一種頻差式超聲波流量測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本實用新型涉及計量領域，具體是一種頻差式超聲波流量測量裝置。
【背景技術】
[0002] 超聲波測量流量有多種方法，如時差法，頻差法，相差法等。目前，在國內外的超聲 波熱量表中大都是采用時差法。時差法是通過測量超聲波在流體中順流和逆流的傳播時間 差，從而獲得被測流體流速。然而，在小口徑流量測量中，由于超聲波傳播距離較短，因而在 測量低流速時所能獲得的At很小，大約只有幾 ns，這就要求計時電路必須具有ps級的時間 分辨力和相同時間的穩定度，否則難以保證在全量程范圍內具有相同的測量精度。
[0003] 實際上，若想設計一個具有幾十皮秒分辨率的標準時鐘，這對于現代電子技術來 說幾乎是不可能的。ACAM公司提供了另外一種辦法，利用邏輯門的傳輸延時產生時基，并開 發出一種基于皮秒級時間間隔的TDC集成電路和時間測量解決方案。但是，通過對TDC芯片 的流速測量試驗證明，在不同流速時，實際的時差測量值離散性很大，尤其是在低流速時幾 乎無法分辨真值。
[0004] 最好的方法就是采用頻差法，它可以從根本上克服為測量微小時間差所帶來的多 種弊端。頻差法是在時差法的基礎上而改進的一種先進方法，它是利用"鳴環"技術將超聲 波在流體中的順流或逆流傳播時間轉換為順流或逆流傳播頻率進行測量，經計算求其頻率 差，進而獲得流體流速。目前，市面上的超聲波流量計的工作原理都是基于時差法的，其在 全量程范圍內的測量精度存在差異，而在國內外還沒有發現應用頻差法測量流量的實用裝 置或相關的計量產品，因此，開發一款頻差式超聲波流量測量裝置來解決現有基于時差法 的測量裝置存在的缺陷顯得尤為重要。 【實用新型內容】
[0005] 為克服現有技術的不足，本實用新型提供一種頻差式超聲波流量測量裝置，利用 超聲波"鳴環"技術，在超聲波傳播路徑上產生順流和逆流鳴環頻率(或稱循環頻率），通過 求其兩者之間的頻率差Af，從而獲得被測流體流量。本實用新型裝置結構合理，倍頻器的 設置顯著提高了在低流速時頻率差Af的分辨率，在全量程范圍內具有相同的測量精度，適 用于大口徑和小口徑流量的測量。
[0006] 本實用新型提供一種頻差式超聲波流量測量裝置，包括超聲波發射電路、換能器、 接收部分電路和單片機，所述超聲波發射電路、換能器和接收部分電路依次連接構成閉合 環路，
[0007] 所述超聲波發射電路包括同步電路、與所述同步電路連接的超聲波發射電路I和 超聲波發射電路Π ;所述接收部分電路包括依次連接的模擬接收開關、調理電路和回波調 制器，所述模擬接收開關與換能器連接，所述回波調制器與所述同步電路連接；
[0008] 所述同步電路、超聲波發射電路I、換能器、模擬接收開關、調理電路和回波調制器 構成順流循環頻率測量電路;所述同步電路、超聲波發射電路Π 、換能器、模擬接收開關、調 理電路和回波調制器構成逆流循環頻率測量電路；
[0009] 所述單片機與所述超聲波發射電路I、超聲波發射電路Π 、模擬接收開關連接，向 所述超聲波發射電路I、超聲波發射電路Π 、模擬接收開關發送控制信號，所述回波調制器 與單片機連接，向單片機發送順流循環頻率和逆流循環頻率。
[0010] 優選地，所述裝置還包括倍頻器，所述回波調制器與倍頻器連接，所述倍頻器與所 述單片機連接。
[0011] 具體地，所述調理電路包括依次連接的接收放大器、帶通濾波器和回波過零檢測 器，所述接收放大器與所述模擬接收開關連接，所述回波過零檢測器與所述回波調制器連 接。
[0012] 具體地，所述換能器包括換能器T1和換能器T2,所述換能器T1和換能器T2安裝在 測量管同一側并相距一定距離，所述超聲波發射電路I與所述換能器T1連接，所述超聲波發 射電路Π 與所述換能器T2連接，通過換能器T1的超聲波經測量管的管壁一次反射后能夠由 換能器T2接收，通過換能器T2的超聲波經測量管的管壁一次反射后能夠由換能器T1接收， 所述換能器T1和換能器T2分別與所述模擬接收開關連接。
[0013] 進一步地，通過換能器T1的超聲波的傳播方向與測量管中流體的流動方向呈45° 夾角，通過換能器T2的超聲波的傳播方向與測量管中流體的流動方向呈135°夾角。
