较器信号(SCOM1)的第二数量K个脉冲中的第k个脉冲
处产生的第一下行时间信号(SD1DO)的值。6.根据权利要求1至5中的一项所述的超声波流量计，其中，所述信号发生器(16)被配置成产生具有第三数量N个脉冲的方波信号(SOUT)。7.根据权利要求1至6中的一项所述的超声波流量计，其中，所述信号评估电路(20)至少包括将所述信号输入端(21)耦合到所述时间至数字转换器(22)的至少第二输入端(55，56)的第二比较器(51，52)。8.根据权利要求1至7中的一项所述的超声波流量计，其中，所述信号评估电路(20)包括第四数量M个比较器(23，51，52)，其中，所述控制电路(32)被配置成确定时间差(...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬，
申请(专利权)人：希奥检测有限公司，
类型：发明
国别省市：