用于超声波流量表的状态检测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于超声波流量检测领域，具体涉及一种用于超声波流量表的状态检测方法。
【背景技术】
[0002]采用时差法原理制造的超声波流量表是目前流行的超声波流量表设计方法之一。其设计原理为:安装有双向超声波收发一体化换能器的流体测量管道，在顺流和逆流方向交替发射超声波信号并接收超声波产生回波信号，并以此计算出超声波在流体传播中，一次交替所产生的传播时差。后经相关转化数学模型计算出管道内流体流量。但是当电路、换能器损坏、管道内流体含有较多空气甚至停水导致管道空管等原因出现时，回波信号的接收就会出现问题，不能在一定时间内接收到回波信号或者根本接收不到回波信号，导致超声波流量表无法正常工作。因此，准确获知超声波流量表的工作状态对于超声波流量表的维护与检修是至关重要的，而目前并没有好的应用于超声波流量表的状态检测方法。
[0003]值得注意的现象是，超声波换能器普遍采用压电陶瓷制作而成，在激励信号作用下会产生机械振动，当激励信号停止激励后，换能器还会在一段时间内产生余震，余震逐渐衰减直至消失，而换能器的余震又会在电路中产生相应的余波，使激励波信号带有余波，余波持续时间与余震对应。因此，在回波信号的接收出现问题的情况下，通过检测激励波是否带有余波就能够帮助我们准确判断或排除换能器故障，从而进一步明确空管状态或者故障原因。
【发明内容】
[0004]因此，本发明的目的在于提供一种超声波流量检测系统中的状态检测方法，能够准确快速地判断出正常工作、空管或者故障状态并进一步明确故障原因。
[0005]一种用于超声波流量表的状态检测方法，包括如下步骤:1)在超声波流量表工作状态下，若在预定时间内接收到回波信号，说明超声波流量表处于正常工作状态；若在预定时间内接收不到回波信号，说明超声波流量表处于空管或者故障状态；2)在空管或者故障状态下，在微控制器中开设检测窗口，使激励信号输出电路连接至第一 /第二换能器并发射具有一定周期数的激励波信号，发射完毕后一段时间启动检测窗口检测激励波信号是否带有余波；3)若激励波信号带有余波，说明所检测换能器以及激励信号输出电路无故障，随即将激励信号发生电路连接至另一换能器并发射具有一定周期数的激励波信号，再次检测激励波信号是否带有余波，若激励波信号带有余波，说明另一换能器也无故障，则超声波流量表处于空管状态；若在两次检测过程中任一次没有检测到激励波余波，则说明激励信号发生电路或者该换能器出现故障，那么再一次发射激励波信号，同时启动检测窗口检测激励波是否存在，如果激励波存在，说明该超声波换能器损坏，如果激励波不存在，说明激励信号输出电路损坏。
[0006]优选地，所述预定时间根据超声波流量表的工业设计以及工作环境来确定。
[0007]优选地，所述一段时间应当大于微控制器切换窗口所需时间，小于换能器余震产生相应激励波余波最大时间。
[0008]优选地，所述一段时间为1~3 μ S。
[0009]本发明的有益效果在于:利用超声波换能器中的压电陶瓷片在激励信号停止作用之后会产生余震进而使激励波信号带有余波的现象，在空管或者故障状态下对流量表进行电路检测就能够迅速判断或排除换能器的故障，从而进一步明确空管状态或者故障原因，极大的简化了超声波流量表的检修与维护过程。
【附图说明】
[0010]图1是现有技术中的超声波流量检测系统示意图；
图2是回波信号计时方法示意图；
图3是在不同状态下检测窗口检测激励波信号示意图，(a)激励信号输出电路以及换能器正常工作；(b)换能器损坏；(C)激励信号输出电路损坏。
【具体实施方式】
[0011]以下结合附图对本发明做进一步阐述。
[0012]参见图1，在超声波流量表的检测系统中至少设置有微控制器、计时电路、激励信号输出电路、信号通道控制电路、第一换能器和第二换能器。其中，微控制器用于系统控制超声波流量表中各电路模块的工作，并将获得的计时数据结合温度、流管截面等其他因素综合计算出流体量；激励信号输出电路用于输出激励发射换能器的激励信号；信号通道控制电路用于将激励信号选择性地接入第一换能器/第二换能器，实现测量顺流/逆流流速的目的；而现有的计时电路通常米用具有固定晶体振荡频率的计时电路来实现。
[0013]参见图2，超声波流量检测系统的测量原理是:微控制器控制激励信号输出电路连接至第一 /第二换能器并输出激励信号激励该换能器发出超声波信号，经过时间tl后被另一换能器接收产生回波信号，完成一次时间测量；再将激励信号输出电路连接至第二/第一换能器并输出激励波信号激励该换能器发出超声波信号，经过时间t2后被另一换能器接收产生回波信号，完成第二次时间测量。所述tl、t2就是回波信号计时时间且t=nT，其中T为计时电路的固定晶体振荡周期。由于超声波在顺流和逆流中的速度不同，通过比较时间tl、t2的差值，就能换算出流体的速度，再根据流体流过截面的大小，就能得知流量。
