專利名稱：檢測超聲波在測流速中飛行時(shí)間的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲波儀器的檢測方法，具體涉及ー種超聲波飛行時(shí)間的檢測方法。
背景技術(shù)：
超聲波在媒質(zhì)中傳播時(shí)，其傳播的時(shí)間會(huì)受到流體流動(dòng)速度的影響。當(dāng)聲波和流體傳播方向相同時(shí)，聲波飛行時(shí)間會(huì)減小；當(dāng)聲波和流體傳播反向時(shí)，聲波的飛行時(shí)間會(huì)增カロ。聲速，流體速度，和飛行時(shí)間的關(guān)系如下
/I =·
^+V其中t為聲波飛行時(shí)間，c為聲速，V為流體流速，L為距離。只要測得聲波飛行時(shí)間，則可求出流體流速。進(jìn)而也可以計(jì)算流體流量。因此超聲波飛行時(shí)間的檢測是超聲波風(fēng)速儀，超聲波流量計(jì)等儀器的重要測量物理量?，F(xiàn)有技術(shù)ー(閾值比較法)目前，超聲波飛行時(shí)間的檢測最廣泛使用的方法是聲波閾值檢測法。其結(jié)構(gòu)基本如圖I所示。處理器首先向超聲波驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送方波，此時(shí)開始啟動(dòng)處理器內(nèi)部的計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。驅(qū)動(dòng)電路將方波放大并驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射器，向流體媒質(zhì)中發(fā)射超聲波。超聲波在流體中飛行一段時(shí)間后進(jìn)入接收傳感器，接收到的波形如圖2。當(dāng)接收的波形經(jīng)過硬件的電壓閾值比較后，轉(zhuǎn)換成方波。當(dāng)處理器檢測到方波的上升沿時(shí)，處理器內(nèi)部的計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。此時(shí)計(jì)數(shù)器所計(jì)的時(shí)間即為超聲波傳播的時(shí)間?，F(xiàn)有技術(shù)ニ (相位法)除了技術(shù)ー以外，目前在超聲波流速測量中使用比較多的還有相差法。當(dāng)媒介中的流體靜止時(shí)，超聲波探頭接收到的波形是一條正弦曲線或者余弦曲線。當(dāng)流體發(fā)生流動(dòng)時(shí)，超聲波的飛行時(shí)間變化，接收到的波形和原有波形發(fā)生一定相差#。通過模擬或者數(shù)字鑒相器測量這個(gè)相位差來計(jì)算超聲波的飛行時(shí)間，如圖3所示?，F(xiàn)有技術(shù)ー是目前超聲波流速或者流量測量里最廣泛的方法。但為了保證測量精度，就需要使用中心頻率較高的高頻超聲波換能器，増加了產(chǎn)品成本。且由于超聲波的接收波形幅值會(huì)由于流速的變化而改變，因此在電壓閾值比較的時(shí)候可能會(huì)出現(xiàn)聲波整周期的計(jì)算誤差?，F(xiàn)有技術(shù)ニ在實(shí)際產(chǎn)品中也有一定應(yīng)用。如果使用單頻的相位差來計(jì)算飛行時(shí)間，則所測飛行時(shí)間的變化范圍只能在一個(gè)超聲波周期內(nèi)，測量范圍較小，很難滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。也有使用多頻法測量的方法，但都停留在理論階段，很難用于實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供效果更好的檢查超聲波在測流速中飛行時(shí)間的方法?？紤]到現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面，為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種檢測超聲波在測流速中飛行時(shí)間的方法，包括以下步驟步驟1，處理器發(fā)送為頻率も的超聲波信號(hào)，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)放大以后，再由超聲波發(fā)射器發(fā)射出；同時(shí)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)；步驟2，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)一段時(shí)間為b后停止計(jì)數(shù)；步驟3，，接收傳感器將接收到的為頻率も的超聲波信號(hào)經(jīng)模擬電路放大和濾波處理后傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器；步驟4，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將轉(zhuǎn)化后的超聲波數(shù)字信號(hào)發(fā)送給處理器，在所述處理器中完成頻率も的相位差的計(jì)算;本步驟中，相位差A(yù)的=(pn -(p0l，其中當(dāng)超聲波在媒質(zhì)中傳播一段時(shí)間后，接收到的波形相位差在媒質(zhì)靜止情況下為〃當(dāng)媒質(zhì)為流體時(shí)，接收到的波形相位差為爐u ；步驟5，由步驟I中所述的處理器發(fā)出頻率f2的超聲波信號(hào)，所述頻率f2的超聲波經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)放大以后，再由超聲波發(fā)射器發(fā)射出；同時(shí)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)；步驟6，所述計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)一段時(shí)間為b后停止計(jì)數(shù)；步驟7，在所述計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)后，接收傳感器將接收到的為頻率f2的超聲波信號(hào)經(jīng)模擬電路放大和濾波處理后傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器；步驟8，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器再將轉(zhuǎn)化后的超聲波數(shù)字信號(hào)發(fā)送給處理器，在所述處理器中完成頻率f2的相位差計(jì)算；本步驟中，相位差A(yù)外=例2 -%2，其中其中當(dāng)超聲
