超声流量计的制作方法
【专利摘要】公开了一种用于估计和校正或至少减小超声流量计中接收的超声信号中的相位误差的方法，所述方法包含以下步骤：测量超声流量计中的一个或更多信号，该一个或更多信号取决于超声流量计中一个或更多超声换能器的特征，使用一个或更多测量信号以计算估计的相位误差值，且使用估计的相位误差值以校正超声流量计测量的发送时间。
【专利说明】超声流量计
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于测量尤其是渡越时间(transit time)流量测定领域中的流体流量的超声流量计。
【背景技术】
[0002]一般而言，借助于渡越时间方法的流量测定包括在需要测量的流体流量的流动路径中以适当的相互距离放置两个超声换能器。代表性地几兆赫兹频率和几微秒持续时间的超声信号通过流体从第一换能器发送到第二换能器，且记录第一发送时间。接下来，类似的超声信号在相反方向通过流体发送，即从第二换能器发送到第一换能器，且记录第二发送时间。知道两个换能器之间的物理距离、两个记录的发送时间之间的差异可以用于计算流动路径中流动的流体的流速。然而，计算的流速必须借助于考虑声速和流体的粘度的校正表校正。两个特性均取决于温度，当流体类型已知时，具有取决于温度的校正值的校正表是足够的。
[0003]当使用这种类型的流量计工作时需要面对的一个问题在于，换能器参数不仅极有可能在样本之间不同，而且随着时间变化且在温度变化时变化。这种差异和变化改变了接收信号的形状，使得难以使用这种形状作为计算绝对渡越时间的基础。
[0004]在过去的25年里，看到了超声流量测定从低容量实验室仪器到以极高容量制造的标准装备的急速发展。技术和商业挑战一定程度地被克服:在流量测定的很多领域中，相对于包括机械仪表的多数其他方法，技术现在是有竞争力的。例如，以高容量制造的高度精确的流量计现在通常用作水表、热量计、气量计和用于计费的其他仪表。
[0005]仍需继续的一些挑战是改善仪表，使得它们在仍然保持仪表稳定且可生产的同时对于电学和声学噪声较不敏感且不牺牲成本和功耗。对于噪声的灵敏度可以通过增加信噪比减小，最有效的方法是增大信号。
[0006]超声流量计中典型的声学噪声源是流动电流中的边缘和外部振荡，二者均产生与仪表本身产生的超声无关的固定声学噪声水平。对于声学噪声的灵敏度可以通过增加换能器产生的声学信号或通过改变流量计的物理形状来减小。
[0007]超声流量计中的电学噪声可以具有很多源，诸如热噪声、外部感应(通过电磁、电场或磁场或通过电线)电压和电流或内部感应(来自电路中的其他信号或时钟)交叉耦合，其中的一些是信号水平相关的且其中的一些是信号水平无关的。减小对于电学噪声的灵敏度的最有效方式是通过增加涉及的电学信号且通过将电学节点的阻抗保持得尽可能低以减小电学噪声源的影响。
[0008]涉及这些主题的很多不同电路在本领域是已知的，诸如GB2017914 (Hemp)、US4, 227，407 (Drost), DE19613311 (Gaugler), US6,829，948 (Nakabayashi)、EP0846936(Tonnes)和EP1438551 (Jespersen),其中每一个具有强项和弱项。
[0009]上面提及的最后两个文档(Tonnes和Jespersen)显示换能器稱合具有这样的益处:从换能器看到的阻抗在发送情形和接收情形中是相等的。这两个专利文档中的讨论解释了该特征是证明整个流量计在真实寿命情况中的稳定性且可生产性的先决条件，即，对于仪表中组件之间的匹配没有不切实际的需求。该事实的原因在于，精确的阻抗匹配允许流量计完全采用互易定理。
