檢測超聲波在測流速中飛行時間的方法技術

本發明專利技術公開了一種檢測超聲波在測流速中飛行時間的方法，屬于超聲波儀器的檢測技術領域，其技術方案采用了雙頻超聲波相位檢查的方法計算超聲波飛行時間，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用性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術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間的檢測方法。
技術介紹
超聲波在媒質中傳播時，其傳播的時間會受到流體流動速度的影響。當聲波和流體傳播方向相同時，聲波飛行時間會減小；當聲波和流體傳播反向時，聲波的飛行時間會增カロ。聲速，流體速度，和飛行時間的關系如下 /I =· ^+V其中t為聲波飛行時間，c為聲速，V為流體流速，L為距離。只要測得聲波飛行時間，則可求出流體流速。進而也可以計算流體流量。因此超聲波飛行時間的檢測是超聲波風速儀，超聲波流量計等儀器的重要測量物理量。現有技術ー(閾值比較法)目前，超聲波飛行時間的檢測最廣泛使用的方法是聲波閾值檢測法。其結構基本如圖I所示。處理器首先向超聲波驅動電路發送方波，此時開始啟動處理器內部的計數器進行計數。驅動電路將方波放大并驅動超聲波發射器，向流體媒質中發射超聲波。超聲波在流體中飛行一段時間后進入接收傳感器，接收到的波形如圖2。當接收的波形經過硬件的電壓閾值比較后，轉換成方波。當處理器檢測到方波的上升沿時，處理器內部的計數器停止計數。此時計數器所計的時間即為超聲波傳播的時間。現有技術ニ (相位法)除了技術ー以外，目前在超聲波流速測量中使用比較多的還有相差法。當媒介中的流體靜止時，超聲波探頭接收到的波形是一條正弦曲線或者余弦曲線。當流體發生流動時，超聲波的飛行時間變化，接收到的波形和原有波形發生一定相差#。通過模擬或者數字鑒相器測量這個相位差來計算超聲波的飛行時間，如圖3所示。現有技術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，増加了產品成本。且由于超聲波的接收波形幅值會由于流速的變化而改變，因此在電壓閾值比較的時候可能會出現聲波整周期的計算誤差。現有技術ニ在實際產品中也有一定應用。如果使用單頻的相位差來計算飛行時間，則所測飛行時間的變化范圍只能在一個超聲波周期內，測量范圍較小，很難滿足實際應用的要求。也有使用多頻法測量的方法，但都停留在理論階段，很難用于實際應用。
技術實現思路
本專利技術克服了現有技術的不足，提供效果更好的檢查超聲波在測流速中飛行時間的方法。考慮到現有技術的上述問題，根據本專利技術的ー個方面，為解決上述的技術問題，本專利技術采用以下技術方案一種，包括以下步驟步驟1，處理器發送為頻率も的超聲波信號，經過驅動電路驅動放大以后，再由超聲波發射器發射出；同時，計數器開始計數；步驟2，計數器的計數一段時間為b后停止計數；步驟3，，接收傳感器將接收到的為頻率も的超聲波信號經模擬電路放大和濾波處理后傳送給模數轉換器；步驟4，模數轉換器將轉化后的超聲波數字信號發送給處理器，在所述處理器中完成頻率も的相位差的計算;本步驟中，相位差A的=(pn -(p0l，其中當超聲波在媒質中傳播一段時間后，接收到的波形相位差在媒質靜止情況下為〃當媒質為流體時，接收到的波形相位差為爐u ；步驟5，由步驟I中所述的處理器發出頻率f2的超聲波信號，所述頻率f2的超聲波經過驅動電路驅動放大以后，再由超聲波發射器發射出；同時，計數器開始計數；步驟6，所述計數器的計數一段時間為b后停止計數；步驟7，在所述計數器停止計數后，接收傳感器將接收到的為頻率f2的超聲波信號經模擬電路放大和濾波處理后傳送給模數轉換器；步驟8，所述模數轉換器再將轉化后的超聲波數字信號發送給處理器，在所述處理器中完成頻率f2的相位差計算；本步驟中，相位差A外=例2 -%2，其中其中當超聲波在媒質中傳播一段時間后，接收到的波形相位差在媒質靜止情況下カ乳2，當媒質為流體時，接收到的波形相位差為爐12 ；步驟9，根據兩個頻率も和f2的相頻關系推導計算沒有相位偏移量時的傳播時間 L(^ + 2kw _ + 2k%x ......其中k 和 k’ 為…-2，-1,0，1,2...或在實際測量中相位會因為存在偏移誤差，設此偏移誤差全部產生在k%上且偏移量為叫則傳播時間為權利要求1.