声学谐振流体流量测量装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种操作声学谐振流体流量传感器的方法。该方法包括：将包括多个频率的声学刺激信号发射到声学谐振流体流量传感器的声学谐振腔中；感测声学谐振腔内的声学响应信号；以及导出声学响应信号的频谱的一个或多个频率分量的相位或等效群延迟。频率分量的相位或等效群延迟。频率分量的相位或等效群延迟。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】声学谐振流体流量测量装置和方法


[0001]本专利技术涉及用于操作声学谐振流体流量传感器(比如声学谐振风速计)的方法和系统以及构造为根据这种方法进行工作的传感器。

技术介绍

[0002]声学谐振风速计(比如在欧洲专利EP0801311中描述的声学谐振风速计)通过在谐振频率下在空腔内产生声波并测量其中的相移(或等效时间延迟)来工作。这种风速计的谐振频率随着例如空气温度的变化而变化；这会导致空腔内产生的波的幅度下降，除非产生声波的频率被调节到与空腔的不断变化的谐振频率相匹配。
[0003]本专利技术的目的是提供用于操作声学谐振流体流量传感器(比如声学谐振风速计)的改进方法和系统。

技术实现思路

[0004]根据本专利技术的一个实施方式，提供了一种识别声学谐振流体流量传感器的谐振频率的方法，该方法包括：将包括多个频率的声学刺激信号发射到声学谐振流体流量传感器的声学谐振腔中；感测声学谐振腔内的声学响应信号；以及识别声学响应信号的频谱中峰值的频率。
[0005]该方法可以有利地同时检查多个频率的谐振频率。如此，获得了声学谐振腔的频率特性的快照。例如，与涉及大量单频测量的方法相比，这可以显著减少识别声学谐振流体流量传感器的谐振频率所需的时间并提高其精度。该方法可以进一步包括：导出声学响应信号的频谱的一个或多个频率分量的相位或等效群延迟，该一个或多个频率分量优选地包括所识别的峰值频率分量。
[0006]该方法可以包括：在识别的峰值的频率下导出感测到的声学响应信号的相位或群延迟；以及基于导出的相位或群延迟来确定流体流过传感器的速度。
[0007]该方法可以有利地利用一个或多个频率分量的导出相位或等效群延迟来实现、促进或改进流体流过声学谐振腔的速度的测量。应当理解的是，可以同时确定频谱中谐振峰值的频率和频谱中一个或多个频率的相位或群延迟。然后，风速计算可以直接基于由此确定的谐振频率和由此导出的相位或群延迟。
[0008]在实施方式中，多个频率是一个频段。频段优选地是幅度基本恒定的连续频段。声学刺激信号优选地基本上不包括频段之外的频率。优选地，声学刺激信号在频段外的所有频率具有基本上为零的幅度，和/或频段内的所有频率优选地具有基本上相等的幅度。因此，声学刺激信号可以在频域中定义出基本上矩形或方脉冲函数轮廓。可替换地，多个频率可以是多个不同的频率。
[0009]分数带宽(即，频段的带宽除以频段的中心频率)可以大于0.014、大于0.029、大于0.043、大于0.057、大于0.071、大于0.129和/或大于0.229。例如，频段的分数带宽可以等于0.071或0.286。当如欧洲专利EP0801311中所述的那样工作时，频段中心频率可以是声学谐
振器可以谐振的任何频率。
[0010]该频段优选地是在其中预期会出现谐振频率的频段。该预期可以源自一个或多个先前测量的谐振频率、该方法的一次或多次先前迭代的结果、传感器的一个或多个物理特性、一个或多个气象参数和/或一个或多个用户输入或受其影响。
[0011]如果在先前时间段内没有执行过该方法的步骤的先前迭代，则可以执行该方法的步骤的迭代，其中频段是预设或默认频段。该方法的这种迭代可以是初始探测测量，并且预设频段可以是一个包含所有频率的范围，在该范围内预期会出现谐振频率。
[0012]在一个实施方式中，该方法进一步包括：确定感测到的声学响应信号的信号质量参数(比如信噪比)是否超过了预定阈值。如果信号质量参数没有超过预定阈值，则优选地利用包括不同的多个频率的声学刺激信号重复该方法的步骤。
[0013]例如，如果信号质量参数低于预定阈值，则该方法的步骤的后续迭代可以采用包括识别的峰值的频率的较窄频段来获得更精确的谐振频率测量结果。
[0014]如果信号质量参数低于预定阈值，则可以利用不同的频段来重复该方法的步骤，该不同的频段与原频段部分或完全不重叠。
[0015]在一个实施方式中，包括多个频率的声学刺激信号由第一换能器发射，并且利用第二换能器来感测声学响应信号。该方法进一步包括：利用第二换能器将包括多个频率的第二声学刺激信号发射到声学谐振腔中；利用第一换能器感测第二声学响应信号；导出感测到的第二声学响应信号的频谱的一个或多个频率分量的相位或群延迟；确定基于第二声学响应信号导出的相位或群延迟与基于第一声学响应信号导出的相位或群延迟之间的差异；以及利用所确定的差异来确定在声学谐振腔内流体沿着第一换能器和第二换能器之间的轴线流动的速度。