[0010]尽管已知相互作用和稳定流量测定之间的关系很多年，这些专利文档中显示的耦合仅是迄今知道的完全实现吸收压电超声换能器的自然容差以使得可以制造可生产和稳定流量计的实践方式。
[0011]这两个文档二者中显示的换能器耦合包含阻抗，该阻抗具有将从换能器接收的电流信号转换成可测量电压信号的功能。不幸的是，如下面更详细解释，该阻抗也限制了可以供应到换能器的电学信号，且为了最大可能地产生接收电压信号，阻抗的大小在感兴趣的频率处被限制为处于超声换能器的阻抗的0.5至2倍之间的范围内。
[0012]Nakabayashi (US6, 829，948)具有另一方法，其中发生器和接收器通过两个不同装置实施，但是在该配置中，接收信号强度被牺牲以用于在变化的换能器参数处得出稳定的结果。
【发明内容】
[0013]在下文中描述的本发明的目的是克服上面确定的问题且提供能够发送高声学信号的稳定的可生产的流量计。
[0014]本发明涉及一种用于估计和校正或至少减小超声流量计中接收的超声信号中的相位误差的方法，所述方法包含以下步骤:测量超声流量计中的一个或更多信号，该一个或更多信号取决于超声流量计中一个或更多超声换能器的特征，使用一个或更多测量信号以计算估计的相位误差值，且使用估计的相位误差值以校正超声流量计测量的传输时间。
[0015]这种方法允许快速和可靠的相位误差校正而无需超声流量计的正常使用期间的不必要测量和计算。
[0016]在本发明的一个实施例中，超声流量计包括用于测量到信号发生器的有源组件的一个或更多电源电流的装置，且取决于超声流量计中一个或更多超声换能器的特征的一个或更多测量信号是到信号发生器的有源组件的电源电流。
[0017]使用用于相位误差校正的电源电流是有利的，因为它们可以被相对容易地测量且还可以用于下面进一步描述的其他目的。
[0018]在本发明的一个实施例中，计算估计的相位误差值包括使用一个或更多相位误差校正常数。
[0019]通用相位误差校正常量的使用减小了确定估计的相位误差值所必须的计算量。
[0020]在本发明的一个实施例中，从表达式:?(/2Lf10+?(€> Zs(i2 W1,) + O计算估计的相位误差值，其中Ir和12’是到超声流量计的信号发生器的有源组件的测量电源电流，当分别在两个超声换能器之间的第一和第二方向中发送时超声信号时，I!和3是分别代表复数值的实部和虚部的算子，且C和C3是复数值相位误差校正常数。
[0021]已经证明这种指定表达式对于计算估计的相位误差值是极其有用的，因为已经显示使用该表达式计算的相位误差值的使用导致至少约10倍的相位误差减小。
[0022]在本发明的一个实施例中，一个或更多相位误差校正常数通过超声流量计中实际相位误差的一系列测量确定且优化以导致大温度范围上最佳可能估计相位误差值，使得当计算估计的相位误差值时可以独立于温度考虑一个或更多相位误差校正常数。
[0023]这样，相位误差校正考虑超声换能器的特征随着温度变化这一事实。再者，已经显示相同的常数值对于大数目的超声流量计有效，这些超声流量计的有源组件源于相同制造批次且因此具有十分类似的特征。
[0024]在本发明的实施例中，取决于超声流量计中一个或更多超声换能器的特征的表征规则地重复一个或更多信号的测量且相应地更新估计的相位误差值的计算的步骤。
[0025]这样，相位误差校正考虑这一事实:超声换能器的特征随着时间变化而不必对超声流量计执行任意特殊测试。
[0026]在本发明的一个方面中，其涉及一种用于确定包含两个超声换能器的超声流量计的流动路径中超声信号的绝对渡越时间的方法，所述方法包含以下步骤:
[0027].在输入信号向信号发生器馈送输入信号期间或之后，监控从一个或更多电压电源到驱动换能器的信号发生器的有源组件的电流，因而获得用于换能器的电源电流信号，
