一种基于一发双收换能器的多声道超声波水表的制作方法

1.本发明涉及超声波水表技术领域，尤其涉及一种基于一发双收换能器的多声道超声波水表。


背景技术：

2.目前超声波水表最常用的流量计算方法是时差法，其原理是通过超声换能器将电信号转化为声信号，通过介质将声信号传播到另一超声换能器，然后再将声信号转化为电信号，通过电路计算来获取流量的信息，通过顺流和逆流方向上的时间差来计算流体流量，由于超声计量方法是通过计算超声波经过的线速度来模拟管道截面速度，因此声道数量越多，拟合截面速度信息越多，其计算结果越准确。
3.目前采用的超声波水表常为单声道，声道数量少、采集信息少，导致误差较大，且仅有两个换能器，如果有一个换能器出现故障，则整表失效，可靠性不足；市面上也有多声道水表存在，但为单发单收模式，需要较多的换能器，因此只能应用于大口径水表中，适用范围有限。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了基于一种一发双收换能器的多声道超声波水表，解决了目前单声道超声波水表计量误差较大，多声道超声波水表换能器使用多、应用局限的问题，通过单一换能器实现多声路发射信号，多声路信号保证了计量准确性，换能器数量多，即使一个换能器发生故障，也不影响整表工作，保证了水表可靠性，一发双收换能器节约空间，适用于大、中、小口径水表。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于一发双收换能器的多声道超声波水表，包括超声波水表计量管段、至少4个一发双收换能器、计量处理电路、存储通讯电路与水表壳体；一发双收换能器收到激励信号后发射的超声波声束分为两束，分别由两个一发双收换能器进行接收，产生两个接收信号；计量处理电路将脉冲电压逐次施加到发射换能器，并依次采集至少两个接收换能器接收的信号，通过多声道超声计量算法将接收换能器接收到的多声道信息转化为实时流量数据；存储通讯电路存储所需的流量数据，根据主站命令定期将流量数据传输到主站；水表壳体包括水表侧壁与水表上盖；其连接关系为：所述一发双收换能器全部安装在超声波水表计量管段的管壁上，计量处理电路、存储通讯电路通过导电结构连接到一发双收换能器上，超声波水表计量管段嵌入水表壳体中并与其紧密连接。
6.进一步地，所述至少4个一发双收换能器在超声波水表计量管段上的安装方式为一体式或者分体式：
若为一体式，则一发双收换能器与超声波水表计量管段的管壁为一体，一发双收换能器的压电陶瓷紧密连接在超声波水表计量管段的外表面上；若为分体式，则各一发双收换能器通过密封圈和螺栓方式密封固定在水表管段上。
7.进一步地，所述的一发双收换能器的工作频率为1~4mhz。
8.进一步地，所述的超声波水表计量管段为直射式超声波水表计量管段或者反射式超声波水表计量管段。
9.进一步地，在直射式超声波水表计量管段结构中，发射换能器发射的超声波不经过反射直接由接收换能器接收，至少2个一发双收换能器安装于直射式超声波水表计量管段一侧侧壁，并有相同数量的一发双收换能器安装于与上述一侧侧壁对应的管段另一侧侧壁。
10.进一步地，在反射式超声波水表计量管段结构中，发射换能器发射的超声波经过至少一次反射到达接收换能器。
11.进一步地，所述的导电结构为下述5种结构中的一种或多种：导线、弹簧、弹针、弹片以及导电涂料。
12.本发明的有益技术效果：（1）克服了单声道的超声波水表声道数量少、采集信息少的问题，降低了水表计量误差。
13.（2）克服了单发单收的多声道超声波水表需要较多的换能器、应用场景局限的问题，采用一个换能器实现两个声程的信息获取，节省了换能器的数量，适用性强，可以应用在大、中、小口径超声波水表中。
14.（3）保证了超声波水表的可靠性，采用了多个换能器，即使一个换能器发生故障，也不影响整表工作。
附图说明
15.图1为本发明的工作流程图。
16.图2为本发明所述直射式计量管段结构的示例图。
17.图3为本发明所述反射式计量管段结构的示例图。
18.附图标号：1为超声波水表管段，2为第一换能器、3为第二换能器、4为第三换能器、5为第四换能器、6为第五换能器、7为第六换能器、8为第七换能器、9为第八换能器，10为第一反射镜，11为第二反射镜。
具体实施方式
19.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
20.实施例1：如图2所示，一种基于一发双收换能器的多声道超声波水表，包括直射式超声波水表计量管段（发射换能器发射的超声波不经过反射直接由接收换能器接收）、4个工作频率
