專利名稱：上游和下游傳感器相向同步發(fā)射接收超聲波測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于超聲波時差法及相位差法流速流量檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種上游和下游傳感器相向同步發(fā)射接收的超聲波測量裝置。
背景技術(shù)：
通常傳統(tǒng)的超聲波流速流量測量上游和下游傳感器通過切換控制進行異步交替工作，即分為2個過程，其一是上游傳感器發(fā)射下游傳感器接收；其二是下游傳感器發(fā)射上游傳感器接收。這兩個過程是在異步狀態(tài)下進行，即當(dāng)上游傳感器發(fā)射時，下游傳感器不發(fā)射只是等待接收上游傳感器發(fā)射過來的信號，只有在接收到信號以后，再開始下一個過程。那么要取得一組時間差信號，需要上述兩個過程才能完成。在這兩個過程之間會具有一定的延時，如果流速變化很快，這一延時會帶來測量上的誤差，影響了測量的實時性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性?，F(xiàn)有技術(shù)中公開了一種同步收發(fā)時差式超聲波流量計，上下游同時向?qū)Χ藗鞲衅靼l(fā)出超聲波信號，在超聲波信號到達對端前同時打開接收電路，并用相關(guān)算法獲取正逆向傳播時間，從而獲得流速和流量信息。但是在流速很慢時，在波形數(shù)據(jù)上只能查到一個波峰，與流體靜止時的波形相似，給流速測量帶來困難。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是設(shè)計一種新的超聲波時差法(相位差法)測量裝置，使傳統(tǒng)的上下游傳感器異步發(fā)射接收，創(chuàng)新為同步發(fā)射接收，此創(chuàng)新在電路上設(shè)計了獨具特色的測量時間同步采樣存儲，在程序控制下進行發(fā)射，接收，采樣，數(shù)據(jù)處理，可以用于管道，渠道，河流的各種流體的流速流量測量。其測量的實時性，準(zhǔn)確性，穩(wěn)定性比傳統(tǒng)的測量方式有很大提聞。為了達到上述目的，本實用新型采取的技術(shù)方案為提出一種上游和下游傳感器相向同步發(fā)射接收超聲波測量裝置，包括上游傳感器、下游傳感器、發(fā)射單元、放大器，其特征在于還包括高分辨率時間采樣存儲單元、微控制器；所述上游傳感器和下游傳感器各自具有獨立的發(fā)射單元、放大器、高分辨率時間采樣存儲單元；所述上游傳感器和下游傳感器與各自的發(fā)射單元相連接，所述微控制器連接控制發(fā)射單元；所述上游傳感器和下游傳感器與各自的放大器相連接，接收到的信號通過各自的放大器進行放大整形；所述放大器連接高分辨率時間采樣存儲單元，對放大整形的信號進行采樣存儲；所述高分辨率時間采樣存儲單元連接微控制器，采樣完成后由微控制器讀取上游和下游接收時間進行數(shù)據(jù)處理。優(yōu)選的，所述高分辨率時間采樣存儲單元可以準(zhǔn)確的分辨22ps的時間差。進一步的，所述上游傳感器和下游傳感器可以為多個，組成多聲道的測量，每個聲道的上游和下游傳感器之間的相向同步發(fā)射接收。本實用新型的有益效果為采用上游和下游傳感器相向同步發(fā)射接收大大提高了測量速度，與此同時使上下游的測量在同一流態(tài)進行保證了測量的實時性。本專利與傳統(tǒng)的上下游交替工作的超聲波測量技術(shù)相比具有設(shè)計更先進更科學(xué)更準(zhǔn)確，特別適合各種工農(nóng)業(yè)管道渠道河道流體的超聲波測量，在電路上設(shè)計了獨具特色的測量時間同步采樣存儲，并且可以準(zhǔn)確的分辨22ps的時間差，能夠很好的解決流速緩慢時的測量誤差問題，具有測量快速準(zhǔn)確，性能價格比高、安裝使用方便的特點。