[0028].如果在两个超声换能器的超声信号的传输中没有时间延迟，则仿真如同来自流量计的接收器电路的输出信号的流量计响应的、类似于该输出信号的流量计响应，
[0029].将仿真的流量计响应与接收器电路实际接收的测量的流量计响应进行比较，以及
[0030]?将绝对渡越时间计算为仿真的流量计响应和测量的流量计响应之间的时间差。[0031 ] 已经显示这种方法是有效的且与原先已知的方法相比导致绝对渡越时间的极其精确的确定。
[0032]在本发明的一个实施例中，仿真流量计响应的步骤包含:
[0033].将单个脉冲输入信号馈送到驱动换能器的信号发生器，所述信号发生器包含有源组件，
[0034].在输入信号向信号发生器馈送期间或之后，监控从一个或更多电压电源到有源组件的电流，因而获得用于换能器的单脉冲电源电流信号，
[0035].调节单脉冲电源电流信号且用于获得换能器的仿真单脉冲响应，
[0036].针对另一换能器重复以上三个步骤，因而获得另一仿真单脉冲响应，
[0037].通过做出换能器的两个获得的单脉冲响应的卷积发现系统的单脉冲响应，以及
[0038].通过组合使用适当延迟重复的系统的已发现单脉冲响应的很多实例计算仿真的流量计响应。
[0039]已经显示这是获得极其类似于测量的流量计响应的仿真的流量计响应的有效方式。
[0040]在本发明的一个实施例中，仿真流量计响应的步骤包含:
[0041].将脉冲输入信号馈送到驱动换能器的信号发生器，所述信号发生器包含有源组件，
[0042].在输入信号向信号发生器馈送期间或之后，监控从一个或更多电压电源到有源组件的电流，因而获得一个或更多个电源电流信号，
[0043].直接从获得的一个或更多电源电流信号或从一个或更多获得的电源电流信号得出的一个或更多所得信号确定用于表征换能器的一个或更多量，
[0044]. 针对另一换能器重复以上三个步骤，因而获得用于表征另一换能器的类似量，[0045].使用换能器的确定特征量以用于发现换能器的等效模型且确立换能器以及流量计的信号发生器和/或接收器电路的电子电路的数值模拟模型，以及
[0046]?通过将输入信号函数或到达第一换能器的物理传输信号的采样版本输入到数值模拟模型来模拟流量计系统，由此获得仿真的流量计响应。
[0047]这是获得极其类似于测量的流量计响应的仿真的流量计响应的另一有效方式。
[0048]在本发明的一个实施例中，可用于表征换能器的量包括从获得的信号和/或得出的信号中的一个或更多个的至少一部分确定的振荡周期和/或阻尼系数，所述信号部分代表阻尼振荡。
[0049]涉及换能器的阻尼振荡的振荡周期和阻尼系数是换能器的十分有用的特征，其极其适于构建换能器的充分等效模型。
[0050]在本发明的一个实施例中，通过监控串联布置在信号发生器的有源组件和信号发生器的一个或更多电压电源之间的一个或更多电流感应电阻器上的电压来获得一个或更多电源电流信号。
[0051]这是用于测量电流信号的简单、稳定和公知的方法。
[0052]在本发明的一个实施例中，计算绝对渡越时间的步骤包含:
[0053]?例如借助于快速傅立叶变换将仿真的流量计响应和测量的流量计响应变换到频域，
[0054].在至少两个不同频率处确定频域中两个流量计响应之间的相位角，以及
[0055].通过计算来自两个确定·的相位角的组时间延迟确定绝对渡越时间。
[0056]快速傅立叶变换的使用和在频域的工作充分减小了确定绝对渡越时间所需的计
禅且昇里。
[0057]在本发明的一个实施例中，计算绝对渡越时间的步骤包含:
[0058].分别发现仿真的流量计响应和测量的流量计响应的过滤包络，
[0059].识别其中过滤包络分别到达其最大值的50%的两个时间点，以及
[0060].将绝对渡越时间计算为两个识别的时间点之间的时间差。
[0061]已经显示该方法提供经过流量计的流动路径的超声信号的绝对渡越时间的极其精确的确定。