[0014] 進一步地，所述單片機具有頻率計數器和流量計算器，所述頻率計數器用于對順 流循環頻率和逆流循環頻率進行測量，所述流量計算器用于計算并輸出被測流體的流量。
[0015] 由于上述技術方案，本實用新型具有以下有益效果:本實用新型裝置利用超聲波 "鳴環"技術，在超聲波傳播路徑上產生順流和逆流鳴環頻率(或稱循環頻率），通過求其兩 者之間的頻率差Af，從而獲得被測流體流量。裝置中倍頻器的設置顯著提高了在低流速時 頻率差Af的分辨率，在全量程范圍內具有相同的測量精度，非常適用于小口徑流量的測 量，具有測量精度可靠、操作便捷的優點。
【附圖說明】
[0016] 為了更清楚地說明本實用新型的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所 需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些 實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附 圖獲得其它附圖。
[0017] 圖1是本實用新型裝置的電路原理框圖。
[0018] 圖中：1-單片機，2-同步電路，3-超聲波發射電路1，4_超聲波發射電路Π ，5_換能 器I，6-換能器Π ，7-測量管，8-模擬接收開關，9-接收放大器，10-帶通濾波器，11-回波過零 檢測器，12-回波調制器，13-倍頻器，14-聲路。
【具體實施方式】
[0019] 下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的 實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動的前提 下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0020] 實施例一
[0021] 參見圖1，本實用新型一種頻差式超聲波流量測量裝置，包括超聲波發射電路、換 能器、接收部分電路、倍頻器13和單片機1，所述超聲波發射電路、換能器和接收部分電路依 次連接，超聲波發射電路、換能器和接收部分電路與聲路14構成閉合環路；
[0022] 其中，所述超聲波發射電路包括同步電路2、與所述同步電路2連接的超聲波發射 電路13和超聲波發射電路Π 4;所述換能器包括換能器T15和換能器T26，所述接收部分電路 包括依次連接的模擬接收開關8、調理電路和回波調制器12,所述模擬接收開關8與換能器8 連接，所述回波調制器12與所述同步電路2連接；
[0023]所述同步電路2、超聲波發射電路13、換能器T15、換能器T26、模擬接收開關8、調理 電路和回波調制器12構成順流循環頻率測量電路;所述同步電路2、超聲波發射電路Π 4、換 能器T26、換能器T15、模擬接收開關8、調理電路和回波調制器12構成逆流循環頻率測量電 路；
[0024]所述單片機1與所述超聲波發射電路13、超聲波發射電路Π 4、模擬接收開關8連 接，向所述超聲波發射電路13、超聲波發射電路Π 4、模擬接收開關8發送控制信號;所述回 波調制器12與單片機1連接，向單片機1發送順流循環頻率和逆流循環頻率;所述倍頻器13 分別與回波調制器12和單片機1連接。
[0025]所述調理電路包括依次連接的接收放大器9、帶通濾波器10和回波過零檢測器11， 所述接收放大器9與所述模擬接收開關8連接，所述回波過零檢測器11與所述回波調制器12 連接。
[0026]所述換能器T15和換能器T26安裝在測量管7同一側并相距一定距離，所述超聲波 發射電路13與所述換能器T15連接，所述超聲波發射電路Π 4與所述換能器T26連接，通過換 能器T15的超聲波經測量管7的管壁一次反射后能夠由換能器T26接收，通過換能器T26的超 聲波經測量管7的管壁一次反射后能夠由換能器T15接收，所述換能器T15和換能器T26分別 與所述模擬接收開關8連接。
[0027] 進一步地，通過換能器T15的超聲波的傳播方向與測量管7中流體的流動方向呈 45°夾角，通過換能器T26的超聲波的傳