用于超聲波流量表的狀態(tài)檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超聲波流量檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種用于超聲波流量表的狀態(tài)檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]采用時(shí)差法原理制造的超聲波流量表是目前流行的超聲波流量表設(shè)計(jì)方法之一。其設(shè)計(jì)原理為:安裝有雙向超聲波收發(fā)一體化換能器的流體測(cè)量管道，在順流和逆流方向交替發(fā)射超聲波信號(hào)并接收超聲波產(chǎn)生回波信號(hào)，并以此計(jì)算出超聲波在流體傳播中，一次交替所產(chǎn)生的傳播時(shí)差。后經(jīng)相關(guān)轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)模型計(jì)算出管道內(nèi)流體流量。但是當(dāng)電路、換能器損壞、管道內(nèi)流體含有較多空氣甚至停水導(dǎo)致管道空管等原因出現(xiàn)時(shí)，回波信號(hào)的接收就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，不能在一定時(shí)間內(nèi)接收到回波信號(hào)或者根本接收不到回波信號(hào)，導(dǎo)致超聲波流量表無(wú)法正常工作。因此，準(zhǔn)確獲知超聲波流量表的工作狀態(tài)對(duì)于超聲波流量表的維護(hù)與檢修是至關(guān)重要的，而目前并沒(méi)有好的應(yīng)用于超聲波流量表的狀態(tài)檢測(cè)方法。
[0003]值得注意的現(xiàn)象是，超聲波換能器普遍采用壓電陶瓷制作而成，在激勵(lì)信號(hào)作用下會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，當(dāng)激勵(lì)信號(hào)停止激勵(lì)后，換能器還會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生余震，余震逐漸衰減直至消失，而換能器的余震又會(huì)在電路中產(chǎn)生相應(yīng)的余波，使激勵(lì)波信號(hào)帶有余波，余波持續(xù)時(shí)間與余震對(duì)應(yīng)。因此，在回波信號(hào)的接收出現(xiàn)問(wèn)題的情況下，通過(guò)檢測(cè)激勵(lì)波是否帶有余波就能夠幫助我們準(zhǔn)確判斷或排除換能器故障，從而進(jìn)一步明確空管狀態(tài)或者故障原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種超聲波流量檢測(cè)系統(tǒng)中的狀態(tài)檢測(cè)方法，能夠準(zhǔn)確快速地判斷出正常工作、空管或者故障狀態(tài)并進(jìn)一步明確故障原因。
[0005]一種用于超聲波流量表的狀態(tài)檢測(cè)方法，包括如下步驟:1)在超聲波流量表工作狀態(tài)下，若在預(yù)定時(shí)間內(nèi)接收到回波信號(hào)，說(shuō)明超聲波流量表處于正常工作狀態(tài)；若在預(yù)定時(shí)間內(nèi)接收不到回波信號(hào)，說(shuō)明超聲波流量表處于空管或者故障狀態(tài)；2)在空管或者故障狀態(tài)下，在微控制器中開(kāi)設(shè)檢測(cè)窗口，使激勵(lì)信號(hào)輸出電路連接至第一 /第二換能器并發(fā)射具有一定周期數(shù)的激勵(lì)波信號(hào)，發(fā)射完畢后一段時(shí)間啟動(dòng)檢測(cè)窗口檢測(cè)激勵(lì)波信號(hào)是否帶有余波；3)若激勵(lì)波信號(hào)帶有余波，說(shuō)明所檢測(cè)換能器以及激勵(lì)信號(hào)輸出電路無(wú)故障，隨即將激勵(lì)信號(hào)發(fā)生電路連接至另一換能器并發(fā)射具有一定周期數(shù)的激勵(lì)波信號(hào)，再次檢測(cè)激勵(lì)波信號(hào)是否帶有余波，若激勵(lì)波信號(hào)帶有余波，說(shuō)明另一換能器也無(wú)故障，則超聲波流量表處于空管狀態(tài)；若在兩次檢測(cè)過(guò)程中任一次沒(méi)有檢測(cè)到激勵(lì)波余波，則說(shuō)明激勵(lì)信號(hào)發(fā)生電路或者該換能器出現(xiàn)故障，那么再一次發(fā)射激勵(lì)波信號(hào)，同時(shí)啟動(dòng)檢測(cè)窗口檢測(cè)激勵(lì)波是否存在，如果激勵(lì)波存在，說(shuō)明該超聲波換能器損壞，如果激勵(lì)波不存在，說(shuō)明激勵(lì)信號(hào)輸出電路損壞。