[0016]包括多个频率的声学刺激信号可以是第一声学刺激信号，而声学响应信号可以是第一声学响应信号。感测到的第二声学响应信号的频谱的一个或多个频率分量的导出相位或群延迟可以是在识别的峰值的频率下感测到的第二声学响应信号的相位或群延迟。
[0017]根据另一实施方式，提供了一种声学谐振流体流量传感器，构造为采用如上所述的方法来识别其声学谐振腔的谐振频率和/或导出其声学腔内的声学响应信号的一个或多个频率的相位或群延迟。
[0018]该声学谐振流体流量传感器可以包括声学谐振腔；第一换能器，构造为将包括多个频率的声学刺激信号发射到声学谐振腔中；第二换能器，构造为感测声学谐振腔内的声学响应信号；以及信号处理装置，构造为：识别感测到的声学响应信号的频谱中的峰值的频率。信号处理装置可以进一步构造为在识别的峰值的频率下导出感测到的声学响应信号的相位或群延迟；和/或基于导出相位或群延迟来确定流体流过该传感器的速度。
[0019]根据另一实施方式，提供了一种或多种暂存和/或非暂存存储介质，包括可由一个或多个处理器执行来使该处理器执行如上所述的方法的计算机指令。
[0020]现在将参照附图通过实例的方式来描述本专利技术的实施方式。
附图说明
[0021]图1a是声学谐振风速计的外部图；
[0022]图1b是图1a的声学谐振风速计的纵向截面图；
[0023]图1c是图1a的声学谐振风速计的横向截面图；
[0024]图2是识别声学谐振流体流量传感器的谐振频率并导出相移或群延迟的方法的流程图；
[0025]图3是用于产生驱动包括一个频率范围的电声换能器的电激励信号的信号发生器的示意图；
[0026]图4a是时域中电激励信号的描绘；
[0027]图4b是频域中电激励信号的描绘；
[0028]图5a是时域中电响应信号的描绘；
[0029]图5b是频域中电响应信号的描绘；
[0030]图6是用于分析由电声换能器产生的电响应信号的信号处理装置的示意图；以及
[0031]图7是声学谐振流体流传感器的示意图。
具体实施方式
[0032]参见附图，总体上示出了声学谐振风速计100的一个实例以及风速计操作方法200和风速计部件300、500的实施方式，这些风速计部件用于识别风速计的谐振频率并在该识别的谐振频率下导出相位或等效群延迟。
[0033]图1a至图1c示出了声学谐振风速计100的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种识别声学谐振流体流量传感器的谐振频率的方法，所述方法包括：将包括多个频率的声学刺激信号发射到所述声学谐振流体流量传感器的声学谐振腔中；感测所述声学谐振腔内的声学响应信号；以及识别感测到的所述声学响应信号的频谱中的峰值的频率；在识别的所述峰值的所述频率下导出感测到的所述声学响应信号的相位或群延迟；以及基于导出的所述相位或群延迟来确定流体流过所述传感器的速度。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个频率是一个频段。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述频段是幅度基本恒定的连续频段，并且其中所述声学信号基本上不包括所述频段之外的频率。4.根据权利要求2或3所述的方法，其中发射所述声学刺激信号包括：产生电激励信号，以及利用电声换能器将所述电激励信号转换成所述声学刺激信号；并且其中产生所述电激励信号包括：利用混频器来将包括具有选定带宽的频段的信号和包括单个选定频率的载波信号进行混频。5.根据权利要求4所述的方法，其中包括所述频段的所述信号包括矩形频谱。6.根据权利要求5所述的方法，其中包括所述频段的所述信号在所述时域中由sinc函数乘以窗口函数来定义。7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，包括：通过从存储器中读取幅度值来生成包括所述频段的所述信号。8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括：确定感测到的所述声学响应信号的信号质量参数是否超过预定阈值。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述方法进一步包括：如果所述信号质量参数没有超过所述预定阈值，则利用包括不同的多个频率的所述声学刺激信号重复所述方法的步骤。10.根据权利要求8所述的方法，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾维尔，
申请(专利权)人：英国风拓技术有限公司，
类型：发明
国别省市：