一種，其特征在于，包括以下步驟 步驟1，處理器發送為頻率fi的超聲波信號，經過驅動電路驅動放大以后，再由超聲波發射器發射出；同時，計數器開始計數； 步驟2，計數器的計數一段時間為h后停止計數； 步驟3，接收傳感器將接收到的為頻率的超聲波信號經模擬電路放大和濾波處理后傳送給模數轉換器； 步驟4，模數轉換器將轉化后的超聲波數字信號發送給處理器，在所述處理器中完成頻率4的相位差Δ#|的計算；本步驟中，相位差Δ約= P11，其中當超聲波在媒質中傳播一段時間后，接收到的波形相位差在媒質靜止情況下為，當媒質為流體時，接收到的波形相位差為P11 ； 步驟5，由步驟I中所述的處理器發出頻率f2的超聲波信號，所述頻率f2的超聲波經過驅動電路驅動放大以后，再由超聲波發射器發射出；同時，計數器開始計數； 步驟6，所述計數器的計數一段時間為h后停止計數； 步驟7，在所述計數器停止計數后，接收傳感器將接收到的為頻率f2的超聲波信號經模擬電路放大和濾波處理后傳送給模數轉換器； 步驟8，所述模數轉換器再將轉化后的超聲波數字信號發送給處理器，在所述處理器中完成頻率4的相位差Aft計算；本步驟中，相位差=仍2其中當超聲波在媒質中傳播一段時間后，接收到的波形相位差在媒質靜止情況下為％2，當媒質為流體時，接收到的波形相位差為爐12 ； 步驟9，根據兩個頻率和f2的相頻關系推導計算沒有相位偏移量時的傳播時間2.根據權利要求I所述的，其特征在于，步驟I中所述的處理器為FPGA。3.根據權利要求I所述的，其特征在于，步驟I中所述的處理器為CPLD。4.根據權利要求I所述的，其特征在于，所述頻率f的相位差Δ鐵計算采用DFT運算方法。5.根據權利要求I所述的，其特征在于，所述頻率f2的相位差Ιψχ計算米用DFT運算方法。全文摘要本專利技術公開了一種，屬于超聲波儀器的檢測
，其技術方案采用了雙頻超聲波相位檢查的方法計算超聲波飛行時間，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用性。文檔編號G01P5/24GK102866261SQ20121034450公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月18日 優先權日2012年9月18日專利技術者姜雨廷, 朱小波, 羅鈞周 申請人:成都成電電子信息技術工程有限公司本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種檢測超聲波在測流速中飛行時間的方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1，處理器發送為頻率f1的超聲波信號，經過驅動電路驅動放大以后，再由超聲波發射器發射出；同時，計數器開始計數；步驟2，計數器的計數一段時間為t0后停止計數；步驟3，接收傳感器將接收到的為頻率f1的超聲波信號經模擬電路放大和濾波處理后傳送給模數轉換器；步驟4，模數轉換器將轉化后的超聲波數字信號發送給處理器，在所述處理器中完成頻率f1的相位差的計算；本步驟中，相位差，其中當超聲波在媒質中傳播一段時間后，接收到的波形相位差在媒質靜止情況下為，當媒質為流體時，接收到的波形相位差為；步驟5，由步驟1中所述的處理器發出頻率f2的超聲波信號，所述頻率f2的超聲波經過驅動電路驅動放大以后，再由超聲波發射器發射出；同時，計數器開始計數；步驟6，所述計數器的計數一段時間為t0后停止計數；步驟7，在所述計數器停止計數后，接收傳感器將接收到的為頻率f2的超聲波信號經模擬電路放大和濾波處理后傳送給模數轉換器；步驟8，所述模數轉換器再將轉化后的超聲波數字信號發送給處理器，在所述處理器中完成頻率f2的相位差計算；本步驟中，相位差，其中當超聲波在媒質中傳播一段時間后，接收到的波形相位差在媒質靜止情況下為，當媒質為流體時，接收到的波形相位差為；步驟9，根據兩個頻率f1和f2的相頻關系推導計算沒有相位偏移量時的傳播時間其中k和k’為…？2,？1,0,1,2…，但是實際測量中相位會因為存在偏移誤差，設此偏移誤差全部產生在上且偏移量為，則傳播時間為，或根據兩個頻率f1和f2的和頻計算傳播時間為，或根據兩個頻率f1和f2的差頻計算傳播時間為，在所述的式（1）、式（2）、式（3）、式（4）中，通過計算的大小判斷所測量的與是否在同一周期內的情況，以確定k與k’的關系，計算出Δt，得出超聲波的飛行時間為t=t0Δt。FDA0000215139451.jpg,FDA0000215139452.jpg,FDA0000215139453.jpg,FDA0000215139454.jpg,FDA0000215139455.jpg,FDA0000215139456.jpg,FDA0000215139457.jpg,FDA0000215139458.jpg,FDA0000215139459.jpg,FDA00002151394510.jpg,FDA00002151394511.jpg,FDA00002151394512.jpg,FDA00002151394513.jpg,FDA00002151394514.jpg,FDA00002151394515.jpg,FDA00002151394516.jpg,FDA00002151394517.jpg...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：姜雨廷，朱小波，羅鈞周，
申請(專利權)人：成都成電電子信息技術工程有限公司，
類型：發明
國別省市：