[0006]優(yōu)選地，所述預(yù)定時(shí)間根據(jù)超聲波流量表的工業(yè)設(shè)計(jì)以及工作環(huán)境來(lái)確定。
[0007]優(yōu)選地，所述一段時(shí)間應(yīng)當(dāng)大于微控制器切換窗口所需時(shí)間，小于換能器余震產(chǎn)生相應(yīng)激勵(lì)波余波最大時(shí)間。
[0008]優(yōu)選地，所述一段時(shí)間為1~3 μ S。
[0009]本發(fā)明的有益效果在于:利用超聲波換能器中的壓電陶瓷片在激勵(lì)信號(hào)停止作用之后會(huì)產(chǎn)生余震進(jìn)而使激勵(lì)波信號(hào)帶有余波的現(xiàn)象，在空管或者故障狀態(tài)下對(duì)流量表進(jìn)行電路檢測(cè)就能夠迅速判斷或排除換能器的故障，從而進(jìn)一步明確空管狀態(tài)或者故障原因，極大的簡(jiǎn)化了超聲波流量表的檢修與維護(hù)過(guò)程。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的超聲波流量檢測(cè)系統(tǒng)示意圖；
圖2是回波信號(hào)計(jì)時(shí)方法示意圖；
圖3是在不同狀態(tài)下檢測(cè)窗口檢測(cè)激勵(lì)波信號(hào)示意圖，(a)激勵(lì)信號(hào)輸出電路以及換能器正常工作；(b)換能器損壞；(C)激勵(lì)信號(hào)輸出電路損壞。
【具體實(shí)施方式】
[0011]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。
[0012]參見(jiàn)圖1，在超聲波流量表的檢測(cè)系統(tǒng)中至少設(shè)置有微控制器、計(jì)時(shí)電路、激勵(lì)信號(hào)輸出電路、信號(hào)通道控制電路、第一換能器和第二換能器。其中，微控制器用于系統(tǒng)控制超聲波流量表中各電路模塊的工作，并將獲得的計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)合溫度、流管截面等其他因素綜合計(jì)算出流體量；激勵(lì)信號(hào)輸出電路用于輸出激勵(lì)發(fā)射換能器的激勵(lì)信號(hào)；信號(hào)通道控制電路用于將激勵(lì)信號(hào)選擇性地接入第一換能器/第二換能器，實(shí)現(xiàn)測(cè)量順流/逆流流速的目的；而現(xiàn)有的計(jì)時(shí)電路通常米用具有固定晶體振蕩頻率的計(jì)時(shí)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0013]參見(jiàn)圖2，超聲波流量檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量原理是:微控制器控制激勵(lì)信號(hào)輸出電路連接至第一 /第二換能器并輸出激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)該換能器發(fā)出超聲波信號(hào)，經(jīng)過(guò)時(shí)間tl后被另一換能器接收產(chǎn)生回波信號(hào)，完成一次時(shí)間測(cè)量；再將激勵(lì)信號(hào)輸出電路連接至第二/第一換能器并輸出激勵(lì)波信號(hào)激勵(lì)該換能器發(fā)出超聲波信號(hào)，經(jīng)過(guò)時(shí)間t2后被另一換能器接收產(chǎn)生回波信號(hào)，完成第二次時(shí)間測(cè)量。所述tl、t2就是回波信號(hào)計(jì)時(shí)時(shí)間且t=nT，其中T為計(jì)時(shí)電路的固定晶體振蕩周期。由于超聲波在順流和逆流中的速度不同，通過(guò)比較時(shí)間tl、t2的差值，就能換算出流體的速度，再根據(jù)流體流過(guò)截面的大小，就能得知流量。