[0062]在本发明的一个方面中，其涉及一种包含至少一个超声换能器和用于产生到换能器的电学信号的信号发生器的超声流量计，该信号发生器包含有源组件，其中流量计还包括用于测量到信号发生器的有源组件的一个或更多电源电流的装置。
[0063]这使得可以在换能器布置在流量计中的同时表征换能器。
[0064]在本发明的一个实施例中，用于测量一个或更多电源电流的装置包含串联插入在正电源电压电源和有源组件之间的电阻器。
[0065]这是用于测量电流信号的简单、稳定和公知的方法。
[0066]在本发明的一个实施例中，用于测量一个或更多电源电流的装置包含串联插入在负电源电压电源和有源组件之间的电阻器。
[0067]测量两个电源连接中的电源电流实现换能器的较快速表征，同时测量两个电源电流号。
[0068]在本发明的一个方面中，其涉及一种用于表征超声换能器的方法，所述方法包含以下步骤:
[0069].将脉冲输入信号馈送到驱动换能器的信号发生器，所述信号发生器包含有源组件，
[0070].在输入信号向信号发生器馈送期间或之后，监控从一个或更多电压电源到有源组件的电流，因而获得一个或更多个电源电流信号，以及
[0071].直接从获得的一个或更多电源电流信号或从一个或更多获得的电源电流信号得出的一个或更多所得信号确定用于表征换能器的一个或更多量。
[0072]该方法使得能够在换能器布置在流量计中的同时表征换能器。在本发明的一个实施例中，有源组件是运算放大器。
[0073]在本发明的另一实施例中，有源组件是驱动换能器的数字电路。
[0074]这反映了可以在信号发生器中使用不同类型的有源组件。
[0075]在本发明的一个实施例中，通过监控串联布置在信号发生器的有源组件和信号发生器的一个或更多电压电源之间的一个或更多电流感应电阻器上的电压来获得一个或更多电源电流信号。
[0076]这是用于测量电流信号的简单、稳定和公知的方法。
[0077]在本发明的一个实施例中，可用于表征换能器的量包括从获得的信号和/或得出的信号中的一个或更多个的至少一部分确定的振荡周期和/或阻尼系数，所述信号部分代表阻尼振荡。
[0078]涉及换能器的阻尼振荡的振荡周期和阻尼系数是换能器的十分有用的特征，其极其适于构建换能器的充分等效模型。
[0079]在本发明的一个方面中，其涉及一种用于确定超声流量计的流动路径中超声信号的时间延迟的方法，所述方法包含以下步骤:
[0080]?通过确定诸如换能器的阻尼振荡的角频率和阻尼系数之类的特征量表征流量计的两个换能器，
[0081].使用换能器的确定特征量来发现换能器的等效模型，且确立换能器以及流量计的信号发生器和/或接收器电路的电子电路的数值模拟模型，
[0082].如果在两个换能器的超声信号的传输中没有时间延迟，则通过将输入信号函数或到达第一换能器的物理传输信号的采样版本输入数值模拟模型来模拟流量计系统，由此根据该模型获得如同来自接收器电路的输出信号的模型响应的、对应于该输出信号的模拟模型响应，
[0083].记录由接收器电路实际接收的物理流量计响应，以及
[0084].通过与模拟模型响应比较确定物理流量计响应的时间延迟来计算绝对渡越时间。
[0085]已经显示该方法提供经过流量计的流动路径的超声信号的绝对渡越时间的极其精确的确定。
[0086]在本发明的一个实施例中，计算绝对渡越时间的步骤包含以下步骤:
[0087].分别发现模拟模型响应和物理流量计响应的过滤包络，
[0088].识别其中过滤包络分别到达其最大值的50%的两个时间点，以及
[0089].将绝对渡越时间计算为两个识别的时间点之间的时间差。[0090]已经显示:考虑换能器参数不仅极有可能在样本之间不同而且还随时间变化且在温度变化时变化，这种计算绝对渡越时间的方法是极其精确的且可再现的。
