【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超声波计量检测领域，具体地涉及一种换能器的声道控制系统。
技术介绍
1、超声波换能器是一种能够将电能转换为超声波能量的装置。它通常由压电陶瓷材料制成，当施加电压时，压电陶瓷会发生压缩和膨胀，从而产生超声波振动。在工业领域，超声波换能器常常被应用于管道流体监测中，如超声波水表。在超声波水表中，计量管段的上游和下游位置通常会设置一组或多组相对的超声波换能器，用于发射和接收超声波信号，由于超声波信号在水体中的顺流和逆流两个相对方向的传播时速度不同，所以通过计算超声波信号在两个方向上的飞行时间，再结合管道截面数据即可计算水体流速和流量等信息。
2、其中超声波换能器的数量受管道直径的影响，大管径管道通常需要设置多组换能器组成多声道模式，相互配合工作。例如公开号为cn 210862800 u的中国专利文件公开了一种复用多声道超声波流量计，其换能器机构包括多组测定组件，每个测定组件包括两个超声波换能器，两个超声波换能器相对设置。该专利文件公开的多声道超声波流量计使用了多组相对的超声波换能器，可以实现多声道的流体流量检测功能，能够有效降低流量计的系统误差，使得计量数据更为精准。
3、由于大管径管道中的水体流动状态相较小管径管道更加复杂，当水体中存在气泡或介质时，可能会干扰超声波信号在水体中的传播，导致部分声道对应的超声波换能器接收信号较弱，产生跳波现象，影响计量精度；此外，当部分声道对应的超声波换能器发生故障时，与其连接的控制芯片往往不能做出及时的反应，继续对错误的超声信号进行处理，严重影响计量精度。>
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了提供一种四声道超声波水表的换能器声道控制系统，可以在同时控制多个换能器声道的基础上进行信号增益，并且配合特定的控制单元和控制方法，结合独特的补偿方式，可以极大的降低跳波产生的不利影响，并及时调整异常声道的工作权重占比，自动处理故障声道，保证超声波水表的计量精度，增强工作可靠性。
2、为了实现上述目的，本专利技术采取的方案如下：
3、一种四声道超声波水表的换能器声道控制系统，包含多组换能器组件，每组所述换能器组件包含两个相对设置的且用于交替传递超声波信号的换能器，两个所述换能器配合工作形成一个计量声道，其特征在于，该种换能器声道控制系统还包含与所述换能器组件电连接的计量模块和与所述计量模块电连接的且用于控制所述计量模块工作状态的主控模块；所述换能器组件的数量为四组；每个所述计量模块均包含两个声道控制单元，每个所述声道控制单元固定对应控制一个所述计量声道。
4、由此，每个换能器组件均包含有两个换能器，每个换能器均具备发射和接收超声波信号的能力，同一换能器组件中的两个换能器相对安装在超声波水表计量管段的上游和下游两个位置，交替发射和接收超声波信号。此时，上述两个换能器的超声波信号通路成为一个计量声道。本控制系统对拥有四个声道的超声波水表进行声道控制，四个声道之间相互平行且存在一定间隔，避免信号干涉。
5、计量模块可采用基于tdc芯片或d-flow系列芯片开发的计量电路，其用于接收和驱动与其连接的换能器收发超声波信号。每个计量模块均包含两个声道控制单元，每个声道控制单元可以独立对一组固定的换能器组件进行控制，即单独且对应的控制一个计量声道。由此，每个计量模块通过对不同的声道控制单元进行选择，可以实现对两个计量声道的控制。
6、主控模块为具备计算处理和指令发送能力的微处理器，例如单片机设备，其与两个计量模块连接，可以收集和计算各个计量声道中超声波信号的飞行时间差，进而计算水体流量流速数据；此外，其还可以控制两个计量模块单独的工作状态，进而对四个计量声道的工作状态进行控制，通过其下发的不同指令，可以灵活选择参与计量的计量声道、关闭特定的计量声道、调整不同的计量声道所采集数据的计算权重，并且控制不同计量声道在不同时间段内工作，避免同时工作造成的超声波信号干扰。
7、任意一个计量声道的计量数据均可以视为整个超声波水表的实际计量数据，由四个计量声道数据相互参考对比得到的计量数据比单声道更具备可靠性。正常工作时，受到同一个计量模块控制的两个计量声道被视为一组，由主控模块的微处理器选择需要工作的计量模块，该计量模块控制两个声道控制单元来驱动对应的两个计量声道进行计量工作。在此过程中，计量模块可以对任一计量声道单独选择打开或关闭，当某一个计量声道因换能器故障，计量数据发生异常时，该计量声道对应的计量模块将通过声道控制单元关闭上述计量声道，并将关闭信息发送至主控模块，主控模块停止分析该计量声道数据，此时由另外一个计量模块控制的两个计量声道的计量数据作为整个超声波水表的实际计量数据，并降低计量数据发生异常的计量声道对应的一个计量模块的工作权限，此时，该计量模块控制的另一个正常计量声道采集的计量数据将作为参考校准数据，作为另外两个正常的计量声道的参考数据。若因为跳波导致的不同计量声道的超声波信号发生计量偏差时，主控模块将对比四个声道的数据，选择一致性较高的计量声道的计量数据作为基准，计算补偿系数，对存在跳波现象的计量声道进行补偿，恢复四个计量声道之间的数据一致性。
8、上述换能器声道控制系统通过计量模块对于换能器组件的选择性控制，结合主控模块的管理，可以实现对于工作中的计量声道的科学选择，当发现特定计量声道数据发生明显异常时，可以关断该计量声道的数据采集状态，提升其他正常计量声道的计量数据参考权重，以此保证计量数据整体的准确性；面对跳波时，可以通过对跳波计量声道进行补偿的方式实现整体功能的恢复。以此既可以极大的增强系统对于跳波带来的不利影响的抵抗能力，又可以及时排除异常声道对于系统整体数据的不利影响，增加四声道超声波水表的计量可靠性，性能更加优异。