[0014]本發(fā)明中的狀態(tài)檢測(cè)方法是:在超聲波流量表工作狀態(tài)下，若在預(yù)定時(shí)間內(nèi)接收到回波信號(hào)，說(shuō)明超聲波流量表處于正常工作狀態(tài)；若在預(yù)定時(shí)間內(nèi)接收不到回波信號(hào)，說(shuō)明超聲波流量表處于空管或者故障狀態(tài)。在空管或者故障狀態(tài)下，控制程序進(jìn)入故障檢測(cè)模式:在超聲波流量表中的微控制器(MCU)中開(kāi)設(shè)檢測(cè)窗口，使激勵(lì)信號(hào)輸出電路連接至第一 /第二換能器并發(fā)射具有一定周期數(shù)的激勵(lì)波信號(hào)，發(fā)射完畢后一段時(shí)間啟動(dòng)檢測(cè)窗口檢測(cè)激勵(lì)波信號(hào)是否帶有余波，結(jié)果有兩種:1)若激勵(lì)波信號(hào)帶有余波，如圖3 (a)所示，說(shuō)明所檢測(cè)換能器以及激勵(lì)信號(hào)輸出電路無(wú)故障，隨即將激勵(lì)信號(hào)發(fā)生電路連接至另一換能器并發(fā)射具有一定周期數(shù)的激勵(lì)波信號(hào)，再次檢測(cè)激勵(lì)波信號(hào)是否帶有余波，若激勵(lì)波信號(hào)帶有余波，如圖3 (a)所示，說(shuō)明另一換能器也無(wú)故障，則超聲波流量表處于空管狀態(tài)；2)若在兩次檢測(cè)過(guò)程中任一次沒(méi)有檢測(cè)到激勵(lì)波余波，則說(shuō)明激勵(lì)信號(hào)發(fā)生電路或者該換能器出現(xiàn)故障，那么再一次發(fā)射激勵(lì)波信號(hào)，同時(shí)啟動(dòng)檢測(cè)窗口檢測(cè)激勵(lì)波是否存在，如果激勵(lì)波存在，如圖3 (b)所示，說(shuō)明該超聲波換能器損壞，如果激勵(lì)波不存在，如圖3 (c)所示，說(shuō)明激勵(lì)信號(hào)輸出電路損壞。
[0015]在上述狀態(tài)檢測(cè)方法中，預(yù)定時(shí)間的確定需要依據(jù)超聲波流量表的工業(yè)設(shè)計(jì)，例如超聲波流量表的口徑以及反射鏡的設(shè)置等影響超聲波傳播路徑的因素來(lái)確定。另一方面，超聲波流量表的工作環(huán)境，例如流體介質(zhì)種類、順逆流狀態(tài)、流體流速甚至溫度、壓力等環(huán)境因素也影響著預(yù)定時(shí)間的確定。
[0016]在上述狀態(tài)檢測(cè)方法中，所述一段時(shí)間優(yōu)選為I μ s~3 μ S，I μ s用于將檢測(cè)窗口切換至相應(yīng)端口，而3μ s之后換能器余震可能十分微弱甚至消失。當(dāng)然，所述一段時(shí)間的范圍與電路和換能器的參數(shù)相關(guān)，并不是確定值。
[0017]本發(fā)明利用超聲波換能器中的壓電陶瓷片在激勵(lì)信號(hào)停止作用之后會(huì)產(chǎn)生余震進(jìn)而使激勵(lì)波信號(hào)帶有余波的現(xiàn)象，在空管或者故障狀態(tài)下對(duì)流量表進(jìn)行電路檢測(cè)就能夠迅速判斷或排除換能器的故障，從而進(jìn)一步明確空管狀態(tài)或者故障原因，極大的簡(jiǎn)化了超聲波流量表的檢修與維護(hù)過(guò)程。
[0018]需要說(shuō)明的是，本發(fā)明給出的實(shí)施例中超聲波流量檢測(cè)系統(tǒng)中具有兩個(gè)收發(fā)一體式的超聲波換能器，而本發(fā)明并不局限于此，任何使用超聲波換能器的超聲波流量檢測(cè)系統(tǒng)都可以利用本發(fā)明中激勵(lì)波帶有余波的特性來(lái)明確或排除換能器的故障，而無(wú)論換能器的個(gè)數(shù)為多少。