本發明專利技術公開一種超聲波流量計，包括切換單元，用于切換信號產生器和至少兩個超聲波換能器之間的電傳輸信號，并用于切換換能器和接收器電路之間的電接收信號，其中切換單元與信號產生器的運算放大器的輸出端以及接收器電路的運算放大器的反向輸入端耦合。此外，本發明專利技術公開了描述超聲波換能器特性的方法，包括從信號生成器的有源元件的一個或多個電源電流信號直接確定用于描述換能器特性的一個或多個量的步驟。此外，本發明專利技術公開了一種用于確定超聲波流量計在流動路徑中超聲波信號的時間延遲的方法，包括將物理傳送的、延遲的和接收的信號與仿真的非延遲信號進行比較的步驟。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及用于測量流體流量的超聲波流量計，本專利技術更具體地處于渡越時間流量計量的領域。
技術介紹
一般來說,利用渡越時間(transit time)方法的流量計量包括在測量流體流量的流動路徑上放置具有合適的相互距離的兩個超聲波換能器。通過流體將超聲波信號(典型地具有幾兆赫的頻率和幾微秒的持續時間)從第一換能器傳送給第二換能器，并記錄第一傳輸時間。接下來，通過流體按相反方向來傳送相似的超聲波信號，也就是，從第二換能器到第一換能器，并記錄第二傳輸時間。知道兩個換能器之間的物理距離，兩個記錄的傳輸時間之間的差異可用于計算流體在流動路徑上流動的流速。然而，計算的流速必須利用考慮 聲速和流體粘度的校正表進行校準。這些特性都取決于溫度，在流體類型已知吋，具有取決于溫度的校正值的校正表是足夠的。在利用這種類型流量計進行工作時要面對的ー個問題是換能器參數不僅在采樣之間非常容易變化，而且會隨著時間的流逝以及當溫度變化時發生變化。這樣的差異和變化改變了接收信號的形狀，使得難以使用該形狀作為計算絕對渡越時間的基礎。在過去的25年里，超聲波流量計量經歷了巨大的發展，從少量的實驗室儀器發展為非常大量生產的標準設備。在一定程度上已經克服了技術上和商業上的挑戰，在流量計量的許多領域中，現在該技術可與包括機械計量表的大部分其它方法相競爭。例如，現在大量生產的高精度流量計通常用作水表、量熱計、氣體計量表和用于開賬單的其它計量表。一些繼續產生影響的挑戰正在改善流量計，從而它們不太對電子噪聲和聲學噪聲敏感，并仍保持流量計穩定和可生產，并且不會犧牲成本和功耗。通過增加信噪比可減小對噪聲的敏感性，這是増大信號的最有效方法。超聲波流量計中典型的聲學噪聲源是漲潮流(flow current)中的邊緣和外部振動，均產生獨立于由計量表自身產生的超聲波的固定聲學噪聲水平。通過增加由換能器產生的聲學信號或改變流量計的物理形狀，可減小對聲學噪聲的敏感性。超聲波流量計中的電子噪聲有許多源，例如熱噪聲、外部感應的(通過電磁場、電場或磁場或通過導線)電壓和電流，或內部感應的(來自電路中的其它信號或時鐘)交叉耦合，其中ー些依賴于信號電平，其中ー些獨立于信號電平。減小對電噪聲敏感性的最有效方法是通過増加所涉及的電信號，并通過盡可能低地保持電節點的阻杭，以便減小電噪聲源的影響。涉及這些主題的許多不同的電子電路是現有技術已知的，例如GB2017914(Hemp)、US 4，227，407(Drost)、DE 19613311(Gaugler),US 6，829，948(Nakabayashi)、EP 0846936(Tonnes)和EP 1438551 (Jespersen)，每個都有優點和缺點。兩個最后涉及的文獻(Tonnes和Jespersen)描述了換能器稱合,其具有從換能器來看阻抗在傳輸情況和接收情況中相同的優勢。在這兩個專利文獻中的討論解釋該特征是整個流量計在真實情況下下證明穩定性和可生產性的先決條件，也就是，沒有關于計量表中組件之間的匹配的不切實際的要求。這種事實的原因是準確的阻抗匹配允許流量計充分使用互反定律。盡管互反和穩 定流量計量之間的關聯已經知道許多年了，但是目前已知，在這些專利文獻中描述的關聯僅為充分實現承受壓電超聲波換能器的固有公差以便能夠生產可產生和穩定的流量計的實踐方法。在這兩個文獻中描述的換能器耦合包括阻抗，其中該阻抗具有將從換能器接收的電流信號轉換為可測量的電壓信號的功能。不幸的是，如在下面進ー步詳細解釋的，該阻抗還限制了可供應給換能器的電信號，并且為了在最大可能的接收電壓信號中產生，將阻抗的大小限制在超聲波換能器在感興趣頻率上的阻抗的0. 5至2倍的范圍內。Nakabayashi (US 6，829，948)具有另ー種方法，其中生成器和接收器通過兩個不同的手段來實現，但是在該配置中，為了在改變換能器參數時的穩定結果，會犧牲接收信號強度。如下所述，本專利技術的目的是克服上面指出的問題，并且提供穩定的、可生產的能夠傳輸高聲學信號的流量計。