为1mhz的一发双收换能器、计量处理电路、存储通讯电路与水表壳体。
21.一发双收换能器收到激励信号后发射的超声波声束分为两束，分别由两个一发双收换能器进行接收，产生两个接收信号。
22.计量处理电路将脉冲电压逐次施加到发射换能器，并依次采集至少两个接收换能器接收的信号，通过多声道超声计量算法将接收换能器接收到的多声道信息转化为实时流量数据。
23.上述多声道超声计量算法采用的是适用于多声道的渡越时间法，通过测量流体中不同弦向声道上的传播时间差，从而获得该弦上的线平均流速，采用不同的积分方式，对流速进行修正，从而排除流体分布不均造成的影响，获得准确的流量，参考文献：王池，孟涛，胡鹤鸣.三峡工程超声流量计的测量准确度评估[j].中国计量，2012（03）：75-78。
[0024]
存储通讯电路存储所需的流量数据，根据主站命令定期将流量数据传输到主站。
[0025]
水表壳体包括水表侧壁与水表上盖。
[0026]
其连接关系为：2个一发双收换能器安装于直射式超声波水表计量管段一侧侧壁，并有相同数量的一发双收换能器安装于与上述一侧侧壁对应的管段另一侧侧壁，计量处理电路、存储通讯电路通过导电结构连接到一发双收换能器上，超声波水表计量管段嵌入水表壳体中并与其紧密连接。
[0027]
一发双收换能器在超声波水表计量管段上的安装方式为一体式，即一发双收换能器与超声波水表计量管段的管壁为一体，一发双收换能器的压电陶瓷紧密连接在超声波水表计量管段的外表面上。
[0028]
第一换能器发射超声波，第三换能器接收信号v1-3、第四换能器接收信号v1-4；第二换能器发射超声波，第三换能器接收信号v2-3、第四换能器接收信号v2-4；第三换能器发射超声波，第一换能器接收信号v3-1、第二换能器接收信号v3-2；第四换能器发射超声波，第一换能器接收信号v4-1、第二换能器接收信号v4-2；通过多声道流量计量算法对接收信号进行处理，得到超声波水表的流量数据，流程如图1所示。
[0029]
实施例2：如图3所示，一种基于一发双收换能器的多声道超声波水表，包括反射式超声波水表计量管段（发射换能器发射的超声波经过至少一次反射到达接收换能器）、4个工作频率为1mhz的一发双收换能器、计量处理电路、存储通讯电路与水表壳体。
[0030]
一发双收换能器收到激励信号后发射的超声波声束分为两束，分别由两个一发双收换能器进行接收，产生两个接收信号。
[0031]
计量处理电路将脉冲电压逐次施加到发射换能器，并依次采集至少两个接收换能器接收的信号，通过多声道超声计量算法将接收换能器接收到的多声道信息转化为实时流量数据。
[0032]
上述多声道超声计量算法采用的是适用于多声道的渡越时间法，通过测量流体中不同弦向声道上的传播时间差，从而获得该弦上的线平均流速，采用不同的积分方式，对流速进行修正，从而排除流体分布不均造成的影响，获得准确的流量，参考文献：王池，孟涛，胡鹤鸣.三峡工程超声流量计的测量准确度评估[j].中国计量，2012（03）：75-78。
[0033]
存储通讯电路存储所需的流量数据，根据主站命令定期将流量数据传输到主站。
[0034]
水表壳体包括水表侧壁与水表上盖。
[0035]
其连接关系为：2个一发双收换能器安装于直射式超声波水表计量管段侧壁的前半段，2个一发双收换能器安装于计量管段同侧侧壁的后半段，计量处理电路、存储通讯电路通过导电结构连接到超声换能器上，超声波水表计量管段嵌入水表壳体中并与其紧密连接。
[0036]
一发双收换能器在超声波水表计量管段上的安装方式为分体式，即各一发双收换能器通过密封圈和螺栓方式密封固定在水表管段上。
[0037]
第五换能器发射超声波，超声波信号经第一反射镜反射后到达第七换能器，第七换能器接收信号v5-7，超声波信号经第二反射镜反射后到达第八换能器，第八换能器接收信号v5-8；第六换能器发射超声波，超声波信号经第一反射镜反射后到达第七换能器，第七换能器接收信号v6-7，超声波信号经第二反射镜反射后到达第八换能器，第八换能器接收信号v6-8；第七换能器发射超声波，超声波信号经第一反射镜反射后到达第五换能器，第五换能器接收信号v7-5，超声波信号经第二反射镜反射后到达第六换能器，第六换能器接收信号v7-6；第八换能器发射超声波，超声波信号经第一反射镜反射后到达第五换能器，第五换能器接收信号v8-5，超声波信号经第二反射镜反射后到达第六换能器，第六换能器接收信号v8-6；通过多声道流量计量算法对接收信号进行处理，得到超声波水表的流量数据，流程如图1所示。
[0038]
上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。