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于超聲波流量表的狀態(tài)檢測(cè)方法，包括如下步驟:1)在超聲波流量表工作狀態(tài)下，若在預(yù)定時(shí)間內(nèi)接收到回波信號(hào)，說(shuō)明超聲波流量表處于正常工作狀態(tài)；若在預(yù)定時(shí)間內(nèi)接收不到回波信號(hào)，說(shuō)明超聲波流量表處于空管或者故障狀態(tài)；2)在空管或者故障狀態(tài)下，在微控制器中開(kāi)設(shè)檢測(cè)窗口，使激勵(lì)信號(hào)輸出電路連接至第一 /第二換能器并發(fā)射具有一定周期數(shù)的激勵(lì)波信號(hào)，發(fā)射完畢后一段時(shí)間啟動(dòng)檢測(cè)窗口檢測(cè)激勵(lì)波信號(hào)是否帶有余波；3)若激勵(lì)波信號(hào)帶有余波，說(shuō)明所檢測(cè)換能器以及激勵(lì)信號(hào)輸出電路無(wú)故障，隨即將激勵(lì)信號(hào)發(fā)生電路連接至另一換能器并發(fā)射具有一定周期數(shù)的激勵(lì)波信號(hào)，再次檢測(cè)激勵(lì)波信號(hào)是否帶有余波，若激勵(lì)波信號(hào)帶有余波，說(shuō)明另一換能器也無(wú)故障，則超聲波流量表處于空管狀態(tài)；若在兩次檢測(cè)過(guò)程中任一次沒(méi)有檢測(cè)到激勵(lì)波余波，則說(shuō)明激勵(lì)信號(hào)發(fā)生電路或者該換能器出現(xiàn)故障，那么再一次發(fā)射激勵(lì)波信號(hào)，同時(shí)啟動(dòng)檢測(cè)窗口檢測(cè)激勵(lì)波是否存在，如果激勵(lì)波存在，說(shuō)明該超聲波換能器損壞，如果激勵(lì)波不存在，說(shuō)明激勵(lì)信號(hào)輸出電路損壞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于超聲波流量表的狀態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于:所述預(yù)定時(shí)間根據(jù)超聲波流量表的工業(yè)設(shè)計(jì)以及工作環(huán)境來(lái)確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于超聲波流量表的狀態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于:所述一定周期數(shù)為8。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于超聲波流量表的狀態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于:所述一段時(shí)間應(yīng)當(dāng)大于微控制器切換窗口所需時(shí)間，小于換能器余震產(chǎn)生相應(yīng)激勵(lì)波余波最大時(shí)間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于超聲波流量表的狀態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于:所述一段時(shí)間為1~3 μ s。
【專利摘要】本發(fā)明屬于超聲波流量檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種超聲波流量檢測(cè)系統(tǒng)中的狀態(tài)檢測(cè)方法。本發(fā)明利用超聲波換能器中的壓電陶瓷片在激勵(lì)信號(hào)停止作用之后會(huì)產(chǎn)生余震進(jìn)而使激勵(lì)波信號(hào)帶有余波的現(xiàn)象，在空管或者故障狀態(tài)下對(duì)流量表進(jìn)行電路檢測(cè)就能夠迅速判斷或排除換能器的故障，從而進(jìn)一步明確空管狀態(tài)或者故障原因，極大的簡(jiǎn)化了超聲波流量表的檢修與維護(hù)過(guò)程。
【IPC分類】G01F25-00, G01F1-66
【公開(kāi)號(hào)】CN104634424
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510095117
【發(fā)明人】姜躍煒
【申請(qǐng)人】姜躍煒
【公開(kāi)日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年3月4日