[0091]在本发明的一个方面中，其涉及一种超声流量计，该超声流量计包含至少一个超声换能器和用于处理从该至少一个超声换能器接收的电学信号的信号处理单元，其中信号处理单元布置为在小于该至少一个超声换能器的谐振频率两倍的采样频率处数字化连续信号。
[0092]这允许在流量计中使用与将另外需要的模拟-数字转换器相比更慢和更便宜的模拟-数字转换器。
[0093]在本发明的一个方面中，其涉及一种超声流量计，该超声流量计包含:用于流体流动的流动路径；声学耦合到流动路径的至少两个超声换能器，一个换能器沿着流动路径布置在另一换能器的上游；用于产生到换能器的电学传输信号的信号发生器，该信号发生器包含负反馈耦合运算放大器；用于从换能器接收电学接收信号的接收器电路，该接收器电路包含负反馈耦合运算放大器；用于在信号发生器和换能器之间切换电学传输信号且用于在换能器和接收器电路之间切换电学接收信号的切换单元；用于基于电学接收信号在流动路径中提供指示流速的输出的信号处理单元，其中切换单元耦合到信号发生器的运算放大器的输出端子且切换单元耦合到接收器电路的运算放大器的反相输入端子。
[0094]因而，本发明尤其涉及用于计费目的的高精确度、高容量、低功率和低成本消耗的仪表。
[0095]通过耦合切换单元，且由此将换能器耦合到信号发生器的运算放大器的输出端子并且耦合到接收器电路的运算放大器的反相输入端子，实现无论换能器操作为发送器还是接收器，从换能器看到的阻抗相同。这意味着用于线性无源电路的互易定理适用于流量计，这对于其稳定性和可生产性是重要的。
[0096]在本发明的一个实施例中，与换能器的阻抗相比，信号发生器的输出阻抗和接收器电路的输入阻抗可忽略，诸如小于10欧姆，优选地小于I欧姆，更优选地小于0.1欧姆。
[0097]选择信号发生器SG的极低输出阻抗和接收器电路RC的极低输入电阻对于获得换能器彼此充分靠近时经历两个阻抗且对于确保电学传输和接收信号的衰减被最小化是有利的。
[0098]在本发明的一个实施例中，信号发生器和接收器电路共享至少一个有源组件。
[0099]这对于在制造流量计时节省组件成本是有利的。
[0100]在本发明的一个实施例中，信号发生器的所有有源组件完全与接收器电路的所有有源组件分离。
[0101]针对信号发生器和接收器电路使用不同有源组件实现这种可能性:信号可以通过流量计自始自终发送，而无需在传输期间必须发生传输路径上的任意切换。
[0102]在本发明的一个实施例中，信号发生器和接收器电路中的运算放大器中的一个或更多个是电流反馈运算放大器。
[0103]电流反馈运算放大器的使用是有益的，因为与其他类型的运算放大器相比，这种放大器具有反相输入端子上的较低的输入阻抗和较高的带宽且在高频具有较低的功耗和较高的增益。
[0104]在本发明的一个实施例中，信号发生器和接收器电路中的运算放大器中的一个或更多个在输入共模电压处操作，该电压的AC成分基本为零或至少可忽略。
[0105]这对于某些类型的运算放大器、尤其是具有最高带宽和极低电流消耗的运算放大器是极其重要的，因为对于线性操作在输入上允许的电压摆动极其有限。
[0106]在本发明的一个实施例中，该至少两个换能器布置为能够同时发送超声信号。
[0107]在该配置中，电学传输信号仅发送其他配置中次数的一半，节省了电池寿命。另夕卜，渡越时间在两个方向中被同时测量，且因而不存在两个方向中的测量之间的流速突变。
【专利附图】
【附图说明】
[0108]在下文中，将参考附图更详细地描述和解释本发明的几个示例性实施例，其中
[0109]图1示意性说明如本领域已知的用于渡越时间流量测定的超声流量计的整体结构，
[0110]图2a示意性说明本领域已知的超声流量计中超声换能器的耦合，