技術實現思路
本專利技術涉及ー種在包括兩個超聲波換能器的超聲波流量計的流動路徑中確定超聲波信號的絕對渡越時間的方法，所述方法包括以下步驟 在將輸入信號提供給信號生成器的過程中或之后，監測從ー個或多個電壓電源到信號生成器的有源組件以驅動換能器的電流，從而獲得用于換能器的電源電流信號， 如果在兩個超聲波換能器之間的超聲波信號的傳輸中沒有時間延遲，則仿真與來自流量計的接收器電路的輸出信號相似的流量計響應以作為輸出信號， 將仿真的流量計響應與由接收器電路實際接收的測量的流量計響應進行比較，以及 計算絕對渡越時間，以作為仿真的流量計響應和測量的流量計響應之間的時間差。相比于之前已知的方法，這樣的方法已經表現出是有效的，并導致對絕對渡越時間的非常精確的確定。在本專利技術的實施方式中，仿真流量計響應的步驟包括 將單ー脈沖輸入信號提供給信號生成器以驅動換能器，所述信號產生器包括有源組件， 在將輸入信號提供給信號生成器的過程中或之后，監測從ー個或多個電壓電源到有源組件的電流，從而獲得用于換能器的単一脈沖電源電流信號， 調整單一脈沖電源電流信號并且獲得換能器的仿真的単一脈沖響應， 對其它換能器重復之前的三個步驟，從而獲得另ー仿真的單ー脈沖響應， 通過對換能器的兩個獲得的單ー脈沖響應進行卷積(convolution),找到系統的單ー脈沖響應，以及 通過結合系統的所找到的單ー脈沖響應的多個實例，計算仿真的流量計響應，其中按照合適的延遲來重復上述多個實例。這已經表明是ー種獲得與測量的流量計響應非常相似的仿真的流量計響應的有效方式。在本專利技術的一個實施方式中，仿真流量計響應的步驟包括 將脈動輸入信號提供給信號生成器以驅動換能器，所述信號生成器包括有源組件， 在將輸入信號提供給信號生成器的過程中或之后，監測從ー個或多個電壓電源到有源組件的電流，從而獲得ー個或多個電源電流信號， 從得到的ー個或多個電源電流信號或從由ー個或多個得到的電源電流信號導出的一個或多個產生的信號，直接地確定用于描述換能器特性的ー個或多個量， 對其它換能器重復之前的三個步驟，從而獲得用于描述其它換能器特性的相似的量， 使用換能器的經確定的特征量，以找到換能器的等效模型，并建立流量計的換能器和信號生成器和/或接收器電路的電子電路的多個仿真模型，以及 通過將到達第一換能器的物理傳輸信號的采樣版本或輸入信號功能寫入到數字仿真模型中，對流量計系統進行仿真，從而獲得仿真的流量計響應。這是獲得與測量的流量計響應非常相似的仿真的流量計響應的另一有效的方式。在本專利技術的實施方式中，用于描述換能器特性的量包括由一個或多個獲得的信號和/或導出的信號的至少一部分確定的振蕩周期(oscillationperiod)和/或阻尼參數，所述信號部分表示阻尼振蕩。涉及換能器的阻尼振蕩的振蕩周期和阻尼參數是換能器非常有用的特性，其非常適于構建換能器的合適的等效模型。在本專利技術的實施方式中，通過監測橫跨在信號生成器的有源組件和信號生成器的一個或多個電壓電源之間串聯安排的ー個或多個電流感知電阻上的電壓，獲得ー個或多個電源電流信號。這是用于測量電流信號的簡單、穩定和公知的方法。在本專利技術的實施方式中，計算絕對渡越本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...
【專利技術屬性】
技術研發人員：J·德拉奇曼，
申請(專利權)人：米托爾斯有限公司，
類型：
國別省市：
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