[发明专利]一种基于累积相位差的超声波流量测量装置

摘要

本发明公开了一种基于累积相位差的超声波流量测量装置，采用连续的正弦波信号对发射传感器进行驱动，两路接收的超声波信号分别进行选频放大、波形变换后得到脉冲信号，然后在波形变化电路转换为相位差信号；在脉宽/电压转换电路对相位差信号进行脉宽/电压转换时，采用N次脉冲充电机累计充电的方式对电容进行充电，从而增加了电容的充电量，使得测量的分辨率提高，从而更加精确地测量出相位差信号的脉冲宽度即时间差Δt，这样提高流量测量的精度。

主权项

1.一种基于累积相位差的超声波流量测量装置，包括：位于测量管道的一侧的发射传感器以及位于测量管道的另一侧，与发射传感器相对的上、下游接收传感器，上、下游接收传感器与发射传感器的安装角度均为θ；其特征在于，所述发射传感器采用连续的正弦波信号进行驱动，以产生连续的超声波信号，并同时向上、下游接收传感器发射；所述的基于累积相位差的超声波流量测量装置还包括：由两路选频放大电路、两路波形变换电路以及相位比较电路构成超声波信号接收模块，其中，上、下游接收传感器接收到发射传感器发射的超声波信号后，各自送入一路选频放大电路，以滤除接收的超声波信号中夹杂的高频干扰成分，然后各自通过一路波形变换电路，将它们变换为脉冲信号，以便于比较出它们之间的相位差信号，最后，相位比较电路对两路波形变换电路输出脉冲信号的相位进行比较，得到相位差信号；脉宽/电压转换电路和采样保持电路，其中，脉宽/电压转换电路用于相位差信号的脉冲宽度转换为充电电容的充电电压，转换过程结束后，断开相位差信号，停止将相位差信号作为开门信号，对脉宽/电压转换电路中的电容进行充电，同时，采样保持电路对电容的充电电压进行采样保持，以确保转换结果的准确性；高精度的A/D转换器，用于将采样电路保持的电容的充电电压转换为数字信号的充电电压值；计数器，对相位差信号进行计数，当计数到N+1时，表示转换过程结束，输出转换完成标志信号到脉宽/电压转换电路，断开相位差信号；同时，转换完成标志信号还输入到时序控制模块；时序控制模块，当转换完成标志信号脉冲到来时，输出A/D使能信号，启动对高精度的A/D转换器对采样电路保持的电容的充电电压进行转换，同时，延迟一定的时间即测量时间后，输出放电脉冲到脉宽/电压转换电路，对电容进行放电，再延迟一定的时间即放电时间后，输出复位信号给计数器以及脉宽/电压转换电路，使计数器复位，重新计数，使脉宽/电压转换电路复位，重新进行相位差信号的脉冲宽度转换为电容的充电电压的累积充电过程；流量计算模块，根据充电电压值，得到接收到的超声波信号的时间差，然后，结合管道参数，计算出流体流量；校准脉冲产生电路、多路选择开关以及4分频计数器；其中，校准脉冲产生电路用于产生频率与相位差信号频率相同、脉宽为ΔTL的低校准脉冲，以及频率与相位差信号频率相同、脉宽为ΔTH的高校准脉冲，其中，ΔTL小于ΔTH，其值根据具体设计确定；其中，多路选择开关包括四个输入端以及一个输出端，四个输入端Y0、Y1、Y2、Y3依次连接相位差信号、低校准脉冲、相位差信号、高校准脉冲，输出端接脉宽/电压转换电路的输入；其中，4分计数器用于对输出转换完成标志信号进行分频，其计数值作为测量状态信号输出至流量计算模块，流量计算模块根据测量状态信号确定目前所测试的信号是相位差信号、低校准脉冲、高校准脉冲中的哪一个信号；同时，其计数值还作为多路选择开关的选择信号，用于选择四个输入端Y0、Y1、Y2、Y3中的一路输出到脉宽/电压转换电路，计数值与输入端的关系可以根据具体情况设置，然后通过A/D转换器测得的电容两端电压；相位差信号的脉冲宽度：其中，U为相位差信号输入时测得的电容两端电压，UH为高校准脉冲输入时测得的电容两端电压，UL为低校准脉冲输入时测得的电容两端电压。