[0111]图2b示意性说明本领域已知的另一超声流量计中超声换能器的耦合，
[0112]图3示意性说明根据本发明的一个实施例的超声流量计中超声换能器的耦合，
[0113]图4示意性说明根据本发明的另一实施例的超声流量计中超声换能器的耦合，
[0114]图5示意性说明根据本发明的又一实施例的超声流量计中超声换能器的耦合，
[0115]图6示出根据本发明的一个实施例的超声流量计中大部分基本电子组件的示意图，
[0116]图7a示意性说明在获得驱动超声换能器的有源组件的电源电流信号中用于执行第一步骤的机构，
[0117]图7b示意性说明在获得驱动超声换能器的有源组件的电源电流信号中用于执行第二步骤的机构，
[0118]图8a示意性说明在从驱动换能器的有源组件的电源电流信号获得超声换能器的特征中的第一步骤，
[0119]图Sb示意性说明在从驱动换能器的有源组件的电源电流信号获得超声换能器的特征中的第二步骤，
[0120]图9说明超声换能器的已知等效不意图，
[0121]图10说明根据本发明的超声流量计的简单等效示意图的演变中的一些步骤，
[0122]图11说明通过根据本发明的流量计的物理和模拟信号链之间的差异和相似性，
[0123]图12示意性说明根据本发明用于非常精确地确定流动路径中超声信号的时间延迟的方法，
[0124]图13更详细地示意性说明用于从如图12说明的方法这样的方法获得的响应信号计算绝对渡越时间的方法，
[0125]图14a说明连续信号的频谱的示例，
[0126]图14b示意性说明其频谱在图14a中说明的欠采样频谱连续信号的频谱结果，
[0127]图14c示意性说明如何可以通过改变采样频率和过滤信号来重构欠采样信号，
[0128]图15a说明连续信号的示例，
[0129]图15b说明在信号频率的5/6的采样频率处采样图15a的信号获得的数据样本，
[0130]图16a说明使用宽带FIR重构滤波器重构图15a的信号，[0131]图16b说明使用窄带FIR重构滤波器重构相同的信号，
[0132]图17示意性说明用于发现欠采样连续信号的幅度和相位的方法，
[0133]图18示意性说明用于无失真地重构欠采样连续信号的方法，
[0134]图19示意性说明根据本发明用于非常精确地确定流动路径中超声信号的时间延迟的扩展方法，
[0135]图20a说明当在从第一超声换能器到第二超声换能器的第一信号方向中发送超声信号时在根据本发明的一个实施例的超声流量计中流动的电流的示意图，
[0136]图20b说明当在从第二超声换能器到第一超声换能器的第二信号方向中发送超声信号时在相同超声流量计中流动的电流的示意图，以及
[0137]图20c说明在用于确定根据本发明的超声流量计中某些参数的测试机构中流动的电流的示意图。
【具体实施方式】
[0138]图1示出如本领域已知的用于渡越时间流量测定的超声流量计的整体结构。控制器单元CU控制信号发生器SG、切换单元SU和接收器电路RC的操作，其中切换单元SU在一端建立信号发生器SG和接收器电路RC之间且在另一端建立两个超声换能器TR1、TR2之间的不同电学连接。两个换能器TR1、TR2布置在将测定流体流量的流动路径中，一个换能器TRl沿着流动路径布置在另一换能器T2的上游。
[0139]原则上，以三个步骤执行流量测定:
[0140]1.切换单元SU设立为连接信号发生器SG到第一换能器TRl且连接第二换能TR2到接收器电路RC。
[0141]电学传输信号(典型地几兆赫兹频率且几微秒持续时间的脉冲信号)通过切换单元SU从信号发生器SG发送到第一换能器TRl，信号作为超声信号通过流体从该第一换能器发送到第二换能器TR2。从TR2，信号通过切换开关SU作为电学电流接收信号继续到接收器电路RC，其中接收信号被转换成电压信号。