[0014]本发明中的状态检测方法是:在超声波流量表工作状态下，若在预定时间内接收到回波信号，说明超声波流量表处于正常工作状态；若在预定时间内接收不到回波信号，说明超声波流量表处于空管或者故障状态。在空管或者故障状态下，控制程序进入故障检测模式:在超声波流量表中的微控制器(MCU)中开设检测窗口，使激励信号输出电路连接至第一 /第二换能器并发射具有一定周期数的激励波信号，发射完毕后一段时间启动检测窗口检测激励波信号是否带有余波，结果有两种:1)若激励波信号带有余波，如图3 (a)所示，说明所检测换能器以及激励信号输出电路无故障，随即将激励信号发生电路连接至另一换能器并发射具有一定周期数的激励波信号，再次检测激励波信号是否带有余波，若激励波信号带有余波，如图3 (a)所示，说明另一换能器也无故障，则超声波流量表处于空管状态；2)若在两次检测过程中任一次没有检测到激励波余波，则说明激励信号发生电路或者该换能器出现故障，那么再一次发射激励波信号，同时启动检测窗口检测激励波是否存在，如果激励波存在，如图3 (b)所示，说明该超声波换能器损坏，如果激励波不存在，如图3 (c)所示，说明激励信号输出电路损坏。
[0015]在上述状态检测方法中，预定时间的确定需要依据超声波流量表的工业设计，例如超声波流量表的口径以及反射镜的设置等影响超声波传播路径的因素来确定。另一方面，超声波流量表的工作环境，例如流体介质种类、顺逆流状态、流体流速甚至温度、压力等环境因素也影响着预定时间的确定。
[0016]在上述状态检测方法中，所述一段时间优选为I μ s~3 μ S，I μ s用于将检测窗口切换至相应端口，而3μ s之后换能器余震可能十分微弱甚至消失。当然，所述一段时间的范围与电路和换能器的参数相关，并不是确定值。
[0017]本发明利用超声波换能器中的压电陶瓷片在激励信号停止作用之后会产生余震进而使激励波信号带有余波的现象，在空管或者故障状态下对流量表进行电路检测就能够迅速判断或排除换能器的故障，从而进一步明确空管状态或者故障原因，极大的简化了超声波流量表的检修与维护过程。
[0018]需要说明的是，本发明给出的实施例中超声波流量检测系统中具有两个收发一体式的超声波换能器，而本发明并不局限于此，任何使用超声波换能器的超声波流量检测系统都可以利用本发明中激励波带有余波的特性来明确或排除换能器的故障，而无论换能器的个数为多少。
【主权项】
1.一种用于超声波流量表的状态检测方法，包括如下步骤:1)在超声波流量表工作状态下，若在预定时间内接收到回波信号，说明超声波流量表处于正常工作状态；若在预定时间内接收不到回波信号，说明超声波流量表处于空管或者故障状态；2)在空管或者故障状态下，在微控制器中开设检测窗口，使激励信号输出电路连接至第一 /第二换能器并发射具有一定周期数的激励波信号，发射完毕后一段时间启动检测窗口检测激励波信号是否带有余波；3)若激励波信号带有余波，说明所检测换能器以及激励信号输出电路无故障，随即将激励信号发生电路连接至另一换能器并发射具有一定周期数的激励波信号，再次检测激励波信号是否带有余波，若激励波信号带有余波，说明另一换能器也无故障，则超声波流量表处于空管状态；若在两次检测过程中任一次没有检测到激励波余波，则说明激励信号发生电路或者该换能器出现故障，那么再一次发射激励波信号，同时启动检测窗口检测激励波是否存在，如果激励波存在，说明该超声波换能器损坏，如果激励波不存在，说明激励信号输出电路损坏。
2.根据权利要求1所述的一种用于超声波流量表的状态检测方法，其特征在于:所述预定时间根据超声波流量表的工业设计以及工作环境来确定。
3.根据权利要求1所述的一种用于超声波流量表的状态检测方法，其特征在于:所述一定周期数为8。
4.根据权利要求1所述的一种用于超声波流量表的状态检测方法，其特征在于:所述一段时间应当大于微控制器切换窗口所需时间，小于换能器余震产生相应激励波余波最大时间。
5.根据权利要求4所述的一种用于超声波流量表的状态检测方法，其特征在于:所述一段时间为1~3 μ s。
【专利摘要】本发明属于超声波流量检测领域，具体涉及一种超声波流量检测系统中的状态检测方法。本发明利用超声波换能器中的压电陶瓷片在激励信号停止作用之后会产生余震进而使激励波信号带有余波的现象，在空管或者故障状态下对流量表进行电路检测就能够迅速判断或排除换能器的故障，从而进一步明确空管状态或者故障原因，极大的简化了超声波流量表的检修与维护过程。
【IPC分类】G01F25-00, G01F1-66
【公开号】CN104634424
【申请号】CN201510095117
【发明人】姜跃炜
【申请人】姜跃炜
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年3月4日