9、作为本专利技术的优选，所述计量模块还包含信号增益单元，所述信号增益单元用于检测所述计量声道的信号强度，并自动对低强度信号所在的计量声道进行增益补偿。
10、当管道内存在异物、气泡或涡流等情况时，可能会对部分计量声道中的超声波信号强度产生不利影响，此时计量模块中的信号增益单元可以自动检测上述计量声道的信号强度，若强度明显较低，则信号增益单元可以自动对该计量声道后续的超声波信号强度进行增益补偿，提高其信号强度。信号增益单元可以采用现有技术中的tdc芯片配合信号检测方法电路实现，或者采用具备agc自动增益功能的d-flow系列芯片实现。
11、作为本专利技术的优选，所述计量模块还包含存放有历史流量数据的参考修正表，所述信号增益单元通过调用查询所述参考修正表中的历史流量数据对所述计量声道进行增益补偿。
12、当四个计量声道中的半数及以上均发生了不同程度的信号强度不足的问题时，其信号增益单元将通过查表法来及进行增益补偿工作。具体的，计量模块中存放有参考修正表，该表中记录保存了历史流量数据，由于流量数据具备溯源参考价值，因此信号增益单元可以根据历史流量数据中具备相似特征的数据对存在问题的计量声道进行增益补偿。
13、作为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种四声道超声波水表的换能器声道控制系统，包含四组换能器组件(1)，每组所述换能器组件(1)包含两个相对设置的且用于交替传递超声波信号的换能器，两个所述换能器配合工作形成一个计量声道，其特征在于，该种换能器声道控制系统还包含与所述换能器组件(1)电连接的计量模块(2)和与所述计量模块(2)电连接的且用于控制所述计量模块(2)工作状态的主控模块(3)；所述换能器组件(1)的数量为四组；每个所述计量模块(2)均包含两个声道控制单元(21)，每个所述声道控制单元(21)固定对应控制一个所述计量声道。
2.根据权利要求1所述的一种四声道超声波水表的换能器声道控制系统，其特征在于，所述计量模块(2)还包含信号增益单元(22)，所述信号增益单元(22)用于检测所述计量声道的信号强度，并自动对低强度信号所在的计量声道进行增益补偿。
3.根据权利要求2所述的一种四声道超声波水表的换能器声道控制系统，其特征在于，所述计量模块(2)还包含存放有历史流量数据的参考修正表(23)，所述信号增益单元(22)通过调用查询所述参考修正表(23)中的历史流量数据对所述计量声道进行增益
4.根据权利要求1所述的一种四声道超声波水表的换能器声道控制系统，其特征在于，所述计量模块(2)还包含用于优化电路功耗的定时唤醒单元(24)。
5.根据权利要求1所述的一种四声道超声波水表的换能器声道控制系统，其特征在于，所述主控模块(3)包含分时复位单元(31)和用于与所述计量模块(2)进行信号传输的I/O接口(32)，所述分时复位单元(31)用于对其所在的所述主控模块(3)电连接的两个所述计量模块(2)进行间隔片选。
6.根据权利要求1所述的一种四声道超声波水表的换能器声道控制系统，其特征在于，所述计量模块(2)与所述主控模块(3)之间进行SPI通讯，保证信号传输的速度。
7.根据权利要求1所述的一种四声道超声波水表的换能器声道控制系统，其特征在于，该种换能器声道控制系统还包含与所述主控模块(3)电连接的人工控制模块(4)，所述人工控制模块(4)用于输入手动增益指令。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种四声道超声波水表的换能器声道控制系统，其特征在于，所述计量模块(2)具体为D-flow系列芯片，所述D-flow系列芯片包含AGC自动增益单元。
...【技术特征摘要】
1.一种四声道超声波水表的换能器声道控制系统，包含四组换能器组件(1)，每组所述换能器组件(1)包含两个相对设置的且用于交替传递超声波信号的换能器，两个所述换能器配合工作形成一个计量声道，其特征在于，该种换能器声道控制系统还包含与所述换能器组件(1)电连接的计量模块(2)和与所述计量模块(2)电连接的且用于控制所述计量模块(2)工作状态的主控模块(3)；所述换能器组件(1)的数量为四组；每个所述计量模块(2)均包含两个声道控制单元(21)，每个所述声道控制单元(21)固定对应控制一个所述计量声道。
2.根据权利要求1所述的一种四声道超声波水表的换能器声道控制系统，其特征在于，所述计量模块(2)还包含信号增益单元(22)，所述信号增益单元(22)用于检测所述计量声道的信号强度，并自动对低强度信号所在的计量声道进行增益补偿。
3.根据权利要求2所述的一种四声道超声波水表的换能器声道控制系统，其特征在于，所述计量模块(2)还包含存放有历史流量数据的参考修正表(23)，所述信号增益单元(22)通过调用查询所述参考修正表(23)中的历史流量数据对所述计量声道进行增益补偿。
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【专利技术属性】
技术研发人员：张丹，项家琪，童景顺，
申请(专利权)人：宁波泽联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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