[0142]信号处理单元(图1中示出的配置中的控制器单元CU的部件)分析电压信号、从电学接收信号与电学传输信号相比的延迟计算从换能器TRl到换能器TR2通过流体的超声信号的渡越时间，且记录该渡越时间(h )。
[0143]2.切换单元SU的配置变化为连接信号发生器SG到第二换能器TR2且连接第一换能TRl到接收器电路RC。
[0144]和步骤I中一样，电学传输信号从信号发生器SG发送且电学接收信号被接收器电路RC接收，只不过此时超声信号在相反方向中通过流体发送，即从第二换能器TR2发送到第一换能器TRl。
[0145]同样，信号处理单元计算且记录渡越时间(t2)。
[0146]3.信号处理单元从以下形式的等式计算流动路径中流量的指示:
【权利要求】
1.一种方法，用于估计和校正或至少减小超声流量计中接收的超声信号的相位误差，所述方法包含以下步骤: ?测量所述超声流量计中的一个或更多信号，该一个或更多信号取决于所述超声流量计中一个或更多超声换能器的特征， ?使用一个或更多测量的信号以计算估计的相位误差值，以及 ?使用估计的相位误差值以校正由所述超声流量计测量的发送时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述超声流量计包括用于测量到信号发生器的有源组件的一个或更多电源电流的装置，且取决于所述超声流量计中的一个或更多超声换能器的特征的一个或更多测量的信号是到所述信号发生器的有源组件的电源电流。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述估计的相位误差值的计算包括使用一个或更多相位误差校正常数。
4.根据权利要求3所述的方法，其中从表达式
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述一个或更多相位误差校正常数通过超声流量计中的实际相位误 差的一系列测量来确定并且优化以导致大温度范围上的最佳可能的估计的相位误差值，使得当计算所述估计的相位误差值时可以独立于温度考虑所述一个或更多相位误差校正常数。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包含取决于所述超声流量计中的一个或更多超声换能器的特征的表征来规则地重复一个或更多信号的测量以及相应地更新所述估计的相位误差值的计算的步骤。
7.一种方法，用于确定包含两个超声换能器(TR1，TR2)的超声流量计的流动路径(FP)中的超声信号的绝对渡越时间(td)的方法，所述方法包含以下步骤: ?在输入信号(SP ；DPSa, DPSb)向信号发生器(SG)的馈送期间或之后，监控从一个或更多电压电源(VCC ；V3)到驱动换能器(TRl ；TR2)的所述信号发生器(SG)的有源组件(OPsg)的电流，因而获得用于所述换能器(TRl ；TR2 ;SCSa，SCSb)的电源电流信号(SPSCS1 ；SPSCS2), ?如果在所述两个超声换能器(TRl，TR2 )之间的超声信号的发送中没有时间延迟，则仿真如同来自所述流量计的接收器电路(RC)的输出信号的流量计响应的、类似于该输出信号的流量计响应(RESPem)， ?将仿真的流量计响应(RESPem)与由所述接收器电路(RC)实际接收的测量的流量计响应(RESPms)进行比较，以及 ?将所述绝对渡越时间(td)计算为在所述仿真的流量计响应(RESPem)和所述测量的流量计响应(RESPms )之间的时间差。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括根据权利要求1-6中任一项所述的方法。
