【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及流体流量测量，特别涉及了用于超声水表和超声流量计的低噪声测量系统及方法。
技术介绍
1、在使用超声波测量管道内流体流量的方法中，时差法是较常用且准确度较高的。时差法在电路信号检测上常为阈值比较法，即通过固定阈值来检测接收信号，再用计时模块采集时间数据，其中计时模块采集的时间分辨率可达到皮秒级，而电路中的噪声信号会使比较输出信号发生抖动，使测得时间的准确度和稳定性降低，从而影响计量性能。
2、基于水务行业应用的超声波换能器灵敏度一般比较高，因为需要覆盖的口径范围很宽，最大口径可能超过dn2000，要在大口径管道内实现流量的测量，则超声波换能器需要在微弱的激励信号下发生谐振。在现场使用过程中，由于地线上的干扰，或220v供电线上的开关干扰等，此类干扰会耦合至换能器端，换能器在此类干扰的影响下发生了谐振，这势必会影响流量测量的准确度。
3、另一方面，通常超声测量电路与整体电路共用电源系统，电源噪声和数字信号噪声没有隔离，即使使用线性稳压或开关电源单独供电同样会引入噪声，噪声信号叠加到接收信号上，滤波电路只能滤除低频或高频的信号，对接近超声波换能器谐振频率的噪声分量无能为力，这些噪声会经过放大进入计时模块，对测量结果造成破坏。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服现有技术中存在的管道内流体流量测量时，流量信号会被干扰，存在噪声信号，导致测量精确度较低的问题，提供了用于超声水表和超声流量计的低噪声测量系统及方法，将数字信号处理单元与信号放大处理单元完
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：用于超声水表和超声流量计的低噪声测量系统，采用变压器对数字信号处理单元以及信号放大处理单元进行电源与激励信号的双重隔离，所述变压器传输超声激励信号并对电池充电，所述数字信号处理单元控制变压器工作模式并通过时序切换控制信号放大处理单元工作状态。
3、变压器原边与数字信号处理单元连接，变压器副边与信号放大处理单元连接。本专利技术通过变压器实现数字信号处理单元与信号放大处理单元的隔离，切断噪声主要传播路径，达到电源与激励信号双重隔离的目的，可以显著提高信号放大处理单元的信噪比，同时仅需一个变压器，通过时序的切换使信号放大处理单元存在工作和储能两种状态，可以有效克服开关电源的干扰，提升超声流量测量准确性和稳定性，并保证一定时间内测量系统工作电压稳定。
4、作为优选，所述变压器在激励状态下，将数字信号处理单元发送的超声激励信号耦合至信号放大处理单元的换能器端，进行流量测量。
5、激励状态即流量测量状态，在激励状态下，变压器用于传输超声激励信号。
6、作为优选，所述变压器在非激励状态下，数字信号处理单元发送高频信号到变压器，信号放大处理单元对高频信号进行整流滤波，对电池充电。
7、非激励状态即非流量测量状态，在非激励状态下，变压器用于对信号放大处理单元内的电池充电。
8、作为优选，所述数字信号处理单元在激励状态下，在变压器发送激励脉冲后对变压器的原边进行短接。
9、信号放大处理单元在激励状态下，在完成流量测量前，信号放大处理单元的供电完全由其内部的电池提供，并且在变压器发送激励脉冲后立刻对变压器的原边进行短接，这种方式可以有效克服开关电源的干扰，通过变压器原边与副边的等效电容耦合至信号放大处理单元。
10、作为优选，所述数字信号处理单元包括产生超声波脉冲信号的超声脉冲激励发生器，所述超声脉冲激励发生器连接有主控mcu，所述主控mcu连接有控制充电信号产生的充电控制模块，所述充电控制模块变压器原边连接。
11、主控mcu用于测量时序的控制、充电控制、数据计算，在实际表计中还可支持显示、按键、通讯、输出等功能。
12、作为优选，所述信号放大处理单元包括将变压器传递的充电信号转换为直流电的储能模块，所述储能模块连接有信号处理专用电源模块，所述信号处理专用电源模块连接有信号收发控制模块，所述信号收发控制模块分别与变压器副边、超声换能器连接。
13、信号处理专用电源模块将储能模块中电池电压转换为信号放大处理单元使用的电压，通常使用线性稳压的方法来得到，避免开关噪声。
14、作为优选，所述测量系统还包括切换变压器工作模式的模拟开关，所述模拟开关包括分别与数字信号处理单元、变压器原边连接的第一模拟开关以及分别与信号放大处理单元、变压器副边连接的第二模拟开关。
15、测量系统包含了模拟开关的操作逻辑，通过操作模拟开关切换该系统的工作状态。
16、作为优选，所述信号放大处理单元还包括与信号收发控制模块连接的回波信号处理模块，对接收到的超声回波信号进行预处理。
17、回波信号处理模块对接收到的超声回波信号在此模块进行放大、滤波、信号幅值采样及信号比较处理等操作。
18、用于超声水表和超声流量计的低噪声测量方法，包括以下步骤：
19、获取当前电池电压，在电池电压不满足工作电压值时，切换测量系统为充电模式，利用变压器对电池进行充电；
20、在电池电压满足工作电压值时，切换测量系统为超声脉冲发射模式，利用变压器发送激励脉冲，进行流量测量；
21、在多次测量后，获取电池电压信息，根据电池电压与设定阈值的关系，对测量系统进行充电。