波在媒質(zhì)中傳播一段時(shí)間后，接收到的波形相位差在媒質(zhì)靜止情況下カ乳2，當(dāng)媒質(zhì)為流體
時(shí)，接收到的波形相位差為爐12 ；步驟9，根據(jù)兩個(gè)頻率も和f2的相頻關(guān)系推導(dǎo)計(jì)算沒有相位偏移量時(shí)的傳播時(shí)間
L(^ + 2kw _ + 2k%x
......其中k 和 k’ 為…-2，-1,0，1,2...或在實(shí)際測量中相位會(huì)因?yàn)榇嬖谄普`差，設(shè)此偏移誤差全部產(chǎn)生在k%上且偏移量為叫則傳播時(shí)間為
權(quán)利要求
1.一種檢測超聲波在測流速中飛行時(shí)間的方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟1，處理器發(fā)送為頻率fi的超聲波信號(hào)，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)放大以后，再由超聲波發(fā)射器發(fā)射出；同時(shí)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)； 步驟2，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)一段時(shí)間為h后停止計(jì)數(shù)； 步驟3，接收傳感器將接收到的為頻率的超聲波信號(hào)經(jīng)模擬電路放大和濾波處理后傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器； 步驟4，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將轉(zhuǎn)化后的超聲波數(shù)字信號(hào)發(fā)送給處理器，在所述處理器中完成頻率4的相位差Δ#|的計(jì)算；本步驟中，相位差Δ約= P11，其中當(dāng)超聲波在媒質(zhì)中傳播一段時(shí)間后，接收到的波形相位差在媒質(zhì)靜止情況下為，當(dāng)媒質(zhì)為流體時(shí)，接收到的波形相位差為P11 ； 步驟5，由步驟I中所述的處理器發(fā)出頻率f2的超聲波信號(hào)，所述頻率f2的超聲波經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)放大以后，再由超聲波發(fā)射器發(fā)射出；同時(shí)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)； 步驟6，所述計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)一段時(shí)間為h后停止計(jì)數(shù)； 步驟7，在所述計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)后，接收傳感器將接收到的為頻率f2的超聲波信號(hào)經(jīng)模擬電路放大和濾波處理后傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器； 步驟8，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器再將轉(zhuǎn)化后的超聲波數(shù)字信號(hào)發(fā)送給處理器，在所述處理器中完成頻率4的相位差A(yù)ft計(jì)算；本步驟中，相位差=仍2其中當(dāng)超聲波在媒質(zhì)中傳播一段時(shí)間后，接收到的波形相位差在媒質(zhì)靜止情況下為％2，當(dāng)媒質(zhì)為流體時(shí)，接收到的波形相位差為爐12 ； 步驟9，根據(jù)兩個(gè)頻率和f2的相頻關(guān)系推導(dǎo)計(jì)算沒有相位偏移量時(shí)的傳播時(shí)間
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測超聲波在測流速中飛行時(shí)間的方法，其特征在于，步驟I中所述的處理器為FPGA。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測超聲波在測流速中飛行時(shí)間的方法，其特征在于，步驟I中所述的處理器為CPLD。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測超聲波在測流速中飛行時(shí)間的方法，其特征在于，所述頻率f的相位差Δ鐵計(jì)算采用DFT運(yùn)算方法。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測超聲波在測流速中飛行時(shí)間的方法，其特征在于，所述頻率f2的相位差Ιψχ計(jì)算米用DFT運(yùn)算方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種檢測超聲波在測流速中飛行時(shí)間的方法，屬于超聲波儀器的檢測技術(shù)領(lǐng)域，其技術(shù)方案采用了雙頻超聲波相位檢查的方法計(jì)算超聲波飛行時(shí)間，有效增加了儀器測量的量程。并且不同于其他多頻超聲波測量方法，在對傳感器存在相位漂移的情況給出了解決辦法，使其在超聲波流速或者流量的檢查中更有實(shí)用性。
文檔編號(hào)G01P5/24GK102866261SQ20121034450
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月18日
發(fā)明者姜雨廷, 朱小波, 羅鈞周 申請人:成都成電電子信息技術(shù)工程有限公司