9.一种超声流量计,包含: 至少一个超声换能器(TRl)以及 用于产生到所述换能器(TRl)的电学信号的信号发生器(SG)，所述信号发生器(SG)包含有源组件(OPsg)， 其特征在于 所述流量计还包含用于测量到所述信号发生器的有源组件的一个或更多电源电流的装置。
10.一种方法，用于表征超声换能器(TR1，TR2)，所述方法包含以下步骤: ?将脉冲输入信号(DPSa，DPSb)馈送到驱动所述换能器(TRl，TR2)的信号发生器(SG)，所述信号发生器包含有源组件(OPsg)， ?在所述输入信号(DPSa，DPSb)向所述信号发生器(SG)的馈送期间或之后，监控从一个或更多电压电源(VCC ；V3)到所述有源组件(OPsg)的电流，因而获得一个或更多电源电流信号(SCSa，SCSb),以及 ?从获得的一个或更多电源电流信号(SCSa，SCSb)或从一个或更多获得的电源电流信号(SCSa，SCSb)得出的一个或更多所得信号(SCS-，SCS+)直接确定用于表征所述换能器(TR1，TR2)的一个或更 多量。
11.一种方法，用于确定超声流量计的流动路径(FP)中的超声信号的时间延迟，所述方法包含以下步骤: ?通过确定诸如换能器TR1、TR2的阻尼振荡的角频率阻尼系 数α之类的特征量来表征所述流量计的两个换能器TR1、TR2， ?使用所述换能器的确定的特征量以找到所述换能器TR1、TR2的等效模型，且确立所述换能器TR1、TR2以及所述流量计的信号发生器SG和/或接收器电路RC的电子电路的数值模拟模型， ?如果在所述两个换能器TR1、TR2之间的超声信号的发送中没有时间延迟，则通过将输入信号函数或到达第一换能器的物理发送信号的采样版本输入所述数值模拟模型来模拟流量计系统，由此获得如同根据该模型的来自接收器电路RC的输出信号的、对应于该输出信号的模拟模型响应， ?记录由所述接收器电路RC实际接收的物理流量计响应，以及?通过与所述模拟模型响应比较确定物理流量计响应的时间延迟来计算所述绝对渡越时间。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括根据权利要求1-6中任一项所述的方法。
13.一种超声流量计，包含: 至少一个超声换能器(TRl)以及 用于处理从所述至少一个超声换能器(TRl)接收的电学信号的信号处理单元(SPU)， 该超声流量计的特征在于 所述信号处理单元布置为在小于所述至少一个超声换能器(TRl)的谐振频率两倍的采样频率处数字化来自所述换能器的连续信号。
14.一种超声流量计，包含: 用于流体流动的流动路径(FP )，声学耦合到所述流动路径的至少两个超声换能器(TR1，TR2)，一个换能器(TRl)沿着所述流动路径布置在另一换能器(TR2)的上游， 用于产生到所述换能器的电学发送信号的信号发生器(SG)，所述信号发生器(SG)包含负反馈耦合运算放大器(OP ；0Psg), 用于从所述换能器接收电学接收信号的接收器电路(RC)，所述接收器电路(RC ；RC1,RC2)包含负反馈耦合运算放大器(OP ；0Prc ；0Prcl, 0Prc2), 用于在所述信号发生器和所述换能器之间切换电学发送信号且用于在所述换能器和所述接收器电路之间切换电学接收信号的切换单元(SU)， 用于基于所述电学接收信号在所述流动路径中提供指示流速的输出的信号处理单元(SPU)， 所述超声流量计的特征在于 所述切换单元耦合到所述信号发生器的运算放大器的输出端子，并且 所述切换单元耦合到所述接`收器电路的运算放大器的反相输入端子。
【文档编号】G01F1/66GK103874908SQ201280050503
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年9月7日 优先权日:2011年10月13日
【发明者】J·德拉奇曼 申请人:米托尔斯有限公司