22、作为优选，所述若电池电压在设定的阈值上限与阈值下限之间，则对测量系统进行充电；若电池电压达到设定的阈值上限，则不需要对测量系统进行充电；若电池电压小于设定的阈值下限，则说明信号放大处理单元出现故障。
23、经过预设的若干次测量后，由于一个测量循环电量消耗不大，电压不会有明显下降，这时候就要根据情况适当的进行补电，从而保证测量系统的正常运行。
24、因此，本专利技术具有如下有益效果：
25、1、通过变压器实现数字处理单元与信号放大处理单元的隔离，切断噪声主要传播路径，达到电源与激励信号双重隔离的目的，可以显著提高信号放大处理单元的信噪比，提升超声流量测量准确性和稳定性；
26、2、仅需一个变压器，通过时序的切换使信号放大处理单元存在工作和储能两种状态，可以有效克服开关电源的干扰，提升超声流量测量准确性，同时保证满足一定时间内测量系统工作电压稳定。
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1.用于超声水表和超声流量计的低噪声测量系统，其特征在于，采用变压器对数字信号处理单元以及信号放大处理单元进行电源与激励信号的双重隔离，所述变压器传输超声激励信号并对电池充电，所述数字信号处理单元控制变压器工作模式并通过时序切换控制信号放大处理单元工作状态。
2.根据权利要求1所述的用于超声水表和超声流量计的低噪声测量系统，其特征在于，所述变压器在激励状态下，将数字信号处理单元发送的超声激励信号耦合至信号放大处理单元的换能器端，进行流量测量。
3.根据权利要求1或2所述的用于超声水表和超声流量计的低噪声测量系统，其特征在于，所述变压器在非激励状态下，数字信号处理单元发送高频信号到变压器，信号放大处理单元对高频信号进行整流滤波，对电池充电。
4.根据权利要求1或2所述的用于超声水表和超声流量计的低噪声测量系统，其特征在于，所述数字信号处理单元在激励状态下，在变压器发送激励脉冲后对变压器的原边进行短接。
5.根据权利要求1所述的用于超声水表和超声流量计的低噪声测量系统，其特征在于，所述数字信号处理单元包括产生超声波脉冲信号的超声脉冲激励
6.根据权利要求1或2或5所述的用于超声水表和超声流量计的低噪声测量系统，其特征在于，所述信号放大处理单元包括将变压器传递的充电信号转换为直流电的储能模块，所述储能模块连接有信号处理专用电源模块，所述信号处理专用电源模块连接有信号收发控制模块，所述信号收发控制模块分别与变压器副边、超声换能器连接。
7.根据权利要求5所述的用于超声水表和超声流量计的低噪声测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括切换变压器工作模式的模拟开关，所述模拟开关包括分别与数字信号处理单元、变压器原边连接的第一模拟开关以及分别与信号放大处理单元、变压器副边连接的第二模拟开关。
8.根据权利要求6所述的用于超声水表和超声流量计的低噪声测量系统，其特征在于，所述信号放大处理单元还包括与信号收发控制模块连接的回波信号处理模块，对接收到的超声回波信号进行预处理。
9.用于超声水表和超声流量计的低噪声测量方法，采用权利要求1-8所述的用于超声水表和超声流量计的低噪声测量系统，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的用于超声水表和超声流量计的低噪声测量方法，其特征在于，所述若电池电压在设定的阈值上限与阈值下限之间，则对测量系统进行充电；若电池电压达到设定的阈值上限，则不需要对测量系统进行充电；若电池电压小于设定的阈值下限，则说明信号放大处理单元出现故障。
...【技术特征摘要】
1.用于超声水表和超声流量计的低噪声测量系统，其特征在于，采用变压器对数字信号处理单元以及信号放大处理单元进行电源与激励信号的双重隔离，所述变压器传输超声激励信号并对电池充电，所述数字信号处理单元控制变压器工作模式并通过时序切换控制信号放大处理单元工作状态。
2.根据权利要求1所述的用于超声水表和超声流量计的低噪声测量系统，其特征在于，所述变压器在激励状态下，将数字信号处理单元发送的超声激励信号耦合至信号放大处理单元的换能器端，进行流量测量。
3.根据权利要求1或2所述的用于超声水表和超声流量计的低噪声测量系统，其特征在于，所述变压器在非激励状态下，数字信号处理单元发送高频信号到变压器，信号放大处理单元对高频信号进行整流滤波，对电池充电。
4.根据权利要求1或2所述的用于超声水表和超声流量计的低噪声测量系统，其特征在于，所述数字信号处理单元在激励状态下，在变压器发送激励脉冲后对变压器的原边进行短接。
5.根据权利要求1所述的用于超声水表和超声流量计的低噪声测量系统，其特征在于，所述数字信号处理单元包括产生超声波脉冲信号的超声脉冲激励发生器，所述超声脉冲激励发生器连接有主控mcu，所述主控mcu连接有控制充电信号产生的充电控制模块，所述充电控制模块变压器原边连接。
6.根据权利要求1或2或5...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵子锋，吴晓杰，冯旭，
申请(专利权)人：浙江迪元仪表有限公司，
类型：发明
国别省市：
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