圖I是本實用新型的電氣原理圖。圖2是靜態(tài)測量時上下游傳感器發(fā)射接收時序圖。圖3是動態(tài)測量時上下游傳感器發(fā)射接收時序圖。 圖4為本實用新型系統(tǒng)工作流程圖。其中Tl :上游發(fā)射單元。T2 :下游發(fā)射單元。UP:上游傳感器。DN:下游傳感器。Al :上游放大器I。A2 :上游放大器2。BI :下游放大器I。B2 :下游放大器2。PA :上游高分辨率時間采樣存儲單元。PB :下游高分辨率時間采樣存儲單元。μ。微控制器。Tup 上游發(fā)射信號時間點。Tdn :下游發(fā)射信號時間點。A 上游接收信號時間點。B :下游接收信號時間點。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本實用新型作進一步說明。如圖I所示，上游傳感器UP和下游傳感器DN具有兩套互相獨立的發(fā)射接收電路，其中上游發(fā)射單元Tl，下游發(fā)射單元Τ2，在微控制器μ。的控制下同步進行發(fā)射，上游發(fā)射信號時間點Tup與下游發(fā)射信號時間點Tdn同步；圖中虛線表示測量介質(zhì)中超聲波的傳輸，上游傳感器UP和下游傳感器DN在同步接收到對方發(fā)射的信號后，上游傳感器UP在上游接收信號時間點A收到的信號通過上游放大器1Α1、上游放大器2Α2進行放大整形，下游傳感器UP在下游接收信號時間點B收到的信號通過下游放大器1Β1、下游放大器2Β2進行放大整形，由上游高分辨率時間采樣存儲單元PA和下游高分辨率時間采樣存儲單元PB組成的高分辨率時間采樣存儲單元進行采樣存儲。采樣完成后由微控制器μ。讀取上游和下游接收時間進行數(shù)據(jù)處理。其中，上游高分辨率時間采樣存儲單元PA和下游高分辨率時間采樣存儲單元PB可以準(zhǔn)確的分辨22ps的時間差。所述上游傳感器UP和下游傳感器DN可以為多個，組成多聲道的測量，每個聲道的上游傳感器UP和下游傳感器DN之間的相向同步發(fā)射接收。[0029]如圖2所示，靜態(tài)測量時上游傳感器UP和下游傳感器DN發(fā)射接收時序，同步發(fā)射后上游接收信號和下游接收信號也同時到達。如圖3所示，圖3是動態(tài)測量時上游和下游傳感器發(fā)射接收時序，同步發(fā)射后上游和下游接收信號出現(xiàn)與介質(zhì)流速相關(guān)的時間差。由此可以計算出被測介質(zhì)流速。如圖4所示，本實用新型工作時，首先系統(tǒng)初始化，自檢，在微控制器μ。的控制下，上游傳感器UP和下游傳感器DN同步發(fā)射，然后打開測量窗口，等待接收，接收后讀取上、下游測量時間，計算時間差，計算流速和流量。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型的技術(shù)方案作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型的技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種上游和下游傳感器相向同步發(fā)射接收超聲波測量裝置，包括上游傳感器、下游傳感器、發(fā)射單元、放大器，其特征在于還包括高分辨率時間采樣存儲單元、微控制器；所述上游傳感器和下游傳感器各自具有獨立的發(fā)射單元、放大器、高分辨率時間采樣存儲單元；所述上游傳感器和下游傳感器與各自的發(fā)射單元相連接，所述微控制器連接控制發(fā)射單元；所述上游傳感器和下游傳感器與各自的放大器相連接；所述放大器連接高分辨率時間采樣存儲單元；所述高分辨率時間采樣存儲單元連接微控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種上游和下游傳感器相向同步發(fā)射接收超聲波測量裝置，其特征在于所述高分辨率時間采樣存儲單元可以準(zhǔn)確的分辨22ps的時間差。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的任一種上游和下游傳感器相向同步發(fā)射接收超聲波測量裝置，其特征在于所述上游傳感器和下游傳感器可以為多個，組成多聲道的測量，每個聲道的上游和下游傳感器之間的相向同步發(fā)射接收。
專利摘要本實用新型提出一種上游和下游傳感器相向同步發(fā)射接收超聲波測量裝置，包括上游傳感器、下游傳感器、發(fā)射單元、放大器，還包括高分辨率時間采樣存儲單元、微控制器；所述上游傳感器和下游傳感器各自具有獨立的發(fā)射單元、放大器、高分辨率時間采樣存儲單元。本實用新型采用上游和下游傳感器相向同步發(fā)射接收大大提高了測量速度，與此同時使上下游的測量在同一流態(tài)進行保證了測量的實時性。能夠很好的解決流速緩慢時的測量誤差問題，具有測量快速準(zhǔn)確，性能價格比高、安裝使用方便的特點。
文檔編號G01P5/24GK202383152SQ20112056342
公開日2012年8月15日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者欒繼軍 申請人:天津市求精科技發(fā)展有限公司